초록 ▼

본 연구에서는 대형사업장의 굴뚝 TMS에서 측정되는 대기오염농도를 이용하여 산정되는 배출량자료와 사업장 또는 관리예상지역의 기상자료를 입력 자료로 실시간 대기확산모델링을 수행하여 사업장에서 배출되는 오염물질이 주변에 미치는 대기환경 영향도를 예측.평가하는 대기환경관리시스템을 구축하는데 그 목적이 있다. 본 연구에서 개발하여 실시간 대기질 예측.평가에 적용하고자 하는 대기확산모델은 Puff (미국 EPA CALPUFF 모델과 동등 수준), Lagrangian 및 Eulerian 모델로서, 대상오염물질은 굴뚝 TMS에서 측정된 항목으로

본 연구에서는 대형사업장의 굴뚝 TMS에서 측정되는 대기오염농도를 이용하여 산정되는 배출량자료와 사업장 또는 관리예상지역의 기상자료를 입력 자료로 실시간 대기확산모델링을 수행하여 사업장에서 배출되는 오염물질이 주변에 미치는 대기환경 영향도를 예측.평가하는 대기환경관리시스템을 구축하는데 그 목적이 있다. 본 연구에서 개발하여 실시간 대기질 예측.평가에 적용하고자 하는 대기확산모델은 Puff (미국 EPA CALPUFF 모델과 동등 수준), Lagrangian 및 Eulerian 모델로서, 대상오염물질은 굴뚝 TMS에서 측정된 항목으로 $SO_{2}$, CO, 먼지, $NO_{x}$, HCl, $NH_{3}$, $Cl_{2}$와 오존 및 Dioxin 이다.
다음은 연구개발의 내용 및 범위를 나타낸다.
? 실시간 바람장 모델링 시스템(WeatherWatch System) 구축
- 실시간 기상탑 측정에 의한 기상요소 계산 이론 정립
- 진단적 및 예단적 바람장 모델에 의한 3차원 바람장 계산을 위한 방법론 개발
- 3차원 바람장을 효율적으로 계산하기 위한 PC-cluster system 최적화
- GUI기반의 바람장 모델링 시스템(Weather Watch) 제작 및 검증
? 실시간 배출량 산출 및 측정망 자료 관리 시스템(EmiWatch and EmbiWatch System) 개발
- 굴뚝 TMS 자료의 송수신 절차 표준화 기술 개발
- 굴뚝 TMS 자료로부터 실시간 배출량 산출 방법 정립
- 배출량 산출 프로그램(EmiWatch System) 개발
- 대기자동측정망 자료관리 시스템 (EmbiWatch System) 개발
? 실시간 대기질 모델링 기술 개발
- 미국 EPA의 CALPUFF 모델을 기반으로 국내 실정에 정합한 Puff 모델 기술 정립
- Lagrangian 입자 모델에 의한 실시간 이론 개발 및 검증
- 반응성 면오염원을 모사하기 위한 Eulerian 모델링 기법 검토
- 실시간 모델링 시스템 (AirWatch System) 제작
? 상용화 package 제작 및 시범사업을 통한 검증
본 연구에서 단계별로 개발한 아래의 모델링 시스템에 대해서 각각 system package를 개발하고, 시범사업을 통해서 문제점을 보완하여 최종적으로 상용화 package를 완성하였다.
- 대형 사업장 대상 실시간 모델링 시스템(AirWatch System와 Internet AirWatch System)
- 도시 및 산단 지역 대상 실시간 모델링 시스템(Regional Air Watch System)

Abstract ▼

The main purpose of this research is to develop the real time air dispersion modeling system using the stack TMS by using various air quality models of Gaussian, Lagrangian, Puff, and Eurerian models together with the TMS emission data of $SO_{2}$, CO, PM, $NO_{x}$, HCl, $

The main purpose of this research is to develop the real time air dispersion modeling system using the stack TMS by using various air quality models of Gaussian, Lagrangian, Puff, and Eurerian models together with the TMS emission data of $SO_{2}$, CO, PM, $NO_{x}$, HCl, $NH_{3}$, $Cl_{2}$, $O_{3}$ and Dioxin. To do this, the verification of the measured data and the advanced measurement technique on the stack TMS should be considered first, and the air dispersion models for the real-time environmental impact assessment should be developed.
The essential components of this research are,
? Establishment of a real time wind field modeling system (WeatherWatch System)
- Calculation of meteorological parameters by measurement of the automatic weather station (AWS)
- A development of diagnostic model (KOMET) and a prognostic model models for the calculation of 3 dimensional wind fields.
- The optimization of PC-cluster system and verification of the predicted wind field by the measurements.
- A system development for the calculation of 3 dimensional wind fields based on GUI(Graphic user Interface).
? Development of a real time emission monitoring system (EmiWatch System) and ambient air quality data management system (AmbiWatch System)
- A development of logics to calculate the real-time emission rate from stack TMS data
- A development of standard procedures of data reception and transmission via stack TMS.
- Establishment of a synthetic database through data QA and QC
- A development of program of emission monitoring (EmiWatch System)
- A development of a ambient data management system (AmbiWatch System)
- System operation based on GUI and verification of data
? Development of a real-time air quality modeling system(AirWatch System)
- Puff model (theory and verification)
- Lagrangian model (theory and verification)
- Eulerian model (theory and verification)
- Development of a real time modeling and verification
? Production of commercial package and setting an example business and verification via filed applications.
- AirWatch and internet AirWatch systems for the industrial plant of large emission facility of air pollutants.
- Regional AirWatch system for a real-time modeling system for industrial complex area.

목차 Contents

• 표지 ...2
• 제출문 ...4
• 요약문 ...5
• SUMMARY ...16
• CONTENTS ...24
• 제목 차례 ...25
• 표 차례 ...30
• 그림차례 ...36
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ...49
• 제 1 절 기술개발의 중요성.필요성 ...49
• 제 2 절 연구 목표 및 주요사업내용 ...50
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ...58
• 제 1 절 국내의 기술동향 및 수준 ...58
• 제 2 절 국외의 기술 개발 수준 ...60
• 제 3 절 국내외 유사기술과의 차별성 ...62
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ...64
• 제 1 절 서 론 ...64
• 제 2 절 실시간 바람장 모델링 시스템(Weather-Watch System) 구축 ...69
• 1. WeatherWatch System의 개요 ...69
• 2. 사업장 중심의 실시간 기상탑(AWS) 측정에 의한 기상요소 계산 시스템 ...69
• 가. 대기안정도 ...70
• 나. 혼합고 ...71
• 다. 대기경계층 미기상학 변수 계산 ...73
• 라. 신뢰도 검증 ...77
• 3. 3차원 바람장 계산을 위한 기상진단시스템 ...81
• 가. 기상관측망 및 기상모델링 자료를 이용한 기상 진단적(diagnostic) 방법 ...81
• 나. 실시간 대기모델링을 통한 기상진단시스템 ...84
• 다. 기상 진단적 모델의 검증 ...115
• 라. 기상 종관장 분류에 따른 기상진단모델의 사례별 수치모의 ...116
• 4. 도시 및 광역 3차원 바람장을 예측하기 위한 예단적 기상 모델링시스템 ...130
• 가 예단적 바람장 모델링 시스템 ...130
• 나. 실시간 바람장 모델링을 계산을 위한 PC-cluster 구축 ...153
• 다. 3차원 바람장 생성 및 정확도 제고 ...160
• 라. 3차원 바람장 모델링 결과의 표출 시스템 ...180
• 제 3 절 실시간 배출량 산출 시스템 개발 ...189
• 1. TmsWatch System ...189
• 가. 개발배경 및 목적 ...189
• 나. 굴뚝감시체제 ...191
• 다. 굴뚝감시체제 구성도 ...192
• 라. 자료수집방법 ...194
• 마. 자료의 송.수신 프로토콜 ...195
• 2. 굴뚝연속측정기 ...204
• 가. 굴뚝연속자동측정기의 기능 ...204
• 나. 측정기 설치방법 ...206
• 다. 굴뚝배출가스중 먼지 연속자동측정기 성능 및 그 시험방법 ...229
• 라. 굴뚝배출가스 중 무기가스상 오염물질 연속자동측정기 성능 및 시험방법 ...230
• 마. 굴뚝감시체제의 개요 ...231
• 바. 굴뚝 감시체제 구성도 ...234
• 사. 자료수집장치의 필수사항 ...236
• 아. 송.수신 프로토콜(Protocol) ...242
• 자. 자료검증 Byte의 계산방법 ...256
• 3. 데이터 정도관리 및 표준화 ...257
• 가. 배출량 산출규정 및 고려사항 ...257
• 4. 통합 데이터베이스 구축 ...290
• 가. 각 지역관제센터의 데이터를 통합하는 데이터베이스 구축 ...290
• 나. 통합데이터베이스에 수신된 데이터를 실시간으로 대기확산 모델링 시스템에 전송하는 프로그램을 개발 ...293
• 다. 오염물질 확산경로를 정확히 예측하기위한 데이터 정도관리 표준체계확립 ...297
• 5. 배출량 산출 프로그램(EmiWatch System) 개발 ...303
• 6. 대기자동측정망 자료 관리 시스템(AmbiWatch) 개발 ...306
• 제 4 절 실시간 대기질 예측 모델링 시스템 (AirWatch System) 개발 ...309
• 1. 개요 ...309
• 2. Puff 모델 ...310
• 가. 이론 ...310
• 나. 모델 검증 ...344
• 3. Lagrangian 모델링 시스템 개발 ...375
• 가. 이론적 배경 ...375
• 나. Lagrangian Modeling 검증 ...379
• 4. Eulerian 모델링 시스템 개발 ...385
• 가. 이론적 배경 ...386
• 나. Eulerian Model 검증 ...395
• 다. Eulerian 모델(CALGRID)을 이용한 정확도 제고 및 실시간 시스템으로의 전환 ...399
• 5. 통계모형 개발 ...405
• 가. 통계의 개요 ...405
• 나. 대기오염물질의 상관관계 ...411
• 다. 대기 통계 예보시스템 개요 ...430
• 라. 통계 예보시스템 검증 ...438
• 제 5 절 상용화 Package 제작 및 시범사업 ...462
• 1. 사업장 AirWatch System (평촌소각장) ...462
• 가. 개요 ...462
• 나. 시범사업 시스템 구성 ...464
• 다. 인터페이스 ...483
• 2. Internet AirWatch System (수도권 매립지) ...494
• 가. 사업개요 ...494
• 나. 시스템 구축 ...494
• 3. Regional AirWatch System (울산 산단) ...541
• 가. 개요 ...541
• 나. Window system에서 puff 모델을 이용한 실시간 대기확산모델링 시스템의 상용화 package ...542
• 다. Linux System에서 CALGRID를 이용한 실시간 대기확산모델링 시스템의 상용 package 개발. ...570
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...585
• 제 1 절 연구개발 목표달성도 ...585
• 제 2 절 관련분야에의 기여도 ...592
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ...596
• 제 1 절 활용계획 ...596
• 제 2 절 차년도 이후 활용계획 ...598
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...606
• 제 1 절 기상예보모델의 수치예보기술 습득 ...606
• 제 2 절 세계 각국 환경전문업체의 선진정보기술 획득 ...606
• 제 3 절 차세대 대기질 예측 모델링 기술 습득 ...607
• 제 7 장 결 론 ...613
• 제 8 장 참고문헌 ...619
• [부록 1] 미국 워싱턴 주립대학의 연구결과 ...631
• [부록2] 고층기상 측정결과 요약 ...669