본 연구에서는 2 016년부터 2 02 0년까지 내륙 관측소 중 안개 최다발 지역인 안동을 대상으로 XGBoost-DART 머신러닝 알고리즘을 이용하여 1 시간 후 안개 유무를 예측하였다. 기상자료, 농업관측자료, 추가 파생자료와 각 자료 를 오버 샘플링한 확장자료, 총 6개의 데이터 세트를 사용하였다. 목측으로 획득한 기상현상번호와 시정계 관측으로 측 정된 시정거리 자료를 각각 안개 유[1]무[0]로 이진 범주화하였다. 총 12개의 머신러닝 모델링 실험을 설계하였고, 안개 가 사회와 지역사회에 미치는 유해성을 고려하여 모델의 성능은 재현율과 AUC-ROC를 중심으로 평가하였다. 전체적으 로, 오버샘플링한 기상자료와 기상현상번호 기반의 예측 목표를 조합한 실험이 최고 성능을 보였다. 이 연구 결과는 머 신러닝 알고리즘을 활용한 안개 예측에 있어서, 목측으로 획득한 기상현상번호의 중요성을 암시한다.

교량 인프라는 국민의 경제와 사회적 활동에 반드시 필요한 물리적 기반시설이고, 국민의 안전과 편의성에 직결되는 시설이므로 국민의 입장에서 편익을 고려해야 한다. 교량의 구성요소 중 바닥판은 교량 전체의 생애주기 동안 필연적으로 교체 시기가 도래하고 파손 등으로 인한 부분 교체도 빈번하게 이루어지고 있다. 바닥판 교체공사 시 거더와 바닥판을 합성하는 기 존 용접 전단연결재의 문제점을 해결하기 위한 볼트 접합 전단연결재(DY볼트)는 바닥판 철거 공정에서 파쇄를 최소화하고 교 체공사를 위한 전단연결재 재시공이 용이하여 공사 기간을 기존 대비 단축할 수 있는 것으로 분석되었다. 공사기간 중 도로차 단으로 인해 발생하는 도로이용자비용을 산출하여 기존 공법과 비교하는 방법으로 볼트 접합 전단연결재를 적용한 강합성 교량 의 경제성을 도로이용자(국민) 입장에서 분석하였다.

본 연구에서는 K-means 군집 분석을 통하여 최근 5년간(2014-2018) 한반도 남동 지역의 고농도 미세먼지 발생에 영향을 미치는 주요 종관 기상 패턴을 분류하였다. 또한 고농도 미세먼지 사례일의 발생과 관련된 지역적 차이를 살펴보기 위하여 NCEP (National Centers for Environmental Prediction)/FNL (Final Operational Global Analysis) 재해석 기상자료를 이용하여 부산, 울산, 경남 지역의 미세먼지 발생 특성과 관련된 종관 규모 기상의 특성에 대한 비교 연구도 수행하였다. 한반도 남동 지역의 고농도 미세먼지 사례일과 관련된 종관 기상 패턴은 총 5개(C1-C5)로 분류된다. 각 군집의 발생빈도는 24.8% (C1), 21.3% (C2), 20.4% (C3), 17.3% (C4), 16.2% (C5)이다. 기상 패턴 분석을 통하여 제시된 남동 지역의 고농도 미세먼지를 유발하는 요인에는 지역 외부에서 장·단거리 수송(C1, C3, C5)에 의한 영향과 지역내 배출(C2, C4)에 의한 것임을 알 수 있었다. 또한 고농도 미세먼지 발생일에 대해 부산, 울산, 경남 세 지역의 기상장을 분석하였을 때, 500 hPa 지위 고도 및 풍속 등의 기상학적 특성이 지역별로 다르게 나타났다. 그리고 고기압 의 작은 위치 변화가 각 지역의 미세먼지 발원과 장거리 이동 경향성에 영향을 미치고 있었다.

풍력 자원의 단기 예측 가능성은 풍력 발전 단지의 경제적 타당성을 평가하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 풍력 자원의 단기 예측 가능성을 향상시키는 방법의 하나로 베이지안 칼만 필터를 후처리 과정으로 적용하였다. 이때 추정된 모델과 관측 데이터의 상관관계를 평가하기 위하여 일정 시간 동안 베이지안 칼만 훈련 기간이 요구된다. 본 연구는 여러 훈련 기간에 따라 예측 특성을 정량적으로 분석하였다. 태백 지역에서는 3일 단기 베이지안 칼만 훈련으 로 기온과 풍속을 예측하는 것이 다른 훈련 기간을 적용할 때보다 우수한 예측 성능을 보였다. 반면 이어도는 6일 이 상의 베이지안 칼만 필터의 훈련 기간을 적용한 경우 가장 좋은 예측 성능을 나타낸다. WRF 예측 성능이 떨어지는 사 례에서 베이지안 칼만 필터의 예측 성능향상이 뚜렷하게 나타나며, 반대로 WRF 예측이 정확한 지점에서는 필터적용에 따른 성능향상 정도가 약한 경향을 가진다.

지형적인 형태와 지표면의 물리적인 특성은 기상장 뿐 만 아니라 대기질 수치 모델링에서도 가장 중요한 입력 변수가 된다. 대부분 복잡지형에서 일어나는 국지적인 기상의 일변동들이 지형적인 불균일성에 의해 지배되기도 한다. 이러한 지형적인 특징들은 열적으로 유도된 대기흐름에 영향을 일으키며 직접적으로는 풍계의 변화를 가져오거나 지표면 가열 온도 자체에서의 중요한 변화를 가져와 간접적으로 영향을 주기도 한다. 복잡지형에서 이러한 변화양상들은 지형적인 특징 즉, 지형적 경사와 성질에 의한 태양복사 에너지의 불균등한 분배에 기인한다. 그러므로 기상장 묘사가 어려운 복잡지형에서는 관측값에 더 가까운 정확한 바람장을 예측하기 위해 상세한 지형 정보와 지표면 자료가 중요하게 된다. 본 연구에서는 상세한 지표면과 지형자료를 지표 경계자료로 활용한 MM5-A2C 모델을 이용하여 복잡한 지형적 조건을 가진 산지지역에서의 바람장 수치모의를 하고자 한다. MM5-A2C에 의해 유도된 기상장은 국지규모의 산지주변에서의 지형강제력에 의한 기상장 해석을 정밀하게 예측하여 모델 내의 지형적 조건이 미치는 영향에 대해 직접적인 영향을 주고 있음을 알 수 있었다.

화산재의 확산 특성을 분석하고, 침적량의 예측 가능성을 평가하기 위하여, 2011년 1월26일 분화가 시작된 일본 기리시마 화산을 대상으로 WRF와 확산모형 FLEXPART를 이용한 수치모의실험을 실시하였다. 지상 1 km 이하 대기경계층내의 화산재 확산 특성은 26일 방출된 입자의 경우 주풍을 따라 집중되는 경향을 보이지만, 27일 방출된 화산재는 큐슈남부에 발달한 고기압의 영향으로 기리시마 만까지 확산된다. 겨울철의 강한 시베리아 기단이 발달한 26일의 경우, 기리시마 화산 풍하측에 위치한 미야기 현 중앙 산악 후면의 좁은 영역에서 집중적으로 침적이 이루어진다. 또한 분화 지역 주변의 국지적인 고기압의 발달은 화산재의 수평 확산을 증대시키는 역할을 한다. 침적량의 분포는 정량적인 측면에서 실제 화산 분출에 따른 영향과 매우 유사한 경향성을 보이고, 제시한 수치모의실험은 화산재의 이동 및 침적량 예측 및 산정에 적절하다고 판단된다.

한반도 동남 지역에서 고농도 오존이 발생한 사례에 대해 NOx에 대한 오존의 수반민감도를 살펴보았다. 사례일에 지배적이었던 국지 순환과 고농도 오존을 모의하기 위해 WRF-CMAQ 모델을 사용하였다. 수반민감도 분석을 위해 CMAQ의 수반 모델을 적용하였다. 본 연구의 목적은 고농도 오존에 주변지역이 미친 영향을 살펴본 수용지 중심의 민감도 분석이다. 또한, 행정 구역별 기여도를 정량적으로 산정하였는데, 대구를 수용지로 하는 민감도 분석 결과 영향지역은 대구에 인접하여 포항으로 이어지는 영역과 남동쪽으로 떨어진 넓은 지역으로 나타났다. 첫 번째 영역은 고농도 사례일 당일에 배출된 NOx의 민감도가 주로 나타났고 두 번째 영역은 전 날 배출에 의한 영향이었다. 반면, 부산을 수용지로 한 경우 사례일 당일 주간의 해풍의 영향으로 같은 날의 NOx 배출 효과 보다는 전 날 배출되었던 농도에 대한 민감도가 더 중요하였다. 민감도 영향지역에 대한 단면도 분석 결과 지표부근의 NOx 수송과 함께 상층에서 이류되는 영향도 중요하였다.

연안 해상 바람 자원 평가에 적용되는 해상풍 위성자료 동화특성을 평가하기 위하여 수치실험을 실시하였다. 사용된 위성자료는 미항공우주국의 QuikSCAT과 유럽우주국의 ASCAT이다. 해상풍 위성자료 동화과정은 연안지역 바람 자원 평가의 정확성을 향상시키는 주요한 요소의 하나이다. QuikSCAT의 관측 가능한 빔폭이 상대적으로 넓기 때문에 QuikSCAT 해상풍 자료를 동화하여 제시된 연안 바람장이 ASCAT를 사용한 바람장보다 약간 높은 정확도를 제시한다. 그러나 센서의 직하 부근의 바람장은 상대적으로 ASCAT의 예측 정확도가 높게 나타난다. 이러한 해상풍 위성자료의 동화효과는 6시간 정도 지속되기 때문에 정확한 연안지역 바람장을 평가하기 위해서는 센서의 공간해상도뿐 아니라 시간해상도가 높은 해상풍 위성자료 동화 과정이 필요하다.

다양한 지질학적 분화 강도에 따른 백두산 화산분출물의 확산 특성과 이들 분출물이 한반도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 대기역학모형 WRF (Weather Research and Forecasting)와 확산모형 FLEXPART를 이용하여 수치실험을 실시하였다. 연구 대상일은 화산재 유입이 예상되는 2010년 10월 21일의 종관장이며, 방출 후 48시간 동안 화산재의 이동을 분석하였다. 백두산 분화 후 한반도에 유입되는 강하화산재의 크기는 0.05 mm 이하가 대부분을 차지하며, 큰 입자는 확산에 의한 이동이 작기 때문에 유입가능성이 크지 않았다. 분화강도에 따른 화산재의 이동 특성을 보면, 분화강도 차이에 따른 입자의 분포도의 차이는 크지 않으나, 수밀도의 차이는 크게 나타났다. 한반도 내 도시별 화산재의 침적량 분석에서 화산재가 기류를 타고 동해에서 유입되고 태백산맥의 차폐효과에 의하여 한반도 동쪽에 위치한 강릉, 부산의 침적량이 초기에 증가하는 경향을 나타내며, 지역별 침적량은 일시에 급격하게 증가할 수 있다.

백두산 화산분출물의 이류와 확산 예측 특성을 살펴보기 위하여 3차원 대기역학 모형인 WRF와 입자 확산 모형인 FLEXPART를 결합하여 다양한 수치실험을 실시하였다. 기상자료의 시간 평균화에 따른 영향을 보기 위하여 네가지 서로 다른 평균화 기간을 가진 수치 실험을 실시하였다. 본 연구에 적용된 기상자료의 평균화 기간은 각각 1개월, 10일, 3일이다. 또한 평균화를 실시하지 않은 실시간자료를 이용한 수치실험도 실시하였다. 기상자료의 평균화 시간이 길어질수록 주풍성분인 동서 방향의 운동이 뚜렷해지고, 짧을수록 주풍의 법선 방향인 남북 운동이 명확하게 나타나며, 화산분출물을 가정한 입자의 확산 역시 동일한 특성이 나타난다. 상하층의 바람은 강도의 차이가 명확하고, 평준화 기간에 따른 영향이 다르게 나타나기 때문에 상층입자와 하층입자의 이동과 지상 침적이 다양하게 나타난다. 또한 한반도의 지상 침적은 방출고도 2 km 이하의 입자가 주로 영향을 미친다. 따라서 기상자료의 평균화 시간 간격이 화산분출물의 지상 침적을 결정하는 하나의 요인으로 작용하기 때문에, 확산 실험 전에 적절한 기상자료의 시간평균을 결정할 필요가 있다.

엘니뇨/라니냐의 강도 변화에 따른 한반도의 풍력자원 변동성을 확인하기 위하여 20년간 장기 지상관측자료를 바탕으로 해석적인 분석을 실시하였다. 장기적으로 유라시아 대륙의 풍속 약화경향에도 불구하고 한반도는 최근 10년간 풍속 증가가 약하게 나타났다. 그리고 엘니뇨와 라니냐에 따른 한반도 풍속은 계절적으로 다양한 형태를 나타낸다. 지역적으로 음의 해수면 온도 아노말리를 나타내는 라니냐가 발생하면 한반도내 지상풍속이 빨라지는 경향을 가진다. 그리고 기후변화에 대한 풍속은 중규모의 강제력이 가장 미약한 산악지역에서 가장 민감하게 나타난다.

전산유동 수치모형을 이용하여 다양한 대기안정도 상태하에서 부산광역시내 승학산과 구덕산의 초고해상도 풍력자원을 평가하였다. 연구에 사용된 수치모형은 중규모와 미규모 기상현상의 재현에 널리 사용되는 전산유동 수치모형인 A2C이다. 대기안정도가 강할 때, 위치에너지의 크기가 상대적으로 강해지기 때문에 산을 넘어가는 경향이 나타난다. 반면 대기안정도가 약해지면서 산악후면의 후류 발생이 증대되며, 난류에너지가 증가한다. 그리고 연평균 풍력밀도, 난류운동에너지, 연직 바람전단력 분석을 통하여 구덕산 정상의 남쪽 부근이 다른 구역보다 가용 풍력자원이 풍부함을 확인하였다.

도심지 빌딩에 의한 그림자가 대기경계층에 미치는 영향을 파악하기위하여 위성자료 분석과 수치실험을 실시하였다. 연구에 사용된 위성은 한국다목적위성(KOMSAT-2)의 가시자료이며, 수치모형은 다중반사도 계산을 위한 반사도 계산모형과 지표면 열수지를 계산하기 위한 오레건주립대학교 경계층 모형의 2가지이다. 위성자료 분석에서 고층빌딩이 밀집한 지역은 그렇지 못한 지역에 비하여 반사도가 최대 17% 낮게 산정되었다. 이는 건물의 그림자가 원인으로 작용한다. 그리고 반사도의 일변화는 태양고도에 따라 다르며, 정오에 가장 작은 값을 나타낸다. 건물 밀도가 높은 경우 지표면 온도가 43.5˚C까지 상승하는데 비하여 건물 밀도가 낮은 지역의 경우 지표면 온도는 37.4˚C까지 상승한다. 그러나 높은 빌딩에 따른 기계적 난류에 의하여 반사도에 의한 온도상승이 직접적으로 대기온도상승과 연결되지는 않는다.

보수성 포장재가 지표면 열수지와 중규모 순환장에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수치실험과 야외 관측을 실시하였다. 수치실험에 이용된 모형은 LCM(Local Circulation Model)이며, 야외 관측은 대기가 안정되어 날씨가 맑은 2007년 7월 19일 실시되었다. 야외 관측실험에서 보수성 포장재 지표면 온도의 최대치는 1430 LST에서 41.2˚C이고, 보수성 재료가 도포되어 있지 않은 일반 아스팔트보다 16.1˚C 낮게 관측되었다. 수치실험에서는 증발효율 0.3을 가정한 case BET03에서 관측과 가장 유사한 값을 나타내었다. 이때 현열과 잠열플럭스는 각각 227 와 229 W/m2이다. 수치실험 결과, 보수성 포장재는 낮은 지표면 온도, 혼합고와 관련된 잠열플럭스를 높이는 경향이 나타난다. 보수성 포장재에 의한 잠열플럭스의 불연속은 교외풍과 같은 중규모 순환장의 발달을 강화시키는 역할을 한다.

잠열과 관련된 지표면 증발산량은 지표 온도를 결정하는 중요한 요인이며, 이를 정확히 산정하는 것은 중규모 순환장 예보의 정확도와 밀접하게 관련된다. 본 연구에서는 고해상도인 LANDSAT 5 TM 자료를 이용하여 대구광역시의 상대 증발산 효율을 추정하였다. 증발산 효율 추정은 복사 온도/식생 지수의 관계식을 이용하였다. 식생 지수는 대구광역시의 실제 토지 이용도와 일치하였다. 도시 지역내의 공원 지역의 경우 낮은 복사 온도를 나타내었다. 이것은 두류공원과 같은 도심내 공원 지역의 고증발산에 기인한 것이다. 그러나 전체적인 도심지는 저증발산이 두드러졌다. 그리고 지표면 구성특징에 의하여 도심지 내 공단 지역과 주거 지역은 상대적인 증발산 분포에서 차이가 나타났다.

현재 고등학교 지구과학실험 중 가시화가 어렵고, 재현성이 떨어지는 편서풍 파동장치를 개선한 유체실험장치를 개발하였다. 실험장치는 기존 실험장치의 문제점을 파악하고, 수조내 온도 차이를 명확히 하기 위한 열전도성이 높은 소재로 개발되었으며, 디지털 가시화 장치를 설치하여 기록과 분석을 용이하게 하였다. 그리고 이 장치를 통하여 편서풍파동의 이론적인 상사성과 재현성을 살펴보았다. 본 장치는 감온 액정 시트지를 이용해 유체 흐름의 가시화뿐만 아니라 유체의 온도분포와 상층기류와 하층기압골의 위치관계도 파악할 수 있다. 그리고 본 실험장치에서 재현된 편서풍 파동은 실제 대기의 편서풍 파동과 잘 상사됨을 확인하였으며, 현직 교사들을 대상으로 한 리커드 척도 평가에 의해 편서풍 파동장치의 효율성을 입증하였다.

대기-해양의 상호작용과 제주도 후면에서 발생하는 카르만소용돌이행렬의 상관관계를 수치실험을 통하여 분석하였다. 카르만 소용돌이는 한라산의 제한된 높이에서 형성되는 경향을 가지고 있다. 그리고 본 연구에서는 900 hPa고도에서 카르만 소용돌이가 뚜렷이 생성되었다. 카르만소용돌이행렬의 발생초기에는 하나의 소용돌이세포가 나타나고 시간이 경과함에 따라 소용돌이는 이류를 한다. 이때 작은 소용돌이로 분리되는 경향이 있다. 분리된 소용돌이의 강도와 지속시간은 해수면 온도 분포와 밀접한 관계를 가진다. 즉 약한 해수면의 온도경도는 카르만 소용돌이의 지속 시간을 길게 하며, 산 후면의 소용돌이도를 감소시킨다. 강한 해수면 온도경도는 혼합층과 대기하층 수증기량을 증가시키고, 강화된 하층대기 혼합은 산악에 의하여 형성되는 기계적 응력을 감소시키는 경향이 있다.

한반도 집중호우를 유발시키는 중규모대류복합체는 매우 복잡한 특성을 띠고 있다. 2004년 7월 14일 발생한 중 규모 대류복합체의 발달메커니즘을 분석한 결과, a) 대류복합체 생성 전에 강한 남서기류의 유입이 있었으며, b) 600hPa고도에서 강한 역전층이 나타났다. 역전층은 상층과 하층간의 상당온위의 차이를 유발하여 대기불안정을 더욱 강화시켰다. 그리고 c) 일반적인 중규모대류복합체 특징인 풍향의 쉬어보다는 풍속의 쉬어에 의해 대류계의 열역학 불안정이 강화되었다. 그리고 d) 흑산도 등 해안지방에 의해 유발되는 난류 및 대기불안정으로 인하여 중규모 대류복합체가 해안지방에서 발달한 것으로 보인다. 그러므로 지형에 의한 중규모 대류 복합체의 발달메커니즘 규명이 필요하다.