• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.87-94
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• 2014

페리다이나믹 이론은 재료파괴 및 균열진전 해석에 적합하다. 그러나 적분 방정식을 풀기위해 많은 비국부 상호작용을 해석해야만 하기 때문에 일반적으로 사용되는 국부 모델들에 비해 비효율적이다. 따라서 효율적이면서 정확한 해석 모델을 구성하기 위해 페리다이나믹 모델과 다른 국부 모델을 연성하는 연성 해석법의 개발이 필요하다. 연성 방법론 개발을 위해서는 불연속성 혹은 응력 집중이 발생될 것으로 예상되는 영역에는 페리다이나믹 모델을 구성하고 상대적으로 변형 거동이 복잡하지 않은 영역은 국부 모델을 구성하는 방법이 많이 사용된다. 본 연구에서는 최근에 개발된 힘-기반 연성 방법론을 소개한다. 이 방법론에서는 블랜딩 함수를 활용하여 연성 영역을 사이에 두고 페리다이나믹 모델과 탄성체 모델을 연성한다. 수치예제를 통해 연성 모델이 집중하중 해석 혹은 정적파괴 해석 문제를 효율적이고 엄밀하게 해석할 수 있음을 확인하였다. 이와 같은 문제들은 일반적인 탄성체 모델을 사용해서는 엄밀한 해석이 어렵다. 반면에 페리다이나믹 모델은 엄밀한 해석이 가능하지만 계산 시간과 비용이 매우 많이 요구된다는 문제점이 있다.

• 한국정보기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.103-114
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• 2019

주파수변조연속파형(FMCW) 레이더 시스템을 사용하는 이동 객체탐지가 최근 각광을 받고 있다. 레이더 객체탐지는 탐지범위 내 존재하는 고정된 객체 및 클러터들로부터 반사되는 잡음신호로 인해 매우 도전적인 문제이다. 본 논문에서는 FCMW 레이다를 이용하여 잡음배경하 이동객체탐지를 위해 강인한 주성분분석법(RPCA)을 이용한다. 먼저 원 레이더 입력신호에 보상과 보정을 적용한다. 다음 경사하강법을 사용하는 RPCA가 저계수의 성질을 갖는 잡음배경 모델을 구하기 위해 사용된다. 본 논문에서는 RPCA 계산을 위해 소요계산량이 적은 새로운 업데이트 알고리즘을 제안한다. 마지막으로 이동객체는 자동 다중스케일에 기반한 피크 탐지법에 의해 정위한다. 모든 단계는 슬라이딩 윈도우 방법 기반하여 처리된다. 제안된 방법을 타 RPCA 기반의 방법들과 다양한 실험 시나리오 상에서 비교했을 때, 처리 속도와 정확도 척도에서 우수한 결과를 보였다.

• 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.

• 한국환경과학회지
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• 제32권9호
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• pp.613-626
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• 2023

This study investigates the impact of increased adoption of eco-friendly vehicles on ozone (O₃) concentrations in South Korea, utilizing the community multiscale air quality (CMAQ) model. In the summer of 2017 (June-August), we conducted two experiments: a BASE experiment, representing baseline emissions, and an R_30 experiment, involving a 30% emission reduction due to eco-friendly vehicles. The contrast between these experiments reveals that, while most air pollutants decreased with reduced vehicle emissions, O₃ concentrations surprisingly increased (up to 2.1 parts per billion) across South Korea. A further examination of O₃ concentration changes was conducted by analyzing daytime and nighttime variations as well as wind direction. During the daytime, O₃ concentrations notably rose near metropolitan areas due to reduced O₃ titration (O₃ + NO → O₂ + NO₂) resulting from emission reductions. At nighttime, O₃ concentrations exhibited a greater increase, attributed to the transport of daytime-generated O₃ to rural regions. Notably, the impact of reduced emissions in metropolitan areas on O₃ concentrations in downwind areas varied depending on the prevailing wind direction. These findings highlight that the promotion of eco-friendly vehicles, though effective in lowering certain air pollutants, might not directly influence O₃ concentrations. This study underscores the need to comprehensively understand the complicated chemistry of O₃ to develop effective strategies for air quality management.

• 한국대기환경학회지
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• 제33권2호
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• pp.159-173
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• 2017

The Weather Research and Forecast (WRF) - Community Multiscale Air Quality (CMAQ) system was applied to investigate the influence of major point sources located in Chungcheongnam-do (CN) on surface $PM_{2.5}$ (Particulate Matter of which diameter is $2.5{\mu}m$ or less) concentrations in its surrounding areas. Uncertainties associated with contribution estimations were examined through cross-comparison of modeling results using various combinations of model inputs and setups; two meteorological datasets developed with WRF for 2010 and 2014, and two domestic emission inventories for 2010 and 2013 were used to estimate contributions of major point sources in CN. The results show that contributions of major point sources in CN to annual $PM_{2.5}$ concentrations over Seoul, Incheon, Gyeonggi, and CN ranged $0.51{\sim}1.63{\mu}g/m^3$, $0.71{\sim}1.62{\mu}g/m^3$, $0.63{\sim}1.66{\mu}g/m^3$, and $1.04{\sim}1.86{\mu}g/m^3$, respectively, depending on meteorology and emission inventory choice. It indicates that the contributions over the surrounding areas can be affected by model inputs significantly. Nitrate was the most dominant $PM_{2.5}$ component that was increased by major point sources in CN followed by sulfate, ammonium, and others. Based on the model simulations, it was estimated that primary $PM_{2.5}$ $(PPM)-to-PM_{2.5}$ conversion rates were 41.3~50.7 ($10^{-6}{\mu}g/m^3/TPY$) for CN, and 12.4~18.3 ($10^{-6}{\mu}g/m^3/TPY$) for Seoul, Incheon, and Gyeonggi, respectively. In addition, spatial gradients of PPM contributions show very steep trends. $NO_X$-to-nitrate conversion rates were 7.61~12.3 ($10^{-6}{\mu}g/m^3/TPY$) for CN, and 3.94~11.3 ($10^{-6}{\mu}g/m^3/TPY$) for the sub-regions in the SMA. $SO_2$-to-sulfate conversion rates were 4.04~5.28 ($10^{-6}{\mu}g/m^3/TPY$) for CN, and 3.73~4.43 ($10^{-6}{\mu}g/m^3/TPY$) for the SMA, respectively.

• 한국지구과학회지
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• 제32권3호
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• pp.276-293
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• 2011

본 연구에서는 한반도 황사 사례 동안 WRF 기상모델과 SMOKE 배출량모델, CMAQ 및 CMAQ-MADRID 대기질 모델을 이용하여 다양한 황사 발생량 경험식에 대한 $PM_{10}$의 농도를 추정하였다. 특별히 Wang et al.(2000), US EPA 모델, Park and In(2003), GOCART 모델, DEAD 모델의 5가지 황사 발생 경험식이 중국과 몽골 등의 황사 발생량을 추정하기 위해 WRF-SMOKE-CMAQ(MADRID) 모델에 적용되었다. 일기도, 후방궤적 및 위성이미지 분석에 따르면 한반도로의 황사 수송은 절리저기압(위성에서 콤마형 구름)과 관련된 지상 전선의 뒤쪽에서, 그리고 상층 제트류의 발달에 기인한 파의 정체현상과 함께 상층 골에서의 풍속이 하층으로 전이되는 풍하 바람에 의해 생성되었다. 그리고 WRF-SMOKE-CMAQ 모델링 결과, 황사의 시 공간적 분포에 있어서는 Wang et al.(2000)의 경험식이, 평균 편의 및 평균 제곱근 오차에서의 정확도 부분에서는 GOCART 모델의 경험식이 관측값을 보다 잘 모사하는 것으로 나타났다. 또한 Wang et al.의 경험식을 이용한 황사의 연직분포 분석 결과에서 강한 황사 사례(2007년 3월 31에서 4월 1일 $800\;{\mu}g/m^3$ 이상)의 경우는 황사 수송이 한반도 상공 대기 경계층 내를 통과하였기 때문으로, 약한 황사 사례(2009년 3월 16일과 17에 $400\;{\mu}g/m^3$ 이하)의 경우는 황사 수송이 경계층 위를 통과하였기 때문으로 나타났다. 또한 CMAQ 모델과 CAMQ-MADRID 모델에서의 미세먼지($PM_{10}$) 민감도 분석 결과에서는 CMAQ-MADRID 모델이 CMAQ 모델에 비해 한반도를 포함한 동아시아 지역에서 최대 $25\;{\mu}g/m^3$ 정도가 높게 모사되었고, 모델 내 구름 액상과정에 의해서는 최대 $15\;{\mu}g/m^3$ 정도가 제거되는 것으로 나타났다.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.205-210
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• 2023

본 연구에서는 폼 구조의 효율적인 유효 기계적 물성 및 열전도율 예측을 위한 균질화 데이터 기반 전이학습 프레임워크를 개발하였다. Eshelby 텐서 기반의 평균장 균질화(Mean-field homogenization, MFH)는 타원체 형태의 공동을 포함하는 다공성 구조의 물성을 효율적으로 예측할 수 있지만, 셀룰러(cellular) 폼 구조의 물성은 정확하게 예측하기 어렵다. 한편, 유한요소 균질화(Finite element homogenization, FEH)는 정확성은 높지만 상대적으로 높은 해석 시간을 동반한다. 본 논문에서는 평균장 균질화와 유한요소 균질화의 장점을 결합한 데이터 기반 전이학습 프레임워크(Framework)를 제안하였다. 구체적으로, 대량의 평균장 균질화 데이터를 도출하여 사전학습 모델(Pre-trained model)을 구축하고, 상대적으로 소량의 유한요소 균질화 데이터를 이용하여 미세 조정(Fine-tuning) 하였다. 제안된 프레임워크를 검증하기 위한 수치 예제를 수행하였으며, 해석 정확도를 확인하였다. 본 연구의 결과는 다양한 폼 구조를 가진 재료의 해석에 적용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국지구과학회지
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• 제34권3호
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• pp.209-223
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• 2013

이 연구의 목적은 한반도에서 $CH_4$ 농도의 수치모의 검증을 통하여 $CH_4$ 배출원의 기여 농도를 추정하는 것이고, 이 수치모의에 사용된 $CH_4$ 배출량을 상자모델로부터 추정된 $CH_4$ 배출량과 비교하는 것이다. 한반도에서 2010년 4월 1일부터 8월 22일까지 $CH_4$의 평균 농도를 추정하기 위해 WRF-CMAQ 모델이 사용되었다. 모델에서 $CH_4$ 배출량은 전지구 배출량인 EDGAR와 한국에서의 온실기체 배출량인 GHG-CAPSS로부터 인위적 배출 인벤토리와 전지구 자연적 인벤토리인 MEGAN이 적용되었다. 이들 $CH_4$ 배출량은 안면도 및 울릉도에서 측정된 $CH_4$ 농도와 모델링 농도 자료를 비교함으로써 검증되었다. 울릉도에서 국내 배출원으로부터 추정된 $CH_4$의 기여 농도는 약 20%로 나타났고, 이것은 한반도 내 농장(8%), 에너지 기여 및 산업공정(6%), 일반폐기물(5%), 생체 및 토지이용(1%) 등 $CH_4$ 배출원으로부터 기원하였다. 그리고 중국으로부터 수송된 $CH_4$의 기여 농도는 약 9%였고, 나머지 배경농도는 약 70%로 나타났다. 박스모델로 추정된 $CH_4$ 배출량은 WRF-CMAQ 모델에서 사용한 $CH_4$ 배출량과 유의미한 결과를 얻었다.

• 한국대기환경학회지
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• 제33권4호
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• pp.377-392
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• 2017

A set of BFM (Brute Force Method) simulations with the CMAQ (Community Multiscale Air Quality) model were conducted in order to estimate self-contributions and conversion rates of PPM (Primary $PM_{2.5}$), $NO_x$, $SO_2$, $NH_3$, and VOC emissions to $PM_{2.5}$ concentrations over the SMA (Seoul Metropolitan Area). CAPSS (Clean Air Policy Support System) 2013 EI (emissions inventory) from the NIER (National Institute of Environmental Research) was used for the base and sensitivity simulations. SCCs (Source Classification Codes) in the EI were utilized to group the emissions into area, mobile, and point source categories. PPM and $PM_{2.5}$ precursor emissions from each source category were reduced by 50%. In turn, air quality was simulated with CMAQ during January, April, July, and October in 2014 for the BFM runs. In this study, seasonal variations of SMA $PM_{2.5}$ self-sensitivities to PPM, $SO_2$, and $NH_3$ emissions can be observed even when the seasonal emission rates are almost identical. For example, when the mobile PPM emissions from the SMA were 634 TPM (Tons Per Month) and 603 TPM in January and July, self-contributions of the emissions to monthly mean $PM_{2.5}$ were $2.7{\mu}g/m^3$ and $1.3{\mu}g/m^3$ for the months, respectively. Similarly, while $NH_3$ emissions from area sources were 4,169 TPM and 3,951 TPM in January and July, the self-contributions to monthly mean $PM_{2.5}$ for the months were $2.0{\mu}g/m^3$ and $4.4{\mu}g/m^3$, respectively. Meanwhile, emission-to-$PM_{2.5}$ conversion rates of precursors vary among source categories. For instance, the annual mean conversion rates of the SMA mobile, area, and point sources were 19.3, 10.8, and $6.6{\mu}g/m^3/10^6TPY$ for $SO_2$ emissions while those rates for PPM emissions were 268.6, 207.7, and 181.5 (${\mu}g/m^3/10^6TPY$), respectively, over the region. The results demonstrate that SMA $PM_{2.5}$ responses to the same amount of reduction in precursor emissions differ for source categories and in time (e.g. seasons), which is important when the cost-benefit analysis is conducted during air quality improvement planning. On the other hand, annual mean $PM_{2.5}$ sensitivities to the SMA $NO_x$ emissions remains still negative even after a 50% reduction in emission category which implies that more aggressive $NO_x$ reductions are required for the SMA to overcome '$NO_x$ disbenefit' under the base condition.