[논문]선박배출 플룸 모델을 활용한 HCHO budget 분석

김현수; 송철한; 우정헌

선박배출 플룸 모델을 활용한 HCHO budget 분석
Budget of Elevated Levels of HCHO within Ship Plumes: A Ship-plume Photochemical/Dynamic Model Analysis 원문보기

김현수 (광주과학기술원 환경공학과) , 송철한 (광주과학기술원 환경공학과) , 우정헌 (건국대학교 신기술융합학과)

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문제 정의

(2001)의 CTM(Chemistry-Transport Model)을 적용한 연구 결과에 따르면 선박배출 오염물질의 배출량을 고려하지 않았음에도 불구하고 ~50%의 global CH₄는 TBL(Tropospherie Boundary Layer)의 chemical loss에 의해 제거되며, 만약 선박 운항에 의한 NO_X의 emission이 함께 고려된다면 이들에 의해 보고된 chemical loss량 보다 많은 CH₄가 대기 중 화확반응 프로세스에 의해 제거 될 것이라 판단된다. 본 연구에서는 선박배출 플룸에 의한 HCHO의 주요 생성 프로세스 및 생성량에 관한 연구를 통해 HCHO의 budget을 규명하고자 한다.

제안 방법

(1986)의 chemical mechanism이 적용되었다. 또한 모델의 구동 조건은 base study에 경우에는 ITCT 2K2(International Transport and Chemical Transmation 2002)의 관측 결과가 활용되었으며, 잠재적 HCHO의 생성량을 판단하기 위한 constructed case study의 경우에는 GEOS-CHEM의 시뮬레이션 결과와 INDOEX, TARCE-P 및 PEM WEST B의 관측결과를 활용하였다. 특히 기존 고정된 배경조건을 고려하는 Lagrangian modeling의 한계점을 극복하고자 상자모델의 모의를 통해 MBL의 HCHO의 일변화의 정보를 산출 하였으며, 이를 통해 배경의 HCHO 일변화를 모델의 모의에 적용하였다.
또한 모델의 구동 조건은 base study에 경우에는 ITCT 2K2(International Transport and Chemical Transmation 2002)의 관측 결과가 활용되었으며, 잠재적 HCHO의 생성량을 판단하기 위한 constructed case study의 경우에는 GEOS-CHEM의 시뮬레이션 결과와 INDOEX, TARCE-P 및 PEM WEST B의 관측결과를 활용하였다. 특히 기존 고정된 배경조건을 고려하는 Lagrangian modeling의 한계점을 극복하고자 상자모델의 모의를 통해 MBL의 HCHO의 일변화의 정보를 산출 하였으며, 이를 통해 배경의 HCHO 일변화를 모델의 모의에 적용하였다. HCHO budget의 분석을 위한 선박배출 NMVOCs의 emission rate 및 speciation은 EPA(2002)와 Endersen et al(2003) 및 Houyoux(2005)의 연구 결과를 모델의 구동에 적용하였다.

대상 데이터

그림 1에서와 같이 선박에서 배출된 플룸은 A지점을 통과하여 H지점으로 이동하여 난류확산 과정과 대기 중 화학적 변환 과정을 거치게 된다. A지점과 H지점에서의 plume의 aging은 20(min)과 176(min)이며, 모델의 구동을 위한 배경 조건 역시 항공 관측을 통해 획득된 정보를 활용하였다. 측정을 통해 획득된 NO_x, O₃, CO, SO₂, C₃H₈의 배경농도는 0.

이론/모형

(2003)의 parameteriztion이 적용되었으며, chemistry scheme은 Lauman et al.(1986)의 chemical mechanism이 적용되었다. 또한 모델의 구동 조건은 base study에 경우에는 ITCT 2K2(International Transport and Chemical Transmation 2002)의 관측 결과가 활용되었으며, 잠재적 HCHO의 생성량을 판단하기 위한 constructed case study의 경우에는 GEOS-CHEM의 시뮬레이션 결과와 INDOEX, TARCE-P 및 PEM WEST B의 관측결과를 활용하였다.
본 연구에서는 Kim et al.(2009)에 개발된 photochemical/dynamic ship-plume model을 적용하였으며, 적용된 모델은 대기 중 난류확산에 의한 농도 변화와 플룸내의 non-linear 화학변환 과정을 동시에 고려함으로써 오염 플룸내 오염물질의 거동을 예측한다. 해양 대기 중 오염물질의 난류확산 과정의 고려를 위해서 Song et al.
특히 기존 고정된 배경조건을 고려하는 Lagrangian modeling의 한계점을 극복하고자 상자모델의 모의를 통해 MBL의 HCHO의 일변화의 정보를 산출 하였으며, 이를 통해 배경의 HCHO 일변화를 모델의 모의에 적용하였다. HCHO budget의 분석을 위한 선박배출 NMVOCs의 emission rate 및 speciation은 EPA(2002)와 Endersen et al(2003) 및 Houyoux(2005)의 연구 결과를 모델의 구동에 적용하였다.

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