[표지] 1
제출문 2
요약문 3
목차 7
제1장 서론 17
제1절 연구의 배경 17
제2절 연구의 목적 17
제2장 연구내용 및 방법 18
제1절 연구내용 18
제2절 연구 방법 20
1. 대기오염측정망 기상관측장비 현황 파악 20
2. 대기오염측정망 기상자료 정도관리, 자료관리 체계 마련 27
3. 운고계를 이용한 대기혼합고 측정 방법에 관한 문헌조사 51
4. 운고계 자료처리 및 대기혼합고 측정 알고리즘 개발 52
제3절 연구 추진 체계 55
제3장 연구결과 및 고찰 56
제1절 국내 기관별 대기오염측정망 기상관측소 현황 조사 결과 56
제2절 대기오염측정망 기상자료 정도관리, 자료관리 체계 마련 60
1. 기상자료 품질 향상을 위한 기상관측장비 정도관리 및 자료관리 방안 마련 60
2. 중부권역 대기오염측정소 기상자료 정도관리 및 기상·기후적 특성 분석 67
제3절 운고계를 이용한 대기혼합고 측정 방법에 관한 문헌조사 86
1. 운고계를 이용한 대기혼합고 측정 방법에 대한 국내외 선행연구 조사 86
2. 국내 운고계 설치 지역(도심/배경 지역)에의 대기혼합고 측정 방법론의 적용 가능성 평가 105
제4절 운고계 자료처리 및 대기혼합고 측정 알고리즘 개발 115
1. 운고계 설치·운영(대기환경연구소 9개소) 및 후방산란 강도 연직 관측자료 처리 115
2. 도심/배경 지역에 대한 대기혼합고 측정 알고리즘 개발 및 기상청 운고계 자료를 활용한 비교분석 135
제4장 결론 182
제1절 대기오염측정망 기상관측장비 현황 파악 182
1. 전국 대기오염측정소 현황 및 정도관리 절차 조사 182
제2절 대기오염측정망 기상자료 정도관리, 자료관리 체계 마련 183
1. 기상자료 품질 향상을 위한 기상관측장비 정도관리 및 자료관리 방안 마련 183
2. 중부권역 대기오염측정소 기상자료 정도관리 및 기상·기후적 특성 분석 183
제3절 운고계를 이용한 대기혼합고 측정 방법에 관한 문헌조사 184
1. 운고계를 이용한 대기혼합고 측정 방법에 대한 국내외 선행연구 조사 184
2. 국내 운고계 설치 지역(도심/배경 지역)에의 대기혼합고 측정 방법론의 적용 가능성 평가 184
제4절 운고계 자료처리 및 대기혼합고 측정 알고리즘 개발 185
1. 운고계 설치·운영(대기환경연구소 9개소) 및 후방산란 강도 연직 관측자료 처리 185
2. 도심/배경 지역에 대한 대기혼합고 측정 알고리즘 개발 및 기상청 운고계 자료를 활용한 비교분석 185
제5장 기대성과(활용방안) 또는 향후계획 188
제6장 참고문헌 189
Table 2-2-1. 지역별 국립환경과학원과 공공기관 관측소 개수 21
Table 2-2-2. 대기오염물질 측정항목별 측정방법 21
Table 2-2-3. 중앙정부 및 지방자치단체에서 운영·관리하는 측정망 구분 22
Table 2-2-4. 중앙정부 및 지방자치단체에서 운영·관리하는 측정 요소 현황 24
Table 2-2-5. 미국 EPA에서 제시한 이산화황 및 PM₂.₅ 측정망 설치기준 26
Table 2-2-6. 광화학대기오염물질측정소 유형별 측정지점 26
Table 2-2-7. 유해대기물질측정망 측정소 및 측정오염물질 27
Table 2-2-8. 데이터 품질관리 로드맵 32
Table 2-2-9. 총괄 및 생산부서별 기상관측데이터 품질검사 대상 36
Table 2-2-10. 기상관측데이터 품질리포트 항목별 산출식 39
Table 2-2-11. 홍수통제소의 수문자료 품질관리 업무 현황 40
Table 2-2-12. 수문자료 처리 및 관리 방법 42
Table 2-2-13. 우량/수위 자료 이상치 점검 기준(자동 품질관리) 45
Table 2-2-14. 우량자료 이상치 점검 기준 46
Table 2-2-15. 우량 자료 각 관측소별 이상치 점검 기준(예) 46
Table 2-2-16. 수위자료 이상치 점검 기준 47
Table 2-2-17. 이상 및 결측치 수정 및 보완 방법 47
Table 2-2-18. 물리한계검사 기준(관측값 허용범위) 48
Table 2-2-19. 단계검사 기준(관측주기별 허용된 최대변화량) 49
Table 2-2-20. 지속성검사 기준(지속시간 내 허용되는 최소변화량) 49
Table 2-2-21. 기후범위검사 기준(관측값 허용범위) 49
Table 2-2-22. 내적일치성검사 기준(요소 간 물리적·통계적 기준의 불일치 판별) 50
Table 3-1-1. 대기오염측정망 기상청 국가기후데이터센터 기상관측소 관리체계정리 결과 57
Table 3-2-1. 시계열 태그검사(예시) 62
Table 3-2-2. 물리 검사(예시) 63
Table 3-2-3. 추세 검사(예시) 63
Table 3-2-4. 지속 검사(예시) 64
Table 3-2-5. 통계 검사(예시) 65
Table 3-2-6. 국내외 기관에서 기상자료·방법 조사 결과 67
Table 3-2-7. 중부권역 대기오염측정망 기상관측소 72
Table 3-3-1. 운고계를 이용한 대기혼합고 산출 방법에 관한 참고문헌 103
Table 3-3-2. 국내 운고계 네트워크에 설치된 운고계 모델에 대한 세부 사양 106
Table 3-4-1. 대기환경연구소 9개소에 설치된 운고계들에 대해 마스킹 처리한 고정 IP 주소 122
Table 3-4-2. 운고계 자체 점검 내용 128
Table 3-4-3. 상태 코드 및 상태 비트 131
Table 3-4-4. 업데이트된 상태 코드(HW: 하드웨어, SW: 소프트웨어, FW: 펌웨어) 132
Table 3-4-5. 2017년 7월 ~ 2022년 5월 기상청 운고계 관측자료 수집 현황 148
Table 3-4-6. 2022년 5월 기준 기상청 운고계 관측자료 수집 현황 150
Table 3-4-7. 관측자료가 수집된 지점들의 최소, 최대, 평균 거리와 해당 지점 정보 152
Table 3-4-8. 시간 분해능과 대기혼합고 평균에 따라 오차가 10% 미만, 20% 미만인 시간 분... 168
Fig. 2-2-1. 대기오염측정망 구분 22
Fig. 2-2-2. AirKorea에서 제공하고 있는 측정소 현황 23
Fig. 2-2-3. 기상청 데이터 품질관리 조직 30
Fig. 2-2-4. 공공데이터 품질관리 단계 30
Fig. 2-2-5. 데이터 표준 수립 프로세스 33
Fig. 2-2-6. 데이터 품질진단 및 개선 절차 34
Fig. 2-2-7. 품질 오류 데이터 처리 프로세스 35
Fig. 2-2-8. 기상관측데이터 전주기 단계별 품질검사 37
Fig. 2-2-9. 한강홍수통제소 품질관리 운영체계 39
Fig. 2-2-10. 수위자료의 이상 사례 44
Fig. 2-2-11. 대기오염측정망 기상관측자료의 품질관리 기준 제시(안) 50
Fig. 2-2-12. 서로 다른 방법으로 계산된 대기혼합고 비교 51
Fig. 2-2-13. 운고계 후방산란 강도 연직 관측자료 시각화 예시. (a) CHM Data... 53
Fig. 2-3-1. 연구 추진 체계 55
Fig. 3-1-1. 우리나라 전국 시·도별 대기오염측정망 관측·운영 현황 56
Fig. 3-2-1. 대기오염측정망 기상관측자료 품질관리 체계(안) 60
Fig. 3-2-2. 관측자료 품질관리를 위한 검정 및 오측·결측 판결 과정 61
Fig. 3-2-3. 물리 검사(예시) 62
Fig. 3-2-4. 통계 검사(예시) 65
Fig. 3-2-5. 공간 검사(예시) 66
Fig. 3-2-6. 대기오염측정망 기상관측자료 보정·보간 과정(안) 68
Fig. 3-2-7. 선형 보간(예시) 69
Fig. 3-2-8. 지정시간 보정(예시) 69
Fig. 3-2-9. ARIMA 모형을 활용한 보정(예시) 70
Fig. 3-2-10. Spline 곡선을 활용한 보간(예시) 70
Fig. 3-2-11. RDS 방법을 활용한 공간 보간(예시) 71
Fig. 3-2-12. 기온 자료 기상·기후 특성 분석 결과 82
Fig. 3-2-13. 풍속과 풍향 자료 기상·기후 특성 분석 결과 83
Fig. 3-2-14. 상대습도 자료 기상·기후 특성 분석 결과 84
Fig. 3-2-15. 일사량 자료 기상·기후 특성 분석 결과 85
Fig. 3-3-1. 대기혼합고에 따른 PM₂.₅ 농도 변화 86
Fig. 3-3-2. 운고계로부터 산출된 혼합고 일변화(좌), 대기오염물질 농도의 일변화(우) 87
Fig. 3-3-3. 대기오염물질과 대기혼합고 간 상관관계 88
Fig. 3-3-4. Gradient method의 first derivative method, second derivative method, 그리고... 90
Fig. 3-3-5. Gradient method로 계산된 시간에 따른 대기혼합고 일변화와 후방산란 강도의 연... 91
Fig. 3-3-6. Gradient method, Emeis method 그리고 optimized Emeis method를 이용하여 대... 92
Fig. 3-3-7. Idealized backscatter method의 모식도 93
Fig. 3-3-8. 운고계 후방산란 연직분포와 idealized backscatter method를 적용... 94
Fig. 3-3-9. 운고계 후방산란 연직분포와 idealized backscatter... 95
Fig. 3-3-10. 운고계 후방산란 연직분포(좌)와 variance method로 계산한 후방산란 연직분포(우) 97
Fig. 3-3-11. Wavelet method로 계산한 에어로졸 후방산란 연직 프로파일 98
Fig. 3-3-12. Wavelet method로 계산한 혼합층1(검은색 점)과 혼합층2(흰색 점) 99
Fig. 3-3-13. (a) Idealized lidar RCS(Range Corrected Signal) 프로파일과 (b) CA... 100
Fig. 3-3-14. 분산 클러스터로 계산한 대기혼합고 101
Fig. 3-3-15. non-hierarchical CA 과정 102
Fig. 3-3-16. MLH-LC-EKF estimation method(분홍색)와 MLH-SYN method(빨간색)... 103
Fig. 3-3-17. Campbell Scientific SkyVUE PRO의 세부 사양 107
Fig. 3-3-18. Lufft CHM 15k 세부 사양 108
Fig. 3-3-19. Vaisala CL31 세부 사양 109
Fig. 3-3-20. Vaisala CL51 세부 사양 110
Fig. 3-3-21. 운고계로부터 계산한 안정층(SL), 혼합층(ML), 잔류층(RL), 운저고도(CBH)와 라디... 112
Fig. 3-3-22. 4가지 종류의 운고계로 계산한 혼합층(Mixing Layer Heights), 잔류층(Residual... 113
Fig. 3-4-1. 라이다(Lufft CHM 15k, Vaisala CL31, Vaisala CL51, Droplet Measurement... 115
Fig. 3-4-2. 수도권 대기환경연구소(은평) 운고계 사진(좌), 제주도 대기환경연구소(애월)... 116
Fig. 3-4-3. 중부권 대기환경연구소(대전) 운고계 사진(좌), 호남권 대기환경연구소(광주)... 116
Fig. 3-4-4. 경기권 대기환경연구소(안산) 운고계 사진(좌), 강원권 대기환경연구소(춘천)... 117
Fig. 3-4-5. 충청권 대기환경연구소(서산) 운고계 사진(좌), 백령도 대기환경연구소 운고계 사... 117
Fig. 3-4-6. 전북권 대기환경연구소(익산) 운고계 사진 118
Fig. 3-4-7. 대기환경연구소 9개소의 운고계 데이터 수집 현황. 첫 번째 열은 2023년 1월, 두... 120
Fig. 3-4-8. UPS 설치 전(좌), 설치 후(우) 사진(2023년 2월 24일, 은평) 121
Fig. 3-4-9. 웹 인터페이스의 일반 사용자(End-user) 모드 123
Fig. 3-4-10. 웹 인터페이스의 슈퍼유저(Superuser) 모드 123
Fig. 3-4-11. 웹 인터페이스의 Viewer 124
Fig. 3-4-12. 웹 인터페이스의 NetCDF Files 125
Fig. 3-4-13. 웹 인터페이스의 Config System 126
Fig. 3-4-14. 웹 인터페이스의 Config Network 127
Fig. 3-4-15. 웹 인터페이스의 Config RS485 128
Fig. 3-4-16. 웹 인터페이스의 Process Status 129
Fig. 3-4-17. 운고계 관측자료인 NetCDF 파일에 포함되는 변수(좌)들과 변수들에 대한 설명(우) 130
Fig. 3-4-18. Lufft CHM 15k 운고계의 연직 15 km 후방산란 강도 프로파일 137
Fig. 3-4-19. 은평 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 138
Fig. 3-4-20. 제주 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 139
Fig. 3-4-21. 대전 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 140
Fig. 3-4-22. 광주 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 141
Fig. 3-4-23. 안산 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 142
Fig. 3-4-24. 춘천 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 143
Fig. 3-4-25. 서산 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 144
Fig. 3-4-26. 백령도 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 145
Fig. 3-4-27. 익산 지역에 대해 개발한 알고리즘으로 계산된 대기혼합고(분홍색 점)와 운고계에서... 146
Fig. 3-4-28. 2017년 7월 ~ 2022년 5월 기상청 운고계 관측자료 수집 현황 지도 148
Fig. 3-4-29. 기상청 운고계 관측자료 수집 현황에 대한 일별 데이터 현황 예시(2021년 112번... 149
Fig. 3-4-30. 기상청 운고계 관측자료 수집 현황에 대한 월별 데이터 현황 예시(2021년... 149
Fig. 3-4-31. 2022년 5월 기준 기상청 운고계 관측자료 수집 현황 지도 151
Fig. 3-4-32. CL31 텍스트 파일 데이터 예시(102번 백령도 관측소) 152
Fig. 3-4-33. CBME80B 텍스트 파일 데이터 예시(201번 강화 관측소) 153
Fig. 3-4-34. CL31 empty 파일 예시(133번 대전 관측소) 153
Fig. 3-4-35. Ripple effect가 나타난 지역(서울) 154
Fig. 3-4-36. Ripple effect가 나타난 지역(청주) 154
Fig. 3-4-37. Ripple effect가 나타난 지역(홍성) 155
Fig. 3-4-38. 1월(겨울)에 대해 기상청 운고계 자료에 대기혼합고 계산 알고리즘... 156
Fig. 3-4-39. 4월(봄)에 대해 기상청 운고계 자료에 대기혼합고 계산 알고리즘을... 157
Fig. 3-4-40. 7월(여름)에 대해 기상청 운고계 자료에 대기혼합고 계산 알고리즘... 158
Fig. 3-4-41. 10월(가을)에 대해 기상청 운고계 자료에 대기혼합고 계산 알고리즘... 159
Fig. 3-4-42. 운고계 시간 분해능이 10초인 경우에 대해 시간 분해능 간격을 다르게 하여 자... 161
Fig. 3-4-43. 운고계 시간 분해능이 15초인 경우에 대해 시간 분해능 간격을 다르게 하여 자... 161
Fig. 3-4-44. 운고계 시간 분해능이 30초인 경우에 대해 시간 분해능 간격을 다르게 하여 자... 162
Fig. 3-4-45. 운고계 시간 분해능이 60초인 경우에 대해 시간 분해능 간격을 다르게 하여 자... 162
Fig. 3-4-46. 운고계 시간 분해능이 10초인 경우에 대해 시간 분해능 간격에 따라 다르게 계산된... 164
Fig. 3-4-47. 운고계 시간 분해능이 15초인 경우에 대해 시간 분해능 간격에 따라 다르게 계산된... 165
Fig. 3-4-48. 운고계 시간 분해능이 30초인 경우에 대해 시간 분해능 간격에 따라 다르게 계산된... 166
Fig. 3-4-49. 운고계 시간 분해능이 60초인 경우에 대해 시간 분해능 간격에 따라 다르게 계산된... 167
Fig. 3-4-50. 대기혼합고를 10분 평균할 때, 모든 시간 분해능 간격에 대해 대기혼합고... 169
Fig. 3-4-51. Fig. 3-4-50과 동일한 방법에서 같은 운고계 시간 분해능(10초, 15초, 30초, 60초)을... 170
Fig. 3-4-52. 계절(1월, 4월, 7월, 10월)에 따른 대기혼합고 변화(2021년 112번 인천 관측소) 171
Fig. 3-4-53. 계절(1월, 4월, 7월, 10월)에 따른 대기혼합고 변화(2021년 119번 수원 관측소) 171
Fig. 3-4-54. 흐린 날의 두 지점 간 대기혼합고 차이의 절댓값과 거리의 관계... 172
Fig. 3-4-55. 흐린 날의 두 지점 간 대기혼합고 차이의 절댓값과 거리의 관계... 173
Fig. 3-4-56. 맑은 날의 두 지점 간 대기혼합고 차이의 절댓값과 거리의 관계... 174
Fig. 3-4-57. 맑은 날의 두 지점 간 대기혼합고 차이의 절댓값과 거리의 관계... 175
Fig. 3-4-58. 흐린 날의 두 지점 간 일별 대기혼합고의 상관계수 값과 거리의... 176
Fig. 3-4-59. 흐린 날의 두 지점 간 일별 대기혼합고의 상관계수 값과 거리의... 177
Fig. 3-4-60. 맑은 날의 두 지점의 일별 대기혼합고의 상관계수 값과 두 지점... 178
Fig. 3-4-61. 맑은 날의 두 지점의 일별 대기혼합고의 상관계수 값과 두 지점... 179
Fig. 3-4-62. 흐린 날의 최단, 최장 거리에 위치한 두 지점 간 하루 동안의 대기혼합고를 비교... 180
Fig. 3-4-63. 흐린 날의 최단, 최장 거리에 위치한 두 지점 간 하루 동안의 대기혼합고를 비교... 180
Fig. 3-4-64. 맑은 날의 최단, 최장 거리에 위치한 두 지점 간 하루 동안의 대기혼합고를 비교... 181
Fig. 3-4-65. 맑은 날의 최단, 최장 거리에 위치한 두 지점 간 하루 동안의 대기혼합고를 비교... 181