Handling the emergency problems such as Chemobyl accident require real time prediction of pollutants dispersion. One-point real time sounding at pollutant source and simple model including turbulent-radiation process are very important to predict dispersion at real time. The stability categories obtained by one-dimensional numerical model (including PBL dynamics and radiative process) are good agreement with observational data (Golder, 1972). Therefore, the meteorological parameters (thermal, moisture and momentum fluxes; sensible and latent heat; Monin-Obukhov length and bulk Richardson number; vertical diffusion coefficient and TKE; mixing height) calculated by this model will be useful to understand the structure of stable boundary layer and to handling the emergency problems such as dangerous gasses accident. Especially, this simple model has strong merit for practical dispersion models which require turbulence process but does not takes long time to real predictions. According to the results of this model, the urban area has stronger vertical dispersion and weaker horizontal dispersion than rural area during daytime in summer season. The maximum stability class of urban area and rural area are "A" and "B" at 14 LST, respectively. After 20 LST, both urban and rural area have weak vertical dispersion, but they have strong horizontal dispersion. Generally, the urban area have larger radius of horizontal dispersion than rural area. Considering the resolution and time consuming problems of three dimensional grid model, one-dimensional model with one-point real sounding have strong merit for practical dispersion model.al dispersion model.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.24
no.2
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pp.196-205
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2008
Variability in vertical ozone and meteorological profiles was measured by 2Z electrochemical concentration cells (ECC) ozonesonde at Bangyi in Seoul ($37.52^{\circ}N$, $127.13^{\circ}E$) during June $6{\sim}9$, 2003 in odor to identify the vertical distribution of ozone and its relationship with the lower-atmospheric structure resulted in the high ozone concentrations near the surface. The eight profiles obtained in the early morning and the late afternoon during the study period clearly showed that the substantial change of ozone concentrations in lower atmosphere(${\sim}5\;km$), indicating that it is tightly coupled to the variation of the planetary boundary layer (PBL) structure as well as the background synoptic flow. All profiles observed early in the morning showed very low ozone concentrations near the surface with strong vertical gradients in the nocturnal stable boundary layer due to the photochemical ozone loss caused by surface NO titration under very weak vertical mixing. On the other hand, relatively uniform ozone profiles in the developed mixing layer and the ozone peaks in the upper PBL, were observed in the late afternoon. It was noted that a significant increase in ozone concentrations in the lower atmosphere occurred with the corresponding decrease of the mixing height in the late afternoon on June 8. Ozone in upper layer did not vertically vary much compared to that in PBL but changed significantly on June 6 that was closely associated with the variation of synoptic flows. Interestingly, heavily polluted ozone layers aloft (a maximum value of 115 ppb around 2 km) were formed early in the morning on 6 through 7 June under dominant westerly synoptic flows. This indicates the effects of the transport of pollutants on regional scale and consequently can give a rise to increase the surface ozone concentration by downward mixing processes enhanced in the afternoon.
Numerical weather prediction experiments were carried out by applying topographic effects to reduce or enhance the solar radiation by terrain. In this study, x and ${\kappa}({\phi}_o,\;{\theta}_o)$ are precalculated for topographic effect on high resolution numerical weather prediction (NWP) with 1 km spatial resolution, and meteorological variables are analyzed through the numerical experiments. For the numerical simulations, cases were selected in winter (CASE 1) and summer (CASE 2). In the CASE 2, topographic effect was observed on the southward surface to enhance the solar energy reaching the surface, and enhance surface temperature and temperature at 2 m. Especially, the surface temperature is changed sensitively due to the change of the solar energy on the surface, but the change of the precipitation is difficult to match of topographic effect. As a result of the verification using Korea Meteorological Administration (KMA) Automated Weather System (AWS) data on Seoul metropolitan area, the topographic effect is very weak in the winter case. In the CASE 1, the improvement of accuracy was numerically confirmed by decreasing the bias and RMSE (Root mean square error) of temperature at 2 m, wind speed at 10 m and relative humidity. However, the accuracy of rainfall prediction (Threat score (TS), BIAS, equitable threat score (ETS)) with topographic effect is decreased compared to without topographic effect. It is analyzed that the topographic effect improves the solar radiation on surface and affect the enhancements of surface temperature, 2 meter temperature, wind speed, and PBL height.
Kang Sung-Dae;Kimura Fujio;Lee Hwa-Woon;Kim Yoo-Keun
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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v.1
no.1
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pp.35-43
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1997
Handling the emergency problems such as Chemobyl accident require real time prediction of pollutants dispersion. One-point real time sounding at pollutant source and simple model including turbulent-radiation process are very important to predict dispersion at real time. The stability categories obtained by one-dimensional numerical model (including PBL dynamics and radiative process) are good agreement with observational data (Golder, 1972). Therefore, the meteorological parameters (thermal, moisture and momentum fluxes; sensible and latent heat; Monin-Obukhov length and bulk Richardson number; vertical diffusion coefficient and TKE; mixing height) calculated by this model will be useful to understand the structure of stable boundary layer and to handling the emergency problems such as dangerous gasses accident. Especially, this simple model has strong merit for practical dispersion models which require turbulence process but does not takes long time to real predictions. According to the results of this model, the urban area has stronger vertical dispersion and weaker horizontal dispersion than rural area during daytime in summer season. The maximum stability class of urban area and rural area are 'A' and 'B' at 14 LST, respectively. After 20 LST, both urban and rural area have weak vertical dispersion, but they have strong horizontal dispersion. Generally, the urban area have larger radius of horizontal dispersion than rural area. Considering the resolution and time consuming problems of three dimensional grid model, one-dimensional model with one-point real sounding have strong merit for practical dispersion model.
In the numerical weather model, surface properties can be defined by various parameters such as terrain height, landuse, surface albedo, soil moisture, surface emissivity, roughness length and so on. And these parameters need to be improved in the Seoul metropolitan area that established high-rise and complex buildings by urbanization at a recent time. The surface roughness length map is developed from digital elevation model (DEM) and it is implemented to the high-resolution numerical weather (WISE-WRF) model. Simulated results from WISE-WRF model are analyzed the relationship between meteorological variables to changes in the surface roughness length. Friction speed and wind speed are improved with various surface roughness in urban, these variables affected to temperature and relative humidity and hence the surface roughness length will affect to the precipitation and Planetary Boundary Layer (PBL) height. When surface variables by the WISE-WRF model are validated with Automatic Weather System (AWS) observations, NEW experiment is able to simulate more accurate than ORG experiment in temperature and wind speed. Especially, wind speed is overestimated over $2.5m\;s^{-1}$ on some AWS stations in Seoul and surrounding area but it improved with positive correlation and Root Mean Square Error (RMSE) below $2.5m\;s^{-1}$ in whole area. There are close relationship between surface roughness length and wind speed, and the change of surface variables lead to the change of location and duration of precipitation. As a result, the accuracy of WISE-WRF model is improved with the new surface roughness length retrieved from DEM, and its surface roughness length is important role in the high-resolution WISE-WRF model. By the way, the result in this study need various validation from retrieved the surface roughness length to numerical weather model simulations with observation data.
Planetary Boundary Layer Height (PBLH) is a major input parameter for weather forecasting and atmosphere diffusion models. In order to estimate the sub-grid scale variability of PBLH, we need to monitor PBLH data with high spatio-temporal resolution. Accordingly, we introduce a LIdar observation VEhicle (LIVE), and analyze PBLH derived from the lidar loaded in LIVE. PBLH estimated from LIVE shows high correlations with those estimated from both WRF model ($R^2=0.68$) and radiosonde ($R^2=0.72$). However, PBLH from lidar tend to be overestimated in comparison with those from both WRF and radiosonde because lidar appears to detect height of Residual Layer (RL) as PBLH which is overall below near the overlap height (< 300 m). PBLH from lidar with 10 min time resolution shows typical diurnal variation since it grows up after sunrise and reaches the maximum after 2 hours of sun culmination. The average growth rate of PBLH during the analysis period (2014/06/26 ~ 30) is 1.79 (-2.9 ~ 5.7) m $min^{-1}$. In addition, the lidar signal measured from moving LIVE shows that there is very low noise in comparison with that from the stationary observation. The PBLH from LIVE is 1065 m, similar to the value (1150 m) derived from the radiosonde launched at Sokcho. This study suggests that LIVE can observe continuous and reliable PBLH with high resolution in both stationary and mobile systems.
The WRF-Chem model was applied to simulate the Asian dust event affecting the Korean Peninsula from 11 to 13 November 2010. GOCART dust emission schemes, RADM2 chemical mechanism, and MADE/SORGAM aerosol scheme were adopted within the WRF-Chem model to predict dust aerosol concentrations. The results in the model simulations were identified by comparing with the weather maps, satellite images, monitoring data of $PM_{10}$ concentration, and LIDAR images. The model results showed a good agreement with the long-range transport from the dust source area such as Northeastern China and Mongolia to the Korean Peninsula. Comparison of the time series of $PM_{10}$ concentration measured at Backnungdo showed that the correlation coefficient was 0.736, and the root mean square error was $192.73{\mu}g/m^3$. The spatial distribution of $PM_{10}$ concentration using the WRF-Chem model was similar to that of the $PM_{2.5}$ which were about a half of $PM_{10}$. Also, they were much alike in those of the UM-ADAM model simulated by the Korean Meteorological Administration. Meanwhile, the spatial distributions of $PM_{10}$ concentrations during the Asian dust events had relevance to those of both the wind speed of u component ($ms^{-1}$) and the PBL height (m). We performed a regressive analysis between $PM_{10}$ concentrations and two meteorological variables (u component and PBL) in the strong dust event in autumn (CASE 1, on 11 to 23 March 2010) and the weak dust event in spring (CASE 2, on 19 to 20 March 2011), respectively.
The purpose of this study was to analyze the sensitivity of meteorological fields and the variation of concentration of particulate matters (PMs) due to aerosol schemes and dust options within the WRF-Chem model to estimate Asian dusts affected on 29 May 2008 in the Korean peninsula. The anthropogenic emissions within the model were adopted by the $0.5^{\circ}{\pm}0.5^{\circ}$ RETRO of the global emissions, and the photolysis option was by Fast-J photolysis. Also, three scenarios such as the RADM2 chemical mechanism and MADE/SORGAM aerosol, the MOSAIC 8 section aerosol, and the GOCART dust erosion were simulated for calculating Asian dust emissions. As a result, the scenario of the RADM2 chemical mechanism & MADE/SORGAM aerosol depicted higher concentration than the others' in both Asian dusts and the background concentration of PMs. By comparing of the daily mean of PM10 measured at each air quality monitoring site in Seoul with the scenario results, the correlation coefficient was 0.67, and the root mean square error was $44{\mu}gm^{-3}$. In addition, the air temperature, the wind speed, the planetary boundary layer height, and the outgoing long-wave radiation were simulated under conditions of no chemical option with these three scenarios within the WRF or WRF-Chem model. Both the spatial distributions of the PBL height and the wind speed of u component among the meteorological factors were similar to those of the Asia dusts in range of 1,800-3,000 m and $2-16ms^{-1}$, respectively. And, it was shown that both scenarios of the RADM2 chemical mechanism and MADE/SORGAM aerosol and the GOCART dust erosion were interacted on-line between meteorological factors and Asian dusts or aerosols within the model because the outgoing long-wave radiation was changed to lower than the others.
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