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Ⅳ. 연구 결과

● 한-미 협력 국내 대기질 공동조사 캠페인(KORUS-AQ) 예보 지원 및 결과자료 분석 및 해석
- MAPS (Megacity Air Pollution Study)/KORUS 항공관측캠페인 기간 동안 모델링 예보를 지원하기 위해 배출 인벤토리 (KORUS2015-NIER/KU) 및 프로세싱 시스템을 개선하고 pre-campaign과 main campaign 기간 동안 국내 및 국외 모델링 연구자들의 모델링 연구를 원활하게 지원.
- 2010년 인벤토리와 비교하면 NOx, VOC는 20 %,

Ⅳ. 연구 결과

● 한-미 협력 국내 대기질 공동조사 캠페인(KORUS-AQ) 예보 지원 및 결과자료 분석 및 해석
- MAPS (Megacity Air Pollution Study)/KORUS 항공관측캠페인 기간 동안 모델링 예보를 지원하기 위해 배출 인벤토리 (KORUS2015-NIER/KU) 및 프로세싱 시스템을 개선하고 pre-campaign과 main campaign 기간 동안 국내 및 국외 모델링 연구자들의 모델링 연구를 원활하게 지원.
- 2010년 인벤토리와 비교하면 NOx, VOC는 20 %, 15 % 증가. SO₂는 3 % 감소.
- Alkenes의 경우 기존 pre-mission 배출자료에 비해 2배정도 할당비율이 증가. Ethene 경우 20 % 감소. 방향족의 경우 toluene은 증가하고 xylene은 감소.
- GRIMs (Global/Regional Integrated Model System) -Chem 모델링 시스템 구축.
- GIST (Gwangju Institute of Science and Technology) GFS (Global Forecast System)-WRF (The Weather Research & Forecasting Model)-CMAQ (The Community Multi-scale Air Quality) 예보 시스템을 구축.
- CAMx (Comprehensive Air Quality Model with Extensions) 모델을 활용한 예보 시스템 구축.
- WRF-Chem 모델을 활용한 예보 시스템 구축.
- 항공관측캠페인 기간 동안 GRIMs-Chem, CMAQ, CAMx, WRF-Chem을 이용한 모델링 예보를 통해서 항공 관측의 최적 경로와 최적 시간을 제공하고, 국내외 연구자들의 관측 기반 연구를 지원.
- 지상관측 지점의 PM₁₀, PM_2.5, CO, O₃, SO₂ 측정 자료와 CMAQ 모의 결과를 비교한 결과 전반적으로 모델이 배출량 자료의 부정확함과 기상장 모의의 불확실성으로 미세먼지 및 가스상 대기오염물질 농도를 과소 모의하는 것으로 보임.
- DC-8 및 한서 King-air 관측 자료와 CMAQ 모의 결과를 비교한 결과 지상관측 지점과의 비교와 비슷한 양상을 보였으나, 지상과 대기 상층부의 NO₂, SO₂의 농도 분포를 모델이 상당 부분 잘 모의하고 있는 것으로 나타남.
- CAMx와 CMAQ의 결과를 비교해본 결과 PM₁₀ 및 Ozone의 경우 CMAQ의 모사 정확도가 더 높게 났으나, PM_2.5의 경우 CAMx가 관측치와 더 유의하였음. 이는 PM_2.5에 대해 모사 기간 중 CMAQ이 다른 수직 확산 방안으로 과대모사가 두드러지기 때문으로 판단.
- CMAQ의 경우 고해상도에서 정확도가 더 높게 나타났으나, CAMx의 경우 two-way nesting을 적용하여 2차 대기오염물질의 경우 격자해상도에 따른 차이가 미미하게 나타남.
- PSAT 분석 결과 대상 기간 동안 수도권 PM₁₀ 농도에 대한 국내외 기여도는 유사하였으며, PM_2.5의 경우 국외 61%, 국내 39%로 제시됨. 특히, 황산염의 경우 국외 유입이 높았으며, 반대로 암모늄의 경우 대부분이 국내에서 기인.
- Flexi-nesting을 이용한 초고해상도 모사 시 상세지역에 대하여 모델 결과가 개선.
- 모든 모델(GRIMs-Chem, CMAQ, CAMx, WRF-Chem)이 관측된 PM (Particulate matter)의 경향성을 잘 쫓아가고 있으며 앙상블이 가장 높은 상관성을 보임.
- PM_2.5와 달리 PM₁₀의 경우 농도의 경향은 잘 쫓아가나 관측과의 평균값이 크게 차이나는 값을 보였으며 모델에서 조대입자 중에 고려하지 않는 물질이 있는 것으로 추측.
- 다수의 모델들이 서울에서의 질산염을 높게 모의하는 경향을 보였으며, 이는 모델들 간의 화학 반응의 차이에 의한 것으로 생각.
- 항공기 관측값과 모형 관측값 비교에서 모형간 차이가 크게 나타남. 이는 항공 관측이 배경 지역에서 관측이 이루어져 배경장의 농도처리 및 수송 특성이 주로 영향을 주었기 때문.
- 오존의 차이는 기상장의 영향을 크게 받으며 그 중 복사량에 큰 영향을 받는 것으로 분석.

● 역모델링을 활용한 동북아 오염물질 배출 정량화
- GEOS-Chem adjoint 모델의 수반 민감도 분석 결과 캠페인 기간 한국 고농도 PM_2.5 사례에 가장 큰 영향을 미치는 오염원은 인위적 암모니아 배출인 것으로 나타남.
- 지역적으로는 한국의 영향이 20%로 나타났으며, 중국 동부 지방의 영향은 54%(산동 지역 33%, 상하이 지역 9%, 베이징 지역 12%)로 나타남.

● 오염물질의 해상 수송 과정 문석
- 캠페인 기간 중 서해 상공을 측정한 항공 관측 사례를 추출하여 3차원 오염물질 분포 및 플룸 위치의 이동 확인을 위한 수평 농도장의 시간변화를 분석하여 해상 대기 경계층 상층으로 오염물질 수송이 활발함을 확인.
- 서해상을 통과하면서 화학적 변환과정을 거쳐 2차 생성 오염물질의 경우, 전구물질 배출증가에 따라 전구물질의 서해상 이동이 증가하고 낮 시간으로 시간이 변함에 따라 서해상을 통과 하는 과정에서 농도가 증가됨을 확인.
- 또한 모델 결과와 항공, 존데 관측 자료와의 비교․분석을 통해 해상 수송 과정에 대한 혼합층 및 대기 경계층 발달과 관계된 연직 기상 구조와 그에 따른 오염물질 이동의 3차원 분포에 대해 모델이 잘 모의하였음을 평가.

(출처 : 요약문 4~5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 7
• 표목차 ... 8
• 그림목차 ... 10
• Ⅰ. 서 론 ... 19
• Ⅱ. 연구내용 및 방법 ... 20
• 제1절 국제항공 관측 캠페인 지원을 위한 배출량 인벤토리 ... 20
• 제2절 국제항공 관측 캠페인 대기질 예보 수행 방법 ... 46
• 제3절 역모델링 ... 76
• 제4절 분석수행 도구 ... 79
• Ⅲ. 연구결과 및 고찰 ... 83
• 제1절 한-미 협력 국내 대기질 공동 조사 캠페인 결과자료 분석 및 해석 ... 83
• 제2절 역모델링을 활용한 동북아 오염물질 배출 정량화 ... 157
• 제3절 오염물질의 해상 수송 과정 분석 ... 160
• Ⅳ. 결론 ... 193
• Ⅴ. 기대성과(활용방안) 또는 향후계획 ... 195
• Ⅵ. 참고문헌 ... 196
• 끝페이지 ... 198