• Title/Summary/Keyword: 계절필터

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A Study on Data-driven Modeling Employing Stratification-related Physical Variables for Reservoir Water Quality Prediction (취수원 수질예측을 위한 성층 물리변수 활용 데이터 기반 모델링 연구)

  • Hyeon June Jang;Ji Young Jung;Kyung Won Joo;Choong Sung Yi;Sung Hoon Kim
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2023.05a
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    • pp.143-143
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    • 2023
  • 최근 대청댐('17), 평림댐('19) 등 광역 취수원에서 망간의 먹는 물 수질기준(0.05mg/L 이하) 초과 사례가 발생되어, 다수의 민원이 제기되는 등 취수원의 망간 관리 중요성이 부각되고 있다. 특히, 동절기 전도(Turn-over)시기에 고농도 망간이 발생되는 경우가 많은데, 현재 정수장에서는 망간을 처리하기 위해 유입구간에 필터를 설치하고 주기적으로 교체하는 방식으로 처리하고 있다. 그러나 단기간에 고농도 망간 다량 유입 시 처리용량의 한계 등 정수장에서의 공정관리가 어려워지므로 사전 예측에 의한 대응 체계 고도화가 필요한 실정이다. 본 연구는 광역취수원인 주암댐을 대상으로 망간 예측의 정확도 향상 및 예측기간 확대를 위해 다양한 머신러닝 기법들을 적용하여 비교 분석하였으며, 독립변수 및 초매개변수 최적화를 진행하여 모형의 정확도를 개선하였다. 머신러닝 모형은 수심별 탁도, 저수위, pH, 수온, 전기전도도, DO, 클로로필-a, 기상, 수문 자료 등의 독립변수와 화순정수장에 유입된 망간 농도를 종속변수로 각 변수에 해당하는 실측치를 학습데이터로 사용하였다. 그리고 데이터기반 모형의 정확도를 개선하기 위해서 성층의 수준을 판별하는 지표로서 PEA(Potential Energy Anomaly)를 도입하여 데이터 분석에 활용하고자 하였다. 분석 결과, 망간 유입률은 계절 주기에 따라 농도가 달라지는 것을 확인하였고 동절기 전도시점과 하절기 장마기간 난류생성 시기에 저층의 고농도 망간이 유입이 되는 것을 분석하였다. 또한, 두 시기의 망간 농도의 변화 패턴이 상이하므로 예측 모델은 각 계절별로 구축해 학습을 진행함으로써 예측의 정확도를 향상할 수 있었다. 다양한 머신러닝 모델을 구축하여 성능 비교를 진행한 결과, 동절기에는 Gradient Boosting Machine, 하절기에는 eXtreme Gradient Boosting의 기법이 우수하여 추론 모델로 활용하고자 하였다. 선정 모델을 통한 단기 수질예측 결과, 전도현상 발생 시기에 대한 추종 및 예측력이 기존의 데이터 모형만 적용했을 경우대비 약 15% 이상 예측 효율이 향상된 것으로 나타났다. 본 연구는 머신러닝 모델을 활용한 망간 농도 예측으로 정수장의 신속한 대응 체계 마련을 지원하고, 수처리 공정의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대되며, 후속 연구로 과거 시계열 자료 활용 및 물리모형과의 연결 등을 통해 모델의 신뢰성을 제고 할 계획이다.

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Data Assimilation of Leaf Area Index for Drought Assessment In East Asia (잎면적 지수 자료동화 기반 동아시아 가뭄 평가)

  • Seo, Hocheol;Kim, Yeonjoo
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2019.05a
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    • pp.31-31
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    • 2019
  • 잎의 생태 계절학적 변화는 지상의 탄소/질소 순환에 큰 영향을 미칠 뿐 아니라 토양 수분, 증발산과 같은 물 순환에 중요한 인자로 작용한다. 이를 모의하기 위하여 많은 지면-생태 생태모형들이 개발되어져 왔지만, 자연현상을 충분히 이해하지 못함으로 인하여 모델 결과값과 실제 관측 값에 차이가 발생된다. 이러한 한계점을 해결하기 위하여 실제 모형과 관측되어진 자료를 실시간으로 융합하는 자료동화 기법이 개발되어져 모델들의 오차를 줄여주거나, 실제 모델의 파라미터들을 보정하는데 사용되어지고 있다. 본 연구에서는 지상기후모형인 Community Land Model(CLM)을 기반으로 하여 2003년부터 2010년까지 동아시아지역을 대상으로 연구를 진행하였다. 지면-대기-해양 모델로부터 발생되어진 40개의 앙상블 기상자료를 이용하여 도출된 잎면적 지수와 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) 잎면적 지수를 실시간으로 융합하는 앙상블 칼만 필터기법을 이용하여 잎면적지수 자료동화가 생태 생태 수문에 미치는 영향을 알아보았다. 특히 잎면적 지수 자료동화가 동아시아 지역의 가뭄에 미치는 영향을 평가하기 위하여 1~3 m 의 토양수분의 변화를 이용하여 가뭄을 정의하였다. 이러한 토양수분 가뭄을 시 공간적으로 나타내어 동아시아지역의 가뭄의 기간, 심도 와 같은 가뭄을 특성을 이해하여 보고자 하였으며, 잎면적 지수 자료동화가 가뭄에 미치는 영향을 알아보았다.

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Empirical Orthogonal Function Analysis of Coastal Water Temperatures in the Tsushima Current Region (쓰시마난류역 연안 수온의 경험적 직교함수 분석)

  • CHOI Seog-Won;KANG Yong Q.
    • Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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    • v.20 no.2
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    • pp.89-94
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    • 1987
  • The fluctuations of sea surface temperatures (SST) and their anomalies in the Tsushima Current region are studied by means of empirical orthogonal function (EOF) analysis of the monthly SST data for 30 years (1941-1970) at 8 coastal stations. The overall features of the seasonal variation of SST are described by the first EOF mode, which explains $97.2\%$ of the total variance. Annual ranges of seasonal variation of SST and root-mean-square amplitudes of SST anomalies in the downstream of the Tsushima Current are larger than those in the upstream. The SST anomalies in the Tsushima Current region consist of simultaneous fluctuations, which explain $40.9\%$ of the total variance, and 'see-saw' fluctuations of which rise and fall in the upstream are opposite to those in the downstream. The latter second EOF mode explains $19.3\%$ of the total variance. We generated the low-pass (periods longer than 24 months), band-pass (periods between 6 and 24 months) and high-pass (periods shorter than 6 months) SST anomaly series and analyzed them by EOF method. The spatial distributions of the first and second EOF modes of all filtered SST anomalies are similar to each other.

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Distribution of Surface Sediments and Sedimentation Rates on the Tidal Flat of Muan Bay, Southwestern Coast, Korea (서해남부 무안만의 표층퇴적물의 분포와 조간대 퇴적률)

  • Ryu, Sang-Ock;Kim, Joo-Young;Chang, Jin-Ho
    • Journal of the Korean earth science society
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    • v.22 no.1
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    • pp.30-39
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    • 2001
  • To consider the distribution of the surface sediments and sedimentary processes in tidal flat after the construction of sea-walls in the semiclosed Muan Bay, the southwest coast of Korea, studies on the sediments and sedimentation rates along two transect lines from February 1999 to March 2000 were carried out. The surface sediments in the bay are classified into 5 facies on the basis of textural parameters. The gravelly sediments including the cobbles and pebbles deposited in the bay-mouth are relic sediments which are formed in nearshore and fluvial environments at the low stand of sea level. In addition, it is considered that the muddy sediments widely distributed on the tidal flat might be originated from suspended matter transported from several rivers and/or offshore. Although the sedimentation rates on the tidal flat vary with season, their estimation rates are -8.9 mm/yr on Line-GR and -48.9 mm/yr on Line-YH, respectively. The erosion-dominated processes in the tidal flat would be caused by strengthened ebb tides due to the decrease of tidal choking at Mokpogu and the migration of tidal currents at the bay-mouth. The hydrodynamical changes mentioned above are interpreted to be occurred after/before the construction of sea-dike/sea-walls in coastal zone of Mokpo.

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A comparative study for reconstructing a high-quality NDVI time series data derived from MODIS surface reflectance (MODIS 지표 분광반사도 자료를 이용한 고품질 NDVI 시계열 자료 생성의 기법 비교 연구)

  • Lee, Jihye;Kang, Sinkyu;Jang, Keunchang;Hong, Suk Young
    • Korean Journal of Remote Sensing
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    • v.31 no.2
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    • pp.149-160
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    • 2015
  • A comparative study was conducted for alternative consecutive procedures of detection of cloud-contaminated pixels and gap-filling and smoothing of time-series data to produce high-quality gapless satellite vegetation index (i.e. Normalized Difference Vegetation Index, NDVI). Performances of five alternative methods for detecting cloud contaminations were tested with ground-observed cloudiness data. The data gap was filled with a simple linear interpolation and then, it was applied two alternative smoothing methods (i.e. Savitzky-Golay and Wavelet transform). Moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) data were used in this study. Among the alternative cloud detection methods, a criterion of MODIS Band 3 reflectance over 10% showed best accuracy with an agreement rate of 85%, which was followed by criteria of MODIS Quality assessment (82%) and Band 3 reflectance over 20% (81%), respectively. In smoothing process, the Savitzky-Golay filter was better performed to retain original NDVI patterns than the wavelet transform. This study demonstrated an operational framework of gapdetection, filling, and smoothing to produce high-quality satellite vegetation index.

Aerosol Sampling with Two Stage Filter Sampler and Seasonal Variation of Metal Components in the Atmosphere (이단 필터 샘플러에 의한 대기 부유분진의 포집 및 금속 성분의 계절별 거동에 관한 연구)

  • Lee, Yong-Keun;Kim, Nam-Hoon;Myung, No-Seung;Whang, Kyu-Ja
    • Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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    • v.4 no.2
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    • pp.20-27
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    • 1988
  • A simple two stage aerosol filter sampler which allows simultaneous and fractional collection of two different-size particles, coarse and fine, was constructed and applied to the collection of Seoul atmospheric particulate for inorganic analysis. The sampler consist of two 47-mm diameter filter holder, a pneumatic pump, and a flowmeter. Filtering rate normally runs around 20$\ell$/min for 8 hrs. Using the sampler, a series of seasonal aerosol samples were collected from June 1986 to March 1988 at Yonsei University campus, Seoul and subsequently analysed for ten environmentally important metals using an atomic absorption spectrometer and an inductively coupled plasma emission spectrometer. The analysed metals are Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, V, and Zn. The analytical results showed the following order of metal abundance; Al > Fe > Zn > Pb > Mn > Cu > V > Ni > Cr > Cd. Based upon their size distribution pattern, the analyzed matals could be clasified into two groups, those present primarily in coarse particle and those in fine particle. Fe, Al, Mn, V, and Cr belong to the former group while the rest to the latter. Most metal concentration were highest in spring or winter, and lowest in autumn. Statistical analysis showed strong correlations between Al and Fe, Pb and Zn, and Cu and Mn.

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Study on PM10, PM2.5 Reduction Effects and Measurement Method of Vegetation Bio-Filters System in Multi-Use Facility (다중이용시설 내 식생바이오필터 시스템의 PM10, PM2.5 저감효과 및 측정방법에 대한 연구)

  • Kim, Tae-Han;Choi, Boo-Hun
    • Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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    • v.48 no.5
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    • pp.80-88
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    • 2020
  • With the issuance of one-week fine dust emergency reduction measures in March 2019, the public's anxiety about fine dust is increasingly growing. In order to assess the application of air purifying plant-based bio-filters to public facilities, this study presented a method for measuring pollutant reduction effects by creating an indoor environment for continuous discharge of particle pollutants and conducted basic studies to verify whether indoor air quality has improved through the system. In this study conducted in a lecture room in spring, the background concentration was created by using mosquito repellent incense as a pollutant one hour before monitoring. Then, according to the schedule, the fine dust reduction capacity was monitored by irrigating for two hours and venting air for one hour. PM10, PM2.5, and temperature & humidity sensors were installed two meters front of the bio-filters, and velocity probes were installed at the center of the three air vents to conduct time-series monitoring. The average face velocity of three air vents set up in the bio-filter was 0.38±0.16 m/s. Total air-conditioning air volume was calculated at 776.89±320.16㎥/h by applying an air vent area of 0.29m×0.65m after deducing damper area. With the system in operation, average temperature and average relative humidity were maintained at 21.5-22.3℃, and 63.79-73.6%, respectively, which indicates that it satisfies temperature and humidity range of various conditions of preceding studies. When the effects of raising relatively humidity rapidly by operating system's air-conditioning function are used efficiently, it would be possible to reduce indoor fine dust and maintain appropriate relative humidity seasonally. Concentration of fine dust increased the same in all cycles before operating the bio-filter system. After operating the system, in cycle 1 blast section (C-1, β=-3.83, β=-2.45), particulate matters (PM10) were lowered by up to 28.8% or 560.3㎍/㎥ and fine particulate matters (PM2.5) were reduced by up to 28.0% or 350.0㎍/㎥. Then, the concentration of find dust (PM10, PM2.5) was reduced by up to 32.6% or 647.0㎍/㎥ and 32.4% or 401.3㎍/㎥ respectively through reduction in cycle 2 blast section (C-2, β=-5.50, β=-3.30) and up to 30.8% or 732.7㎍/㎥ and 31.0% or 459.3㎍/㎥ respectively through reduction in cycle 3 blast section (C-3, β=5.48, β=-3.51). By referring to standards and regulations related to the installation of vegetation bio-filters in public facilities, this study provided plans on how to set up objective performance evaluation environment. By doing so, it was possible to create monitoring infrastructure more objective than a regular lecture room environment and secure relatively reliable data.

A Preliminary Research of Design and Operation of Riparian Buffer Zones for Reduction of Water Pollutants and Construction of Wildlife Habitat (수질정화 및 생태서식처 조성을 위한 수변완충지대 설계 및 운영 방안 기초연구)

  • Chung, Sang-Joon;Woo, Hyo-Seop;Oh, Jong-Min;Choi, I-Song;Ahn, Hong-Gyu
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2006.05a
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    • pp.1073-1077
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    • 2006
  • 급속한 산업화로 인한 오염물질의 증가와 생물서식처의 감소는 수자원과 생태계를 위협하고 있다. 국내의 경우 수자원의 질을 개선하기 위해 '90년대 초부터 하수처리시설 등의 저감시설을 대폭 확충하였으나 현재까지 팔당호 등 주요상수원이 목표수질에 못 미치고 있으며 그 원인은 유입오염물질의 $22{\sim}37%$를 차지하는 비점오염원으로 지목되고 있다. 또한 생태.경관적 가치가 높은 수변지역은 각종 개발로 생물서식처가 급속도로 감소하여 종 다양성 보전 측면에서 대책마련이 시급한 실정이다. 이와 유사한 상황에 직면한 선진외국에서는 '하천회랑(river corridor)' 또는 '토양 및 생태시스템을 포함하는 수역과 육역의 점이(漸移)지대'를 의미하는 이른바 '수변완충지대(Riparian Buffer Zones)'의 오염정화 및 생태조성 효과 등의 연구를 통해 효율적 조성방안을 제시하고 있으며 다양한 형태로 현장에 적용하고 있다. RBZs의 일반적인 기능으로는, 유사나 오염물질의 여과 및 차단(필터링 효과), 영양염류의 저감, 하천변 식생을 통한 수자원의 정화 및 강턱의 안정화, 홍수로 인한 하천침식의 방지, 수변 생물 서식처 제공, 수변 그늘 제공에 의한 수온상승 방지, 심미 교육 위락 공간 제공 등이다. 본 연구에서는 외국의 RBZs(Riparian Buffer Zones)가이드라인을 참고하여 국내실정에 맞는 파일럿 규모의 시험완충지를 설계 및 조성하였다. 시험완충지는 남한강 연안에 초본류, 갈대류, 관목류, 자연식생, 혼합식생 등 5가지 'dry biotope'형태로 설치하여 1년간 계절별로 운영하였다. 또한 실험의 정량화와 다양한 조건변화를 위해 차수막, 위어, 유량.농도 조절장치, 라이시미터 등 보조시설을 설치하였고, 정기적인 모니터링을 실시하였다. 조사결과 외국사례를 살펴보면 RBZs의 적정 폭은 수질정화기능의 경우 $15{\sim}30m$, 생태서식처 기능은 최소 90m이상으로 제시되며, 시험완충지의 수질정화효과는 SS, T-N, T-P, TOC의 평균저감율이 각각 50%이상으로 나타났다. 식생모니터링 결과, 환삼덩굴 등 우점종의 잠식속도는 약 15일이며 갈대와 갯버들의 경우 우기시 인공목책호안과 동일한 침식방지 효과를 보이는 것으로 관찰되어 식생의 주기적인 모니터링과 지역 특성에 적합한 우점종 선정이 매우 중요한 것으로 판단된다.

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The Cross-validation of Satellite OMI and OMPS Total Ozone with Pandora Measurement (지상 Pandora와 위성 OMI와 OMPS 오존관측 자료의 상호검증 방법에 대한 분석 연구)

  • Baek, Kanghyun;Kim, Jae-Hwan;Kim, Jhoon
    • Korean Journal of Remote Sensing
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    • v.36 no.3
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    • pp.461-474
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    • 2020
  • Korea launched Geostationary Environmental Monitoring Satellite (GEMS), a UV/visible spectrometer that measure pollution gases on 18 February 2020. Because satellite retrieval is an ill-posed inverse solving process, the validation with ground-based measurements or other satellite measurements is essential to obtain reliable products. For this purpose, satellite-based OMI and OMPS total column ozone (TCO), and ground-based Pandora TCO in Busan and Seoul were selected for future GEMS validation. First of all, the goal of this study is to validate the ground ozone data using characteristics that satellite data provide coherent ozone measurements on a global basis, although satellite data have a larger error than the ground-based measurements. In the cross validation between Pandora and OMI TCO, we have found abnormal deviation in ozone time series from Pandora #29 observed in Seoul. This shows that it is possible to perform inverse validation of ground data using satellite data. Then OMPS TCO was compared with verified Pandora TCO. Both data shows a correlation coefficient of 0.97, an RMSE of less than 2 DU and the OMPS-Pandora relative mean difference of >4%. The result also shows the OMPS-Pandora relative mean difference with SZA, TCO, cross-track position and season have insignificant dependence on those variables.In addition, we showed that appropriate thresholds depending on the spatial resolution of each satellite sensor are required to eliminate the impact of the cloud on Pandora TCO.

Improved Trend Estimation of Non-monotonic Time Series Through Increased Homogeneity in Direction of Time-variation (시변동의 동질성 증가에 의한 비단조적 시계열자료의 경향성 탐지력 향상)

  • Oh, Kyoung-Doo;Park, Soo-Yun;Lee, Soon-Cheol;Jun, Byong-Ho;Ahn, Won-Sik
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.38 no.8 s.157
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    • pp.617-629
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    • 2005
  • In this paper, a hypothesis is tested that division of non-monotonic time series into monotonic parts will improve the estimation of trends through increased homogeneity in direction of time-variation using LOWESS smoothing and seasonal Kendall test. From the trend analysis of generated time series and water temperature, discharge, air temperature and solar radiation of Lake Daechung, it is shown that the hypothesis is supported by improved estimation of trends and slopes. Also, characteristics in homogeneity variation of seasonal changes seems to be more clearly manifested as homogeneity in direction of time-variation is increased. And this will help understand the effects of human intervention on natural processes and seems to warrant more in-depth study on this subject. The proposed method can be used for trend analysis to detect monotonic trends and it is expected to improve understanding of long-term changes in natural environment.