초록 ▼

IV. 연구 내용 및 결과
연구내용은 다음과 같이 세 가지 주제로 구성된다. 첫째 동북아 황사 종합감시능력 향상, 두 번째 황사·연무통합모델 및 예보기술 개발, 그리고 세 번째로 환경기상 감시 및 자료분석기술이다.

(1) 동북아 황사 종합감시능력 향상
기상청/국립기상과학원은 황사와 연무를 종합적으로 감시하기 위하여 국내에 광학입자계수기 등 관측망을 운영하고, 국외에 한·중 황사공동관측망 등을 활용하고 있다. 또한 황사·연무를 비롯한 에어로졸의 물리·화학·광학 특성 분석을 위하여 서울황사감시센터를 비롯하여 환경

IV. 연구 내용 및 결과
연구내용은 다음과 같이 세 가지 주제로 구성된다. 첫째 동북아 황사 종합감시능력 향상, 두 번째 황사·연무통합모델 및 예보기술 개발, 그리고 세 번째로 환경기상 감시 및 자료분석기술이다.

(1) 동북아 황사 종합감시능력 향상
기상청/국립기상과학원은 황사와 연무를 종합적으로 감시하기 위하여 국내에 광학입자계수기 등 관측망을 운영하고, 국외에 한·중 황사공동관측망 등을 활용하고 있다. 또한 황사·연무를 비롯한 에어로졸의 물리·화학·광학 특성 분석을 위하여 서울황사감시센터를 비롯하여 환경기상분석센터를 구축 중이며, 국제연구 캠페인에 참여하였다.

광학입자계수기(OPC)와 현업 운영장비인 부유분진측정기(β-ray), 연구용으로 사용하는 공기역학 입자계수기(APS)의 비교 분석 실험을 통해, OPC가 황사·연무판별용 현업 장비로 가장 적합한 것으로 판단, 현업활용 방안을 제시하였다. 그리고 세계기상기구(WMO) ‘모래 및 먼지폭풍 조기경보시스템(SDS-WAS)’ 아시아 노드 활동의 일환으로, 나라별 상이한 에어로졸 측정 장비 상호비교가 가능하도록 세계표준 장비를 제시하여 공동 연구기반을 마련하였다.

서울황사감시센터에서는 2016년 3월 6일과 8일에 관측된 황사와 2015년 11월 4일부터 5일 사이에 관측된 연무에 대한 물리·화학·광학 특성을 분석하였다. 또한, 화학성분 자료를 이용하여 시정 및 상대습도와의 상관성을 조사하고, 화학성분과 광학특성 상관성 분석을 위한 기초 연구를 수행하였다. 그리고 에어로졸, 강수 등의 화학성분을 종합 분석할 수 있는 환경기상분석센터(대기화학분석실)를 2019년까지 구축하고자, 2016년에는 이온분석 전처리실, 이온분석실, 원소분석 전처리실로 구성된 대기화학분석실을 구축하는 등 환경기상분석센터 인프라를 구축하였다.

‘한·미 협력 국내 대기질 공동조사 캠페인(KORUS-AQ)’ 기간(2016. 5. 1.∼6. 12.) 서해상과 서울황사감시센터에서 에어로졸을 관측하고, 국내외 내륙지역에서 해상으로 유입되는 장거리 이동성 에어로졸(황사, 연무 등)의 물리·화학 특성을 규명하였다.

(2) 황사·연무통합모델 및 예보기술 개발
기상청에서는 2014년 준현업을 시작으로 황사뿐만 아니라 연무예측이 가능한 황사·연무통합예보모델을 활용해왔고, 2015년 연무포텐셜 예보 시행에 맞춰 현업운영체계를 개발하였다. 현업 황사·연무통합예측모델의 예측성 개선을 위해 지상 관측 PM₁₀ 농도 자료동화체계를 개선하였다. 기존 자료동화체계는 관측자료에 대한 품질검사체계가 이루어지지 않았고, 단지 모델 통계자료에 기반한 성분분배표를 활용하기 때문에 PM_2.5와 PM₁₀ 농도 관측자료를 반영하지 못하는 자료동화기법의 한계성을 가지고 있었다. 이를 개선하기 위해 중국 환경감시망 자료에 대한 품질검사기법과 중국 환경감시망의 PM_2.5 관측농도를 활용한 성분분배표 조정기법이 개발되었다.

그리고 황사·연무통합예측모델 결과가 반영된 수도권 중심 고해상도 황사·연무통합예측시스템 기반을 새로이 구축하였다. 수도권 중심 고해상도 황사·연무통합예측시스템을 위한 둥지격자체계 및 기상 및 대기질 입력자료 생산기반이 마련되었고, 고해상도 배출량 인벤토리가 적용되어 예측모델의 정확도를 높였다.

대기-환경 양방향 예측모델(AQUM; Air Quality in the Unified model) 도입에 따라 동아시아 지역 모델 수행에 필요한 인위오염물질 배출량 입력자료를 산출하였다. 배출량 산출에 사용한 배출량 목록 자료는 MICS-Asia (Model Inter-Comparison Study for Asia) 조사 자료로서 0.5° 등위경도 격자 간격에 다섯 개 배출원 분류 형태의 연간 배출량 자료이다. 또한 AQUM을 활용한 사례 실험 및 시험 운영을 위한 준실시간 운영체계를 구축하였다.

기상청은 화산재 및 방사성물질 누출로 인한 위험 물질의 확산이 예상될 때, 수치모델을 이용한 확산예측결과 산출체계를 운영하고 있다. 위험물질 확산예측결과 산출을 위해 미국 해양대기청(NOAA)의 HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) 모델과 더불어 영국기상청 확산예측모델(Numerical Atmospheric dispersion Modeling Environment, NAME)을 병행하여 활용할 수 있는 체계를 구축하였다. 또한 한반도 주변국에서 활동 중인 화산 폭발 시 그 영향 여부에 대한 신속한 예측을 위해 도쿄 화산재정보센터(Volcanic Ash Advisory Center, VAAC)로부터 입전되는 전문을 이용한 실시간 화산재 예측정보 생산 체계가 구축되었다.

(3) 환경기상 감시 및 자료분석기술 개발
기후변화감시 및 환경기상 관측자료의 관리와 품질검사 지원을 위한 통합관리 체계가 요구됨에 따라 이를 위한 환경기상 관측자료 데이터베이스(DB) 체계가 구축되었다. 또한 관측자료를 실시간 수집하여 DB로 저장하기 위한 자료전송 프로그램과 모니터링 시스템이 Python 프로그래밍 언어를 이용하여 개발되었고, 사용자 편의성을 위해 GUI 환경으로 구현되었다.

환경기상 관측자료 자료품질 안정화를 위하여 PM₁₀ 관측자료의 실시간 품질관리 기술이 개발되었다. 품질관리 절차는 총 5단계로 관측범위한계 검사(Valid value check), 기기에러 검사(Error code check), 지속성 검사(Persistence check), 시간 연속성 검사(Time continuity check), 튀는 값 검사(Spike check)의 절차로 구성된다.

전국 26개 지점 2년간 PM₁₀ 농도 자료를 대상으로 품질관리를 적용한 결과 정확도(Accuracy, ACC)는 평균 0.98로 비교적 높게 나타났다. 허위경보율(False Alarm Ratio, FAR)은 지점에 따라 0.03 ～0.81로 차이가 있었지만 전 지점 평균 0.34 수준을 보였다. 그리고 대기복사 실시간 품질관리 기술은 현장품질관리, 실시간품질관리, 준실시간 품질관리 등으로 성격에 따라 기준을 달리하였으며, 대기복사 자료에 적용된 품질관리는 물리한계 검사, 상관성 검사, 순복사 검사이다. 강수 및 에어로졸화학 품질관리 기술이 개발되었다. 채취된 강수 및 대기에어로졸(PM₁₀, PM_2.5) 이온성분을 분석하는데 분석요소는 수용성 이온 9종(Cl^-, NO₃^-, SO₄^2-, F^-, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺)의 농도이며, 이때 에어로졸 시료의 용출은 초순수가 사용되었다.

(출처 : 요약문 13p)

Abstract ▼

IV. Research Contents and Results
The research contents consist of (1) enhancement of comprehensive Asian dust monitoring capability in Northeast Asia, (2) development of Asian Dust and Haze Model(ADAM2-Haze) and its prediction technology, and (3) development of technologies for environmental met

IV. Research Contents and Results
The research contents consist of (1) enhancement of comprehensive Asian dust monitoring capability in Northeast Asia, (2) development of Asian Dust and Haze Model(ADAM2-Haze) and its prediction technology, and (3) development of technologies for environmental meteorology watch and data analysis.

(1) Enhancement of comprehensive Asian dust monitoring capability in Northeast Asia
The National Institute of Meteorological Sciences (NIMS) in the Korea Meteorological Administration (KMA) has operated the measurement network for Optical Particle Counter (OPC), etc. and utilized the ‘KMA-CMA Joint SDS stations’ in order to comprehensively monitor the Asian dust and haze. And the KMA/NIMS has also operated Seoul Hwangsa Monitoring Center and established the Environmental Meteorological Analysis Center to analysis the physical, chemical, and optical properties of aerosol including the Asian dust and haze, and participated in the international campaign.

The NIMS has chosen the OPC and suggested it as the official operational instrument of KMA for the purpose of discernably detecting either the Asian dust or the haze, after conducting comparative studies of the relative performances among the instruments such as OPC, Aerodynamic Particle Sizer (APS), β-ray Particulate Monitor (beta-ray). Participating in the Asian Node of the Sand and Dust Storm Warning Advisory and Assessment System (SDS-WAS) of the World Meteorological Organization (WMO), the NIMS also constructed collaboration framework on which aerosol instruments are able to be compared with those from other countries by referencing to the world standard instrument.

The physical, chemical, and optical aerosol properties were analyzed for the events of the Asian dust and haze observed at the Seoul Hwangsa Monitoring Center. The events chosen for the Asian dust were those on March 6 and 8, 2016, and for the haze between November 4 and 5, 2015. The correlation between the chemical composition of the aerosol and the meteorological visibility and relative humidity was investigated in such ways to initiate further studies on optical and chemical characteristics of aerosols. The KMA/NIMS is planning to establish an Environmental Meteorological Analysis Center (Atmospheric Chemistry Analysis Laboratory) by 2019, in which those chemical components such as aerosols and precipitation will be analyzed. The facilities such as ion analysis pre-treatment chamber, ion analysis chamber, and elemental analysis pre-treatment chamber were pre-installed as initial stage of the center (laboratory) in 2016.

During the Korea U.S.-Air Quality (KORUS-AQ) period, the aerosol measurements were carried out over the Yellow Sea on board the research vessel called Gisang-1st, and at the Seoul Hwangsa Monitoring Center. Using those measurements the physical and chemical characteristics of the long-range transported aerosols such as the Asian dust and haze were analyzed.

(2) Development of Asian Dust and Haze Model(ADAM2-Haze) and its prediction technology
The Korea Meteorological Administration (KMA) has been using the ADAM2-Haze model that predicts the haze as well as the Asian dust, started the semi-operation in 2014, and developed it into an operation system in line with the launch of the haze potential forecast at KMA in 2015. To improve predictability of the ADAM2-Haze, we improved its data assimilation system to ingest the observed PM₁₀ concentration data. The existing data assimilation system did not have the process to quality-inspect the observation data and could not ingest the PM_2.5 and PM₁₀ observations due to the component distribution table being based on model statistical data. In order to improve this, we developed a quality inspection technique with China environmental monitoring network data and an adjustment method of the composition distribution table based on PM_2.5 observation from the China environmental monitoring network.

And we have also built a high-resolution Asian dust forecasting system, model domain of which is centered at the metropolitan area of Seou,l based on the ADAM2-Haze. The nest grid system has been used in order to produce the high quality input data for the atmospheric state, and the prediction model accuracy has been improved by applying the high resolution emission inventory in the metropolitan area.

The amount of anthropogenic pollutant emissions required for regional models in East Asia was provided from the Air Quality in the Unified Model (AQUM).

The inventory used to calculate emissions is from the MICS-Asia survey data, which is annual data for anthropogenic pollutants of the five emission categories for a 0.5° isometric latitude and longitude grid. We also built a semi-real-time operating system for case experiments and test operations using AQUM.

The Korea Meteorological Administration (KMA) operates a dispersion prediction calculation system using numerical models when the spread of hazardous materials such as volcanic ash and radioactive leaks is expected. The NOAA's HYSPLIT and the UK Meteorological Agency’s NAME were constructed in parallel. We installed the latest version (6.5) on KMA’s Super computer 4 to run the NAME model, and the meteorological input data for operating the NAME model was obtained from the UM GDAPS forecast data. In order to make a quick prediction of the volcanic ash spread over Korean peninsula, we constructed real-time volcanic ash prediction information production system using the electronic text messages from the Tokyo Volcano Information Center (VAAC).

(3) Development of technologies for environmental meteorology watch and data analysis.
We constructed the integrated data management system, enabling automatic on-line data collection and data search to be possible and real-time for the climate change monitoring and environmental meteorological measurements. We also built databases to store and retrieve those collected raw-data efficiently.

Real-time quality control for the PM₁₀ observation data has been applied.
The quality control procedure consists of five steps: Valid value check, Error code check, Persistence check, Time continuity check, Spike check. The quality control algorithm is applied to PM₁₀ dataset for the period 2013-2014 at 26 sites in Korea. Accuracy of quality control was 0.98 for the past 2 years at 26 stations nationwide, which is meant that the performance of the quality control was relatively high. The FAR value ranged 0.03 to 0.81, averaging on 0.34 for all sites. The quality control applied to atmospheric radiation data is consisted of physical limit inspection, correlation inspection and net radiation inspection. Also, the quality controls for the precipitation and aerosol have been developed. The analytical elements were nine kinds of water soluble ions (Cl^-, NO₃^-, SO₄^2-, F^-, Na , K , NH₄ , Ca² , Mg² ), and the ultrapure water is used for elution of the aerosol sample.

(출처 : Summary 19p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연 구 보 고 서 ... 3
• 목차 ... 5
• 표목차 ... 7
• 그림목차 ... 9
• 요 약 문 ... 13
• Summary ... 18
• 제 1 장 서 론 ... 24
• 제 2 장 동북아 황사 종합감시능력 향상 ... 26
• 제 1 절 황사·연무 판별연구를 위한 에어로졸 물리·화학·광학 특성 ... 26
• 1. 환경기상분석센터 인프라 구축(대기화학분석실 구축 및 활용) ... 26
• 2. 황사·연무의 물리·화학특성 및 시정과의 상관성 ... 28
• 3. 도시지역의 에어로졸 광산란 및 광흡수 특성과 계절변동 ... 36
• 4. 황사, 연무, 연무-황사 혼합사례의 에어로졸 물리·화학 특성 ... 39
• 제 2 절 한·미 협력 국내 대기질 공동조사 캠페인 참여 및 에어로졸 특성 ... 47
• 1. 기상1호에서측정한서해상고농도에어로졸사례의발원지기원별물리·화학특성 ... 47
• 2. 지상에어로졸 종합관측 자료를 활용한 고농도사례의 물리·화학·광학 특성 ... 52
• 제 3 장 황사·연무통합모델 및 예보기술 개발 ... 56
• 제 1 절 현업 황사·연무통합예측모델 개선 ... 56
• 1. 지상 PM10 관측자료를 이용한 자료동화체계 운영 ... 56
• 2. 수도권 중심의 고해상도 황사·연무 예측체계 기반 구축 ... 62
• 제 2 절 대기-환경 양방향 예측모델 시험운영 ... 66
• 1. AQUM 운영을 위한 인위오염물질 배출량 입력자료 산출 ... 66
• 2. AQUM 준실시간 운영체계 구축 ... 68
• 제 3 절 라그랑지안 모델을 이용한 예측결과 생산체계 구축 ... 71
• 1. 영국기상청 대기확산 모델 활용 체계 구축 ... 71
• 2. 화산재정보센터 전문을 활용한 화산재 확산예측 자동화 ... 74
• 제 4 장 환경기상 감시 및 자료분석기술 개발 ... 76
• 제 1 절 환경기상 관측자료 통합관리 체계 구축 ... 76
• 1. 환경기상 관측자료 DB 구축 ... 76
• 2. 환경기상 관측자료 실시간 수집 및 표출체계 개발 ... 79
• 제 2 절 환경기상 관측자료 자료품질 안정화 ... 82
• 1. 부유분진측정기(PM10) 관측자료의 실시간 품질관리 기술 개발 ... 82
• 2. 세계표준 제시를 위한 에어로졸 측정 장비 평가 ... 86
• 3. 대기복사 실시간 품질관리 기술 개발 ... 88
• 4. 강수 및 에어로졸화학 품질관리 기술 개발 ... 92
• 제 5 장 요약 및 결론 ... 94
• 참고문헌 ... 96
• 부록 ... 98
• 끝페이지 ... 107