As part of the third ATM Challenge, we performed a series of atmospheric dispersion simulations for routine releases of Xe-133 from ordinarily operating nuclear facilities such as Medical Isotope Production Facilities (MIPFs), Nuclear Power Plants (NPPs), and Research Reactors (RRs) in the Northern Hemisphere using our ATM, Lagrangian Atmospheric Dose Assessment System (LADAS), with Numerical Weather Prediction (NWP) data produced by the Korea Meteorological Administration (KMA). The simulation time period is 6 months, from June to November in 2014, and we used the stack emission data except for CNL (Canada) and IRE (Belgium) in accordance with the scenario of the third ATM Challenge 2019. In addition, the simulations were done individually for all MIPFs, NPPs, and RRs. We utilized 3-hourly KMA’s Unified Model Global Data Assimilation and Prediction System (UM-GDAPS) data with 0.35°×0.23° horizontal resolution as input meteorological fields and extracted hourly time series results for Xe-133 activity concentrations with few different resolutions such as 0.5°×0.5°, 0.35°×0.23°, and 0.1°×0.1° at several IMS stations in the Northern Hemisphere which were in normal operation in 2014. Considering previously reported values of daily Xe-133 release amounts for CNL and IRE, measured signals at some IMS stations (such as CAX17, DEX33, SEX63, and USX75) were well reproduced from the simulation results.

층류 경계층 내 반구에 의해 유기되는 말굽와류를 흡입 제어했을 때 후류영역에서의 마찰저항 변화를 측정하였다. 이를 위해 회류수조에서 유동가시화를 실시하여 최적의 자유유속, 반구 크기 및 흡입제어 구멍 크기를 결정하였고, 반구 후류영역에 설치된 평판과 연결된 동력계로 표면 마찰저항 감소를 측정하는 실험을 수행하였다. 평판에 설치된 반구 전방에는 유입 유동에 의해 반구를 감싸는 말굽와류가 생성되며 그 주위 와도 방향에 의해 후류영역으로는 빠른 유속의 유동이 유입되어 머리핀 와류 생성을 촉진시킨다. 따라서 반구 전방에 생성되는 말굽와류 세기를 흡입 제어에 의해 약화시킴으로써 반구 좌우측으로 길게 형성된 유속방향 와류가 후류영역으로 공급하는 에너지는 감소하게 된다. 즉, 반구 전방의 말굽와류를 제어함으로써 후류영역으로부터 생성되는 헤어핀 와류 발생 주파수가 줄어 들게 된다. 염료 주입을 이용한 유동 가시화 영상을 해석한 결과로 머리핀 와류의 발생 빈도가 흡입제어에 의해 36.4 % 감소되었고, 후류 영역에서 측정된 표면 마찰저항은 2.3 % 감소되는 것으로 나타났다.

난류경계층이 유지되기 위한 에너지 공급은 경계층 내 구조물인 와류들의 상호작용으로 끊임없이 이루어진다. 이러한 난류 유동은 수송분야의 마찰저항 및 해양구조물의 침식 및 진동을 유발하기 때문에 유동 제어를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 제어의 극대화를 위해서는 난류 에너지 전달이 어떻게 이루어지는지에 대한 메카니즘 규명이 필수적이고, 이를 위해서는 층류경계층 내 유동현상으로 파악하는 것이 명확하고 용이하다는 장점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 층류경계층 내 평판에 반구를 설치하여 역압력구배을 발생시킴으로써 교란된 유동현상의 상호작용을 분석하였다. 즉, 반구를 둘러싼 목걸이 와류와 반구 표면의 유동 박리에 의한 후류영역에서 머리핀 와류가 생성되어 상호 유기적으로 영향을 주고받는다. 이 과정에서 목걸이 와류는 후류영역으로 높은 운동량의 유체를 유입시켜 머리핀 와류의 발생 주파수를 증가시킨다. 반구 전방에 구멍을 뚫어 국부적인 흡입제어로 목걸이 와류의 와도를 감소시킴으로써 그 영향이 완화되는 과정을 유동 가시화 및 열선유속계로 측정하여 정성 및 정량적으로 분석하였다.

본 연구에서는 위성관측 표면온도 및 해당 온도경향의 불확실성을 조사하기 위하여 북반구(30-90˚N) 해양 지역에서 2003-2014년 4월 16-24일 기간에 세 종류의 위성관측 자료(MODIS IST, AIRS/AMSU SST, AIRS only SST)를 상호 비교하였다. AIRS/AMSU 표면온도값에 비하여 MODIS는 해빙과 해수의 경계지역에서 계통적으로 최대 1.6 K 높은 반면에, 해빙 지역에서는 2 K 낮았다. 이러한 주요 원인은 표면온도 산출알고리즘의 해표 정보(e.g., 해빙 탐지)를 위하여 MODIS는 적외 채널만을 사용하는 반면에, AIRS/AMSU는 마이크로파 및 적외 채널을 함께 사용하는 데에 있다. 미국 항공우주국(NASA's Goddard Space Flight Center; NASA/GSFC)은 AMSU-A의 노후화를 대비하기 위하여 AIRS/AMSU 알고리즘을 일부 수정하여 AIRS only 알고리즘을 개발하였다. AIRS/AMSU와 AIRS only 표면온도 사이에 평균 제곱근 오차(RMSE)값은 30-90˚N 해양 지역에서 0.55 K이며, 편차(bias)는 0.13 K이었으며, 해빙/해수 경계 지역에서는 이들 차이가 더 크게 나타났다. 해빙 경계지역에서 AIRS/AMSU와 AIRS only 간의 차이가 다른 지역에 비하여 큰 이유는 AIRS only 알고리즘이 AMSU 마이크로파 자료 대신에 GCM (NOAA Global Forecast System) 온도 산출물을 사용하는 데에 있다. 세 종류의 위성관측 표면온도 자료는 70-80˚N 위도대에서 유의적인 온도증가(0.23-0.28Kyr-1)를 보였다. 위성관측 표면온도들 간에 계통적인 불일치는 같은 방향(온도증가 또는 온도감소)으로 해당 온도경향 값들 간의 차이에 영향을 줄 수 있다.

We developed a high-performance methane gas sensor based on a SnO2 hollow hemisphere array structure of nano-thickness. The sensor structures were fabricated by sputter deposition of Sn metal over an array of polystyrene spheres distributed on a planar substrate, followed by an oxidation process to oxidize the Sn to SnO2 while removing the polystyrene template cores. The surface morphology and structural properties were examined by scanning electron microscopy. An optimization of the structure for methane sensing was also carried out. The effects of oxidation temperature, film thickness, gold doping, and morphology were examined. An impressive response of ~220% was observed for a 200 ppm concentration of CH4 gas at an operating temperature of 400˚C for a sample fabricated by 30 sec sputtering of Sn, and oxidation at 800˚C for 2 hr in air. This high response was enabled by the open structure of the hemisphere array thin films.

We present an easy method of preparing two-dimensional (2D) periodic hollow tin oxide (SnO2) hemisphere array gas sensors using polystyrene (PS) spheres as a template. The structures were fabricated by the sputter deposition of thin tin (Sn) metal over an array of PS spheres on a planar substrate followed by calcination at an elevated temperature to oxidize Sn to SnO2 while removing the PS template cores. The SnO2 hemisphere array structures were examined by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The structures were calcined at various temperatures and their sensing properties were examined with varying operation temperatures and concentrations of nitric oxide (NO) gas. Their gas-sensing properties were investigated by measuring the electrical resistances in air and the target gases. The measurements were conducted at different NO concentrations and substrate temperatures. A minimum detection limit of 30 ppb, showing a sensitivity of S = 1.6, was observed for NO gas at an operation temperature of 150˚C for a sample having an Sn metal layer thickness corresponding to 30 sec sputtering time and calcined at 600˚C for 2 hr in air. We proved that high porosity in a hollow SnO2 hemisphere structure allows easy diffusion of the target gas molecules. The results confirm that a 2D hollow SnO2 hemisphere array structure of micronmeter sizes can be a good structural morphology for high sensitivity gas sensors.

We examined the ocean forcing, associated with the different trends in precipitation between North and South Korea, using GPCC V2018 precipitation and OISST V2 sea surface temperature (SST) for the recent thirty years of 1982-2011. As a result of linear regression, the precipitation trends in the monsoon (June and July) and post-monsoon (August and September) seasons were different between North and South Korea, respectively, with increased and decreased trends, during the both monsoon seasons. During the monsoon season, the results of detrended correlation and composite analysis showed the opposite relationships of precipitation with SSTs in the equatorial Pacific and Arctic Oceans between North and South Korea. It was identified that large-scale atmospheric circulation linked to ENSO can differently affect the Korean Peninsula. On the other hand, during the post-monsoon season, the correlation and composite patterns across the oceans in the Northern Hemisphere were generally similar for the two Koreas. It was suggested that near the ocean of the Korean Peninsula and the land surface forcings might affect the precipitation variability during the post-monsoon season, especially in North Korea.