초록 ▼

IV. 연구 내용 및 결과
연구내용은 (1) 동북아 황사․에어로졸 감시망 운영 및 예보지원, 2) 황사․연무 통합모델 및 예보기술 개발로 구성된다.

(1) 동북아 황사․에어로졸 감시망 운영 및 예보지원
기상청/국립기상과학원에서는 동북아 황사ㆍ연무를 종합적으로 감시하고 분석하기 위해서 국내에 광학입자계수기 8개소, 공기역학입자계수기 2개소, 스카이라디오미터 3개소와 발원지 분석을 위해 국외에 황사감시기상탑 2개소(몽골)와 한ㆍ중 황사공동관측망 10개소를 활용 중에 있다. 2015년에는 감시망의 안정적인 운영을

IV. 연구 내용 및 결과
연구내용은 (1) 동북아 황사․에어로졸 감시망 운영 및 예보지원, 2) 황사․연무 통합모델 및 예보기술 개발로 구성된다.

(1) 동북아 황사․에어로졸 감시망 운영 및 예보지원
기상청/국립기상과학원에서는 동북아 황사ㆍ연무를 종합적으로 감시하고 분석하기 위해서 국내에 광학입자계수기 8개소, 공기역학입자계수기 2개소, 스카이라디오미터 3개소와 발원지 분석을 위해 국외에 황사감시기상탑 2개소(몽골)와 한ㆍ중 황사공동관측망 10개소를 활용 중에 있다. 2015년에는 감시망의 안정적인 운영을 위해 광학입자계수기와 스카이라디오미터의 장비 점검을 실시하였고 몽골 현지 방문을 통해 황사감시기상탑을 점검하고 관리인 교육을 실시하였다. 7.29-8.1에는 중국기상국, 환경보호부와 각각 KOICA 사업「중국 황사/미세먼지 관측망 운영 및 대처기술 역량 강화」협의록을 작성하였고 이를 통해 한ㆍ중 황사공동관측망의 현대화도 추진할 예정이다.

환경기상연구과에서는 황사 발생 시 신속하게 예보지원을 하도록 황사가 빈번한 12월, 1-5월에는 황사예보지원 담당자를 편성하고 있다. 2015년에는 12차례 황사가 발생하였는데, 이를 위해 발원지 상황, 황사 이동 상황, 우리나라 영향여부 등을 정리한 ‘황사분석서’를 총 194회 제공하였으며 수시로 황사브리핑을 실시하였다. 그리고 황사에 취약한 계층을 수신자로 하는 황사정보 문자서비스를 10만 건 이상 발송하였다. 서울과 서귀포황사감시센터에서는 각각 서울에서 관측된 황사 6사례, 연무 1사례와 서귀포에서 관측된 황사 4사례에 대해 PM₁₀ 농도, 이온 및 원소 성분, 에어로졸 광학두께 등 물리적, 화학적, 광학적 특성을 분석하였다.

최근 중국의 산업화로 서해상으로 유입되는 황사ㆍ연무에 대한 국민적 관심이 높아짐에 따라 2015년에는 산ㆍ학ㆍ연 공동으로 서해안 3차원 황사ㆍ연무 입체 공동관측이 실시되었다. 국립기상과학원은 지상, 해상, 항공관측에 다양한 장비를 참여시킴으로써 종합적인 감시를 수행하였으며, 특히 부유분진 자동채취기를 활용하여 기상1호의 운항 기간 동안 관측된 PM₁₀ 농도 기반으로 황사, 연무, 혼합, 오염사례를 성공적으로 분류하였다. 또한 기상1호 및 항공기 관측 자료 분석을 통해 국내 발생원을 배제한 월경성 황사ㆍ연무의 물리, 화학적 특성을 파악할 수 있었다.

그리고 국립기상과학원은 미국 NASA와 국내 연구진들과 함께 고농도 미세먼지와 오염발생 원인 규명을 위해 2016년 봄철「한미 협력 국내 대기질 공동조사 캠페인(KORUS-AQ)」에 참여할 계획이다. 이에 2015년에는 예비캠페인으로 5월 18일부터 6월 12일까지 4주간 서울황사감시센터에서 4종류의 장비(공기역학입자계수기, 미세먼지연속채취기, PILS, 스카이라디오미터)를 운영하고 관측된 에어로졸의 물리, 화학적 특성을 분석하였다.

(2) 황사․연무통합모델 및 예보기술 개발
기상청에서는 2014년 준현업을 시작으로 황사뿐만 아니라 연무예측이 가능한 황사·연무통합예보모델을 활용해왔고, 2015년 연무포텐셜 예보 시행에 맞춰 현업운영체계를 개발하였다. 새로이 도입·가동되기 시작한 슈퍼컴퓨터4호기에 모델을 이식하였으며, 초기 자료 개선을 위해 우리나라와 중국의 약 1540개 지점의 지상 PM₁₀ 농도 자료를 활용한 자료동화체계를 구축·적용함으로써 모델의 황사 및 연무 농도 예측성을 향상시켰다(2015년 봄철에 대한 황사농도예측정확도 78.1%로, 최근 5년 중 가장 높음). 그리고 인위적·지연적 배출량 처리 모델(SMOKE)과 식생배출량 모델(MEGAN)에 최신의 배출량 자료를 적용함으로써 배출량 개선을 통한 황사·연무 통합예보모델의 예측성 향상을 시도하였다. 2007년부터 운영 중인 황사예보 현업지원시스템 ‘흙비시스템’에는 황사·연무 발원지 감시 체계를 강화하기 위해 ECMWF와 UM 모델 결과로부터 추출한 발원지 토양수분 및 눈덮임 자료, 중국기상청 환경감시망 PM₁₀ 농도 관측 자료, 몽골의 2개소 황사감시기상탑 관측 자료를 새로이 제공하였고 황사·연무통합예측모델 결과로부터 중국, 고비, 만주지역에서 한반도를 잇는 단면도 표출을 통해 연직적인 PM₁₀ 농도 분포와 바람장 분석이 가능하도록 지원하였다. 에어로졸 농도-시정 변화 기법 개발 연구도 진행되었다. 이는 황사, 미세먼지 등 복합적으로 발생하는 시정 장해 현상을 예보하기 위한 연구로, 서울황사감시센터에서 관측된 에어로졸 광학특성과 시정간의 관계를 조사하였다. PM₁₀과 PM₁ 인렛으로 관측한 결과로 계산된 시정에 따르면, PM₁₀의 결과가 상대적으로 좋아 시정 산출에 더 적합함을 보였고, 수증기 역할을 고려하기 위해 향후 상대습도와의 관련성 연구도 필요함을 시사하였다.

기상-에어로졸 상호작용을 고려한 황사·연무 예보를 위해 양방향 대기질 모델인 AQUM의 도입을 추진하였다. 이 모델은 UM을 기반으로 하면서 광화학모델인 UKCA을 서브 모델로 사용하기 때문에 현재 기상청에서 운영하는 전구 UM 모델 예측자료를 경계 자료로 활용 가능하다. 그러나 자료동화 체계가 갖춰져 있지 않고, 유럽의 배출량 자료를 사용하기 때문에 슈퍼컴퓨터 이식 및 모델 운용 체계 구축 외에도 향후 우리나라를 포함한 동아시아 영역 구축, 모델 입력 배출량 산출 기법개발, 자료동화 체계 구축 등이 뒷받침되어야 한다.

기상청은 또한 2008년부터 봄철 및 겨울철 황사전망을 위해 통계모델을 개발하여 운영하고 있다. 2015년에는 효율적인 황사예측을 위해 입력 자료를 수집하고, 통계모델을 구동하여 월별, 계절별 황사 발생을 예측하는 일련의 과정들을 자동화하는 체계를 구축하였고, 이를 이용하여 봄철 및 겨울철 황사발생일수를 예측하여 전망 결과를 발표하였다.

(출처 : 요약문 14p)

Abstract ▼

IV. Research Contents and Results
The research contents consist of (1) development of Asian dust․aerosol monitoring in Northeast Asia and forecast services, (2) development of Asian dust and hase forecast model (ADAM2-Haze) and forecasting technique

(1) Management of Asian dust monitoring

IV. Research Contents and Results
The research contents consist of (1) development of Asian dust․aerosol monitoring in Northeast Asia and forecast services, (2) development of Asian dust and hase forecast model (ADAM2-Haze) and forecasting technique

(1) Management of Asian dust monitoring network and support for Asian dust and haze forecast
Optical particle counters and skyradiometer were inspected for stable operation of Asian dust monitoring network. In July 2015, the Korean implementation survey team organized by NIMS and KOICA visited China and agreed on the contents of 「The project for improving capability to observe and respond to sand and dust storm in China」during 2015∼2017. Through this project, PM₁₀ equipments and infrastructure of 10 KMA-CMA joint SDS monitoring stations will be replaced or fixed in 2016.

Asian dust forecasting supporters was appointed and carried out promptly the daily duty on 24 hour shifts from December to May. The Asian dust was observed 12 times in 2015, the supporters offered 194 times the result analyzing the outbreak, transport, and effect on Korea of Asian dust and briefed them. In addition, we provided the ‘SMS service for Asian dust’ more than 100,000 to the groups vulnerable to Asian dust. And we analyzed the physical, chemical, and optical properties of aerosols, such as PM₁₀ mass concentration, ion and elemental components, aerosol optical thickness for six Asian dust and one haze cases observed at Seoul and four Asian dust cases observed at Seogwipo.

Environmental Meteorology Division (EMD) has been conducted “ 3D measurements for Asian dust and haze at West Sea” in 2015 with other research groups according to increase the national interest due to sharply increased PM₁₀ and PM2.5 by an industrialization of China, recently. EMD was carried out comprehensive monitoring by involving wide range of equipments for the measurement at terrestrial, marine, and air. In particular, the classification of dust, haze, haze with dust sources on the sea was carried outed successfully by chemical aerosol analysis based on PM₁₀ sampler(PMS, Particle Measurement System). Finally, we found the physical and chemical characteristics of long-range transported Asian dust and haze excluding local sources by using vessel and air craft. The National Institute of Meteorological Studies (NIMS) will participate in the 「Korea-US Air Quality (KORUS-AQ) campaign」in South Korea in 2016, in order to understand the factors controlling air quality over Korean peninsula and its surroundings. NIMS participated in its pre-campaign during 18 May - 12 June in 2015 with 4 instruments (aerodynamic particle size, continuous particle monitoring system, particle-into-liquid sampler wit ion chromatography, and skyradiometer) in Seoul. And aerosol physical, chemical and optical properties during pre-campaign were analyzed.

(2) Development of Asian dust and hase forecast model (ADAM2-Haze) and forecasting technique
Since 2014, KMA has developed and used the ADAM2-Haze model semi-operationally to forecast haze as well as Asian dust and alse developed the operational system for haze forecast to support the haze potential forecast. The operation system includes a data assimilation system using surface PM₁₀ observation over China and Korea to improve model performance, and the system has been installed in the fourth supercomputer system of KMA. SMOKE (Sparse Matrix Operator Kernel Emissions) model and MEGAN (Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature) model has been adopted into the operational system to reflect the latest eimssion inventory data and sophisticated material emission features. (The accuracy of Asian dust concentration prediction in 2015 has at 78.1% and this is the most highness in the last five years). And the latest updated anthropogenic and biogenic emission inventories were applied to improve predictability of the ADAM2-Haze model. Heugbi system, which is Asian dust forecacst supporting system since 2007, is enhanced with new analyzed results from observations, analysis and forecast model. Surface soil moisture and snow depth from ECMWF and UM is analyzed each 6 hour and vertical temperature and wind profile from observations over Asian dust emission region is also analyzed twice a day. Aerosol concentrations form China environment monitoring network is analyzed every 1 hour to monitor creation and advection of aerosl over China.

From ADAM2-Haze model, veritical cross section analysis on several section connecting Asian dust emission regions and Korean peninsula to have a new perspective for vertical aerosol structure and advection. We also developed the method for converting from aerosol concentration to visibility. This research is performed for forecasting the obstruction to visibility by aerosol effects, such as Asian Dust or fine particles. We analyzed the relationship between aerosol optical property and visibility in Seoul. As a result we found that PM₁₀ have more good correlation to retrieve visibility compared with PM1. And since relative humidity is another important factor for visibility, f(RH) should be considered in further study.

AQUM (Air Quality in the Unifed Model) has been adopted as the next generation operational model for haze and Asian dust, in which meteorological variables and environmental variables interact with each other. AQUM is based MetUM (Met Office Unified Model) and UKCA chemistry and aerosol model is used to describe photochemical reaction in the model. Consistency with operational global forecast model of KMA and in-line interaction between meteorological and environmental variables are main advantages of AQUM. Despite the advantage, AQUM has some limitations for running the model as an operational model, which are an assimilation system for AQUM and the emission data for East Asia.

Studies for an assimilation system and emission data for East Asia region should be followed.

We developed and operated the statistical model for seasonal forecast of Asian dust occurrence. In order to efficient forecast the Asian dust, we constructed automatic system of statistical model for Asian dust occurrence and reported the results of forecasting using automatic system in 2015.

(출처 : Summary 19p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연 구 보 고 서 ... 3
• 목차 ... 5
• 표목차 ... 8
• 그림목차 ... 9
• 요 약 문 ... 14
• Summary ... 19
• 제 1 장 서 론 ... 25
• 제 2 장 동북아 황사·에어로졸 감시망 운영 및 예보지원 ... 27
• 제 1 절 국내외 에어로졸 감시망 운영 ... 27
• 1. 국내 광학입자계수기 감시망 운영 ... 27
• 제 2 절 황사 종합감시 및 예보지원 ... 30
• 1. 황사예보지원 ... 30
• 2. 서해안 3차원 황사·연무 입체 공동관측 ... 36
• 제 3 절 황사·연무 사례별 특성 분석 ... 53
• 1. 서울에서 관측한 황사·연무 사례의 물리·화학·광학 특성 분석 ... 53
• 2. 서귀포에서 관측한 황사·연무 사례의 물리·화학·광학 특성 분석 ... 63
• 3. PM10, PM2.5 필터포집 방식의 질량농도 및 화학성분 분석 ... 68
• 제 4 절 동북아 황사공동대응을 위한 국제협력 ... 71
• 1. 한·중·일 황사공동연구단 활동 ... 71
• 2. WMO SDS-WAS 활동 ... 74
• 3. KORUS-AQ 예비캠페인 활동 ... 76
• 4. KOICA 사업(중국황사/미세먼지 관측망 운영및대처기술 역량강화) 활동 ... 78
• 제 3 장 황사·연무통합모델 및 예보기술 개발 ... 82
• 제 1 절 봄철 계절예측시스템 운영 및 지원 ... 82
• 1. 황사 계절예측시스템 개발 ... 82
• 2. 황사 계절예측시스템 자동화 체계 구축 ... 84
• 3. 황사 계절전망 지원 ... 85
• 제 2 절 AQUM 도입을 위한 기반구축 ... 88
• 1. AQUM 개요 ... 88
• 2. AQUM의 입력 자료 ... 88
• 3. ROSE/CYLC 체계에서의 AQUM ... 90
• 제 3 절 황사·연무통합모델 현업운영체계 개발 ... 92
• 1. 황사·연무통합모델 개요 ... 92
• 2. 지상 PM10 관측 농도 자료동화체계 구축 ... 93
• 3. 현업예보 지원을 위한 분석도 산출 ... 94
• 4. 현업운영체계 구축 ... 97
• 제 4 절 자료동화 및 배출량 기법 개발을 통한 황사⋅연무통합모델 개선 ... 98
• 1. 지상 PM10 자료를 활용한 자료동화 ... 98
• 2. 배출량 자료의 최신화 ... 102
• 제 5 절 에어로졸 농도-시정 변환기법 기반 연구 ... 108
• 1. 개요 ... 108
• 2. 관측 및 분석방법 ... 108
• 참고문헌 ... 111
• 부록 ... 115
• 끝페이지 ... 128