[논문]수목의 초미세먼지(PM2.5) 저감 효과에 대한 CFD 수치 모의: 부산 감만동 지역을 대상으로

한상철; 박수진; 최원식; 김재진

doi:10.7780/kjrs.2022.38.5.3.4

수목의 초미세먼지(PM2.5) 저감 효과에 대한 CFD 수치 모의: 부산 감만동 지역을 대상으로
CFD Simulations of the Trees' Effects on the Reduction of Fine Particles (PM2.5): Targeted at the Gammandong Area in Busan 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.38 no.5 pt.3, 2022년, pp.851 - 861

한상철 (부경대학교 지구환경시스템과학부 환경대기과학전공) , 박수진 (부경대학교 슈퍼컴퓨터센터) , 최원식 (부경대학교 지구환경시스템과학부 환경대기과학전공) , 김재진 (부경대학교 지구환경시스템과학부 환경대기과학전공)

초록
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본 연구는 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 모델을 이용하여 도시 지역에서 수목이 PM_2.5 저감에 미치는 영향을 조사하였다. 현실적인 수치 모의를 위해, 기상청에서 현업으로 운영 중인 국지예보시스템(LDAPS)이 예측한 기상 자료를 CFD 모델의 초기·경계 자료로 사용하였다. CFD 모델 성능 검증은 연구 대상지 내에 구축된 6개의 센서에서 측정한 PM_2.5 농도를 이용하였다. 본 연구에서는 수목이 PM_2.5 농도 분포에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 수목이 식재 되지 않았다고 가정한 경우, 수목이 식재되어 있지만 바람에 대한 항력 효과만 존재한다고 가정한 경우, 수목의 항력 효과와 침적 효과가 모두 존재한다고 가정한 경우에 대한 수치 실험을 수행하였다. 분석대상 기간 동안 PM_2.5 저감 효과가 뚜렷하게 나타난 세 가지 영역 중 군부대 내의 PM_2.5 평균 농도를 비교한 결과, 수목이 식재되지 않은 경우는 12.8 ㎍ m^-3, 수목의 항력 효과만 고려한 경우는 12.5 ㎍ m^-3이 나타났고, 수목의 항력 효과와 침적 효과가 모두 고려한 경우는 6.8 ㎍ m^-3가 나타났다. 수목에 의한 건성 침적이 PM_2.5 농도를 감소시키는 효과가 있는 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyzed the effects of trees planted in urban areas on PM2.5 reduction using a computational fluid dynamics (CFD) model. For realistic numerical simulations, the meteorological components(e.g., wind velocity components and air temperatures) predicted by the local data assimilation and prediction system (LDAPS), an operational model of the Korea Meteorological Administration, were used as the initial and boundary conditions of the CFD model. The CFD model was validated against, the PM2.5 concentrations measured by the sensor networks. To investigate the effects of trees on the PM2.5 reduction, we conducted the numerical simulations for three configurations of the buildings and trees: i) no tree (NT), ii) trees with only drag effect (TD), and iii) trees with the drag and dry-deposition effects (DD). The results showed that the trees in the target area significantly reduced the PM2.5 concentrations via the dry-deposition process. The PM2.5 concentration averaged over the domain in DD was reduced by 5.7 ㎍ m-3 compared to that in TD.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Image for the target area around Gammandong, Busan: (a) A satellite image of the target area around the C school, (b) three-dimensional configuration of buildings and trees for the target area. The yellow and red circles in (a) indicate the C elementary School and Daeyeon air quality monitoring system (AQMS), respectively.
그림 Fig. 2. The locations of PM_2.5 sensors in the target area.
그림 Fig. 3. The PM_2.5 sensors installed at the (a) roadsides and (b) residential areas.
표 Table 1. The perfect values and recommended criteria of the statistical validation indices (Chan and Hanna, 2004)
표 Table 2. Summary of the statistical validation indices calculated at the sensor locations
그림 Fig. 4. Time series of the PM2.5 concentrations measured and simulated at the locations of the (a) 1st, (b) 2nd, (c) 3rd, (d) 4th, (e) 5th, and (f) 6th sensors during the simulation period.
그림 Fig. 5. Wind vectors and contours of the surface (z=5 m) horizontal wind speeds at (a) 06 and (b) 07 KST on October 4. The red star indicates the 3rd sensor location.
그림 Fig. 6. Contours of the surface (z=5 m) PM_2.5 concentrations at (a) 06 and (b) 07 KST on October 4. The star shape indicates the 3rd sensor position.
그림 Fig. 7. The zones [urban forest in A steel Mill (P1), urban forest in the army troops (P2), Honggok Mountain (P3), and intersection (P4)] where the average concentrations were calculated for comparison.
그림 Fig. 8. Contours of the PM_2.5 concentrations in (a) NT, (b) TD, and (c) DD experiments at 15KST on October 2. The circles in (b) and (c) indicate the areas where the PM_2.5 concentrations significantly decreased, and the squares indicate the intersection with higher PM2.5 concentrations compared to other areas.

AI 본문요약
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제안 방법

파란색은 해안 지역을, 노란색과 초록색은 지형 고도를, 짙은 녹색은 수목을, 회색은 건물을 의미한다. 상세한 수목의 메타 정보(위치, 종류, 높이, 잎면적 지수 등)를 확보하기 위하여, 인터넷 지도를 참고하고 수차례 현장 방문을 진행하였다. 상세 흐름 모의를 위한 수치 도면 크기는 x, y 방향으로 2000 m, z 방향으로 200 m이다.

대상 데이터

1(a)). 국토지리정보원이 제공하는 지리정보시스템(geographic information system, GIS) 자료를 사용하여 대상 지역의 3차원 지표 경계 입력자료를 구축하였다(Fig. 1(b)).
대상 지역은 부산 C 초등학교가 중심에 위치하고 동서와 남북방향으로 각각 2 km인 영역이다. 대상 지역 내에는 해발고도 122.5 m의 홍곡산이 위치하고 부산항 8부두 부근에 군부대가 위치한다(Fig. 1(a)).
이 지역은 해안에 인접해 있기 때문에, 미세먼지 농도가 해륙풍의 영향을 크게 받을 것으로 예상된다. 대상 지역은 부산 C 초등학교가 중심에 위치하고 동서와 남북방향으로 각각 2 km인 영역이다. 대상 지역 내에는 해발고도 122.
본 연구에서는 항만 지역, 공업 지역, 상업 지역이 인접한 부산광역시 남구 감만동 지역을 연구대상지로 선정하였다. 감만동은 남쪽에 감만부두가, 서쪽에 부산항이 위치하고 철근 제조 공장(Fig.
현실적인 기상 경계 자료를 확보하기 위하여, 기상청에서 현업으로 운용하는 국지예보모델(local data assimilation and prediction system, LDAPS)의 예보 자료를 사용하였다. LDAPS는 3시간 간격으로 전지구예보 모델로부터 경계장을 제공받아 일 4회 48시간 예측을 수행하는 수치예보 시스템이다.

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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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