미세먼지 예보 개선을 위한 WRF-CMAQ 기반 대기경계층 모수화 오차 특성 분석 :Error Analysis of PBL parameterization simulated by WRF-CMAQ to improve the PM2.5 forecast

정소연

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 정소연 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수: 김철희

발행연도: 2022

저작권: 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

미세먼지 예보 개선을 위한 WRF-CMAQ 기반 대기경계층 모수화 오차 특성 분석

정소연 지구환경시스템학부 2022.01 학위논문

2021

대기경계층 모수화 차이에 의한 WRF-CMAQ 미세먼지 모의 농도 차이 분석: 2019년 3월 수도권 연무 사례를 중심으로

정소연 , 김철희 한국대기환경학회지(국문) 2021.12 학술저널

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

대기질 예보에 있어 기상요소는 매우 중요하며, 특히 대기경계층은 오염물질의 연직 확산에 영향을 미치는 중요한 인자이다. 기상 모델 내에서 대기경계층은 복잡한 난류 과정을 반영하여 결정되므로, 직접 계산 가능하지 않고 모수화 과정으로 결정된다. 어떠한 방법을 사용하여 모수화하였는지에 따라 상이한 대기경계층을 모의하므로 오염물질 농도 예측에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 WRF 모델 내에서 구별된 난류 모수화 특성을 가지는 비국지(YSU)·국지(MYJ)·혼합(ACM2) 방안 총 3가지 옵션을 선정하여 기상장을 모의한 후, CMAQ 모델로 대기질 모의를 하였을 때 변수들의 모의 차이점에 관련한 민감도 연구를 수행하였으며, 통계 분석을 이용하여 수도권 초고농도 사례에 대해 정량적으로 분석하였다.
열적 난류가 지배적인 주간과 기계적 난류가 지배적인 야간을 구분시켜 분석한 결과, 기온 및 상대습도는 주야간 모두 우수하게 모의하였지만 풍속은 전부 과대모의하며 모델 풍속 모의 능력 개선이 필요함을 확인하였다. 특히 주간에 국지 방안은 관측 대비 2배 이상 모의하여, 전체 연직 프로파일을 고려하여 난류를 모수화하는 비국지 방법이 풍속 모의에 더 적절하다고 판단된다. 경계층 고도는 부력에 의해 큰 에디가 우세한 주간은 비국지 방안, 시어에 의한 작은 에디 및 분자확산과 같은 난류가 발생하는 야간은 국지 방안이 우수한 것으로 나타났지만, PM2.5 농도는 전 시간대에서 과소모의하였고 비국지 방안이 그 중 가장 높게 모의하여 측정 농도와 가까웠다. 야간 경계층 고도는 국지 방안이 잘 모의했음에도 불구하고 PM2.5를 잘 모의하지 못한 이유는 비국지 방안의 매우 낮은 야간 경계층 모의에 의한 것으로 추정하였다. 주야간 종합 분석 결과, 대기경계층 모수화 정확도 향상을 위해 주간은 비국지, 야간은 국지 방법으로 난류를 모수화하는 통합적 기법이 필요해 보이며, 주간보다는 야간 모의 능력이 어느 정도 개선 가능한지에 관련한 난류 특성 연구가 필요할 것으로 해석하였다.

In air quality forecasting, meteorological variables are of great importance. In particular, the planetary boundary layer(PBL) is one of the most important factors influencing the vertical distributions of air pollutants. As PBL is characterized by the complex turbulence precesses in the meteorological model, it should be parameterized by determining the turbulent properties. Therefore model results of pollutant concentrations are highly dependent on parameterization methods. In this study, as a case study, we carried out three sensitivity tests from different PBL turbulence parameterization schemes: nonlocal(YSU), local(MYJ), hybrid(ACM2) for WRF-CMAQ, and detailed statistical analysis for the pollutants were carried out over day and night separately; daytime is characterized by thermal turbulence whereas nighttime is dominant by mechanical turbulence.
The results showed that temperature and relative humidity were simulated relatively better for both day and night except for some meteorological variables such as wind speed. Wind speed was overall overestimated by all parameterization schemes in the model; therefore, it is necessary to improve wind speed simulation capability in simulating the air pollutants by WRF model. Relatively, non-local PBL scheme outperforms local scheme during daytime; local scheme simulates more than twice as much as observations during daytime. It is therefore indicating that the non-local method that parameterizes the turbulence with the consideration of overall vertical profile is relatively more appropriate for simulating wind speed. PBL height(PBLH) was found to be superior to the non-local scheme during daytime when large eddies were dominant and buoyancy is well associated, while local scheme shows better capabilities during nighttime when turbulence such as small eddies and molecular diffusion were mainly caused by shear. PM2.5 concentrations were underestimated at all times, while non-local scheme simulated relatively higher concentrations among the three schemes, thereby yielding simulations close to the observation. Local scheme showed relatively better capability in PBLH simulations in nighttime, whereas it showed the worst capability in PM2.5 simulation presumably due to overestimated wind speed.
As a result of modeling analysis for day and night separately, it is advantageous that a hybrid technique would be recommended to parameterize turbulence characteristics by applying the non-local method during the day and the local method at night to improve the simulation capability of atmospheric boundary layer parameterization over the Seoul metropolitan area. Further, it would be also necessary to apply model sensitivity studies to various cases and other urban areas to provide a legitimate, integrative, interpretive evaluation in association with PBL schemes in South Korea.

#대기경계층 #모수화 #미세먼지 #WRF #CMAQ

제 1 장 서론 1
제 2 장 자료 및 연구 방법 5
2.1 대상 지역 및 이용 자료 5
2.1.1 기상 및 PBLH 관측 자료 5
2.1.2 초미세먼지 측정 자료 6
2.2 WRF-CMAQ 모델 설정 6
2.3 대기경계층 모수화 방안 이론 13
2.3.1 난류 종결 방법 13
2.3.2 비국지 및 국지 방안의 난류 모수화 이론 13
2.4 연구 사례 선정 18
2.5 모델 검증 지표 21
제 3 장 연구 결과 23
3.1 모델 검증 결과 23
3.1.1 통계 분석 23
3.1.2 시계열 분석 25
3.1.3 연직 분포 분석 28
3.2 PM2.5 농도 공간 분포 모의 결과 31
3.2.1 동아시아 PM2.5 농도 분포 31
3.2.2 수도권 PM2.5 농도 분포 32
3.3 방안별 상세 분석 35
3.3.1 주야간 난류 특성 35
3.3.2 주야간 차이점 비교 분석 35
3.3.3 PM2.5 및 PBLH의 일변화 모의 오차 분석 41
3.3.4 PM2.5 및 PBLH의 주야간 및 일평균 모의 오차 분석 41
제 4 장 요약 및 결론 46
참고문헌 49
Abstract 55

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)