• Atmosphere
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• v.30 no.4
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• pp.421-437
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• 2020

The effects of the terminal fall velocity-diameter relationship for raindrops, which is prescribed based on the measurement, on the simulated surface precipitation over Korea during summer season were investigated in our study. Two rainfall cases, 1-month summer precipitation and mesoscale rainfall, have been simulated using the Weather Research and Forecasting (WRF) model. The selected cloud microphysics parameterizations are WRF Single-Moment 5-class (WSM5) and WRF Single-Moment 6-class (WSM6) in the WRF model. The measured terminal fall-diameter relationship for raindrops by Gunn and Kinzer (1949) was applied in both WSM5 and WSM6. The sensitivity experiments with WSM5 and WSM6, applying the measured fall-diameter relationship, presents the different responses in simulated precipitation amount for the 1-month summer precipitation case. Precipitation increases with WSM5, thus enhancing the precipitation statistical skills. However, precipitation decreases with WSM6 leading to the deterioration of precipitation statistical skills. For the mesoscale rainfall case, precipitation increases with both WSM5 and WSM6, which further enhances the positive bias in precipitation amount.

• Atmosphere
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• v.32 no.3
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• pp.207-221
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• 2022

In Jeju, on January 23, 2016, a cold surge accompanied by heavy snowfall with the most significant amount of 12 cm was the highest record in 32 years. During this period, the temperature of 850 hPa in January was the lowest in 2016. Notably, in 2016, the average surface temperature of January on the Polar cap was the highest since 1991, and 500 hPa geopotential height also showed the highest value. With this condition, the polar vortex in the northern hemisphere meandered and expanded into the subtropics regionally, covering the Korean Peninsula with very high potential vorticity up to 7 Potential Vorticity Unit. As a result, the strong cold advection, mostly driven by a northerly wind, around the Korean Peninsula occurred at over 2𝜎. Previous studies have not addressed this extreme synoptic condition linked to polar vortex expansion due to the unprecedented Arctic warming. We suggest that the occurrence of a strong Ural blocking event after the abrupt warming of the Barents/Karas seas is a major cause of unusually strong cold advection. With a specified mesoscale model simulation with SST (Sea Surface Temperature), we also show that the warmer SST condition near the Korean Peninsula contributed to the heavy snowfall event on Jeju Island.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.270-270
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• 2023

습지 생태계는 복잡한 물리적 생지화학적 프로세스의 상호작용이 있으나, 습지 생태계의 건강성 회복을 위한 첫 번째 단계는 습지 생태계에서의 물순환에 대한 정확한 이해일 것이다. 또한 지역적인 물 균형 및 생태계 보전에서 습지를 활용하기 위해서도 습지 물순환에 대한 정량적인 이해는 필수적이다. 그러나, 습지 물순환의 이해를 위해 필수적인 관측 자료들은 현장 측정으로 획득하기 어려운 자료이거나 비용적인 문제로 인하여 관측이 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 Sentinel-2 위성 자료를 활용하여 습지의 유입량을 추정하기 위한 절차를 제시하고자 한다. 이를 위해 한반도 동남부의 낙동강에 위치한 주요 다목적댐의 자료를 활용한 분류 기반의 인공지능 모델이 설계된다. 인공지능의 학습을 위한 입력자료는 아래와 같은 절차에 의해 만들어진다. 1) 다목적댐의 수위-물 체적 관계를 이용하여 수위-수표면적 관계 곡선 도출. 2) 수위-수표면적 관계 곡선과 DEM을 활용하여 물과 육지 영역을 구분하는 식별자를 도출. 3) Sentinel-2 위성 정보와 물-육지 식별자를 비교하는 랜덤 포레스트 모델을 설계. 4) 위성 정보의 물-육지 정보로부터 미계측 습지 지역의 물과 육지를 식별할 수 있는 식별자 도출. 이러한 과정을 경유하여 추정된 습지의 수표면적과 습지 지역의 DEM을 결합함으로써 습지의 수위-수표면적-물 체적 관계 곡선이 산정되어, 최종적으로 습지의 유입량이 모의된다. 모의된 습지 유입량은 다양한 수문 모델의 매개변수를 추정하는데 활용될 수 있을 것이며, 검증된 수문 모델을 활용하여 습지의 물순환의 이해도를 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.89-89
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• 2023

인간 활동에 의해 발생한 전 지구적 기후변화는 다양한 분야에 영향을 미치고 있다. 특히, 군락을 기반으로 서식하는 동식물은 기후변화에 가장 취약하며, 대부분의 군락 위치가 북상하거나 멸종 위기에 처해있다. 2022년에 발표된 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 보고서는 섭씨 5도 이상 상승하면 생물군의 60%가 멸종될 것이라고 보고하였으며, 고위도와 고도로 이동하여 봄철 식물 성장이 과거보다 더욱 가속화 될 것으로 예측하였다. 따라서, 온실가스 농도에 따른 전 지구적 기후변화 분석은 다양한 분야에서 지속가능한 완화 및 적응 정책을 결정하는데 필요하다. 본 연구는 SSP2-4.5와 SSP5-8.5를 이용하여 Koppen-Geiger의 기후대 분류에 따른 전 지구 규모(아시아, 유럽, 남아메리카, 북아메리카, 오세아니아, 아프리카)의 과거 및 미래 기후대에 대한 변화를 분석하였다. 과거 기간의 기후대를 추정하기 위해 25개 CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6) GCM(General circulation model)의 월 단위 강수량과 표면 온도를 사용하였으며 6개의 기간으로 구분하여 기후대 변화를 비교하였다. 더 나아가, 미래 기후대를 예측하기 위해 SSP(Shared Socioeconomic Pathways)2-4.5와 SSP5-8.5의 미래 기후변수를 사용하였으며, 전망 기간을 7개로 구분하여 전망 기간의 기후대를 변화를 비교하였다. 본 연구의 결과로는 온실가스 농도가 높은 시나리오에서는 북아메리카, 아시아, 유럽의 툰드라와 영구동토층이 가파르게 감소하였으며, 온대 기후 중 습한 아열대 기후대의 면적이 급속도로 증가하였다. 더 나아가, 남아메리카의 경우 대륙성 기후대가 지속적으로 감소하는 반면에 열대 우림 기후대는 증가한다. 오세아니아의 미래 기후대는 몬순의 영향을 받는 아열대 기후대가 증가하고 열대 우림은 증가할 것으로 예측하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.328-328
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• 2023

표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)는 강수량 변동의 정도를 표준화하여 나타낸 지수로, 가뭄 평가에 적용되고 있다. 일반적으로 SPI를 산정할 때는 월 단위의 시간 척도를 적용하며, 장기간의 가뭄에 대해 평가한다. 그러나 시간 척도가 길어질수록 가뭄 발생 후 가뭄을 감지하는 데 걸리는 시간이 더 길어지기 때문에 대처가 더욱 어려워진다. 또한, 기후변화로 인해 가뭄 빈도가 증가하고, 그 정도가 더욱 심화되면서 일 단위의 적용이 필요해지고 있다. 본 연구는 한반도 남부지역을 대상으로 일 단위의 SPI 적용을 위한 최소 시간 척도를 조사하였다. 대상 지역을 강원권, 수도권, 부울경, 대경권, 호남권, 충청권의 총 6개 지역으로 분리하여, 각 지역별, 계절별 최소 시간 척도를 조사하였다. SPI 산정을 위해 후보 분포형으로 Gumbel, Gamma, GEV, Loglogistic, Lognormal, Weibull을 적용하였으며, 시간 척도는 5일부터 365일까지 총 10개로 설정하였다. 본 연구에선 크게 적합도 검정과 정규성 검정으로 진행하였다. 적합도 검정에서는 Chi-square test를 적용하였으며, 이때 일 단위의 짧은 시간 척도를 적용할 경우 누가 강수 시계열의 값이 0으로, 0값이 시계열에 포함되면 SPI의 정확도가 떨어지는 문제가 발생하는데, 이를 보완하기 위해 누가 강수 시계열의 0값을 고려하였다. 마지막으로 각 후보 분포형을 적용하여 산정된 SPI가 표준정규분포에 합당한지를 검증하기 위해 Anderson-Darling test를 수행하였다. 결과적으로 대부분의 지역에서는 봄과 여름의 경우 최소 15일 정도의 시간 척도까지는 적용할 수 있을 것으로 판단되며, 겨울의 경우는 최소 30일 정도의 시간 척도를 적용해야 함을 확인하였다. 지역별로 차이가 크진 않지만, 이러한 연구 결과를 참고하여 각 지역별로 더 나은 가뭄 대책을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

• Atmosphere
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• v.33 no.4
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• pp.343-354
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• 2023

Turbulence produced on roadways is one of the major factors determining the dilution rates at the initial stage of traffic emissions of air pollutants and, thus, the distribution of air pollutants near the roadways. Field experiments were conducted on Gyeongbu Highway, one of the busiest highways in Korea, for 4~7 days in winter, spring, and summer. Two three-dimensional ultrasonic anemometers were installed on both sides of the highway to estimate turbulence intensities (vertical wind fluctuation and kinetic turbulence energy) induced by the roadway. Roadway-induced turbulence consists of three components: structural road-induced turbulence (S-RIT), thermal road-induced turbulence (T-RIT), and vehicle-induced turbulence (VIT). The contribution of T-RIT to the total RIT was insignificant (less than 10%), and the majority of RIT was S-RIT (by the highway embankment) and VIT. In this study, we propose the empirical relationships of VIT as a function of traffic density and wind speed under free-flow traffic conditions. Although this empirical relationship appears to underestimate the VIT, it can be applied to the air quality models easily because the relationship is simple and only needs readily obtainable input variables (wind speed and traffic information).

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.267-267
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• 2020

농업유역은 농업 활동이 이루어지는 농경지와 산림지, 주거지 등으로 구성되어 있으며, 농경지에서 필요한 물을 확보, 공급하기 위한 수원공시설이 위치하고 있다. 수원공은 하천수 및 지하수를 저류, 취수하여 관개 지구에 공급하게 되는데 이로 인하여, 상, 하류 하천유황이 증가하거나 감소하게 된다. 물순환이란 비나 눈이 내려 침투, 유출, 증발산 등의 과정을 통해 공간적, 시간적으로 변화하며 이동하는 자연적인 현상을 말하며, 상하수도 등 배수시설의 영향에 따라 발생하는 인공계 물순환도 광범위한 물순환에 포함된다. 최근 불투수면의 증가, 과도한 지하수 사용 등으로 인해 하천의 건천화, 지표유출량 증가 등 물순환 구조가 왜곡되고 있으며 왜곡된 물순환 회복을 위해 물순환 선도도시 조성, 물순환 회복조례가 신설되는 등의 노력이 있었다. 물순환 선도도시 조성 및 회복조례는 불투수면의 저감, LID 기법 적용 등을 통한 물순환 개선에 초점을 맞추고 있으나, 농업유역의 물순환은 농경지와 농업용수 공급을 위한 수원공에 큰 영향을 받아 이를 통한 물순환 개선에 초점을 맞춰야 한다. 본 연구에서는 농업유역의 농경지 및 수원공 관리방안에 따른 유역 단위 물순환 변화를 평가하고자 하였다. 이를 위해 모듈 기반 농업유역 수문모형을 통해 농업유역 물순환을 모의하였으며, 물순환율 개념을 통해 유역 단위 물순환 변화를 평가하였다. 물순환율은 환경부에서 제시한 (1-직접유출률) (%)의 식과 농업유역 특성을 반영한 농업유역 물순환율 두 가지를 통해 평가하였다. 농업유역 수자원 관리방안은 수원공인 농업용 저수지의 제한 수위운영에 따른 효과와 농경지는 관개 지구에 물꼬 및 담수심 관리방안을 적용하였으며 각 관리방안에 따른 물순환율을 도출하였다. 농업용 저수지는 제한 수위운영을 통한 유역 물순환 개선 효과를 확인하였으나 관개 지구에 적용한 물꼬 및 담수심 관리방안의 효과는 미비한 것으로 나타났다.

• Journal of Environmental Science International
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• v.32 no.7
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• pp.503-520
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• 2023

In this study, numerical simulations using community multiscale air quality (CMAQ) were conducted to analyze the change in ozone (O₃) concentration due to the reduction in nitrogen oxides (NO_x)andvolatile organic compounds (VOCs) emissions in Busan. When the NO_x and, VOCs emissions were reduced by 40% and, 31%, respectively, the average O₃ concentration increased by 4.24 ppb, with the highest O₃ change observed in the central region (4.59 ppb). This was attributed to the decrease in O₃ titration by nitric oxide (NO) due to the reduction of NO_x emissions in Busan, which is classified as a VOCs-limited area. The distribution of O₃ concentration changes was closely related to NO_x emissions per area, and inland emissions were highly correlated with daily maximum concentrations and 8-h average O₃ concentrations. Contrastingly, the effect of emission reduction depended on the wind direction. This suggests that the emission reduction effects may vary depending on the environmental conditions. Further research is needed to comprehensively analyze the emission reduction effects in Busan.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.18 no.6
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• pp.1049-1056
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• 2023

The height of the atmospheric boundary layer indicates the peak developed when turbulence is generated by mixing heat and water vapor, and is generally determined through thermodynamic methods. Wind profilers produce atmospheric information from the scattering of signals sent into the atmosphere. A method for making the spectrum of turbulent components, turbulent kinetic energy dissipation rate, and refractive index structure coefficient was presented to determine the atmospheric boundary layer depth. Compared with the vertical distribution characteristics of potential temperature and specific humidity based on radiosonde data, the determination method of the atmospheric boundary layer height from wind profiler output was evaluated as very useful.

• Atmosphere
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• v.34 no.3
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• pp.233-255
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• 2024

This study analyzed the distribution of Aerosol Robotic Network (AERONET) Version 3 Level 2.0 data, spanning over two decades, across South Korea and its six administrative regions (Seoul metropolitan area, Chungcheong, Jeolla, Gangwon, Gyeongsang, and Jeju). The research assessed long-term trends in aerosol optical depth (AOD) and mass concentration of particulate matter (i.e., PM₁₀ and PM_2.5), using data from the AERONET direct sun product and AirKorea, respectively. Additionally, eight aerosol types were identified using the scattering Ångström exponent and absorption Ångström exponent from the AERONET inversion product. The study further explored their domestic and regional distributions. Findings indicated that AERONET data were predominantly concentrated in the western regions of South Korea, including the Seoul metropolitan area, Chungcheong, and Jeolla, with a higher frequency of data in spring, thus demonstrating spatial and temporal heterogeneity. The annual average AOD exhibited a declining trend of -0.006 yr^-1. Similarly, PM₁₀ and PM_2.5 mass concentrations decreased by -1.324 ㎍ m^-3 yr^-1 and -1.335 ㎍ m^-3 yr^-1, respectively. These trends in AOD and PM₁₀ (PM_2.5) demonstrated positive correlations, with correlation coefficients of 0.674 (0.753) and statistically significant low p-values of 0.00058 (0.03), respectively. The analysis also revealed that aerosols in South Korea predominantly consisted of black carbon (BC) or BC-mixed types (84.09%), with a notable presence of smaller, less absorbent aerosol types (13.11%).