대기확산모델

   

가. 개요

지구의 대기는 태양으로부터 에너지를 받아 끊임없이 움직이고 있다. 그러한 대기의 운동도 기상조건에 따라 많이 달라지고, 특히 대기오염물질은 대기의 안정상태에 따라 확산되는 정도가 달라지게 되며 그 안정한 정도를 등급화하여 대기안정도라 한다.

세계가 산업사회화 되는 반면에 오염이 심화되면서 기존의 도시에 대한 오염도와 신규 산업시설에 의한 환경오염에 미치는 영향을 평가하기 위한 노력이 수십년 전부터 이루어져 왔다. 그 결과 앞에 설명한 결과 중 오염물질의 확산 특징을 고려하여 오염도를 평가할 수 있는 도구가 등장하게 되었고 이를 흔히 "대기확산모델"이라 한다. 대기확산모델이란 배출된 오염물질이 대기중에서 확산 이동되어 나타나는 농도를 물리 화학적인 이론을 바탕으로 정량적으로 계산할 수 있도록 전산프로그램화 한 것을 말한다.

   

나. 대기안정도

(1) 대기안정도란

(가) 정의 : 대기 중에서 더운 공기는 위로 올라가고 찬 공기는 아래로 내려오게 되며, 하층의 공기가 위보다 차가울 때에는 상하간의 이동이 일어나지 않는 안정한 상태가 된다. 또한 지형 특성 및 풍향의 변동과 난류에 의해 수평방향의 확산도 달라진다. 따라서 대기의 혼합 정도는 고도별 기온 변화율과 풍향 변동에 의한 난류 강도로 표현할 수 있으며 이를 등급으로 분류한 것을 "대기안정도"라 한다.

가장 보편적으로 사용하고 있는 Pasquill(1961)의 등급별 특징은 다음과 같다.

o A 등급 : 매우 불안정

o B 등급 : 불안정

o C 등급 : 약한 불안정

o D 등급 : 중립 (주 야간으로 구분하기도 한다)

o E 등급 : 안정

o F 등급 : 매우 안정

(나) 특징 : 대기가 안정되면 대기오염물질의 확산이 원활하지 못하며, 특히 이러한 조건은 야간이나 아침에 주로 나타나며 이때 낮은 혼합고나 대기역전층이 함께 발생하는 경우가 많으므로 고농도가 나타나게 된다. 대부분의 대기확산모델에서는 기상자료로서 대기안정도가 입력된다.

(2) 분류 방법

(가) Pasquill의 방법

1) 비교적 정확하고 계산에 필요한 기상관측이 용이

2) 지상 10m 고도에서의 풍향, 풍속과 운량, 운고로부터 계산

3) 대기확산모델 등의 입력자료용 등으로 가장 널리 사용

(나) 수직온도차와 풍속으로 구하는 방법 : 이 방법은 보다 정확하게 계산할 수 있으나 계산에 필요한 기상요소의 관측에 다소의 어려움이 있다

1) 수직온도차와 풍속과의 관계로 직접 구하는 방법(Vogt 등, 1971)

o 충분한 고도차를 확보할 것 (20m이상)

o 하층은 10m정도로서, 풍속과 기온을 측정

o 안정도별 발생빈도를 고려할 것

o ΔT U의 상관표를 작성하여 사용함.

2) Richardson Number(Ri)로부터 구하는 방법

o 다음 식으로 구한 값이 클수록 안정, 0 이면 중립, 작아질수록 불안정한 조건이다.

   

g(∂θ/ ∂z)

Ri = ---------------

T(∂u/∂z)²

3) Monin-Obkhov Length(L)로부터 구하는 방법

o 다음 식으로 구한 값이 클수록 안정, 0 이면 중립, 작아질 수록 불안정한 조건이다.

o 이 값은 지표 거칠기 길이에 따라서도 달라진다.

   

ρC_PU_*³ -θ

L = - ----------------

kgH

위의 두 식에서, g = 중력가속도 ( 9.8m/s² )

θ = 온위 (K)

z = 고도(m)

T = 기온(K)

ρ = 공기밀도(kg/m³)

C_P = 정압비열(1,004 Jkg^-1K^-1)

U_* = 마찰속도(m/s)

k = Von-Karman 상수(≒0.4)

H = 현열 flux

(다) 기타

o 수직온도차 만으로 구하는 방법,(DeMarrais, 1959; Touma, 1977)

o 풍향변동량을 이용하는 방법이(Cramer, 1957; Irwin, 1980) 사용되기도 하나 오차 유발 가능성이 있다.

   

다. 대기확산모델

(1) 모델의 종류

(가) 예측기간

1) 장기모델 : 월별, 계절별, 연간 농도 계산용

2) 단기모델 : 1시간, 수시간 농도 계산용

(나) 대상오염원

1) 점오염원 : 대규모 배출시설(명확한 기준은 없으나 환경부 배출허가시설 3종 이상 업소)

2) 면오염원 : 개인 주택, 군소 배출시설, 자연 배출원 등

3) 선오염원 : 자동차, 선박, 철도, 항공 등 이동오염원

(다) 대상 지형

1) 평탄지형용 : 산이 거의 없는 평야지대

2) 복잡지형용 : 산이나 계곡, 고층건물 밀집지대 등

3) 해안지형용 : 보통은 별도 분류를 하지 않으나 해수면에 의한 영향을 고려할 때 이용

(라) 대상지역의 규모

1) 국지 규모 : 도시 개발과 환경보전을 평가하기 위한 도시 규모 모델

2) 지역 규모 : 황사나 산성비와 같이 국가간 이동을 고려해야 하는 광역 규모 모델

(마) 확산방정식

1) 상자모델 : 대상 지역을 상자로 간주하여 그 공간내 평균 농도 산정으로 부정확함.

2) 가우스(Gaussian)모델 : 현재 환경영향평가 등에서 가장 널리 사용중.

3) 3차원 수치모델 : Lagrangian, Eulerian 모델등. 매우 정교하나 고도의 기술 필요.

(바) 연기 확산 형태

1) 플륨(plume)모델 : 연기가 배출구에서부터 착지점까지 연속되는 것으로 계산

2) 퍼프(puff)모델 : 단위시간에 배출된 연기를 커다란 하나의 연기 덩어리로 나오는 것으로 가정. 시간에 따른 풍향변화와 안정도별 확산계수에 따라 농도를 계산. 대개 Lagrangian 모델이 이 개념을 도입하고 있음.

3) Eulerian 모델 : 대상지역을 작은 상자로 나누어 각 상자에서의 바람장과 확산도, 화학반응 등을 계산

(사) 기타

1) 배출원으로부터 확산을 계산하여 농도를 구하는 확산모델

2) 측정지점에서의 오염물질 농도와 성분분석을 통하여 배출원별 기여율을 구하는 수용모델

(Receptor 모델, 혹은 CMB모델 ; Chemical Mass Balance)

(2) 주요 모델의 특징

앞에서 언급한 모델 분류 중에서 가장 보편적으로 논의되는 상자 모델, 가우스 모델, 라그랑지 모델, 오일러 모델에 관해 간단히 설명하면,

(가) 상자모델(box model)

1) 대상지역을 커다란 상자로 간주하여 그 안에서 배출된 오염물질을 모두 잘 혼합되는 것

으로 가정한다.

2) 조금 발전된 단계로는 상자내 오염물질의 변화와 유입, 유출되는 변화율을 고려한다.

3) 기본 원리가 매우 단순하므로 배출원과 지형이 고른 작은 규모에 적합하다.

4) 오차의 폭이 큰 단점이 있으므로 실제에서는 별로 사용하지 않고 있다.

(나) 가우스 모델(Gaussian model)

1) 오염농도가 연기중심축으로부터의 거리에 따라 정규분포(가우스분포)를 이룬다는 통계적 가정을 채택하고있다.

2) 예측 정확도에 한계가 있기는 하나, 비교적 정확하고 사용이 간편하다.

3) 현재 도시규모의 대기질 관리정책과 환경영향평가 등에서 가장 널리 사용중인 CDM-2.0 , ISC, TCM, HIWAY 등은 가우스 모델의 일종이다.

(다) 라그랑지 모델(Lagrangian model)

1) 대기오염물질의 농도를 바람과 확산에 의해 변화되는 위치를 따라가면서 계산한다.

2) 단기간의 예측에 효과적이다.

3) 지형특징에 의한 풍향의 변화, 오염물질의 화학 변화 등을 시간에 따라 계산할 수 있는 정교한 모델 종류중 하나이다.

4) 고도의 지식과 많은 계산 시간이 요구되는 단점이 있다.

(라) 오일러 모델(Eulerian model)

1) 대기를 수평, 수직방향으로 여러 개의 작은 상자로 나눈 후, 상자간 오염물질의 확산에 의한 유출입을 바람의 이동과 시간변화에 따라 계산하는 방법이다.

2) 흔히 이 방법과 라그랑지모델은 수학적 연산과정이 주를 이루므로 수치모델이라 부른다.

3) 적용 대상범위가 넓고 매우 정교하지만 확산 및 화학변화와 관련된 많은 물리 화학과정을 정확히 고려하여야 하므로 고도의 지식이 필요하다.

(3) 가우스 모델의 기본 형태

(가) 연산구조

1) 확산 기본 방정식 : 오염물질의 확산 계산

2) 연기상승식 : 확산방정식에 필요한 연기 상승 고도 계산

3) 보조식 : Stack-Tip Downwash, 수직 수평 확산계수, 반감기 계산 등의 보조 프로그램

4) 입 출력 제어 프로그램으로 되어 있으며 모델별로 다소 다른 경우가 있다.

(나) 입력 자료

1) 기상 자료 : 풍향 풍속, 기온, 대기안정도, 혼합고 등

2) 배출원 자료 : 배출원별 위치 및 배출량, 굴뚝사항 등

3) 기타 : 계산하고자 하는 지점의 좌표 등

(다) 출력 결과

1) 출력자료로는 모델별 특징이 매우 상이

2) 장기모델에서는 계절별 또는 년간 평균 농도를, 단기모델에서는 1시간 또는 수시간∼수일간의 평균치를 출력한다.

3) 후처리 프로그램을 이용하여 계산된 농도 결과로부터 고농도 발생 지점, 고농도 순위, 등농도 곡선 작성 등의 다양한 분석이 가능한 모델들도 있다.

   

라. 연구 및 활용 현황

(1) 관련 연구

(가) 외국 사례

1) 미국 : 1950년대부터 확산 연구를 본격적으로 수행하였으며, EPA를 중심으로 가장 활발한 연구 업적을 이루었다. 주로 가우스형 모델을 수록한 UNAMAP시리즈 보급으로 전세계 모델 이용에 큰 기여를 하였으며, 1990년대부터는 광역 모델과 수치모델 연구가 활발하다.

2) 기타국가 : 대부분 미국의 모델을 직접 또는 수정 보완하여 사용하고 있는 실정이다.

(나) 국내 연구 동향

1) 국내에서의 모델 개발 연구는 80년대 초부터 진행되어 왔다.

2) 1985년부터 국립환경연구원 3개년간 관련 연구를 본격적으로 수행한바 있다.

3) 1990년에 미국 EPA의 CDM-2등을 참고하여 서울지역의 지형 및 기상조건을 반영한 SCM-3.2를 개발 보급하여 실용화하고 있다.

4) 최근에는 그 동안 컴퓨터 성능과 기술적인 문제 등으로 부진하였으나 보다 정확한 예측을 할 수 있는 3차원 수치모델 개발을 위한 많은 연구가 진행중이다.

5) 아울러 국립환경연구원에서는 1995년부터 그 동안 사용중인 모델을 정리하여 용도별로 우수한 몇 개의 모델을 선정하여 정확한 사용을 할 수 있는 지침서 작성 및 보급을 골자로 하는 대기질 예측 모델 실용화 사업을 추진 중이므로 '96년 이후부터는 보다 효과적이고 정확한 모델사용이 가능해질 것으로 예상된다.

6) 참고로 국내 주요 모델과 관련된 연구자를 살펴보면 다음과 같다.

가) 국립환경연구원

- 나진균 : 대기확산이론 연구, SCM-3.2 개발

- 박일수 : 3차원 수치모델.

- 김정수 : 대기확산이론, SCM-3.2공동 개발, JFF 산정 프로그램 개발, 모델실용화

오염물질 이동경로 추적기법, 오염물질 배출량 기법 개발 등

나) 학계

- 강원대 이종범 : 환경기상 전문가, 대기확산모델 연구 주력.

- 상지대 송동웅 : 초창기 국내 모델 연구에 큰 기여, 가우스형 모델 보급

- 인하대 조석연, 아주대 홍민선, KIST 심상규, 건국대 선우영 등 : STEM-2 등 화학 반응 고려한 수치모델 집중연구

- 연세대 이태영 : G-7 과제를 통한 장거리이동 수치모델 개발 연구수행

- 기타 수원대 장영기 교수 등 여러 학교 및 연구소 등에서 활발한 연구 수행중

(2) 활용 현황

o 국내에서의 예측모델 활용은 주로 환경영향평가용으로 사용

o 연구 및 대기 보전 정책용으로 사용

o 주로 사용되는 모델은 미국 EPA에서 개발 보급하고 있는 가우스형 모델이 대부분

o 최근에는 보다 정교한 3차원 수치모델의 연구가 활발함

(3) UNAMAP 시리즈와 모델 특성 검토

(가) UNAMAP(User's Network for Applied Modeling of Air Pollution)

1) 미국 EPA에서 개발 보급하고 있는 대기질 예측 모델 패키지

2) 1978년 제3판 부터 본격 보급 ; 11개 모델 수록

3) 1981년 제4판 보급 ; 21개 모델 포함

4) 1983년 제5판 보급 ; TCM-2, TEM-8등 31개 모델 수록

5) 1986년 제6판 보급 ; CDM-2, ISC 등 23개 모델 포함

6) 이후부터는 패키지가 아닌 별도의 방법으로 보급중

(나) 모델별 특성

1) UNAMAP-6를 중심으로 25개 모델 분석

2) 모델별 특성 검토를 통해 정확하고 효과적인 활용을 도모하기 위함

3) 주요 내용 : 모델 특성별 조사 및 분류

4) 주요 모델 실용화 : 분석된 25개 모델 중 기능이 비교적 우수한 5개 모델 사용 권장

가) 대상 기간 및 지형별로 1∼2개씩 선정

나) 선정모델 : 다음의 표 참조

다) 선정된 모델들에 대한 지침서를 우선 작성.

단, CTDMPLUS는 향후 추가 검토 후 보급 예정

라) 사용 지침서에는 권장모델의 특성, 사용시 주의사항, 관련 보조 프로그램 등 포함

5) 기타 : 주요 모델 특징 및 분류 (부록 참고)

   

마. 개선방향

(1) 현재 가장 널리 사용중인 가우스형 모델은 비교적 정확하나, 대상 지형에 따라 그 예측 가능성에 한계가 있다.

(2) 풍동실험과 Tracer 실험 등과 같은 지형과 기상조건에 따른 확산 특성 연구 수행 필요하다.

(3) 물리 화학 과정을 보다 정확히 묘사 할 수 있는 3차원 수치모델의 연구 비중을 높여나간다.

표 3.22.1 모델 실용화를 위해 선정된 모델 및 주요 특징

   

   

참고문헌

1. Cramer, H. E.,(1957), A Practical method for estimating the dispersal of atmospheric conta- minants on Applied Meteorology, Section C, 33∼55, American Meteorology Society, Hartford, Conn.

2. DeMarrais, G. A.,(1959), Wind-speed profiles at Brookhaven National Laboratory, J. Meteoro- logy, Vol.16, 181∼190

3. Irwin, J. S.,(1980), Dispersion Estimate Suggestion #8: Estimation of Pasquill Stability

Categories, US EPA, Research Triangle Park, NC., (Docket Reference No. II-B-10)

4. Pasquill, F.,(1961), The estimation of the dispersion of windborne material, Meteorological

Magazine, No. 4, 50∼55

5. Touma, J. S.,(1977), Dependence of the winds profile power law on stability for various

locations, J. the Air Pollution Control Association, 27(9), 863∼866

6. Vogt, R. J. et al.,(1971), FRG Report, Jul-807-ST.

   

작성자 : 대기물리과 환경연구사 김정수(공학석사)

   

부 록 1. 주요 대기확산모델의 특성

2. 모델 특성별 비교표

부 록 1.

주요 대기확산 모델의 특성(UNAMAP-6를 중심으로)

1. 용 어 ;

o 권장 모델 : UNAMAP-6에서 분류한 모델들로서, 유사한 모델들 가운데 충분한 검증을 거쳐 미국 EPA에서 추천하고 있는 것들임

o 선택 모델 : 상기 권장 모델을 제외한 모델들로서, 새 모델(New Model), 개정된 모델(Revised Model), 규제용 모델(Regulatory Model)등과 UNAMAP-5에는 포함되었다가 제외된 TCM-2과 TEM-8 및 국립환경연구원에서 수정 보완하여 개발한 SCM-3.2 등.

o예측기간 - 단기 : 통상 1시간 농도를 기준으로 하며 3, 12, 24시간 및 1년간 등의 산술평균 농도를 계산

- 장기 : 1개월 이상 계절별, 년간농도 계산

o 지 형 - 거칠기 길이(Zo)로 판단하게 되나 본 분류 작업에서는 일반적인 분류에 따라 평탄지형 → 단순지형 → 구릉지형→ 복잡지형의 순서로 지형의 영향을 많이 받음

- 시골 지역 : 주변에 특기할만한 배출원이 별로 없는 간척지, 농 어촌, 산촌 등

- 도시 지역: 대상 오염원 뿐아니라 주변에 점, 선, 면오염원을 동시에 고려해야 하는 기존 도시 및 공단지역

o배 출 원 - 점 오염원 : 고정 오염원으로서 비교적 큰 배출강도를 갖춘 시설

- 선 오염원 : 고속도로, 간선도로 등 대상 도로 자체 또는 주행중인 이동 배출원.

항해중인 선박, 항공기도 포함

- 면 오염원 : 개인용 주거 시설등의 군소 배출 시설로서 선 오염원을 여기에 포함시키는 모델도 있음

   

2. 모델별 특징

A. 권장 모델 ( Guideline Models )

1. BLP ( Buoyant Line and Point source dispersion Model )

o 예측 기간 : 장 단기 ( 1시간∼1년 평균 농도 )

o 적용 지형 : 시골 지역, 단순 지형

o 대상 배출원 : 점, 선 오염원

o 대상 오염물질: 1차 오염물질 ( SO₂, Dust, NOx, CO )

o 출력 사항 - 전체 농도

- 후처리 프로그램 POSTBLP, BLPSUM 필요

- 1, 3, 24 시간 평균농도에 대한 월간, 년간 발생빈도

- Receptor별 1, 3, 24시간 및 평균농도 표 작성

- 5번째까지의 고농도 값 출력 가능

o 제한 사항 - 대상 범위 : 50km 이내

- 오염원 수 : 점 오염원 50개, 선 오염원(도로)

10개까지

- Receptor : 100개까지

- 오염물질 감쇄율 고려

2. CALINE-3 ( California Line Source Dispersion Model-3 )

o 예측 기간 : 단기 ( 1시간∼24시간 평균 농도 )

o 적용 지형 : 도시 시골지역, 단순 지형

o 대상 배출원 : 선 오염원

o 대상 오염물질: 1차 오염물질 ( SO₂, Dust, NOx, CO )

o 출력 사항 : Receptor별 농도

o 제한 사항 - 대상 범위 : 50km 이내

- 오염원 수 : 도로 20개까지

- 화학 변화 고려 않음

3. CDM-2 ( Climatological Dispersion Model-2 )

o 예측 기간 : 장기 ( 1개월∼1년 평균 )

o 적용 지형 : 도시 지역, 평탄 지형

o 대상 배출원 : 점, 면 오염원

o 오염 물질 : 1차 오염물질 ( SO₂, Dust등 )

o 출력 사항: - receptor별 1개월∼1년 평균 농도

- receptor별 점, 면 오염원의 풍향별 농도 기여도

o 제한 사항 - 대상 범위 : 50km 이내

- 오염원 수 : 점 오염원 200개,

면 오염원 2500개까지

- 반감기 고려

4. RAM ( Gaussian-Plume Multiple Source Air Quality Algorithm )

o 예측 기간 : 단기 ( 1시간∼24시간 )

o 적용 지형 : 도시 지역, 평탄 또는 구릉 지형

o 대상 배출원 : 점, 면 오염원

o 오염물질 : 비 반응성 1차원 오염물질

o 출력 사항 - 1시간 농도, 1∼24시간 평균 농도

- 24 시간 평균농도로부터 1년 평균 농도 계산

- 후처리 프로그램 : CHAVG 또는 RUNAVG

o 제한 사항 - 대상 범위 : 50km 이내

- 반감기 고려

- 기상 전처리 프로그램 RAMMET 필요

5. ISCST ( Industrial Source Complex Short-Term Model ) 및

6. ISCLT ( Industrial Source Complex Long-Term Model )

o 예측 기간 : 단기 ( 1시간∼1년 평균 )

장기 ( 1개월∼1년 평균 )

o 적용 지형 : 시골 및 도시 지역, 평탄 또는 구릉 지형

o 대상 배출원 : 점, 면 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질 ( SO₂, Dust 등 )

o 출력 사항 - 시간별 (단기), 월 년간 평균 (장기)농도 선택

- Receptor 별 상위 1, 2위 고농도 출력 가능

- 단기 후처리 프로그램 : CALMPRO(기상),

RUNAVG(농도)

o 제한 사항 - 화학 변환율 고려

7. MPTER ( Multiple Point Gaussian Dispersion Algorithm with

Terrain Adjustment )

o 예측 기간 : 장 단기 ( 1시간∼1년 평균 농도 )

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 또는 구릉 지형

o 대상 배출원 : 점 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력 사항 - 1∼24시간 평균농도

- Receptor 별 상위 50위의 농도

- 후처리 프로그램 : CALMPRO(기상)

CHAVG(농도), RUNAVG(농도)

o 제한 사항 - 대상 범위 : 50km 이내

- 반감기 고려

8. CRSTER ( Single Source Model )

o 예측 기간 : 단기(장기) ( 1시간∼1년 평균 농도 )

o 적용 지형 : 시골 도시지역, 평탄 또는 구릉 지형

o 대상 배출원 : 단일 점 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력 사항 - Receptor별 임의 시간별 평균 농도

- 년중 1, 2위 고농도 출력

- 년간 산술 평균 농도

- 후처리 프로그램 : CALMPRO(기상),

RUNAVG(농도)

o 제한 사항 - 대상 범위 : 50km 이내

- 반감기 고려

B. 선택모델 ( New and Revised Models )

1. INPUFF

o 예측 기간 : 단기 ( 1시간∼수시간 )

o 적용 지형 : 시골 도시지역, 평탄 및 구릉 지형

o 대상 배출원 : 점 오염원 (오염 사고)

o 오염물질 : - 특정 시간 동안 (예, 낮부터 저녁)의 농도 변화

o 출력 사항 : - 시간별 농도

- 후처리 프로그램 PLOTPUFF로 결과 처리

o 제한 사항 - 최대 6일간 가능

- 100개 Receptor 까지

2. PBM ( Photochemical Box Model )

o 예측 기간 : 단기

o 적용 지형 : 도시 지역, 평탄 지역

o 대상 배출원 : 면 오염원

o 오염물질 : 1, 2차 오염물질 (SO₂, NOx, CO, VOC)

o 출력 사항 - 대상 지역 전체의 오존 및 기타 광화학 오염물질의 농도

o 제한 사항 - 대상 지역내 지점별 농도 산정 곤란

- 기상 입력자료의 전 처리 과정이 복잡

(기상자료 → PBMMET → PBMAQE → PBM 의 순서로 작동됨)

- 종관풍이 일정한 범위 내에 한함

3. TUPOS-2

o 예측 기간 : 단기 (수시간)

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 또는 구릉 지형

o 대상 배출원 : 점 오염원

o 오염물질 : 비 반응성 1차 오염물질

o 출력 사항 - 시간별 농도

- 임의 시간의 평균 농도 계산 가능

- 후처리 프로그램 : TUPOS-P 또는 RUNAVG(농도)

o 제한 사항 - 대상 범위 : 10km 이내

- 전처리 프로그램 INMET 필요

- MPTER 과 거의 동일함

4. PEM-2 ( Pollution Episodic Model-2 )

o 예측 기간 : 단기 ( 1∼24시간 )

o 적용 지형 : 도시 지역, 평탄 지형

o 대상 배출원 : 점, 면 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질 ( 화학 반응 고려 )

o 출력 사항 - 시간별 농도

- 2∼24시간 평균 농도 가능

o 제한 사항 - 대상 범위 : 50km 이내

- 점 오염원 300개, 면 오염원 50개 까지

- TEM-8을 개선시킨 모델임

5. MESOPUFF-2 ( Mesoscale Puff Model-2 )

o 예측 기간 : 단기

o 적용 지형 : 시골 도시 지역, 평탄 지형

o 대상 배출원 : 점, 면 오염원

o 오염물질 : SO₂ 및 SO₄⁼

o 출력 사항 - SO₂, SO₄⁼ 의 지상 농도 분석도

- 임의의 시간 평균 농도

- 후처리 프로그램 : MESOFILE(농도)

o 제한 사항 - 대상 범위 : 10∼50km

- Receptor 수 : 1600개 까지

- 배출원 수 10개 까지

- 반감기 고려

- 기상 전처리 프로그램 : READ56 및 MESOPAC

6. PLUVUE-2 ( Plume Visibility Model-2 )

o 예측 기간 : -

o 적용 지형 : 도시 시골 지역

o 대상 배출원 : 단일 점 면 오염원

o 오염물질 : 1, 2차 오염 물질( 가스상, 입자상 )

o 출력 사항 - 2차 생성 물질 농도 시정예측

o 제한 사항 - 일반 오염도 예측 모델이 아님

- 화학 변환 고려

7. PAL-2 ( Point, Area, Line Source Algorithm-2 )

o 예측 기간 : 단기 ( 1∼24시간 )

o 적용 지형 : 도시 지역, 평탄 지형

o 대상 배출원 : 점, 선, 면 오염원

o 오염 물질 : 1차 오염물질

o 출력 사항 : - 시간별 농도 및 24시간까지의 평균 농도

o 제한 사항 - 대상 범위 : 수 km 이내

- 배출원 수 : 점, 선, 면 오염원 각각 99개 이내

8. PTPLU-2

o 예측 기간 : 단기 ( 1시간 )

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 지형

o 대상 배출원 : 점 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력 사항 : 1시간 농도

o 제한 사항 : PTMAX 모델을 개선한 것임

9. HIWAY -2

o 예측 기간 : 단기 ( 1시간 )

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 지형

o 대상 배출원 : 선 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력 사항 - Receptor 별 1시간 평균 농도

10. MPTDS

o 예측 기간 : 단기

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 또는 구릉 지형

o 대상 배출원 : 점 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력사항 - 1시간 농도

- 1시간∼1년 평균 농도 가능

o 제한사항 - 점 오염원 250개, Recepter 180개 까지

- 반감기 고려

- MPTER 모델에 중력 침적 등을 고려하여 수정 보완한 모델

11. ROADWAY-2

o 예측 기간 : 단기

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 지형

o 대상 배출원 : 선 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질, NO, NO₂, O₃

o 출력사항 : X-Z 방향의 바람성분, 난류특성, 오염농도 계산

o 제한사항 : 도로에서 200m 이내 범위

12. APRAC-3

o 예측 기간 : 단기

o 적용 지형 : 도시 지역, 평탄 지형

o 대상 배출원 : 선 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질(CO 등)

o 출력사항 : 각 Receptor의 시간별 농도

o 제한사항 - 모델링 기간에 따라 Receptor 수가 제한됨

- 화학변환 고려 안함

- 배출량 전처리 프로그램 PREMOD 필요

13. VALLEY

o 예측 기간 : 장.단기( 24시간, 1년 )

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 및 복잡 지형

o 대상 배출원 : 점,면 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력사항 : 24시간 또는 1년 평균 농도

o 제한사항 : 총 50개의 점,면 오염원까지 고려 가능

14. SHORTZ( 단기 모델 )

15. LONGZ ( 장기 모델 )

o 예측 기간 : - 단기( 1시간∼1년 )

- 장기( 1개월∼1년 )

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 및 복잡 지형

o 대상 배출원 : 점,면 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력사항 - 단기 : 1, 2, 3시간 농도

후처리 프로그램 : POSTZ

- 장기 : 1개월∼1년 평균농도

o 제한사항 - 단기 : 300개 오염원 까지

기상 전처리 프로그램 : METZ

- 장기 : 14,000개 오염원 까지

- 오염물질 감쇄 계수 고려

16. COMPLEX-1

o 예측 기간 : 단기

o 적용 지형 : 시골 지역, 복잡 지형

o 대상 배출원 : 점 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력사항 : 1시간∼24시간 평균농도

o 제한사항 - 반감기 고려

- MPTER과 유사한 모델

17. RTDM-3.2 ( Rough Terrain Diffusion Model-3.2 )

o 예측 기간 : 단기

o 적용 지형 : 도시 시골 지역, 평탄 및 복잡 지형

o 대상 배출원 : 점 오염원

o 오염물질 : 1차 오염물질

o 출력사항 : 시간별 농도

o 제한사항 - 15km 이내

- 화학 변환 고려 않함

C. 기타

1. SCM-3.2 ( Seoul Climatological Model-3.2 )

o 특징 : 국립환경연구원 대기물리과 (나진균 등) 에서 개발한 모델로서 CDM-2.0을 근간으로 Egan의 ½ plume-flow 이론, 배출원과 Receptor별 해발고도 고려, 지형에 따른 혼합고도 조정, 복잡지형에서의 확산계수 추가등을 보완하여 구릉지형에서도 적용 가능함

o 기능 - 예측기간 : 장기 (1개월 이상)

- 적용지형 : 도시 지역, 평탄 및 구릉지형

- 배출원 : 점 (400개), 면 오염원 (2500개)까지

- 출력사항 : - Receptor 별 장기 평균 농도

- 후처리 프로그램에 의한 ARRAY MAP 작성 기능 추가

- 기타 : CDM-2의 기능을 그대로 유지하며 선택적으로 추가기능을 활용할 수 있음

2. TCM-2 ( Texas Climatological Model -2 ) - 장기

3. TEM-8 ( Texas Episodic Model -8 ) - 단기

o 특징 : UNAMAP-5의 권장 모델 ( Guideline model )이었으나 version-6 에서는 제외된 모델들임. 이들 모델은 당시 컴퓨터 성능을 고려하여 기상자료 등 시간이 많이 소요되는 계산과정을 대폭 단순화하였음. 따라서 이 모델들은 비록 계산 결과에는 큰 오차가 없으나 가급적 사용을 자제해 나가고 개선된 기능을 갖춘 CDM-2, ISC, PEM-2, MPTER 등을 사용토록 권장하는 것이 바람직 함.

o 기능 - 예측기간 : 장기 (1개월 이상)

단기 (10분∼24시간 평균)

- 적용지형 : 도시지역, 평탄지형

- 대상배출원: 점, 면 오염원

- 오염물질: 1차 오염물질 (SO₂, CO, DUST)

- 배출원수 : TEM-8 (점오염원 300개, 면오염원 50개까지)

TCM-2 (무제한)

4. Miller - Holzworth 모델

o특징 : 본 모델은 가장 기본적인 모델 형태인 Box 모델을 경험적으로 보완하여 임의로 가정된 기온역전, 풍향, 풍속 등의 조건하에서 오염도를 추정하는 계산식이다. 따라서 본 모델은 연구 목적으로 활용하는 것은 무방하나 정책 수립용이나 환경 영향 평가 등의 목적으로는 부적합하므로 사용을 금지토록 해야 함

부록 2.

모델별 특성 비교표

⊙ : 주 기능, ○ : 선택 기능

   

   

원본 위치 <http://home.sunchon.ac.kr/~bioenvlab/data2/ham3/3-22.htm>