AERMOD 모델을 이용한 강릉 및 서울 중구의 대기오염 확산 비교 연구

1. 20155194
석사 2차
이상호
AERMOD 모델을 이용하여
지형효과에 따른 대기오염확산 연구

2. 우리나라는 급격한 산업화와 도시화로 인해 많은 지역들이 개발되었고 발전하였다. 이로 인한 긍정적 영향이 많이 발생한
반면 대기질 악화 같은 부정적인 영향도 발생되었다.
이와 같은 대기오염은 매우 국지적이고 시간에 따른 변화가 심하기 때문에 그 측정이 쉽지가 않다.
또한, 우리나라는 70% 이상이 산지로 이루어져 있으며 경사는 높고 면적은 작으나 복잡한 지질학적 특성을 이루고 있다.
따라서 AERMOD 모델을 이용하면 배출원으로부터 주변지역 대기질에 미치는 영향을 계산하여 정량적으로 영향을 파악
할 수 있다.
이 연구에서는 강원도 강릉과 서울특별시 중구 지역을 대상으로 3가지 방법으로 대기오염확산을 보고자 한다.
 배출원에서의 상승온도, 상승속도, 굴뚝 높이에 따른 농도의 변화
 강릉과 중구에서의 지형 효과 O, X 에 따른 농도 변화
 계절별 연구(1, 4, 7, 10월) + 지형효과 고려 O, X 에 따른 농도 변화
 연구 목적 :

3.  Aermod inp 자료에 대해서
Section Condition
Period
겨울(2014.01.01~01.03), 봄(2014.04.01~04.03),
여름(2014.07.01~07.03), 가을(2014.10.01~10.03)
Location 강릉 서울 중구
pollutant PM-10
exit velocity 15 m/s
Temperature 425 ℃
Stack heigh 100 m
Stack diameter 5 m
Average time 1, 6, 12, 24, 72 hour
Emission Rate 8.87 gs-1 2.10 gs-1
Aermet.sfc 강릉 AWS (기온, 풍향, 풍속) 중구 AWS (중구, 풍향, 풍속)
Aermet.pfl 강릉 (풍향, 풍속) 강릉 (풍향, 풍속)
Digital Elevation Model (353757-376778 E, 546010-601843 N) (177865-22295 E, 516768-572235 N)

4.  Digital Elevation Model
인터넷 : 국토정보플랫폼  DEM  강릉/서울 중구 (1:25,000 축적지도)  ~.img.aux
QGIS : ~.img.aux  ASCII Gridded XYZ (~.xyz)
A
B
B
A

5.  지상자료
인터넷 : 기상자료개방포털  중구/강릉 AWS (기온, 풍향, 풍속; 1 min)  1시간 평균
 상층자료
인터넷 : 기상자료개방포털  중구 : 파주 Windprofiler (풍향, 풍속; 10 min)  1시간 평균 (33km 떨어짐)
강릉 : 강릉 Windprofiler (풍향, 풍속; 10 min)  1시간 평균
Gangneung (2014.01.01~2014.01.03)
Time [Hour]
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72
WindDirection[degree]
0
90
180
270
360
WindSpeed[m/s]
0
2
4
6
8
10
12
Temperture[
-2
0
2
4
6
8
10

6.  배출량
국립환경과학원 (국가대기오염물질 배출량 서비스)  서울특별시(중구), 강원도(강릉시) 
2013년 PM-10 배출량 이용.
비산업 연소
36%
도로이동오염원
24%
비도로이동오염원
38%
기타 면오염원
2%
2013년 PM-10 배출량 (중구)
에너지산업 연소
10%
비산업 연소
6%
제조업 연소
38%
도로이동오염원
24%
비도로이동오염원
22%
2013년 PM-10 배출량 (강릉)
 AERMOD 모델에 배출량을 넣기 위해서 kg 𝑦𝑦𝑦𝑦−1
 𝑔𝑔𝑔𝑔−1
𝟔𝟔𝟔𝟔, 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝐤𝐤𝐤𝐤 𝒚𝒚𝒚𝒚−𝟏𝟏
𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐, 𝟖𝟖𝟖𝟖𝟖𝟖 𝐤𝐤𝐤𝐤 𝒚𝒚𝒚𝒚−𝟏𝟏
66,108 kg 𝑦𝑦𝑦𝑦−1
= 66,108 ∗ 103
1
365 ∗ 86400
𝑔𝑔𝑔𝑔−1
≃ 2.10 𝑔𝑔𝑔𝑔−1
279,856 kg 𝑦𝑦𝑦𝑦−1
= 279,856 ∗ 103
1
365 ∗ 86400
𝑔𝑔𝑔𝑔−1
≃ 8.87 𝑔𝑔𝑔𝑔−1

7.  Aermod inp 자료에 대해서
Section Condition
Period 겨울(2014.01.01~01.03)
Location 강릉
pollutant PM-10
exit velocity 1, 15, 100 m/s
Temperature 200, 425, 1000 ℃
Stack heigh 50, 100, 200 m
Stack diameter 5 m
Average time 1, 24 hour
Emission Rate 8.87 gs-1
Aermet.sfc 강릉 AWS (기온, 풍향, 풍속)
Aermet.pfl 강릉 (풍향, 풍속)
Digital Elevation Model (353757-376778 E, 546010-601843 N)

8. 200 ℃
425 ℃
1000 ℃
2.5
5
0.1
0.1
0.1
0.2
0.3
2.55
2.5
5
5
0.25
1 hr 24 hr
A
상승온도
 배출원의 상승온도가 증가함에 따라 농도가 낮아짐.
상승 온도가 높으면 부력을 통해 빠르게 오염물질 확산되므로
 배출원에서 상승온도에 따른 농도의 변화
 Jan (2014.01.01~2014.01.03) + 지상/상층/배출량/지형효과

9.  배출원에서 상승속도에 따른 농도의 변화
상승속도
15 m/s
100 m/s
2.5
5
5
0.25
1 hr 24 hr
12
10
0.5
0.5
0.5
1
1
1
1
0.05
0.05
0.1
A
1 m/s
 배출원의 상승속도가 증가함에 따라 농도가 낮아짐.
 상승 온도와 마찬가지로 상승 속도가 높으면 부력을 통해
빠르게 오염물질 확산되므로
 Jan (2014.01.01~2014.01.03) + 지상/상층/배출량/지형효과

10.  배출원에서 굴뚝 높이에 따른 농도의 변화
굴뚝 높이
100m
200m
2.5
5
5
0.25
1 hr 24 hr
A
2.5
0.1
0.1
0.2
5 0.25
50 m
 배출원의 굴뚝 높이가 증가함에 따라 농도가 낮아짐.
 굴뚝 높이가 높으면 지면에서 부딪혀 올라가는 양(Reflected
Plume)이 적으므로 농도가 낮아짐.
 Jan (2014.01.01~2014.01.03) + 지상/상층/배출량/지형효과

11.  Aermod inp 자료에 대해서
Section Condition
Period 겨울(2014.01.01~01.03)
Location 강릉 서울 중구
pollutant PM-10
exit velocity 15m/s
Temperature 425 ℃
Stack heigh 100m
Stack diameter 5 m
Average time 1, 6, 12, 24 hour
Emission Rate 8.87 gs-1 2.10 gs-1
Aermet.sfc 강릉 AWS (기온, 풍향, 풍속) 중구 AWS (중구, 풍향, 풍속)
Aermet.pfl 강릉 (풍향, 풍속) 강릉 (풍향, 풍속)
Digital Elevation Model (353757-376778 E, 546010-601843 N) (177865-22295 E, 516768-572235 N)

12.  강릉에서 지형효과 O, X
2.5
5
5
0.5
1
0.25
0.5
1
0.25
2.5
5
5
0.5
1
0.25
0.5
1
0.25
지형 O
지형 X
1 hr 6 hr 24 hr12 hr
A
 Jan (2014.01.01~2014.01.03) + 지상/상층/배출량/지형효과

13. B
 중구에서 지형효과 O, X
11
0.1
0.5
1
0.10.2
0.3
0.025
0.025
0.025
0.05
0.1
0.05
0.05
0.05
0.1
지형 O
지형 X
1 hr 6 hr 24 hr12 hr
 Jan (2014.01.01~2014.01.03) + 지상/상층/배출량/지형효과

14.  Aermod inp 자료에 대해서
Section Condition
Period
겨울(2014.01.01~01.03), 봄(2014.04.01~04.03),
여름(2014.07.01~07.03), 가을(2014.10.01~10.03)
Location 강릉 서울 중구
pollutant PM-10
exit velocity 15 m/s
Temperature 425 ℃
Stack heigh 100 m
Stack diameter 5 m
Average time 24 hour
Emission Rate 8.87 gs-1 2.10 gs-1
Aermet.sfc 강릉 AWS (기온, 풍향, 풍속) 중구 AWS (중구, 풍향, 풍속)
Aermet.pfl 강릉 (풍향, 풍속) 강릉 (풍향, 풍속)
Digital Elevation Model (353757-376778 E, 546010-601843 N) (177865-22295 E, 516768-572235 N)

15.  계절별 연구 : 강릉
5
5
1
1
1
1
1
2
2
2
3
3
3
Jan Apr Jul Oct
1
1
1
2
2
3
3
1
1
2
1
1
1
2
2
2.5
5
5
지형 X
지형 O
 1월에는 시베리아 고기압 영향으로 서풍, 북서풍 영향  동쪽, 남동쪽으로 확산
7월에는 북태평양 고기압 영향으로 동풍이나 남동풍 영향  서쪽, 북서쪽으로 확산

16. 11
12
2
1
1
1
0.5
1
0.25
0.25 0.25
0.5
B
 계절별 연구 : 중구 Jan Apr Jul Oct
지형 X
지형 O
 1, 7월에 강릉과 달리 계절에 관계없이 서풍이나 남서풍 붐
B 지점의 남부와 북부가 산으로 둘러싸여 있어 종관적인 영향보다는 국지적인 영향 받음.

17.  각 계절별 지형효과를 고려(o), 지형효과를 고려하지 않음(x)
 시간에 따라 최대농도는 감소함
 강릉은 지형효과에 관계없이 최대농도가 변화하지 않으나 중구은 지형효과에 따른 최대농도 값이 변화함
 중구 지형이 복잡한 산악지형으로 인하여 발생됨