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WRF-CMAQ 모델을 이용한 한반도 CH4 배출의 기여농도 추정 및 검증
Verification and Estimation of the Contributed Concentration of CH4 Emissions Using the WRF-CMAQ Model in Korea 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.34 no.3, 2013년, pp.209 - 223  

문윤섭 (한국교원대학교 환경교육과) ,  임윤규 (한국교원대학교 환경교육과) ,  홍성욱 (국가기상위성센터 위성분석과) ,  장은미 (지인컨설팅 부설연구소)

초록
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이 연구의 목적은 한반도에서 $CH_4$ 농도의 수치모의 검증을 통하여 $CH_4$ 배출원의 기여 농도를 추정하는 것이고, 이 수치모의에 사용된 $CH_4$ 배출량을 상자모델로부터 추정된 $CH_4$ 배출량과 비교하는 것이다. 한반도에서 2010년 4월 1일부터 8월 22일까지 $CH_4$의 평균 농도를 추정하기 위해 WRF-CMAQ 모델이 사용되었다. 모델에서 $CH_4$ 배출량은 전지구 배출량인 EDGAR와 한국에서의 온실기체 배출량인 GHG-CAPSS로부터 인위적 배출 인벤토리와 전지구 자연적 인벤토리인 MEGAN이 적용되었다. 이들 $CH_4$ 배출량은 안면도 및 울릉도에서 측정된 $CH_4$ 농도와 모델링 농도 자료를 비교함으로써 검증되었다. 울릉도에서 국내 배출원으로부터 추정된 $CH_4$의 기여 농도는 약 20%로 나타났고, 이것은 한반도 내 농장(8%), 에너지 기여 및 산업공정(6%), 일반폐기물(5%), 생체 및 토지이용(1%) 등 $CH_4$ 배출원으로부터 기원하였다. 그리고 중국으로부터 수송된 $CH_4$의 기여 농도는 약 9%였고, 나머지 배경농도는 약 70%로 나타났다. 박스모델로 추정된 $CH_4$ 배출량은 WRF-CMAQ 모델에서 사용한 $CH_4$ 배출량과 유의미한 결과를 얻었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study was to estimate the contributed concentration of each emission source to $CH_4$ by verifying the simulated concentration of $CH_4$ in the Korean peninsula, and then to compare the $CH_4$ emission used to the $CH_4$ simulation with...

주제어

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문제 정의

  • 이것은 연 단위로 산정된 배출량을 시간별 모델링 입력 자료로 구성하는데 대단히 중요한 요소로 시·군·구 기초자치단체별·배출원 분류별 연돌 제원, 사용연료 종류 및 연료량, 배출량 등의 정보를 포함하고 있다. 따라서 본 연구에서는 GHG-CAPSS 배출량 자료를 기반으로 배출량 입력 자료를 구성하였다. 그러나 국내 온실가스 배출량 자료는 산림과 토지이용에 의한 배출량과 주변국의 배출량 자료를 포함하지 않고 있어, 식생과 토양 분포에 따른 배출량을 따로 추가하여 보완할 필요가 있기 때문에, EDGAR(Emissions Database for Global Atmospheric Research) v4.
  • 따라서, 본 연구의 목적은 한반도를 포함한 동북아 지역 CH₄ 배출량과 함께 WRF(Weather Research Forecasting)-CMAQ(Community Multiscale Air Quality) 모델 내 CH₄-CO-OH 사이클을 이용하여 CH₄ 농도와 그 배출 기여도를 추정하는 것이다. 또한 상자 모델에 근거하여 CH₄ 배출량을 추정하고 이를 모델 결과와 비교하는 것이다.
  • 본 연구는 우리나라에서 산정되고 있는 GHG-CAPSS내 CH₄ 배출량의 정확도를 검증하는 차원에서 WRF-CMAQ의 CH₄ 모델링을 통해 CH₄의 배출원 기여 농도 평가와 배출량 자체를 검증하였다. 모델링 사례일은 서풍이 우세하면서 CH₄ 관측이 가능한 풍상측인 안면도와 풍하측인 울릉도를 고려하여 2010년 4월 1일부터 8월 22일까지 선택하였고 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • 상자의 크기는 상층으로 5 km, 남북으로 405 km의 크기이다. A면으로 유입된 기류는 B면을 통해 완전히 빠져나가는 정상상태, 비압축성 유체를 가정하였다. 또한 공간에서 CH₄ 평균 농도는 균일하며 배출원은 지면으로 CH₄의 방출과 동시에 혼합되어 전 지역에 균등 분포하고 단기간에 화학반응이나 제거 및 흡수되지 않는다고 가정하였다.
  • A면으로 유입된 기류는 B면을 통해 완전히 빠져나가는 정상상태, 비압축성 유체를 가정하였다. 또한 공간에서 CH₄ 평균 농도는 균일하며 배출원은 지면으로 CH₄의 방출과 동시에 혼합되어 전 지역에 균등 분포하고 단기간에 화학반응이나 제거 및 흡수되지 않는다고 가정하였다. 상자 모델을 이용한 농도변화와 배출량 사이 관계식은 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지구온난화에 의한 기후변화은 무엇을 가져올 수 있는가? 지구온난화에 의한 기후변화는 인간의 생활과 건강에 직접적인 영향을 미치며, 기후 의존형 산업에 심각한 위협을 가져올 수 있다. 지구온난화의 원인 중 가장 현실적인 문제는 인간 활동에 의한 대기 중 온실가스 농도의 상승이다.
지구온난화의 원인 중 가장 현실적인 문제는? 지구온난화에 의한 기후변화는 인간의 생활과 건강에 직접적인 영향을 미치며, 기후 의존형 산업에 심각한 위협을 가져올 수 있다. 지구온난화의 원인 중 가장 현실적인 문제는 인간 활동에 의한 대기 중 온실가스 농도의 상승이다. 최근에는 온실가스 배출량을 줄이려는 노력이 전 세계적 이슈가 되고 있다.
GHGCAPSS내 CH₄ 배출량의 정확도를 검증하는 차원에서 WRF-CMAQ의 CH₄ 모델링을 통해 CH₄의 배출원 기여 농도 평가와 배출량 자체를 검증한 결과는? 첫째, GHG-CAPSS 내 CH₄ 배출량에서 누락된 식생 및 토지이용에 따른 배출량과 동아시아 영역의 배출량을 SMOKE 배출량 모델을 이용하여 산출하였다. 식생 및 토지이용에 따른 CH₄ 배출량은 MEGAN 모델을 통해 산출하였고, 동아시아 배출량의 경우는 EDGAR를 고려하였다. 둘째, SMOKE CH₄ 배출량과 기상 입력 자료를 통한 모델링 결과는 정성적인 기류의 이동과 농도분포 뿐만 아니라 정량적인 통계 수치에서도 신뢰할 만한 수준을 나타내었다. 셋째, 사례일 동안의 CH₄ 농도 분포는 배출원이 많은 수도권, 울산권, 전남권에서 높게 나타났으며, 풍하측인 동해 연안이 풍상측인 서해 연안보다 상대적으로 높은 농도를 나타내었다. 또한 울릉도에서 CH₄의 인위적 배출원의 부문별 기여도는 동아시아 영역으로부터 장거리 수송 배출량이 가장 많았고 농업 부문이 두 번째로 큰 비중을 차지하였다. 한편, 한반도 대기를 하나의 상자로 가정하고 산출한 CH₄배출 농도 플럭스는 37.4 ppb h−1 km−2로 나타났으며, 이 때 CH₄ 총 배출량은 약 43,277 kg h−1로 실제 이 기간의 모델 입력 배출량인 46,863 kg h−1과 근소한 차이를 나타내었다.
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참고문헌 (23)

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