초록 ▼

상ㆍ하위 도시계획에 있어 보다 효율적인 대기질 관리를 위하여 각 개발 계획의 대안별 대기질 예측 및 평가가 요구된다. 현재까지 수행된 대기질 평가의 경우 배출총량을 고려한 환경용량 산정 연구가 실시 되지 않았으나, 향후 시행될 배출 총량제 도입 시에는 각종 계획 수립 시 대상영역의 배출량에 대한 환경용량 산정 및 평가는 필수적인 자료가 될 것으로 예상 된다. 또한 사전환경성 검토 및 환경영향평가 시 오존, 미세먼지 등의 1차 및 2차 오염물질에 대한 영향예측을 실시하여야 하는 대상 지역 및 사업의 경우 반드시 대상영역의 3차원 기상

상ㆍ하위 도시계획에 있어 보다 효율적인 대기질 관리를 위하여 각 개발 계획의 대안별 대기질 예측 및 평가가 요구된다. 현재까지 수행된 대기질 평가의 경우 배출총량을 고려한 환경용량 산정 연구가 실시 되지 않았으나, 향후 시행될 배출 총량제 도입 시에는 각종 계획 수립 시 대상영역의 배출량에 대한 환경용량 산정 및 평가는 필수적인 자료가 될 것으로 예상 된다. 또한 사전환경성 검토 및 환경영향평가 시 오존, 미세먼지 등의 1차 및 2차 오염물질에 대한 영향예측을 실시하여야 하는 대상 지역 및 사업의 경우 반드시 대상영역의 3차원 기상장을 예측하고, 예측된 기상장을 이용한 배출량 산정 및 3차원 광화학 모델을 통한 대기오염 현상 규명을 위한 대기질 연구가 요구된다. 이에 따라 대기오염물질의 이류ㆍ확산, 수송, 반응 과정을 보다 잘 이해하고, 효율적인 대기 정책 수립을 위해서 는 합리적이고 신뢰성 있는 배출 입력 자료의 확보가 대기질 모사 연구에 있어서 보다 중요한 요소로 대두될 전망이다.
현재 환경부에서 연구, 조사한 높은 신뢰도의 배출량 자료 (CAPSS, 2001, 2002, 2003)가 이용 가능함에도 불구하고, CAPSS 자료 자체를 대기질 모델링의 입력자료로 사용하기에는 여러 제한점이 제기된다. 이에 따라 CAPSS 자료를 국내 대기질 모델링에 활용될 수 있는 배출량 처리 시스템 개발이 시급한 실정이다. 미국의 경우, 국내 CAPSS 자료와 유사한 National Emission Inventory를 사용자가 이용할 수 있도록 하는 시스템을 개발하여 EPA 홈페이지에 공개하고 있으나, 국내에서는 이러한 범용적인 시스템이 구축되어 있지 않으므로 배출량 산정 시 사용자에 따라 서로 다른 결과가 나타나는 등의 어려움이 발생하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 CAPSS 자료로부터 시간 및 공간 할당 처리, 그리고 화학 메커니즘별 화학종을 구분하여 배출량을 산정할 수 있는 범용적 전처리 툴을 개발하고자 하였다.
본 연구에서 개발한 Korea Environment Institute-Emissions Inventory Preparation System(KEI-EIPS)는 CAPSS 자료를 대기질 모사 연구에 간편하고 보편적인 활용을 위한 것으로 배출원별 시간 할당, 공간 할당, 그리고 화학 메커니즘 별 화학종을 구분하여 배출량을 산정할 수 있는 전처리 툴이다. 공간할당의 경우 GIS 자료를 기반으로 하여 현재까지 도출된 최선의 기법을 사용할 수 있으며, 대기질 개선 정책 수립시 적용 대상 지역과 이용 목적에 따른 배출량 변화를 예측한 대기질 모사가 가능하도록 설계하였다.
KEI-EIPS에서는 배출원별 특성을 고려하기 위하여 CAPSS 내의 약 500개의 배출원 분류코드(SCCs, Source Classification Codes)를 사용하였으며, 대상영역에 대한 공간할당을 위하여 국내 GIS 자료의 MIMS Spatial Allocator 을 통한 처리를 통해 각 지역에 해당되는 공간할당계수를 산출하였다.
개발된 KEI-EIPS의 활용성 평가를 위하여 1) PSU-NCAR/MM5를 사용하여 3차원 기상장 수치모의를 실시, 2) KEI-EIPS를 사용하여 CAPSS 자료의 시간, 공간 할당 및 화학종 분류 후 3차원 기상장 수치모의 결과와 SMOKE (Sparse Matrix Operator Kernel for Emissions) 를 적용하여 한반도 및 수도권 영역에 대한 배출량을 산정, 3) 3차원 대기질 모델인 CMAQ을 이용하여 수치모의 한 대기오염물질 농도와 대기오염측 정망 자료의 비교를 실시하였다.
우선 SMOKE 결과 보고서를 사용하여 평가된 지역별 배출량 분포 등으로부터 KEI-EIPS 의 신뢰성을 검증하였다. CAPSS 자료를 이용해 모사된 대기오염물질 농도의 관측치와 비교, 그리고 배출원별 대기오염물질 배출 비율 등의 검토를 통해 현상황의 대기질 모사를 위한 배출량 자료의 불확실성이 확인되었으며, 이는 CAPSS 자료의 보완과 향후 연계될 과제를 통한 KEI-EIPS내의 내부자료 업데이트를 통해 개선되어 져야 할 것으로 사료된다.
본 연구에서 개발된 KEI-EIPS는 지금까지 존재하지 않아 발생했던 불편함을 해소하고 범용적으로 사용할 수 있는 공개 툴이라는 점과, 사용자들의 오류 보고 등을 통해 개선되고 엡그레이드 될 수 있는 기반을 갖춘 최초의 배출량 전처리 시스템이라는 점에 그 의의가 크다고 할 수 있다. 더욱이 지금까지 범용적인 툴이 존재하지 않아 동일한 자료를 이용한 대기질 연구임에도 불구하고, 사용자마다 다른 산정방법으로 인해 동일하지 않은 예측결과를 도출하게 되는 사례가 빈번히 발생하는 점을 고려할 때, 본 연구에서 개발된 툴은 산정된 국가 배출량 자료를 대기질 모사 연구에 이용할 수 있는 보편적이고, 상호확인 가능한 처리 방안을 제공함으로써 향후 대기질 예측 및 저감 대책 수립 시 예상되는 논란을 최소화 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
끝으로 본 연구에 이어 연속되는 2차년도에서는 1차년도에서 개발된 KEI-EIPS의 내부 자료 업데이트 및 시스템 평가에 중점을 두어 보다 유용하고 신뢰성 있는 자료로 활용될 수 있는 시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 국문 요약 105p)

Abstract ▼

In order to properly estimate changes in air quality associated to national, regional, urban, and local development plans and to correctly explain the source‐receptor relationship as of now, it is required to prepare most updated inputs to air quality modeling assessment or prediction. In current ai

In order to properly estimate changes in air quality associated to national, regional, urban, and local development plans and to correctly explain the source‐receptor relationship as of now, it is required to prepare most updated inputs to air quality modeling assessment or prediction. In current air quality assessment plans, it is not intensively considered to estimate the environmental capacity based on total amounts of aggregated emissions rates for a modeling region of interest. However it is necessary in the near future to assess or calculate environmental capacity to introduce an aggregated regulation on emissions rates for a targeted region in response to a future plan. In addition to predict impacts of secondary air pollutants such as ozone or Particular Matter on local air quality in Preliminary Environmental Review System (PERS) and Environmental Impact Assessment (EIA), it needs to predict three‐dimensional meteorological filed of the local area, and, by using its result that, in turn, helps calculate emissions amounts and build a photochemical reaction model to predict their influences on air quality.
At this moment the Clean Air Policy Support System (CAPSS; Korea emission inventory, 2001, 2002, 2003 released by the Ministry of Environment) becomes available to apply on the air quality modeling works for the exercise explained above. However, the CAPSS itself can not be used directly as inputs for air quality models. Thus it becomes urgent and important to develop a new tool which allows users to use the emissions inventory for their purposes.
In this project, we have developed Korea Environment Institute‐Emissions Inventory Preparation System (KEI‐EIPS) to generate air quality model‐ready emissions data with SMOKE (Sparse Matrix Operator Kernel for Emissions) using the Ministry of Environment’s emissions inventory data, maintained under the Clean Air Policy Support System (CAPSS) database.
To utilize the SMOKE system, CAPSS SCCs were linked to US EPA’s SMOKE default SCCs to the best match profiles for the chemical speciation, and the cross‐reference tables and profiles for temporal and spatial allocations since it is difficult to develop these internal databases in a short time characterizing all the SCCs used in the CAPSS. After examining emissions amounts for each source type, it is suggested to update internal databases for the top 10 SCCs for area and point sources and top 5 SCCs for on‐road mobile sources first to minimize uncertainties during the emissions processing. Characterization on emissions sources should be carried out for a selected modeling region because each region presents different emissions patterns associated with different industrial, residential, and traffic environments.

(출처 : Abstract 4p)

목차 Contents

• COVER ... 1
• FOREWORD ... 3
• Abstract ... 4
• Contents ... 6
• Table ... 8
• Figure ... 9
• Chapter 1. Introduction ... 13
• 1. Background ... 13
• 2. Objectives ... 15
• Chapter 2. Meteorology Simulation ... 19
• 1. MM5 Overview ... 19
• 2. Configuration ... 20
• 3. Comparisons of MM5 Results to the Observations ... 22
• Chapter 3. The CAPSS Emission Preparation System ... 25
• 1. CAPSS Emissions Inventory and Internal Data Bases ... 25
• 1.1 CAPSS Emissions Inventory ... 25
• 1.2. Emission Shape Files for Spatial Allocation ... 26
• 1.3. Internal Data for Chemical Speciation and Temporal Allocation for CAPSS ... 27
• 1.4. Meteorological Data ... 27
• 2. KEI‐EIPS Development ... 28
• 2.1. Development of Surrogates for Spatial Allocation ... 28
• 2.2. Source Classification Code Mapping for Chemical Speciation and Temporal Allocation ... 33
• 2.3. The CAPSS Data Format Conversion to the IDA ... 36
• Chapter 4. Preliminary Evaluation on Emissions ... 39
• 1. Spatial Allocation ... 39
• 2. Chemical Speciation ... 47
• 3. Temporal Allocation ... 51
• 4. Plume Rise of Point Source Emissions ... 56
• Chapter 5. Application of KEI‐EIPS on Seoul Metropolitan Area Using CMAQ ... 59
• 1. CMAQ Overview ... 59
• 2. Configuration ... 61
• 3. Comparison of CMAQ Results to the Observation ... 62
• Chapter 6. SMOKE Reports on the Emissions Inventory ... 77
• Chapter 7. Discussion and Conclusion ... 89
• References ... 93
• Appendix A. Surrogates for a 9‐km resolved domain around Korean Peninsula ... 95
• Appendix B. Surrogates for a 3‐km resolved domain around Seoul metropolitan area ... 100
• Abstract in Korean ... 105
• End of Page ... 107