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목차

제1장 서론 12

1절 연구의 배경 12

1. 대기 오염물질의 확산 특성 파악을 위한 국지기상 관측 12

2. 대기 오염물질 연직 분포 측정 연구 및 기술의 특징 15

2절 연구 목적 24

3절 연구 필요성 24

제2장 연구방법 및 내용 26

1절 연구 진행 현황 26

1. 연구 계획 및 진행률 26

2. 연구 진행 세부 내역 27

2절 대기오염 물질의 대기확산 특성 파악을 위한 국지기상관측 및 분석 28

1. 도플러 라이다를 활용한 국지기상(300 m 이하) 바람장 관측 및 분석 28

2. 저고도 관측망에 설치된 도플러 라이다 36

3절 바람장 변화에 따른 대기오염물질 연직 거동특성 분석 38

1. 바람 데이터를 활용한 오염물질 확산 특성 확인 38

2. 경도법을 활용한 확산 계수 및 플럭스 산출 39

4절 광학측정시스템 개발 및 구축 42

1. 오존 Raman-DIAL 라이다 Hardware 제작 42

2. 오존 Raman-DIAL 라이다 측정 및 분석 소프트웨어 61

5절 수도권 풍상 지역의 주요 대기 환경물질 연직 분포 파악 75

1. 인천 송도 고고도 관측망 및 지상 도시대기측정망 운영 위치 75

2. 인천 송도 저고도 및 고고도 관측망 연직 분포 자료 비교분석 76

제3장 연구결과 및 고찰 79

1절 대기오염물질 확산 특성 파악을 위한 국지기상 관측 및 분석 79

1. 도플러 라이다를 활용한 국지기상 바람 정보 분석 79

2. 바람 데이터를 활용한 고도별 대기 확산 계수 산출 83

2절 수도권 풍상지역의 주요 대기환경기준물질 연직 분포 파악 94

1. 오존 Raman-DIAL 라이다를 활용한 대기환경기준물질 연직 분포 산출 결과 94

3절 인천 송도 고고도 관측망과 연계한 결과 비교 분석 97

제4장 결론 111

제5장 기대 성과 및 향후 계획 113

1절 기대 성과 113

2절 향후 계획 114

제6장 Reference 116

[뒷표지] 118

표목차

Table 1-1. TOLNet에서 관측중인 오존 라이다 관측망 정보 21

Table 2-1. 주요 연구 내용별 월별 추진일정 및 달성률 26

Table 2-2. 연구 진행 세부사항 27

Table 2-3. WINDCUBEv2.1 도플러 라이다 장비 사양 37

Table 2-4. 오존 Raman-DIAL 라이다 CAD 3D 도면 45

Table 2-5. 오존 Raman-DIAL 라이다 장치에 사용된 레이저 사양 49

Table 2-6. 오존 Raman-DIAL 라이다 광학부품 내역 53

Table 2-7. 290 nm BS 각도별 277, 283, 294 nm 의 신호 세기 및 294 nm과 273, 283 nm 의 평균 신호 비율 56

Table 2-8. 280 BS 각도별 277, 283, 294 nm의 신호 세기, 283 nm과 273 nm의 평균 신호 비율 57

Table 2-9. 물질별 각 파장에서의 산란단면적 67

Table 2-10. 고고도 측정망 중 저고도 측정망 측정 물질과 관계된 장비 정보 76

Table 2-11. 저고도 측정망 측정장비 정보 77

그림목차

Fig. 1-1. 시뮬레이션을 통해 얻은 2022년 8월 평균 표면 온도의 공간 분포 (a) 도플러 라이다 미사용 및... 13

Fig. 1-2. 산불 발화 30분 미만의 시간에 촬영된 대류기둥의 수평 단면 14

Fig. 1-3. 400 m 상공의 수평 단면도(Banta et al. (1992)) (a) 3-4 dB 간격의 등고선과 144... 15

Fig. 1-4. 라만 라이다 시스템 구조도 16

Fig. 1-5. 라만 라이다로 관측한 고도별 오존 농도 17

Fig. 1-6. Table Mountain Facility에서 FIREX-AQ 캠페인 동안 TMTOL 측정 기반으로 한... 18

Fig. 1-7. 2022년 6월 25일 CCNY 오존 DIAL에 의해 관측된 시간-고도별 오존 분포 19

Fig. 1-8. OWLETS-1 캠페인 중 LMOL에 의해 획득된 데이터 예시 20

Fig. 1-9. TOLNet의 대기 오존 관측소 위치 지도 21

Fig. 1-10. 1991년 2월 20일, 서로 다른 파장 조합(308 - 351 nm... 22

Fig. 1-11. 2009년 1월 8일 측정한 O₂, N₂ Raman lidar signal과 고도에 따른 오존 농도 23

Fig. 2-1. 도플러라이다 관측 원리 개요도 28

Fig. 2-2. 두 고주파의 파장이 합쳐져 낮은 진동수의 파장이 만들어지는 현상인 맥놀이 현상 발생 예시 30

Fig. 2-3. 고도에 따른 바람장 벡터를 얻기 위한 라이다 관측 개요도 31

Fig. 2-4. (a) 바람 속도 좌표계(i,j,k)와 바람 벡터(u), (b) 직각좌표와 구면좌표의 방향[이미지참조] 32

Fig. 2-5. 본 연구에서 사용한 도플러 라이다 시스템 WINDCUBEv2.1 및 설치 모습 36

Fig. 2-6. 도플러 라이다 관측 반경 개요도 38

Fig. 2-7. 도플러 라이다 및 라만 라이다를 활용한 플럭스 산출법 도식화(경도법) 39

Fig. 2-8. 도플러 라이다 데이터를 이용한 x, y, z 방향 바람 벡터 계산 40

Fig. 2-9. 오존 Raman-DIAL 라이다 광학 송신부 개략도 42

Fig. 2-10. 오존 Raman-DIAL 라이다 광학 수신부 개략도 43

Fig. 2-11. 펄스 레이저 발진기의 구조 개략도 48

Fig. 2-12. 빔 확대기 계략도 50

Fig. 2-13. 카세그레인 방식의 망원경 구조 51

Fig. 2-14. R9880-210 PMT 센서와 파장별 특정 감도 52

Fig. 2-15. 광학 필터의 개략도 53

Fig. 2-16. 266 nm 노치 필터 위치와 필터 설치 유무에 따른 파장별 신호 세기 차이 55

Fig. 2-17. 290 nm BS의 각도에 따른 파장별 신호 세기 및 신호 비율(기준 : NaN 신호) 56

Fig. 2-18. 280 nm BS의 각도에 따른 파장별 신호 세기 및 신호 비율(기준 : NaN 신호) 57

Fig. 2-19. 필터 설치 후 신호 획득 결과 58

Fig. 2-20. 오존 Raman-DIAL 라이다 송신부 광경로 및 수신부 조립 이미지 59

Fig. 2-21. 연구실 규모 오존 Raman-DIAL 라이다 작동 테스트 모습 60

Fig. 2-22. 각 장치의 프로그램 구조 61

Fig. 2-23. 레이저 제어프로그램 인터페이스 62

Fig. 2-24. 광 정렬용 Actuator 제어 프로그램 인터페이스 63

Fig. 2-25. 신호수집기 및 통합 제어 프로그램 인터페이스 64

Fig. 2-26. 장치 선택 팝업창 65

Fig. 2-27. 각 파장 고도별 라이다 신호 이미지 65

Fig. 2-28. 라이다 신호 분석 SW 인터페이스 67

Fig. 2-29. 오존 수농도 산출 알고리즘 69

Fig. 2-30. 에어로졸에 의해 발생되는 신호 차이 보정 여부에 따른 오존 수농도 계산 결과 70

Fig. 2-31. 인천 송도 고고도 관측망과 지상 도시대기 측정망(송도) 위치 76

Fig. 2-32. 고고도 관측망 관측 장비 사진 77

Fig. 3-1. 도플러 라이다로 측정한 고도별 월별 평균 풍속 변화 80

Fig. 3-2. 8월부터 12월까지 고도별 월평균 풍향 분포(각 고도는 색상으로 구분) 80

Fig. 3-3. 8월부터 12월까지 고도별 풍향에 따른 평균 풍속 분포(각 고도는 색상으로 구분) 81

Fig. 3-4. 월별 고도별 풍향 풍속 일변화(각 고도는 색상으로 구분) 82

Fig. 3-5. 8월 시간대별 고도에 따른 수평 방향 풍속 데이터 83

Fig. 3-6. 9월 시간대별 고도에 따른 수평 방향 풍속 데이터 84

Fig. 3-7. 10월 시간대별 고도에 따른 수평 방향 풍속 데이터 84

Fig. 3-8. 11월 시간대별 고도에 따른 수평 방향 풍속 데이터 85

Fig. 3-9. 8월 시간대별 고도에 따른 Monin-Obukhov Length 87

Fig. 3-10. 9월 시간대별 고도에 따른 Monin-Obukhov Length 87

Fig. 3-11. 10월 시간대별 고도에 따른 Monin-Obukhov Length 88

Fig. 3-12. 11월 시간대별 고도에 따른 Monin-Obukhov Length 88

Fig. 3-13. 8월 시간대별 고도에 따른 마찰속도 89

Fig. 3-14. 9월 시간대별 고도에 따른 마찰속도 89

Fig. 3-15. 10월 시간대별 고도에 따른 마찰속도 90

Fig. 3-16. 11월 시간대별 고도에 따른 마찰속도 90

Fig. 3-17. 8월 시간대별 고도에 따른 에디 확산 계수 92

Fig. 3-18. 9월 시간대별 고도에 따른 에디 확산 계수 92

Fig. 3-19. 10월 시간대별 고도에 따른 에디 확산 계수 93

Fig. 3-20. 11월 시간대별 고도에 따른 에디 확산 계수 93

Fig. 3-21. 2024년 9월 1일부터 11월 13일까지 고도별 미세먼지 후방산란계수 분포(주간 평균값,... 95

Fig. 3-22. 2024년 (a) 9월, (b) 10월, (c) 11월의 고도별 미세먼지 후방산란계수 월평균 분포(0.05-4km) 96

Fig. 3-23. 2024년 9월 1일부터 11월 30일까지 지표면(도시대기측정망, 검은색)과 300 m 상층... 98

Fig. 3-24. 저층의 PM₁₀ 농도가 상층보다 높을 때(S1, S2, S3)의 고도별 미세먼지 평균 후방산란계수와 표준편차 99

Fig. 3-25. 상층의 PM₁₀ 농도가 저층보다 높을 때(T1부터 T6)의 고도별 미세먼지 평균 후방산란... 100

Fig. 3-26. 지표면 농도가 높은 case의 1시간 간격 에어로졸 후방산란계수 변화(2024.09.19.) 102

Fig. 3-27. 지표면 농도보다 고고도 측정망에서 고농도를 보이는 case의 1시간 간격 에어로졸 후방산란... 103

Fig. 3-28. 지표면 농도가 높은 case의 1시간 간격 에어로졸 후방산란계수 변화(2024.10.10.) 104

Fig. 3-29. 지표면 농도보다 고고도 측정망에서 고농도를 보이는 case의 1시간 간격 에어로졸 후... 105

Fig. 3-30. 도플러 라이다로 산출된 에디 확산 계수의 고도별 분포 : (a) 저층 미세먼지 농도가 더 높은 시... 107

Fig. 3-31. 지표면과 상층의 PM₁₀ 농도 일변화 108

Fig. 3-32. 시간대별 평균 확산 계수의 변화 109

Fig. 3-33. PM₁₀ 농도 구간별 지표면과 상층의 미세먼지 농도 변화 110

Fig. 5-1. 저고도 관측망 광학측정 시스템 개발 및 고고도 관측망과 대기환경 기준물질 연직 분포 연계 비... 115

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대기오염물질의 연직 분포 및 거동 특성 파악 연구 = Study on the vertical distribution and behavior of air pollutants. 1 이용현황 표 - 등록번호, 청구기호, 권별정보, 자료실, 이용여부로 구성 되어있습니다.
등록번호 청구기호 권별정보 자료실 이용여부
0003219164 363.7392 -25-39 v.1 서울관 사회과학자료실(208호) 이용가능
0003219165 363.7392 -25-39 v.1 서울관 사회과학자료실(208호) 이용가능

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