• 한국농림기상학회지
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• 제26권1호
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• pp.53-62
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• 2024

본 연구에서는 딥러닝을 이용한 모형을 이용해서 우리나라 지역에 대한 서리 발생 예측 모형을 구축하였다. 딥러닝 모형의 학습 데이터로 다양한 기상인자들(최저기온, 풍속, 상대습도, 구름량, 강수량)을 사용하였으며, 기상인자들에 대한 통계적 분석 결과, 서리가 발생한 날과 서리가 발생하지 않은 날에 대해 각 요소별로 유의한 차이가 있는 것을 볼 수 있었다. 단일 딥러닝 모형 3가지와 다중 입력 딥러닝 모형 3가지를 이용하여 서리발생을 추정한 결과, 평균적으로 MLP가 가장 정확도가 낮았으며, LSTM, GRU 순으로 정확도가 높게 나타났고, 다중 입력 딥러닝 모형의 경우 3가지 모형이 거의 비슷한 결과가 나타났지만 그 중 평균적으로 GRU와 MLP를 이용한 모형이 가장 정확도가 높았다. 또한, 단일 딥러닝이 다중 입력 딥러닝에 비해 샘플에 따라 정확도 편차도 더 컸다. 이에 따라 결과적으로 단일 딥러닝 기반의 서리발생 예측 모형보다 다중 입력 딥러닝 기반의 서리발생 예측 모형이 안정성과 정확도와 재현율 측면에서 다소 우수한 것을 확인할 수 있었다.

• 환경영향평가
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• 제24권5호
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• pp.456-471
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• 2015

배출량 자료는 대기질 수치모의에 있어서 큰 영향을 주는 요소로서 정확한 대기질 수치모의를 위해서 배출량 자료의 정확성과 신뢰도 향상은 대기질 모델 연구에 있어 필수적이다. 본 연구에서는 울산지역을 대상으로 2003년과 2010년 CAPSS 배출량 자료인 CAPSS-2003과 CAPSS-2010를 입력자료로 하여 WRF-CMAQ 모델을 수행하여 울산지역 배출량 지료의 타당성을 검토하였다. 우선 오염물질의 장거리 수송 영향을 배제하기 위하여 울산지역 자체 내의 배출량 영향이 우세한 종관 기상조건을 가진 사례일을 선정하고 선정된 사례일에 대해서 WRF-CMAQ모델을 수행한 후 그 결과인 CO, $NO_2$, $SO_2$, $PM_{10}$ 농도와 관측 값을 비교하여, 과소 혹은 과대 모의되는 정도를 분석하여 모의결과를 보정 할 수 있는 'scaling factor'를 제시하였다. 그 결과 CAPSS-2003을 이용한 모의결과는 CO와 $NO_2$에 대해서는 관측과 유사한 수준으로 모의하였으나 $SO_2$는 약 12배 과대모의, $PM_{10}$은 약 27배나 과소모의하는 결과를 얻었다. 반면 CAPSS-2010을 이용한 모의결과에서는 CO와 $NO_2$의 모의결과는 유사하였으며, $SO_2$는 약 2배 과대모의, $PM_{10}$은 약 5배 과소모의 하여 $SO_2$와 $PM_{10}$ 배출량이 상당히 개선됨을 확인하였다. $SO_2$와 $PM_{10}$ 역시 이전 보다는 관측에 가깝게 모의되었으나 현실적 모델링 결과를 도출하기 위해서 배출량은 향후 개선되어야 할 부분으로 판단되었다. 따라서 보다 현실적인 모델링 결과를 도출하기 위해서는 본 연구에서 제시한 울산지역 배출량의 'scaling factor'를 이용하면 보다 안정된 모델링 결과가 도출 될 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제54권2호
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• pp.161-176
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• 2021

본 연구는 과거와 미래의 연 단위보다 상세한 일단위 지하수 함양량을 평가하기 위해, 분포형 수문모형중의 하나인 VELAS를 이용하여 물수지에 근거한 수문요소별 변동을 분석하고자 하였다. 가뭄에 매우 취약한 충남 홍성군 서부면 양곡리 일대 소유역을 대상으로, VELAS의 입력자료인 수치표고모델, 식생도, 경사도 등의 공간특성자료를 구축하였고, 기후자료는 기상청의 일별 대기온도, 강수, 평균풍속, 상대습도 등의 자료를 공간적으로 보간하였다. 연구지역의 과거 2001년부터 2018년까지 18년 동안 일단위 물수지 분석결과, 연간 강수량은 799.1~1750.8 mm로 평균 1210.7 mm이고, 지하수 함양량은 28.8~492.9 mm로 평균 196.9 mm로 분석되었다. 연 강수량 대비 지하수 함양률은 최소 3.6%에서 최대 28.2%로 변동폭이 매우 크고, 평균 함양률은 14.9%였다. 미래 기후변화 RCP 8.5시나리오에 의한 2019년부터 2100년까지의 일단위 물수지 분석결과, 연간 강수량은 572.8~1996.5 mm(평균 1078.4 mm)이고, 지하수함양량은 26.7~432.5 mm, 평균 174.6 mm(평균 강수량의 16.2%)로서 과거보다 다소 증가하였다. 미래 연간 지하수 함양률은 최소 2.8%, 최대 45.1%, 평균 18.2%로 분석되었다. 물수지를 구성하는 요소들은 강수량과의 상관성이 잘 나타나며, 일단위보다는 연단위로 갈수록 그러한 상관성이 뚜렷했다. 다만, 증발산량은 강수량보다는 기온 등 다른 기후요소에 더 영향을 받는 것으로 보인다. 본 연구를 통해 산정된 연단위 보다 상세 시간 단위에서의 지하수함양량은 가뭄 또는 홍수 등 시기별로 강수량 변동이 심한 경우 지하수개발과 관리에 활용될 수 있는 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제21권4호
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• pp.238-249
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• 2019

기준증발산량은 기온, 풍속, 습도 등 기상요소를 바탕으로 추정하는 방법을 이용하고 있으며, Hargreaves 공식은 기온자료를 이용하여 기준증발산량을 산정할 수 있는 간단한 경험식이라 할 수 있다. 그러나 Hargreaves 공식은 풍속이 3 m s^-1 이상인 지역에서는 과소평가 되고, 상대습도가 높은 지역은 과대평가 되는 경향이 있다. 본 연구에서는 Hargreaves 공식을 우리나라에 적용하기 위해 보다 정확한 기준증발산량 추정이 가능하도록 계수 산정 연구를 수행하였다. 우리나라 종관기상관측지점(ASOS, Automated Synoptic Observing System)의 최근 11 년(2008-2018) 동안의 기상자료를 이용하여 Panman-Monteith 공식으로 기준증발산량을 추정하였고, 이 값을 기준으로 하여 각 지점별로 Hargreaves 공식의 계수를 보정하였다. 우리나라 82 개 지점에 대하여 지역별로 보정된 계수는 내륙지역이 50 개 지점이며, 0.00173~0.00232(평균0.00196)로 기본값인 0.0023 과 비슷하거나 낮게 산정되었다. 반면, 해안지역은 32 개 지점이며 지역별로 보정된 계수의 범위는 0.00185~0.00303(평균 0.00234)으로 동해안지역은 기본값과 비슷하거나 높게 산정된 반면, 서해안과 남해안지역은 지역별로 편차가 크게 나타났다. Hargreaves 공식의 계수를 보정하여 기준증발산량을 추정한 결과 RMSE(Root Mean Square Error)는 계수 보정 전 0.634~1.394(평균 0.857)에서 계수 보정 후 0.466~1.328(평균 0.701)로 낮아지고, NSC(Nash-Sutcliffe Coefficient)는 계수 보정 전 -0.159~0.837(평균 0.647)에서 계수 보정 후 -0.053~0.910(평균 0.755)로 높아짐에 따라 기준증발산량의 추정효율이 크게 향상되는 것으로 나타났다. 연구 결과, Hargreaves 공식을 그대로 이용할 경우 Penman-Monteith 공식에 비해 과대 또는 과소 산정될 수 있음을 확인하였으며, 계수를 보정하여 이용할 경우 정확도가 높은 기준증발산량을 추정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국대기환경학회지
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• 제34권1호
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• pp.16-37
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• 2018

In this study, difference in chemical composition of $PM_{2.5}$ observed between the year 2013 and 2015 at six air quality intensive monitoring stations (Bangryenogdo (BR), Seoul (SL), Daejeon (DJ), Gwangju (GJ), Ulsan (US), and Jeju (JJ)) was investigated and the possible factors causing their difference were also discussed. $PM_{2.5}$, organic and elemental carbon (OC and EC), and water-soluble ionic species concentrations were observed on a hourly basis in the six stations. The difference in chemical composition by regions was examined based on emissions of gaseous criteria pollutants (CO, $SO_2$, and $NO_2$), meteorological parameters (wind speed, temperature, and relative humidity), and origins and transport pathways of air masses. For the years 2013 and 2014, annual average $PM_{2.5}$ was in the order of SL ($${\sim_=}DJ$$)>GJ>BR>US>JJ, but the highest concentration in 2015 was found at DJ, following by GJ ($${\sim_=}SJ$$)>BR>US>JJ. Similar patterns were found in $SO{_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$, and $NH_4{^+}$. Lower $PM_{2.5}$ at SL than at DJ and GJ was resulted from low concentrations of secondary ionic species. Annual average concentrations of OC and EC by regions had no big difference among the years, but their patterns were distinct from the $PM_{2.5}$, $SO{_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$, and $NH_4{^+}$ concentrations by regions. 4-day air mass backward trajectory calculations indicated that in the event of daily average $PM_{2.5}$ exceeding the monthly average values, >70% of the air masses reaching the all stations were coming from northeastern Chinese polluted regions, indicating the long-range transportation (LTP) was an important contributor to $PM_{2.5}$ and its chemical composition at the stations. Lower concentrations of secondary ionic species and $PM_{2.5}$ at SL in 2015 than those at DJ and GJ sites were due to the decrease in impact by LTP from polluted Chinese regions, rather than the difference in local emissions of criteria gas pollutants ($SO_2$, $NO_2$, and $NH_3$) among the SL, DJ, and GJ sites. The difference in annual average $SO{_4}^{2-}$ by regions was resulted from combination of the difference in local $SO_2$ emissions and chemical conversion of $SO_2$ to $SO{_4}^{2-}$, and LTP from China. However, the $SO{_4}^{2-}$ at the sites were more influenced by LTP than the formation by chemical transformation of locally emitted $SO_2$. The $NO_3{^-}$ increase was closely associated with the increase in local emissions of nitrogen oxides at four urban sites except for the BR and JJ, as well as the LTP with a small contribution. Among the meterological parameters (wind speed, temperature, and relative humidity), the ambient temperature was most important factor to control the variation of $PM_{2.5}$ and its major chemical components concentrations. In other words, as the average temperature increases, the $PM_{2.5}$, OC, EC, and $NO_3{^-}$ concentrations showed a decreasing tendency, especially with a prominent feature in $NO_3{^-}$. Results from a case study that examined the $PM_{2.5}$ and its major chemical data observed between February 19 and March 2, 2014 at the all stations suggest that ambient $SO{_4}^{2-}$ and $NO_3{^-}$ concentrations are not necessarily proportional to the concentrations of their precursor emissions because the rates at which they form and their gas/particle partitioning may be controlled by factors (e.g., long range transportation) other than the concentration of the precursor gases.

• 한국조경학회지
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• 제45권6호
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• pp.115-125
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• 2017

본 연구는 등(Wisteria floribunda(Willd.) DC.)으로 피복된 그늘시렁($L\;7,200{\times}W\;4,200{\times}H\;2,700mn$)의 엽면적지수(LAI)의 변동에 따른 온열환경을 규명하고자 한 것이다. 이를 위해 진주시내 광장($N35^{\circ}10^{\prime}59.8^{{\prime}{\prime}}$, $E128^{\circ}05^{\prime}32.0^{{\prime}{\prime}}$, 표고: 38m)의 등으로 피복된 그늘시렁 하부와 햇빛에 노출된 포장지를 대상으로 맑은 날 미기상을 측정하였다. 범용온열기후지수(UTCI)를 산정하기 위해 봄철과 여름철의 미기상환경으로서 지상 60cm 높이에서 기온, 풍속, 상대습도 그리고 6방향의 장파 및 단파복사를 2017년 4월 9일부터 8월 27일까지 측정하였다. 또한, LAI는 LAI-2200C 수관분석기로 측정하였다. 18일간 오전 10시부터 오후 4시까지의 앉은 자세의 인체가 흡수한 매 1분 간격 인체-생기상학적 자료를 분석한 결과는 다음과 같다. 측정기간 동안 햇빛노출지에 비해 그늘시렁 하부의 일평균 기온은 $0.7{\sim}2.3^{\circ}C$ 낮았으며, 일평균 풍속과 일평균 상대습도는 각각 0.17~0.38m/s와 0.4~3.1% 높았다. LAI와 쥴리안 데이 사이의 회귀식은 $y=-0.0004x^2+0.1719x-11.765(R^2=0.9897)$였다. 그늘시렁 하부의 일평균 평균복사온도($T_{mrt}$) 값은 햇빛 노출지에 비해 각각 $11.9{\sim}25.5^{\circ}C$로 낮았으며, 최대 평균복사온도 감소(${\Delta}T_{mrt}$)는 $24.1{\sim}30.2^{\circ}C$였다. LAI의 변동에 따른 햇빛 노출지 대비 일평균 $T_{mrt}$ 감소율(%) 사이의 회귀식은 $y=0.0678{\ln}(x)+0.3036(R^2=0.9454)$였다. 그늘시렁 하부의 일평균 UTCI 값은 햇빛 노출지에 비해 각각 $4.1{\sim}8.3^{\circ}C$로 낮았으며, 최대 범용온열기후지수 감소 값(${\Delta}UTCI$)는 $7.8{\sim}10.2^{\circ}C$였다. LAI의 변동에 따른 햇빛 노출지 대비 일평균 UTCI 감소율(%) 사이의 회귀식은 $y=0.0322{\ln}(x)+0.1538(R^2=0.8946)$였다. 종합적으로 보면 여름철에 덩굴식물로 피복된 그늘시렁에 의한 녹음은 차양에 의한 $T_{mrt}$의 감소를 통해 낮 동안 UTCI를 감소시킴으로써 열스트레스를 매우 강한(UTCI>$38^{\circ}C$) 또는 강한(UTCI >$32^{\circ}C$) 단계에서 강한(UTCI >$32^{\circ}C$) 또는 보통(UTCI >$26^{\circ}C$) 단계로 낮추어 준다. 따라서 여름철 열스트레스를 완화하고 쾌적한 인체 온열쾌적성을 제공하기 위해서는 덩굴식물로 피복된 그늘시렁의 도입은 필수적이다. 하지만 폭염 시에는 덩굴식물로 피복된 그늘시렁 하부의 온열환경도 이용자들에게 매우 강한 열 스트레스(UTCI >$38^{\circ}C$)를 주므로 노약자의 옥외활동은 자제시킬 필요가 있다고 판단된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제61권6호
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• pp.111-121
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• 2019

작물 증발산량은 수자원 계획 및 관리, 물수지 분석, 작물 관개 계획 및 생산량 추정 등에 널리 활용되고 있으며, 특히 FAO에서 공인한 Penman-Monteith식 (FAO 56-PM)은 잠재 증발산량 산정을 위한 표준방법으로 많이 사용되고 있다. Penman-Monteith식을 이용한 잠재증발산량 산정은 최소온도, 평균온도, 최대온도, 상대습도, 풍속과 일사량인 6가지 항목에 대한 시계열 자료가 필요한데, 결측 또는 미계측된 경우에는 사용이 어려운 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 역전파 신경망(BPNN) 모델을 이용해서 6개 미만의 기상항목으로도 잠재증발산량이 추정가능한지를 확인하였다. 여섯 가지 기상항목을 각각 1~6개의 조합으로 입력자료를 구성하고, BPNN 모델을 이용해서 학습, 검증 및 테스트를 한 결과, 입력 자료가 많아질수록 좋은 결과가 산출되었으며, 일사량, 최대온도와 상대습도만으로도 결정계수($R^2$)가 0.94정도로 비교적 높은 예측결과를 얻을 수 있었다. 또한 산정 오차를 줄이고, 항목간의 상관관계를 높이기 위해서는 역전파 신경망 구조의 적절한 선택이 중요한 것으로 확인되었다. 역전파 신경망 모델을 사용하면 요구되는 기상 항목과 데이터의 양에 대한 제약 없이 예측이 가능할 수 있기 때문에 기준 증발산량 산정에 유용하게 활용될 수 있을 것이며 향후 작물 재배를 위한 적정 관개계획 수립에도 유용하게 사용될 것이라 사료된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제21권4호
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• pp.64-80
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• 2018

우리나라의 시민들은 범죄에 대한 일반적인 사항만을 알 수 있을 뿐, 자신이 범죄위험에 얼마나 노출되어 있는지를 파악하기 어렵다. 경찰의 입장에서도 범죄발생 지역을 예측할 수 있다면 경찰력이 부족한 상황에서 효율성 있게 범죄에 대처 가능할 것이지만 아직 우리나라에서는 예측시스템이 없고, 관련 연구도 매우 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 범죄발생 위험지역 예측 자동화 시스템 개발의 첫 번째 단계로 빅데이터로 구축 가능한 범죄정보와 도시지역 자료를 바탕으로 머신러닝 방식을 통해 한국형 범죄발생 위험지역 예측 모형을 개발하고자 한다. 또한 시나리오를 가정하여 범죄발생 확률을 지도로 시각화함으로써 사용자의 이해도를 높이도록 하였다. 선행 연구 및 사례에서 범죄발생에 영향을 미치는 요인 중 빅데이터로 구축 가능한 범죄정보, 날씨정보(기온, 강수량, 풍속, 습도, 일조, 일사, 적설, 전운량), 지역정보(평균 건폐율, 평균 용적율, 평균 높이, 총 건축물수, 평균 공시지가, 평균 주거용도면적, 평균 지상층수)를 머신러닝에 활용할 수 있도록 데이터를 사전 처리하였다. 머신러닝 알고리즘으로서 지도학습 모형 중 다양한 분야에서 활용되며 정확도가 높다고 알려진 의사결정나무모형, 랜덤포레스트모형, Support Vector Machine(SVM)모형을 활용하여 범죄 예측 모형을 구축하고 비교 분석하였다. 그 결과 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)가 낮아 예측력이 높은 의사결정나무모형을 최적모형으로 선정하였다. 이를 바탕으로 가장 빈번하게 발생하는 절도와 폭력범죄를 대상으로 시나리오를 작성하여 범죄 발생 위험지역을 예측한 결과, 사례도시 J시는 위험지역이 3가지 패턴으로 발생하는 것으로 나타났으며, 각각 발생확률을 3 등급으로 구분하여 $250{\times}250m$ 단위의 지도형태로 시각화할 수 있었다. 본 연구는 향후 자동화 시스템으로 개발하여 시시각각으로 변하는 도시 상황에 따라 실시간으로 예측 결과를 시각화하여 제공함으로써 보다 범죄로부터 안전한 도시환경 조성에 기여하고자 한다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권6_3호
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• pp.1779-1790
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• 2023

위성 자료의 성능이 크게 개선됨에 따라 최근에는 위성을 이용하여 광범위한 영역에 대한 실시간 안개 탐지 알고리즘들이 개발되고 있다. 한반도 주변을 관측하는 기상위성 중 관측주기가 10분으로 시간해상도가 가장 우수한 GEO-KOMPSAT-2A/Advanced Meteorological Imager (GK2A/AMI)는 공간해상도가 500 m이다. 반면 GEO-KOMPSAT-2B/Geostationary Ocean Color Imager-II (GK2B/GOCI-II)는 해상도가 250 m지만, 1시간 주기로 관측하고 가시채널만 보유하고 있다. 따라서 본 연구에서는 한반도 주변에서 발생하는 안개를 10분 및 250 m 해상도로 탐지하기 위해 GK2AB 융합 안개 탐지 알고리즘(Fog Detection Algorithm, FDA)인 GK2AB FDA를 개발하였다. GK2AB FDA는 세 파트로 구성된다. 첫 번째로 현업 운용중인 GK2A 안개 탐지 알고리즘(GK2A FDA)으로 10분 및 500 m 해상도로 안개를 탐지한다. 두 번째 단계에서는 두 위성 자료 간 시공간 일치, 태양천정각과 파장역 차이를 보정한 GK2A normalized visible (NVIS)의 10분 변화량을 이용하여 GK2B NVIS를 10분 간격으로 외삽한다. 마지막 단계에서는 외삽된 GK2B NVIS, 태양천정각, GK2A FDA 산출물 등을 입력자료로 기계학습(의사결정나무)을 이용하여 개발된 GK2AB FDA로 지리적위치에 따라 안개를 탐지(250 m, 10분)한다. GK2AB FDA의 훈련에는 6개 사례, 검증에는 4개 사례가 이용되었다. GK2AB FDA의 정량적 검증에는 지상관측 시정, 풍속 그리고 상대습도 자료를 이용하였다. GK2AB FDA는 GK2A FDA에 비해 공간해상도가 4배 증가함에 따라 안개 및 비안개 화소가 보다 자세히 구분되었다. 또한 검증방법에 관계없이 GK2A FDA에 비해 probability of detection (POD)은 높고 Hanssen-Kuiper Skill score (KSS)는 높거나 비슷함을 보여 안개 탐지 수준이 개선된 것으로 보인다. 하지만 일부 사례에서는 GK2AB FDA의 false alarm ratio (FAR)와 Bias가 크게 나타나 안개를 과대탐지하는 문제를 보이고 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.453-466
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• 2006

본 연구는 CCCma CGCM2 기후모형을 이용하여 SRES A2, B2 시나리오 모의를 통한 기후변화가 2050년, 2100년 소양강댐유역의 수문환경에 미치는 변화양상을 SLURP 수문모형을 이용하여 분석하는데 목적이 있다. 수문영향을 평가하기 위해 사용된 모형의 입력자료는 NDVI의 경우, 1998년부터 2002년까지 5개년에 걸친 월별 NDVI를 사용하여 기온-NVDI와의 선형회귀분석을 통해 A2, B2 각 시나리오별 NDVI 값을 추정하였으며 대상유역의 토지이용에 따른 각 항목의 경년변화를 분석하기 위해 Landsat TM 위성영상을 이용하여 1985년부터 2000년의 5년 시간간격을 갖는 4장의 토지피복도를 생성하였다. 생성된 토지피복도를 사용하여 CA-Markov 연쇄기법을 통한 향후 50년, 100년 후의 토지이용변화상태를 모의하였다. 각 시나리오별 50년, 100년 후의 추정된 기상, NDVI, 토지이용도를 통하여 SLURP 모형에 적용한 결과, 토지이용현황은 CA-Markov 연쇄기법을 통해 모의된 향후 50년, 100년의 이용현황은 산림의 분포면적은 감소하는 반면 주거지, 나지, 초지 등은 두드러지게 증가하였다. 또한, 연쇄기법의 모의 시간간격 이 관측값의 모집단의 시간해상도에 비해 지나치게 클 경우 각 항목별 추이경향은 일정부분에서 수렴되었다. 또한, 기후변화에 따른 수문영향을 분석하기 위해 가상시나리오에 대한 증발산량 평가를 실시하였다. 증발산량 평가는 FAO Penman-Monteith 산정 공식을 통하여 기온, 일사량, 풍속에 대한 가상시나리오를 적용하여 분석하였다. 기후변화와 가상시나리오에 따른 수문분석 결과, 모의유출량은 SRES A2, B2 시나리오상에서 현재의 관측자료보다 대략 50%의 감소를 보이고 있으며 토지이용변화가 현재와 동일할 경우 SRES 시나리오를 적용한 경우보다 약 3$\sim$5%가량 더 감소됨을 확인하였다.