Sang-Hyun Lee;Su-Bin Oh;Chun-Ji Kim;Chun-Sil Jin;Hyun-Ha Lee
Journal of Radiation Protection and Research
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제48권1호
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pp.28-43
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2023
Background: High-fidelity meteorological data is a prerequisite for the realistic simulation of atmospheric dispersion of radioactive materials near nuclear power plants (NPPs). However, many meteorological models frequently overestimate near-surface wind speeds, failing to represent local meteorological conditions near NPPs. This study presents a new high-resolution (approximately 1 km) meteorological downscaling method for modeling short-range (< 100 km) atmospheric dispersion of accidental NPP plumes. Materials and Methods: Six considerations from literature reviews have been suggested for a new dynamic downscaling method. The dynamic downscaling method is developed based on the Weather Research and Forecasting (WRF) model version 3.6.1, applying high-resolution land-use and topography data. In addition, a new subgrid-scale topographic drag parameterization has been implemented for a realistic representation of the atmospheric surface-layer momentum transfer. Finally, a year-long simulation for the Kori and Wolsong NPPs, located in southeastern coastal areas, has been made for 2016 and evaluated against operational surface meteorological measurements and the NPPs' on-site weather stations. Results and Discussion: The new dynamic downscaling method can represent multiscale atmospheric motions from the synoptic to the boundary-layer scales and produce three-dimensional local meteorological fields near the NPPs with a 1.2 km grid resolution. Comparing the year-long simulation against the measurements showed a salient improvement in simulating near-surface wind fields by reducing the root mean square error of approximately 1 m/s. Furthermore, the improved wind field simulation led to a better agreement in the Eulerian estimate of the local atmospheric dispersion. The new subgrid-scale topographic drag parameterization was essential for improved performance, suggesting the importance of the subgrid-scale momentum interactions in the atmospheric surface layer. Conclusion: A new dynamic downscaling method has been developed to produce high-resolution local meteorological fields around the Kori and Wolsong NPPs, which can be used in short-range atmospheric dispersion modeling near the NPPs.
구름이 유입하는 경우 해양대기경계층의 발달을 분석하기 위하여, 울릉도에서 관측한 레윈존데 자료와 AWS 자료, 위성사진, 동해에 설치된 부이 자료를 이용하였다. 이 자료를 이용하여 열의 이류와 표층 열속, 구름 유입에 따른 복사에너지를 추정하였다. 혼합층 내의 열 변화 및 혼합층의 발달을 표층 열속과 구름에 의한 장파복사속으로 설명하였다. 열속의 변화를 알아보기 위해 벌크법을 이용하였다. 울릉도, 동해상의 부이, 포항에서 관측한 자료를 이용한 열수지 방정식으로 대기경계층의 열보존 관계를 분석하였다. 구름의 유입으로 인해 일몰 후 지면의 복사냉각이 방해되고, 구름에서 장파복사가 방출된다. 그로 인해 야간에 오히려 기온이 증가하였다. 또 남서쪽으로부터 따뜻한 공기가 이류되어, 하층 대기의 온도를 증가시켰다. 이러한 이유로 혼합층이 파괴되지 않고, 잔류층을 형성하며 남아있었다.
This study aims at examining the sensitivity of numerical simulations to the resolution of initial and boundary data, and to an application of WRF (Weather Research and Forecasting) 3DVAR (Three Dimension Variational data Assimilation). To do this, we ran the WRF model by using GDAS (Global Data Assimilation System) FNL (Final analyses) and the KLAPS (Korea Local Analysis and Prediction System) analyses as the WRF's initial and boundary data, and by using an initial field made by assimilating the radar data to the KLAPS analyses. For the sensitivity experiment, we selected a heavy rainfall case of 21 September 2010, where there was localized torrential rain, which was recorded as 259.5 mm precipitation in a day at Seoul. The result of the simulation using the FNL as initial and boundary data (FNL exp) showed that the localized heavy rainfall area was not accurately simulated and that the simulated amount of precipitation was about 4% of the observed accumulated precipitation. That of the simulation using KLAPS analyses as initial and boundary data (KLAPC exp) showed that the localized heavy rainfall area was simulated on the northern area of Seoul-Gyeonggi area, which renders rather difference in location, and that the simulated amount was underestimated as about 6.4% of the precipitation. Finally, that of the simulation using an initial field made by assimilating the radar data to the KLAPS using 3DVAR system (KLAP3D exp) showed that the localized heavy rainfall area was located properly on Seoul-Gyeonggi area, but still the amount itself was underestimated as about 29% of the precipitation. Even though KLAP3D exp still showed an underestimation in the precipitation, it showed the best result among them. Even if it is difficult to generalize the effect of data assimilation by one case, this study showed that the radar data assimilation can somewhat improve the accuracy of the simulated precipitation.
Tornado-induced damages to high-rise buildings and low-rise buildings are quite different in nature. Tornado losses to high-rise buildings are generally associated with building envelope failures while tornado-induced damages to low-rise buildings are usually associated with structural or large component failures such as complete collapses, or roofs being torn off. While studies of tornado-induced structural damages tend to focus mainly on low-rise residential buildings, transmission towers, or nuclear power plants, the current rapid expansion of city centers and development of large-scale building complexes increases the risk of tornadoes impacting tall buildings. It is, therefore, important to determine how tornado-induced load affects tall buildings compared with those based on synoptic boundary layer winds. The present study applies an experimentally simulated tornado wind field to the Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council (CAARC) building and estimates and compares its pressure coefficient effects against the Atmospheric Boundary Layer (ABL) flow field. Simulations are performed at the Wind Engineering, Energy and Environment (WindEEE) Dome which is capable of generating both ABL and tornadic winds. A model of the CAARC building at a scale of 1:200 for both ABL and tornado flows was built and equipped with pressure taps. Mean and peak surface pressures for TLV flow are reported and compared with the ABL induced wind for different time-averaging. By following a compatible definition of the pressure coefficients for TLV and ABL fields, the resulting TLV pressure field presents a similar trend to the ABL case. Also, the results show that, for the high-rise building model, the mean and 3-sec peak pressures are larger for the ABL case compared to the TLV case. These results provide a way forward for the code implementation of tornado-induced pressures on high-rise buildings.
The atmospheric responses to a Sea Surface Temperature Anomaly(SSTA) over the equatorial eastern Pacific Ocean have been investigated using the horizontally fine resolution model based on OSU 2-layer Atmospheric General Circulation Model(AGCM). The SSTAS daring the peak phase of 1982-83 El Nino have been applied to the model as the boundary conditions of the experiment. The model simulates the eastward movement of the rising branch of the Walker circulation. That is, the major features associated with the El Nino such as the increase of the precipitation rate over the center of the Pacific and decrease over the Indonesia, and the 500hPa geopotential height anomaly in the middle latitude are properly describes in the fine resolution model experiment. The model results indicate that this horizontally fine resolution UM can successfully simulate the ENSO anomalies and be more effectivelly used for the study of the climate and the climate changes.
The sensitivity of the typhoon track and intensity simulation to physics schemes of the global model are examined for the typhoon Bolaven and Tembin cases by using the Global/Regional Integrated Model System-Global Model Program (GRIMs-GMP) with the physics package version 2.0 of the Korea Institute of Atmospheric Prediction Systems. Microphysics, Cloudiness, and Planetary boundary Layer (PBL) parameterizations are changed and the impact of each scheme change to typhoon simulation is compared with the control simulation and observation. It is found that change of microphysics scheme from WRF Single-Moment 5-class (WSM5) to 1-class (WSM1) affects to the typhoon simulation significantly, showing the intensified typhoon activity and increased precipitation amount, while the effect of the prognostic cloudiness and PBL enhanced mixing scheme is not noticeable. It appears that WSM1 simulates relatively unstable and drier atmospheric structure than WSM5, which is induced by the latent heat change and the associated radiative effect due to not considering ice cloud. And WSM1 results the enhanced typhoon intensity and heavy rainfall simulation. It suggests that the microphysics is important to improve the capability for typhoon simulation of a global model and to increase the predictability of medium range forecast.
Effect of boundary layer thickness on the flow characteristics around a rectangular prism has been investigated by using a PIV(Particle Image Velocimetry) technique. Three different boundary layers(thick, medium and thin)were generated in the Atmospheric Boundary Layer Wind Tunnel at Pusan National University. The thick boundary layer having 670 mm thickness was generated by using spires and roughness elements. The medium thickness of boundary layer($\delta$=270 mm) was the natural turbulent boundary layer at the test section floor with fairly long developing length(18 m). The thin boundary layer($\delta$=36.5 mm) was generated on the smooth panel elevated 70cm from the wind tunnel floor. The Reynolds number based on the free stream velocity(3 ㎧) and the height of the model(40 mm) was 7.9$\times$10$^3$. The mean velocity vector fields and turbulent kinetic energy distributions were measured and compared. The effect of boundary layer thickness was clearly observed not only in the length of separation bubble but also in the location of reattachment point. The thinner the boundary layer thickness, the higher the turbulent kinetic energy Peak around the model roofbecame. It is strongly recommended that the height ratio between the model and the approaching boundary layer thickness should be encountered as a major parameter.
To estimate the dispersion coefficients in a coastal area with complex topography, several schemes using empirical equations expressed with and in lateral and vertical directions, respectively have been examined. Estimation results using these equations and meteorological data obtained from SODAR system were compared' with previously measured dispersion coefficients in other coastal areas. Validations of estimation results have been performed by comparing the measured concentrations with predicted ones empolying in Boryung coastal area. Important conclusions were drawn as follows; (1) Variations of lateral and vertical wind direction revealed different height dependency in upper and lower mixed boundary layer. (2) Because of turbulent constraint effect by large water body in a coastal region, the lateral and the vertical dispersion coefficients were smaller than those of P-G system. (3) As a result of examining the performance measure of these schemes through checking of coincidence between measured and predicted concentrations, vertical dispersion coefficients were smaller than those of P-G system, and the Cramer scheme was found to be more appropriate rather than others in the coastal area surrounding Boryung power plant.
It is well known that atmospheric aerosols play an important role in the radiation balance of the earth and meteorological processes as well as in atmospheric chemistry. Aerosols may origin from both natural and/or anthropogenic sources. Thus, the chemical composition of aerosols can vary considerably. For example, the chemical composition of marine aerosol has been the subject of a considerable number of investigations, including the evaluation of long-range transport of anthropogenic constituents on the chemistry of the remote marine boundary layer. (omitted)
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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제20권E2호
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pp.43-52
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2004
A total of 10 boundary layer sampling events over the Pacific Ocean were analyzed for the purpose of defining the sea-to-air $CH_3$I flux using a mass balance photochemical model. These events were recorded on the National Center for Atmospheric Research (NCAR) C-130 aircraft as part of the Aerosol Charac-terization Experiment (ACE 1). The latitude range, covered by these events, was 2$^{\circ}$ N to 55$^{\circ}$ S. The flux ranges were 4 to 33 nmol m$^{-2}$ day$^{-1}$ , with an average value of 11$\pm$8 nmol m$^{-2}$ day$^{-1}$ . This study also indicated that the current approach to estimate the flux was not systematically different from the sea-air exchange model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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