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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김민중
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 명지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
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거리협곡 내부에서는 지형효과에 따른 난류의 변화로 인하여 오염물질의 농도가 주변 지역보다 높으며 협곡 내부의 오염물질의 분산은 보행자의 건강측면에서 중요하다. 거리협곡에서 오염물질 분산을 결정하는 다양한 요인 중 지면 및 벽면의 가열효과는 오염물질의 농도 구배에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 가열효과에 따른 거리협곡 및 도시지역 내 오염물질의 분산은 주로 가열에 따른 흐름 변화의 연구에 집중되어 있다. 하지만 에어로졸의 경우 가열효과에 따른 반응속도 및 열역학적 평형계수에 미치는 영향이 화학반응을 통해 이차적으로 생성되는 2차 무기에어로졸(Secondary inorganic aerosols : SIA) 농도에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 에어로졸의 화학반응과 온라인으로 결합된 3차원 전산유체역학 대기화학모형을 사용하여 거리협곡 내 가열효과가 이상적인 거리협곡 내 2차 무기에어로졸 분산 및 분포에 미치는 영향을 화학적인 변화와 흐름변화로 구분하여 살펴보았다. 더 나아가 실제 도심지역을 대상으로 일조차단모델을 이용한 토지피복별 차등가열을 통해 도심 내 가열효과가 2차 무기에어로졸 분산에 미치는 영향을 살펴보았다.
이상적인 거리협곡 내에서는 모델 모의 결과 가열이 있는 경우 협곡 내부에서 2차 무기에어로졸의 농도가 감소하는 경향을 보였다. NO3-, NH4+는 가열에 따른 화학적 변화로 인해 농도감소 경향을 명확히 보였지만 SO42-는 농도변화를 뚜렷하게 보이지 않았다. 이는 2차 무기에어로졸 중 NO3-, NH4+는 가열에 따른 열역학적 평형의 변화로 물리적, 화학적 변화의 영향을 모두 받으나 SO42-는 물리적 변화에만 영향을 받음을 확인하였다. 협곡 내부의 농도를 비교해본 결과 가열에 의한 물리적 변화보다 화학반응에 따른 변화가 약 1.5배 더 큰 농도감소를 보였다. 또한 거리협곡 내 2차 무기에어로졸은 가열효과에 따른 물리적인 효과와 화학적인 효과의 영향을 모두 고려할 때 가장 큰 농도감소를 보였으며 이는 거리협곡 내에서 가열효과 고려시 에어로졸의 화학 변화를 반드시 고려하여야 함을 나타내었다.
실제 도시에서의 가열효과에 따른 에어로졸의 농도변화를 살펴보기 위하여 실제 도심지역을 대상으로 추가적으로 모델을 수행하였다. 모델 모의 결과 가열효과를 적용하였을 때 가열효과를 적용하지 않은 경우에 비하여 질산염의 농도 감소로 인해 주요 통계지표인 MBE(Mean Bias Error), RMSE(Root Mean Square Error)가 개선되는 경향을 보였다. 이는 기존 모델에서 NO3-가 과대모의 하는 경향을 가열효과가 어느정도 개선할 수 있음을 암시한다. 하지만 나머지 물질들에 대한 영향은 제한적으로 나타났다. 또한 여러 통계지표 중 IOA(Index Of Agreement)는 세가지 화학종 모두에서 감소하였는데 이는 중규모 모형의 경계장 모의 성능이 떨어져 불확실성이 증가하여 나타난 것으로 분석되었다. 모의 결과 2차 무기에어로졸의 농도는 가열효과를 적용하지 않은 경우에 비하여 약 8.6% 감소하여 이상적인 실험과 유사하게 가열효과에 따른 화학반응 고려가 중요함을 확인하였다.
이상적인 거리협곡 내에서는 모델 모의 결과 가열이 있는 경우 협곡 내부에서 2차 무기에어로졸의 농도가 감소하는 경향을 보였다. NO3-, NH4+는 가열에 따른 화학적 변화로 인해 농도감소 경향을 명확히 보였지만 SO42-는 농도변화를 뚜렷하게 보이지 않았다. 이는 2차 무기에어로졸 중 NO3-, NH4+는 가열에 따른 열역학적 평형의 변화로 물리적, 화학적 변화의 영향을 모두 받으나 SO42-는 물리적 변화에만 영향을 받음을 확인하였다. 협곡 내부의 농도를 비교해본 결과 가열에 의한 물리적 변화보다 화학반응에 따른 변화가 약 1.5배 더 큰 농도감소를 보였다. 또한 거리협곡 내 2차 무기에어로졸은 가열효과에 따른 물리적인 효과와 화학적인 효과의 영향을 모두 고려할 때 가장 큰 농도감소를 보였으며 이는 거리협곡 내에서 가열효과 고려시 에어로졸의 화학 변화를 반드시 고려하여야 함을 나타내었다.
실제 도시에서의 가열효과에 따른 에어로졸의 농도변화를 살펴보기 위하여 실제 도심지역을 대상으로 추가적으로 모델을 수행하였다. 모델 모의 결과 가열효과를 적용하였을 때 가열효과를 적용하지 않은 경우에 비하여 질산염의 농도 감소로 인해 주요 통계지표인 MBE(Mean Bias Error), RMSE(Root Mean Square Error)가 개선되는 경향을 보였다. 이는 기존 모델에서 NO3-가 과대모의 하는 경향을 가열효과가 어느정도 개선할 수 있음을 암시한다. 하지만 나머지 물질들에 대한 영향은 제한적으로 나타났다. 또한 여러 통계지표 중 IOA(Index Of Agreement)는 세가지 화학종 모두에서 감소하였는데 이는 중규모 모형의 경계장 모의 성능이 떨어져 불확실성이 증가하여 나타난 것으로 분석되었다. 모의 결과 2차 무기에어로졸의 농도는 가열효과를 적용하지 않은 경우에 비하여 약 8.6% 감소하여 이상적인 실험과 유사하게 가열효과에 따른 화학반응 고려가 중요함을 확인하였다.
목차
그림목차 ⅲ표목차 ⅴ국문초록 ⅵ제 1 장 서론1. 연구 배경 및 목적 1제 2 장 모델설명1. CFD-Chem 42. 모델검증 6제 3 장 거리협곡내에서 가열효과에 따른 2차 무기 에어로졸의 분산 파악1. 모델모의조건 81.1 도메인 설정 81.2 배출량 설정 101.3 기상조건 설정 111.4 시나리오 설정 122. 모델모의 결과 132.1 기상장 결과 132.2 2차 무기에어로졸의 모델모의 결과 162.2.1 SO42- 162.2.2 NH4+ 182.2.3 NO3- 202.2.4 2차 무기에어로졸 22제 4 장 도심지역 내에서 가열효과에 따른 2차 무기에어로졸의 분산 파악1. 모델모의 설계 261.1 도메인 설정 261.2 토지피복지도 281.3 일조차단모델 291.4 모의조건 301.5 통계분석 방법 312. 모델모의 결과 322.1 기상장 결과 322.2 2차 무기에어로졸의 모델 모의 결과 372.2.1 2차 무기에어로졸의 농도 분포 372.2.2 관측값과의 비교 분석 502.2.3 통계분석 결과 53제 5 장 결론1. 요약 및 결론 56참고문헌 58Abstract 64
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