[논문]PSCF 모형의 개발과 제어변수의 결정

정장표; 이승훈

PSCF 모형의 개발과 제어변수의 결정
Development of PSCF Model and Determination of Proper Values of Control Parameters 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.22 no.1, 2006년, pp.135 - 143

정장표 (경성대학교 건설환경공학부) , 이승훈 (경성대학교 환경문제연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is to develop PSCF (potential source contribution function) program and determine the optimal values of control parameters to enhance the prediction of PSCF modeling. This study provides an important information and methodologies that can be used to get better results of locating influencing sources, especially unknown and fugitive sources. To determine proper values of control parameters in PSCF model, the diagnostic assessment on the results obtained by the various input conditions was carried out. PSCF model has created and improved from version 1.0 to version 7.0 since 200 I and the measured data (at least > 100) of receptor, and the values of control input parameters should be arranged and determined to obtain reliable results in PSCF modeling. The size of modeling domain must be determined to include enough trajectories to get reliable results. And the size of grid is recommended to be 2.5 $\sim$ 5 degrees for global scale, 0.2 $\sim$ 1 degrees for regional scale and 0.05 degree for local scale.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 수용점에 대한 배출원의 위치 분포 특성을 확률적 인 결과로 제공하는 PSCF 모형을 개발하였고, 배출원의 분포 특성 파악의 예측력을 향상시키기 위해 PSCF 모형의 제어변수에 대한 최적 조건을 결정하였다.
있도록 모형을 개발하였다. 이는 제어변수의 설정에 따라 PSCF 결과는 다양하게 나타나게 되는 모형의 특성상 연구자의 다양한 의도에 따라 적절한 제어변수를 직접 선택하게 함으로써, 모형의 유용성과 가치를 높이고자 하였다.

가설 설정

각 격자에 들어가야 하는 평균 역궤적 개수는 분석된 역 궤 적 이 모든 격 자에 고루 분포한다고 가정 한 이론적 값이며, 실제 역궤적은 모든 격자에 대해 동일하게 분포하지 못하므로 각 격자는 서로 다른 역궤적 개수를 갖게 된다.
표 1에 의하면 첫 번째 가정과 두 번째 가정은 모형에 있어 일반적인 가정으로 잘 알려져 있는 것으로, 측정오차에 대한 가정과 배출원에서 배출되는 오염물질의 확산에 대한 가정 이다.

제안 방법

PSCF 7.0 버전에서는 측정된 자료를 고농도와 저농도 값으로 구분해주는 임계변수를 중앙값, 평균값 이외에 백분위수 및 사용자가 지정하는 특정한 값등 다양한 임계변수를 지정할 수 있도록 프로그램을 수정하였다.
point filter에 의한 PSCF 결과의 차이를 알아보기 위해, 부산광역시에서 측정되었던 Pb의 대기건성침적 자료에 대해 point filter를 1 개로 적용시킨 결과와 평균 역궤적 개수로 적용한 결과 (point filter=6)를 그림 2에 도시하여 나타내 보았다.
개발된 PSCF 프로그램은 수용점에서 측정자료와 역궤적 자료와 모든 제어변수를 입력 받아 수행할 수 있도록 모형을 개발하였다. 이는 제어변수의 설정에 따라 PSCF 결과는 다양하게 나타나게 되는 모형의 특성상 연구자의 다양한 의도에 따라 적절한 제어변수를 직접 선택하게 함으로써, 모형의 유용성과 가치를 높이고자 하였다.
한다. 날짜와 시간 정보를 정확히 정렬시키기 위해 초기에는 단순한 날짜와 시간정보를 비교 하였으나, PSCF 5.x 버전부터는 날짜 계산방법중에서 Julian day 알고리즘을 채택하여 결합과정을 정확하게 수행할 수 있도록 수정을 하였으며, point filter를 프로그램내에서 자동으로 계산될 수 있도록 수정하였다.
따라서 유용한 PSCF 결과값의 획득을 위해 격자의 크기, 격자의 개수, point filter, 임 계변수 등의 제어변수를 적절하게 설정하여야 하며, 최적의 제어변수 선정을 위해 대상지역과 격자의 크기결정 및 point filter를 설정 하는 방법을 제 시 하였다.
또한 입력자료로 필요한 역궤적 자료는 HYSPL1T (NOAA web site)의 결과로 주어지는데, 역궤적 1개 경우에 대해 각 파일마다 파일의 헤더 부분과 역궤적 정보가 같이 주어지기 때문에, 모형의 작업 이전에 일일이 궤적분석자료를 다른 편집도구를 사용하여 역궤적 정보만 추출하는 작업이 필요했었다. 이 작업 또한 수작업으로 이루어지기 때문에 사용자의 실수가 포함될 가능성이 있으며, 인력과 시간이 많이 소요되 었으나, 개발된 PSCF 모형에서는 사용자의 편의를 위해 역궤적 분석자료인 HYSPLIT 결과 파일을 PSCF 모형에 입력자료로 넣을 때, 궤적 결과만 분리하여 입력할 필요 없이 HYSPLIT 결과화일을 그대로 입력 받을수 있도록 PSCF 모형을 수정하였다.
수용점에서 측정된 오염물질의 영향배출원 분포를 규명하기 위해 영향배출원의 위치정보를 규명해줄 수 있는 모형인 PSCF 모형을 독립적인 프로그램으로 개발하고, 모형의 예측결과를 향상시키기 위해 제어변수의 최적 조건을 분석하여 보았으며, 주요한 결론은 다음과 같다.
이 작업 또한 수작업으로 이루어지기 때문에 사용자의 실수가 포함될 가능성이 있으며, 인력과 시간이 많이 소요되 었으나, 개발된 PSCF 모형에서는 사용자의 편의를 위해 역궤적 분석자료인 HYSPLIT 결과 파일을 PSCF 모형에 입력자료로 넣을 때, 궤적 결과만 분리하여 입력할 필요 없이 HYSPLIT 결과화일을 그대로 입력 받을수 있도록 PSCF 모형을 수정하였다.
그러나 많은 수용점에대 한 PSCF 모형의 적용시 에는 원점을 좌측하단으로 고정하는 방법보다는 수용점을 대상지역의 중심점으로 설정하여 격자를 구분하는 방법이 더욱 편리하다. 이를 반영하기 위해 PSCF 3.x 버전에서는 PSCF 값을 얻기 위한 격자를 설정할 때, 대상지역의 좌측하단을 기준으로 하여, 격자의 크기와 개수로 구분하는 좌표계와 수용점을 중심으로 하는 좌표계로 구분하고 사용자가 임의로 좌표계를 선택할 수 있도록 수정하였다.
x 버전에서는 측정된 자료를 고농도와 저농도 값으로 구분해주는 임계변수를 사용자가 입력하도록 제작되었으며, 사용자에 따라 중앙값을 입력하거나 평균값을 입력하는 등 혼용이 있어왔다. 이에, PSCF 2.x 버전에서는 임계변수를 PSCF 모형 내에서 자동적으로 중앙값으로 계산되도록 하였으며, PSCF 모형의 수행과정을 검증할 수 있는 “logfile” 을 생성하도록 수정하였다.
x 버전에서는 풍속이 .현저히 낮을 때, PSCF 값의 편이가 생기는 것을 수정하였으며, PSCF 모형의 수행과정을 화면에 나타내어 현재 수행단계가 어디에 도달해 있는지를 사용자가 알 수 있도록 수정하였다.

성능/효과

2) PSCF 모형분석시 측정자료가 많을수록 모형결과의 신뢰성 이 높아지며, 최소 100개 이상의 측정자료가 있어야 한다.
3) PSCF 모형을 적용할 때, 대상격자의 크기는 역궤적 분석결과가 연구의 목적에 맞게 포함될 수 있도록 설정해야 하며, 대상지역이 국지적인 경우는 0.05 degree 정도, 지역적인 규모는 0.2~1 degree 정도, 북반구 같은 지구 규모적인 경우에는 2.5-5 degree 정도로 대상지역의 규모에 맞게 격자 크기를 설정하는 것이 적절한 것으로 나타났다.
4) point filter가 너무 크면 PSCF 값들이 적용되는 격자의 수가 작아지고, 이 수가 적으면 PSCF 값이 적용되는 격자가 많아져 오염원의 위치 정보 확인이 힘들게 되며, PSCF 모형 적용시 사용자의 편의를 위해 최적 조건의 point filter 설정 과정을 모형에 추가하여 PSCF 결과값이 자동으로 계산될 수 있도록 개선하였다.
따라서 격자의 크기는 선행연구와 PSCF 모형의 기본적 인 원리, 역궤적을 수행하는 HYSPLIT 모형의 오차범위 등을 종합적으로 고려할 때, 대상지역이 국지적인 경우는 0.05 degree 정도, 지역적인 규모는 0.2-1 degree 정도, 북반구 같은 지구규모적인 경우에는 2.5~5 degree 정도가 적절한 것으로 판단된다.
나타내었다. 표 3을 보면 어떠한 국지적인 대상영역을 가지는 경우, 대체적으로 0.05 degree 정도의 격자 크기를 선택하고 있음을 알 수 있으며, 동북아시아 정도의 지역적 인 크기에서는 1 degree 정도를 선택하고 있었으며, 지구규모적인 규모에서는 2.5 내지는 5 degree를 선택하여 적용하고 있었다.

후속연구

세 번째 가정은 배출원을 통과한 공기괴는 배출원을 통과할 때 배출되는 오염물을 포함하여 수용점에도 달한다고 가정하므로 배출원을 지나는 궤적이 수용점에 도달할 때는 항상 고농도 값을 가져야 한다는 점이며, 네 번째 가정은 어떠한 임계기준이 정해지면 임계기준보다 크다/적다를 구분하여 이를 이용하여 PSCF 값을 도출하게 되는데, 이는 기준치에 근접한 값들에 대한 오차를 유발할 수 있다는 한계점이 있다.
추후 개선될 PSCF 8.0 이상의 버전에서는 개발이후 다양한 적용과정에서 보완이 필요했던 사항을 개선시킬 예정이며, 역궤적의 고도를 고려한 3차원적인 PSCF 결과를 얻기 위해 PSCF 모형을 개선할 계획에 있다.

참고문헌 (24)

이승훈 (2002) 대기오염 위치확인을 위한 PSCF 모형의 적용, 경성대학교 대학원 박사학위논문, 7-37
이승훈, 정장표, 장영환 (2005) PSCF 모형의 개발과 적용, 2005년 한국대기환경학회 추계학술대회 논문집, 121-123
이승묵, 허종배, 정장표 (2003) 황사시 서울시 대기중 중금속 건식침적의 오염원 위치 파악을 위한 Hybrid Receptor Model의 적용, 2003년 한국대기환경학회 추계학술대회 논문집, 273-276
이승묵, 허종배, 이용미, 서용석, 김지현, 정장표 (2004) Hybrid Receptor Model을 이용한 서울시 대기중 $PM_{2.5}$ 이온성분 오염원의 위치파악, 2004년 한국대기환경학회 춘계학술대회 논문집, 371-374
장영환 (2004) 상수원에 대한 대기침적의 영향과 잠재적 오염원의 규명, 경성대학교 박사학위논문, 57-60
정장표, 이승훈, 장영환, 조효정, 이승묵 (2003) 국지적인 규모에서의 PSCF 모형의 적용, 2003년도 대한환경공학회 추계학술연구발표회 논문집, 118-119
조효정 (2005) 부산광역시 오존농도의 시공간적 특성과 영향배출원 분포특성, 경성대학교 대학원 박사학위논문, 19-25
Ashbaugh, L.L., W.C. Malm, and W.Z. Sadeh(1985) Aresi-dence time probability analysis of sulfur concentrations at Grand Canyon National Park. Atmospheric Environment 19, 1263-1270

상세보기
Cheng, M.D., P.K. Hopke, and Y. Zeng (1993) A Receptor Methodology for Determining Source Regions of Particle Sulfate Composition Observed at Dorset, Ontario, J. of Geophsical Research 98, 16, 16839-16849

상세보기
Gao, N., M.D. Cheng, and P.K. Hopke (1993) Potential Source Contribution Function Analysis and Source Apportionment of Sulfur Species Measured at Rubidoux, CA during the Southern California Air Quality Study, 1987, Analytica. Chimica. Acta. 277, 369-380

상세보기
Hopke, P.K., N. Gao, and M.D. Cheng (1993) Combining Chemical and Meteorological Data to Infer Source Areas of Airborne Pollutants, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 19, 187-199

상세보기
Hopke, P.K., N. Gao, and M.D. Cheng (1993) Combining Chemical and Meteorological Data to Infer Source Areas of Airborne Pollutants, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 19, 187-199

상세보기
Hopke, P.K., L.A. Barrie, S.M. Li, M.D. Cheng, C. Li., and Y. Xie (1995) Possible sources and preferred pathways for biogenic and non-sea-salt sulphur for the high Arctic. J. of Geophsical Research 100, 16, 595-603
Hopke, P.K. (1998) Receptor Models for Particulate Matter Management, Unpublished internal information note
Hsu, Y.K. (2001) Ph. D. Thesis, The Use of Receptor Models to Locate Atmospheric Pollutant Sources : Polych-lorinated Biphenyls in Chicago
Hsu, Y.K., T.M. Holsen, and P.K. Hopke (2003) Comparison of Hybrid receptor models to locate PCB sources in Chicago, Atmospheric Environment, 37, 545-562

상세보기
Lin, C.Y.C., D.J. Jacob, and A.N. Fiore (2001) Trend in exceedances of the ozone air quality standard in the continental Unite States, 1980-1998, Atmospheric Environment, 35, 3217-3228
Malm, W.C., C.E. Johnson, and J.F. Bresch (1986) Application of Principal Component Analysis for Purposes of Identifying Source-receptor Relationships in Receptor Methods for Source Apportionment, Pace, T. G., ed., Air Pollution Control Association, Pittsburgh, PA, 127-148
Poirot, R.L, P.R. Wishinski, P.K. Hopke, and A.V. Polissar (2001) Comparative Application of Multiple Receptor Methods To Identify Aerosol Sources in Northern Vermont, ES&T, 35, 4622-4236

상세보기
Poissant, L. (1999) Potential sources of atmospheric total gaseous mercury in the St. Lawrence River valley, Atmospheric Environment, 33, 2537-2547

상세보기
Polissar, A.V., P.K. Hopke, P. Pattero, Y.J. Kaufmann, D.K. Hall, and B.A. Bodhanie, E.G. Dutton, and J.M. Harris (1999) The aerosol at Barrow, Alaska: long-term trends and source locations, Atmospheric Environment, 33, 2441-2458

상세보기
Polissar, A.V., P.K. Hopke, and J.M. Harris (2001) Source Regions for Atmospheric Aersol Measured at Barrow, Alaska, ES&T, 35, 4214-4226

상세보기
Zeng, Y. and P.K. Hopke (1989) A study of sources of acid precipitation in Ontario, Canada. Atmospheric Environment, 23, 1499-1509

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ARL NOAA http://www.arl.noaa.gov

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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