In this study, the effects of atmospheric stability and surface temperature on the microscale local airflow are investigated in a hydrological suburban area using a computational fluid dynamics (CFD) model. The model domain includes the river and industrial complex for analyzing the effect of water system and topography on local airflow. The surface boundary condition is constructed using a geographic information system (GIS) data in order to more accurately build topography and buildings. In the control experiment, it is shown that the topography and buildings mainly determine the microscale airflow (wind speed and wind direction). The sensitivity experiments of atmospheric stability (neutral, stable, and unstable conditions) represent the slight changes in wind speed with the increase in vertical temperature gradient. The differential heating of ground and water surfaces influences on the local meteorological factors such as air temperature, heat flow, and airflow. These results consequentially suggest that the meteorological impact assessment is accompanied by the changes of background land and atmospheric conditions. It is also demonstrated that the numerical experiments with very high spatial resolution can be useful for understanding microscale local meteorology.
Urban Heat Island (UHI) intensity is one of vital parameters in studying urban boundary layer meteorology as well as urban planning. Because the UHI intensity is defined as air temperature difference between urban and rural sites, an objective sites selection criterion is necessary for proper quantification of the spatial variations of the UHI intensity. This study quantified the UHI intensity and its spatial pattern, and then analyzed their connections with urban structure and metabolism in Seoul metropolitan area where many kinds of land use and land cover types coexist. In this study, screen-level temperature data in non-precipitation day conditions observed from 29 automatic weather stations (AWS) in Seoul were analyzed to delineate the characteristics of UHI. For quality control of the data, gap test, limit test, and step test based on guideline of World Meteorological Organization were conducted. After classifying all stations by their own local climatological properties, UHI intensity and diurnal temperature range (DTR) are calculated, and then their seasonal patterns are discussed. Maximum UHI intensity was $4.3^{\circ}C$ in autumn and minimum was $3.6^{\circ}C$ in spring. Maximum DTR appeared in autumn as $3.8^{\circ}C$, but minimum was $2.3^{\circ}C$ in summer. UHI intensity and DTR showed large variations with different local climate zones. Despite limited information on accuracy and exposure errors of the automatic weather stations, the observed data from AWS network represented theoretical UHI intensities with difference local climate zone in Seoul.
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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v.48
no.1
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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.
Faithful evaluation of the meteorological input is a prerequisite for a better understanding of air quality model performance. Despite the importance, the preliminary meteorological assessment has rarely been concerned. In this study, we aim to evaluate the performance of the Weather Research and Forecasting (WRF) model conducting a year-long high-resolution meteorological simulation in 2016 over the Seoul metropolitan area. The WRF model was configured based on a series of sensitivity simulations of initial/boundary meteorological conditions, land use mapping data, reanalysis grid nudging method, domain nesting method, and urban canopy model. The simulated results of winds, air temperature, and specific humidity in the atmospheric boundary layer (ABL) were evaluated following statistical evaluation guidance using the surface and upper meteorological measurements. The statistical evaluation results are presented. The model performance was interpreted acceptable for air quality modeling within the statistical criteria of complex conditions, showing consistent overestimation in wind speeds. Further statistical analysis showed that the meteorological model biases were highly systematic with systematic bias fractions (fSB) of 20~50%. This study suggests that both the momentum exchange process of the surface layer and the ABL entrainment process should be investigated for further improvement of the model performance.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.24
no.1
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pp.63-71
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2008
Local meteorological conditions exert a strong influence over day-to-day variations in air pollutant concentrations. Therefore, the meteorological fluctuations have to be removed in order for air quality planners and managers to examine underlying emissions-related trends and make better air quality management decisions for future. In this study, the meteorologically adjusted $PM_{10}$ trends in Seoul are investigated over the period $1999{\sim}2006$ using Kolmogorov-Zurbenco (KZ) filter. The result indicated that meteorologicaJ variability accounts for about 25% of $PM_{10}$ variability. Both the meteorologically adjusted and unadjusted Jong-term daily $PM_{10}$ concentrations had a significant downward trends and the difference between the meteorologically adjusted and unadjusted was small. So it was assumed that in long-term daily $PM_{10}$ changes, localized changes in emissions is more important than the changes caused by meteorological conditions.
Kim, Do-Hyun;Kim, Jin-Uk;Kim, Tae-Jun;Byon, Jae-Young;Kim, Jin-Won;Kwon, Sang-Hoon;Kim, Yeon-Hee
Atmosphere
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v.30
no.4
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pp.377-390
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2020
Not only emissions, but also atmospheric circulation is a key factor that affects local particulate matters (PM) concentrations in Korea through ventilation effects and transboundary transports. As part of the atmospheric circulation, air stagnation especially adversely affects local air quality due to weak ventilation. This study investigates the large-scale circulation related to air stagnation over Korea during winter and projects the climate change impacts on atmospheric patterns, using observed PM data, reanalysis and regional climate projections from HadGEM3-RA with Modified Korea Particulate matter Index. Results show that the stagnation affects the PM concentration, accompanied by pressure ridge at upper troposphere and weaken zonal pressure gradient at lower troposphere. Downscaling using HadGEM3-RA is found to yield Added-Value in the simulated low tropospheric winds. For projection of future stagnation, SSP5-8.5 and SSP1-2.6 (high and low emission) scenarios are used here. It has been found that the stagnation condition occurs more frequently by 11% under SSP5-8.5 and by 5% under SSP1-2.6 than in present-day climate and is most affected by changes in surface wind speed. The increase in the stagnation conditions is related to anticyclonic circulation anomaly at upper troposphere and weaken meridional pressure gradient at lower troposphere. Considering that the present East Asian winter monsoon is mainly affected by change in zonal pressure gradient, it is worth paying attention to this change in the meridional gradient. Our results suggest that future warming condition increase the frequency of air stagnation over Korea during winter with response of atmospheric circulation and its nonlinearity.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.11
no.1
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pp.15-28
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1995
Over the last two decades, air quality models have been developed and used in the United States. Many of these models ate distributed as parts of UNAMAP. These models have been used as useful tools for urban air quality management in Korea. However, when we use these models, many problems could be occured because of their different topographical and meteorological conditions. In the present study it is described that the characteristics about developement of the local scale diffusion models for application to Korea. Also for evaluation purpose of the models, input data requirements such as air pollutant concentrations, emission inventory, meteorological data, and field experiment data, were discussed.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.21
no.6
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pp.573-583
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2005
Fugitive dust, which is emitted in the ambient air without first passing through a stack or duct designed to control flow, is frequently generated by means of wind erosion from storage yards at Pohang Steel Wokrs. The size distribution of fugitive dust is mostly in the range of coarse particulate which is deposited as soon as emitted and less harm to human health; however $20\%$ of fugitive dust contains PM 10 known as one of most harmful airborne pollutant. Consequently, effective control and reduction of fugitive dust is strongly requested by the local society, but it is not easy so far because the generation and dispersion of fugitive dust highly depends on meteorological conditions, and it being occurred for irregularity. This research presented a fugitive dust control system for each meteorological condition by providing statistical prediction data obtained from a statistical analysis on the probability of generating the threshold velocity at which the fugitive dust begins to occur, and the frequency occurring by season and by time of the wind direction that can generate atmospheric pollution when the dispersed dust spreads to adjacent residential areas. The research also built a fugitive dust detection system which monitors the weather conditions surrounding storage yards and the changes in air quality on a real-time basis and issues a warning message by identifying a situation where the fugitive dust disperses outside the site boundary line so that appropriate measures can be taken on a timely basis. Furthermore, in respect to the spraying of water to prevent the generation of fugitive dust from the storage piles at the storage yard, an advanced statistical meteorological analysis on the weather conditions in Pohang area and a case study of fugitive dust dispersion toward outside of working field during $2002\∼2003$ were carried out in order to decide an optimal water-spraying time and the number of spraying that can prevent the origin of fugitive dust emission. The results of this research are expected to create extremely significant effects in improving surrounding environment through actual reduction of the fugitive dust produced from the storage yard of Pohang Steel Works by providing a high-tech warning system capable of constantly monitoring the leakage of fugitive dust and water-spray guidance that can maximize the water-spraying effects.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.15
no.4
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pp.124-137
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2012
Climate analysis is important in urban planning for human comfort. Synoptic weather conditions can only resolve the 30% of local variance of wind conditions whereas 70% of the variance arise from local terrain, buildings, and other small scale thermal conditions. Climate Analysis Seoul (CAS) was developed to resolve such micro-scale climate. The Local-scale air temperature Deviation (LD) analysis map from CAS showed the co-existence of built-up and suburban areas in the study region (CR, Cold-air analysis Region) despite its small extent. Temperature, humidity, wind speed, and wind direction were monitored in CR. Hourly observed cooling rate agreed well with LD. Cold air production, transportation, and stagnation was visualized by the observed Vertical Temperature Gradient (VTG) along the small stream in CR. VTG observed at the upper-most stream can be divided into two components: radiative cooling and cold air inflow from outside. Radiative cooling exists regardless of the wind speed whereas cold air inflow occurs only with calm wind. From the regression analyses based on the wind speed, the inflow portion was determined as 84% of radiative cooling. Climate analysis in the future will be able to characterize the changes in cold air by urban development plan to support the human comfort.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.32
no.3
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pp.329-341
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2016
Pohang is a well-known industrial city in Korea with a large steel-industrial complexes. The biggest environmental issue in the city is associated with fine particulate matter (hereinafter, $PM_{10}$). The concentration of $PM_{10}$ is generally dependent on the local emission sources and meteorological conditions. Iron and steel industrial complexes are likely serious pollution sources of $PM_{10}$ in Pohang. In this study, daily $PM_{10}$ data from a large database from the year of 2000 to 2012 were statistically analyzed, together with meteorological data. The average concentrations of $PM_{10}$ were evaluated according to the frequency of Asian dust, haze, mist, and fog. The number of days exceeding short-term standard for $PM_{10}$ were also examined, taking into consideration of weather conditions. It was found that the concentration of $PM_{10}$ was reduced about 18% to 26% because of precipitation. In addition, the effects of wind direction and wind speed on the $PM_{10}$ concentrations were investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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