KR102576775B1 - Method for predicting air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model and computing device using the same - Google Patents

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Abstract

지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 방법에 있어서, (a) 컴퓨팅 장치가, (i-1) 특정 위치에서의 적어도 하나의 과거시점인 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 기상 데이터를 획득하고, 상기 tp 과거 기상 데이터를 기상모델(WRF, Weather Research and Forecasting)에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tp로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tp+k 과거 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tp+k 과거 가공데이터를 대기질모델(CMAQ, Community Multiscale Air Quality)에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 출력하도록 하고, (i-2) 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출하는 프로세스; 및 (ii-1) 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 대기질 관측데이터 - 상기 tp 과거 대기질 관측 데이터는 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득된 대기질 관측데이터를 포함함 - 를 획득하고, (ii-2) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터를 참조하여 관측 오차 공분산을 산출하는 프로세스;를 수행하는 단계; (b) 상기 컴퓨팅 장치가, (i) 상기 특정 위치에서 현재시점인 tc와 인접한 과거시점이면서 상기 tp+k 과거시점보다 미래시점인 ti 과거시점에 대응되는 ti 과거 기상 데이터를 획득하고, (ii) 상기 ti 과거 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, (iii) 상기 ti+k 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 ti+k 가공데이터를 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 대기질 예측데이터를 출력하도록 하는 단계; (c) 상기 컴퓨팅 장치가, (i) 상기 tc에 대응되는 현재 대기질 관측데이터를 획득하고, 상기 ti+k 대기질 예측데이터 중 상기 tc에 대응되는 tc 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로서 결정한 후, 상기 자료동화 전 모델 초기장, 상기 현재 대기질 관측데이터, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 프로세스; 및 (ii) 상기 특정 위치에서 상기 tc에 대응되는 현재 기상 데이터를 획득하고, 상기 현재 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tc로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tc+k 미래시점에 대응되는 적어도 하나의 tc+k 미래 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tc+k 미래 가공데이터를 획득하는 프로세스;를 수행하는 단계; 및 (d) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 tc+k 미래 가공데이터 및 상기 자료동화 후 모델 초기장을 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tc+k 미래시점에서의 모델 예측장을 출력하도록 하는 단계;를 포함하는 방법 및 이를 이용한 컴퓨팅 장치가 제공된다.In the method of predicting air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model, (a) a computing device, (i-1) at least one past point in time at a specific location Obtain t p past weather data corresponding to the past time point t p , input the t p past weather data into a weather model (WRF, Weather Research and Forecasting), and allow the weather model to to output at least one t p+k past weather forecast data corresponding to at least one t p+k past point in time, and at least one t p+k past weather forecast data that is a processed value of the t p+k past weather forecast data. Input the processed data into an air quality model (CMAQ, Community Multiscale Air Quality) to cause the air quality model to output at least one t p+k past air quality forecast data corresponding to the t p+ k past time, (i-2) a process of calculating background error covariance of the air quality model with reference to the t p+k past air quality prediction data; and (ii-1) t p past air quality observation data corresponding to the t p past time at the specific location - the t p past air quality observation data includes air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites. Includes - obtaining and performing (ii-2) a process of calculating observation error covariance with reference to the t p past air quality observation data; (b) The computing device (i) acquires past weather data t i corresponding to the past time t i, which is a past time point adjacent to the current time t c at the specific location and is a future time point than the t p+k past time point. and (ii) inputting the t i past weather data into the weather model to cause the weather model to output at least one t i+k weather prediction data, and (iii) the t i+k weather prediction data. Inputting at least one t i+k processed data, which is a processed value, into the air quality model to cause the air quality model to output at least one t i+k air quality prediction data; (c) The computing device, (i) acquires current air quality observation data corresponding to t c , and provides t c air quality prediction data corresponding to t c among the t i+k air quality prediction data. After determining the model initial field before data assimilation, calculating the model initial field after data assimilation with reference to the model initial field before data assimilation, the current air quality observation data, the observation error covariance, and the background error covariance; and (ii) acquiring current weather data corresponding to t c at the specific location, and inputting the current weather data into the weather model to cause the weather model to detect at least one t that is after a preset time from t c . To output at least one t c+k future weather forecast data corresponding to a c+k future point in time, and to obtain at least one t c+k future processed data that is a processed value of the t c+k future weather forecast data. performing a process; and (d) the computing device inputs the t c + k future processed data and the initial model length after data assimilation into the air quality model to enable the air quality model to predict the model at the t c + k future time point. A method including a step of outputting a sheet and a computing device using the same are provided.

Description

지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 방법 및 이를 이용한 컴퓨팅 장치{METHOD FOR PREDICTING AIR POLLUTION BY APPLYING AIR QUALITY OBSERVATION DATA OBTAINED FROM AT LEAST SOME OF THE GROUND AND SATELLITES TO AN AIR QUALITY MODEL AND COMPUTING DEVICE USING THE SAME}Method for predicting air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model and computing device using the same {METHOD FOR PREDICTING AIR POLLUTION BY APPLYING AIR QUALITY OBSERVATION DATA OBTAINED FROM AT LEAST SOME OF THE GROUND AND SATELLITES TO AN AIR QUALITY MODEL AND COMPUTING DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 방법 및 이를 이용한 컴퓨팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지상관측소로부터 획득되는 미세먼지 관측데이터 및 인공위성으로부터 획득되는 AOD 관측데이터 중 적어도 일부를 이용하여 대기질 예측데이터를 보정하고, 이를 대기질모델에 적용함으로써 대기 오염물질의 예측 정확도를 높이기 위한 방법 및 이를 이용한 컴퓨팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model, and a computing device using the same. More specifically, it relates to fine dust obtained from ground observation stations. It relates to a method for improving the prediction accuracy of air pollutants by correcting air quality prediction data using at least some of the observation data and AOD observation data obtained from satellites and applying it to an air quality model, and a computing device using the same.

대기오염은 공장과 자동차의 연소 과정에서 생성되는 매연, 황사, 쓰레기 소각, 음식물 조리 등의 인위적인 요인 및 모래바람, 화산재, 산불 등의 자연적인 요인을 포함하고 있으며, 이러한 대기오염에 의해 인적 및 물적으로 상당한 피해가 발생되므로, 대기 오염물질의 현황 정보와 예측 정보에 대해 높은 정확도가 요구되고 있다.Air pollution includes artificial factors such as smoke generated during the combustion process of factories and automobiles, yellow dust, waste incineration, and food cooking, as well as natural factors such as sandstorms, volcanic ash, and forest fires. This air pollution causes human and material damage. Because significant damage occurs, high accuracy is required for current status and forecast information on air pollutants.

종래에는, 국내외에서 지상 관측소 및 인공위성 각각으로부터 획득되는 관측데이터를 통해 대기 오염물질의 현황 정보를 확인하고, 기상모델과 대기질모델을 결합한 다양한 수치해석 모델(가령, WRF/CMAQ, WRF-Chem 등)을 활용하여 대기 오염물질을 예측하였다.Conventionally, information on the status of air pollutants is confirmed through observation data acquired from ground observatories and satellites at home and abroad, and various numerical analysis models (e.g., WRF/CMAQ, WRF-Chem, etc.) that combine meteorological models and air quality models are used. ) was used to predict air pollutants.

또한, 대기 오염물질에 대한 예측과 관련하여 예측 성능을 개선하기 위한 시도로서, 수치해석 모델 자체의 물리화학 모수화를 개선하는 방법과 자료동화 방법이 있으며, 이 중 자료동화 방법이 모수화 개선 방법에 비해 짧은 시간 내에 예측 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있어 널리 사용되고 있다.In addition, in an attempt to improve prediction performance in relation to predictions of air pollutants, there are a method of improving the physical and chemical parameterization of the numerical analysis model itself and a data assimilation method. Among these, the data assimilation method is better than the parameterization improvement method. It is widely used because it has the advantage of improving prediction performance in a short period of time.

종래에, 자료동화 기법을 활용한 예측성능을 개선한 기술과 관련하여, 천리안위성에 탑재된 정지궤도 해색센서(GOCI, Geostationary Ocean Color Imager)로부터 획득된 에어로졸 광학 두께(AOD, Aerosol Optical Depth)를 이용하여 자료동화 한 후, 이를 대기질모델(CMAQ, Community Multiscale Air Quality)에 입력하여 국가간(가령, 중국-한국) 입자상 대기 오염물질의 수송 여부를 평가 분석한 사례가 존재하였다.Previously, in relation to technology that improved prediction performance using data assimilation techniques, the aerosol optical depth (AOD) obtained from the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) mounted on the Cheollian satellite was used. There was a case where the data was assimilated and input into an air quality model (CMAQ, Community Multiscale Air Quality) to evaluate and analyze the transport of particulate air pollutants between countries (e.g., China-Korea).

그러나, 상기의 사례에서는 인공위성에 탑재된 센서로부터 구름에 의한 차폐로 인해 관측데이터가 획득되지 않는 시간대에서는 자료동화를 통한 보정이 불가능하다는 문제점이 존재하였다.However, in the above case, there was a problem in that correction through data assimilation was not possible in times when observation data could not be obtained from the sensor mounted on the satellite due to occlusion by clouds.

따라서, 상기 문제점들을 해결하기 위한 개선 방안이 요구되는 실정이다.Therefore, improvement measures to solve the above problems are required.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems.

또한, 본 발명은, 기상 데이터를 현업대기질예보모델(WRF/CMAQ)에 입력하여, 현업대기질예보모델로부터 출력되는 기상 예측데이터 및 대기질 예측데이터 각각을 참조하여 현업대기질예보모델의 배경 오차 공분산을 산출하고, 인공위성으로부터 획득되는 AOD 관측데이터와 지상관측소로부터 획득되는 미세먼지 관측데이터 각각에 대한 전처리를 수행한 후, AOD 관측데이터 및 미세먼지 관측데이터 각각을 이용하여 관측 오차 공분산을 산출하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention inputs meteorological data into a current air quality forecast model (WRF/CMAQ) and refers to the weather forecast data and air quality forecast data output from the current air quality forecast model, respectively, to provide a background for the current air quality forecast model. After calculating the error covariance and performing preprocessing on each of the AOD observation data obtained from a satellite and the fine dust observation data obtained from a ground observatory, the observation error covariance is calculated using each of the AOD observation data and fine dust observation data. for a different purpose.

또한, 본 발명은, 현재 시점과 인접한 과거 시점에서 현재 시점의 대기질을 예측한 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로 결정한 후, 현재 시점에서 획득된 대기질 관측데이터, 자료동화 전 모델 초기장, 관측 오차 공분산, 대기질모델의 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 자료동화 후 모델 초기장을 대기질모델에 입력하여 보정함으로써 대기 오염물질의 예측 성능을 향상시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention determines the air quality forecast data, which predicts the air quality at the current time at a past time adjacent to the current time, as the initial field of the model before data assimilation, and then uses the air quality observation data acquired at the current time, and the model before data assimilation. Calculate the model initial field after data assimilation by referring to the initial field, observation error covariance, and background error covariance of the air quality model, and improve the prediction performance of air pollutants by inputting the model initial field into the air quality model and correcting it after data assimilation. It serves another purpose.

또한, 본 발명은, 특정 위치에서의 지상관측소로부터 획득되는 미세먼지 관측데이터 및 인공위성으로부터 획득되는 AOD 관측데이터 중 획득 가능한 관측데이터를 확인하고, 이를 반영하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention identifies observable observation data among fine dust observation data obtained from a ground observatory at a specific location and AOD observation data obtained from a satellite, and reflects this to calculate the model initial field after data assimilation. It is for a different purpose.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.The characteristic configuration of the present invention for achieving the purpose of the present invention as described above and realizing the characteristic effects of the present invention described later is as follows.

본 발명의 일 태양에 따르면, 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 방법에 있어서, (a) 컴퓨팅 장치가, (i-1) 특정 위치에서의 적어도 하나의 과거시점인 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 기상 데이터를 획득하고, 상기 tp 과거 기상 데이터를 기상모델(WRF, Weather Research and Forecasting)에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tp로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tp+k 과거 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tp+k 과거 가공데이터를 대기질모델(CMAQ, Community Multiscale Air Quality)에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 출력하도록 하고, (i-2) 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출하는 프로세스; 및 (ii-1) 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 대기질 관측데이터 - 상기 tp 과거 대기질 관측 데이터는 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득된 대기질 관측데이터를 포함함 - 를 획득하고, (ii-2) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터를 참조하여 관측 오차 공분산을 산출하는 프로세스;를 수행하는 단계; (b) 상기 컴퓨팅 장치가, (i) 상기 특정 위치에서 현재시점인 tc와 인접한 과거시점이면서 상기 tp+k 과거시점보다 미래시점인 ti 과거시점에 대응되는 ti 과거 기상 데이터를 획득하고, (ii) 상기 ti 과거 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, (iii) 상기 ti+k 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 ti+k 가공데이터를 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 대기질 예측데이터를 출력하도록 하는 단계; (c) 상기 컴퓨팅 장치가, (i) 상기 tc에 대응되는 현재 대기질 관측데이터를 획득하고, 상기 ti+k 대기질 예측데이터 중 상기 tc에 대응되는 tc 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로서 결정한 후, 상기 자료동화 전 모델 초기장, 상기 현재 대기질 관측데이터, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 프로세스; 및 (ii) 상기 특정 위치에서 상기 tc에 대응되는 현재 기상 데이터를 획득하고, 상기 현재 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tc로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tc+k 미래시점에 대응되는 적어도 하나의 tc+k 미래 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tc+k 미래 가공데이터를 획득하는 프로세스;를 수행하는 단계; 및 (d) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 tc+k 미래 가공데이터 및 상기 자료동화 후 모델 초기장을 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tc+k 미래시점에서의 모델 예측장을 출력하도록 하는 단계;를 포함하는 방법이 개시된다.According to one aspect of the present invention, in the method of predicting air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and artificial satellites to an air quality model, (a) a computing device, (i-1) specifies Obtain t p past weather data corresponding to at least one past time point in the location, t p past time, and input the t p past weather data into a weather model (WRF, Weather Research and Forecasting) to create the weather model. To output at least one t p+k past weather forecast data corresponding to at least one t p+k past time point after a preset time from t p , and a value obtained by processing the t p+k past weather forecast data. At least one t p+k past processed data is input into an air quality model (CMAQ, Community Multiscale Air Quality) to cause the air quality model to generate at least one t p+k past air quality corresponding to the t p + k past time point. A process of outputting quality prediction data and (i-2) calculating background error covariance of the air quality model with reference to the t p+k past air quality prediction data; and (ii-1) t p past air quality observation data corresponding to the t p past time at the specific location - the t p past air quality observation data includes air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites. Includes - obtaining and performing (ii-2) a process of calculating observation error covariance with reference to the t p past air quality observation data; (b) The computing device (i) acquires past weather data t i corresponding to the past time t i, which is a past time point adjacent to the current time t c at the specific location and is a future time point than the t p+k past time point. and (ii) inputting the t i past weather data into the weather model to cause the weather model to output at least one t i+k weather prediction data, and (iii) the t i+k weather prediction data. Inputting at least one t i+k processed data, which is a processed value, into the air quality model to cause the air quality model to output at least one t i+k air quality prediction data; (c) The computing device, (i) acquires current air quality observation data corresponding to t c , and provides t c air quality prediction data corresponding to t c among the t i+k air quality prediction data. After determining the model initial field before data assimilation, calculating the model initial field after data assimilation with reference to the model initial field before data assimilation, the current air quality observation data, the observation error covariance, and the background error covariance; and (ii) acquiring current weather data corresponding to t c at the specific location, and inputting the current weather data into the weather model to cause the weather model to detect at least one t that is after a preset time from t c . To output at least one t c+k future weather forecast data corresponding to a c+k future point in time, and to obtain at least one t c+k future processed data that is a processed value of the t c+k future weather forecast data. performing a process; and (d) the computing device inputs the t c + k future processed data and the initial model length after data assimilation into the air quality model to enable the air quality model to predict the model at the t c + k future time point. A method including a step of outputting a sheet is disclosed.

일례로서, 상기 (c) 단계에서, 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 자료동화 전 모델 초기장을 관측 공간으로 변환시키기 위한 연산자인 관측 연산자, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위한 최적 가중치를 결정하며, 상기 현재 대기질 관측데이터와, 상기 자료동화 전 모델 초기장에 상기 관측 연산자를 적용하여 상기 특정 위치로 내삽한 모델 배경장의 차이인, 관측증분에 상기 최적 가중치를 적용한 후, 이를 상기 자료동화 전 모델 초기장에 합산함으로써, 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, in step (c), the computing device refers to an observation operator, which is an operator for converting the model initial field before the data assimilation into an observation space, the observation error covariance, and the background error covariance after the data assimilation. Determine the optimal weight for calculating the model initial field, and determine the observation increment, which is the difference between the current air quality observation data and the model background field interpolated to the specific location by applying the observation operator to the model initial field before data assimilation. A method is disclosed wherein the initial length of the model after the data assimilation is calculated by applying the optimal weight and adding it to the initial length of the model before the data assimilation.

일례로서, 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 현재 대기질 관측데이터로서, (i) 지상 대기질 관측데이터 및 인공위성 대기질 관측데이터가 있는 것으로 판단되면, 행성경계층(PBL, Planetary Boundary Layer)에서는 상기 지상 대기질 관측데이터에 포함된 미세먼지 관측데이터를 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 상기 행성경계층보다 상부층에서는 상기 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 AOD(Aerosol Optical Depth) 관측데이터를 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하며, (ii) 상기 지상 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 상기 지상 대기질 관측데이터에 포함된 상기 미세먼지 관측데이터를 참조하여 상기 행성경계층에서의 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, (iii) 상기 인공위성 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 상기 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 상기 AOD 관측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 모든층에서의 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, if the computing device determines that, as the current air quality observation data, there is (i) ground air quality observation data and satellite air quality observation data, the ground air quality is determined in a planetary boundary layer (PBL). The model initial field is calculated after the data assimilation by referring to the fine dust observation data included in the observation data, and in layers above the planetary boundary layer, the above is referred to the AOD (Aerosol Optical Depth) observation data included in the satellite air quality observation data. After data assimilation, the model initial field is calculated, and (ii) if it is determined that only the ground air quality observation data exists, the data in the planetary boundary layer is referred to the fine dust observation data included in the ground air quality observation data. After assimilation, the model initial field is calculated, and (iii) if it is determined that only the satellite air quality observation data exists, the AOD observation data included in the satellite air quality observation data is referred to in all layers of the air quality model. A method is disclosed, characterized in that the model initial length is calculated after the data assimilation.

일례로서, 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 현재 대기질 관측데이터로서 상기 지상 대기질 관측데이터 및 상기 인공위성 대기질 관측데이터가 확인되는 경우, (i) 상기 행성경계층에서는, 미세먼지 데이터에 대한 상기 자료동화 전 모델 초기장 대비 상기 자료동화 후 모델 초기장의 비율을 참조하여 에어로졸 성분데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 상기 에어로졸 성분데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 참조하여 상기 미세먼지 데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장으로 변환하며, (ii) 상기 행성경계층보다 상부층에서는, 상기 현재 대기질 관측데이터를, 상기 인공위성 대기질 관측데이터와, 상기 행성경계층에서의 상기 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장의 차이로 대체하여 상기 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, when the computing device confirms the ground air quality observation data and the satellite air quality observation data as the current air quality observation data, (i) in the planetary boundary layer, before the data assimilation for fine dust data The model initial field after the data assimilation for the aerosol component data is calculated by referring to the ratio of the model initial field after the data assimilation to the model initial field, and the fine dust is calculated with reference to the model initial field after the data assimilation for the aerosol component data. Converting the model initial field after the data assimilation for the data into the model initial field after the data assimilation for the AOD, (ii) in a layer above the planetary boundary layer, the current air quality observation data is combined with the satellite air quality observation data , a method is disclosed, characterized in that the model initial field after the data assimilation for the AOD is calculated by replacing the difference in the model initial field after the data assimilation for the AOD in the planetary boundary layer.

일례로서, 상기 (a) 단계에서, 상기 컴퓨팅 장치가, (i) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터가 제1 지상관측소로부터 획득되는 지상 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 관측기기에 내재된 제1 오차 및 상기 관측기기를 이용한 설정 방식의 차이에 의해 발생되는 제2 오차 중 적어도 일부를 포함하는 측정 오차와, 상기 tp 과거 대기질 관측데이터 및 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터의 해상도와 규모의 차이에 의해 발생되는 대표 오차를 각각 산출하고, 상기 측정 오차 및 상기 대표 오차를 이용하여 상기 지상 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차를 산출하며, 상기 관측 오차 및 상기 관측 오차의 평균을 참조하여 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 상기 관측 오차 공분산을 산출하고, (ii) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터가 인공위성으로부터 획득되는 인공위성 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 따른 AOD의 크기별로, 제2 지상관측소로부터 획득된 지상 AOD 및 상기 인공위성으로부터 획득된 위성 AOD의 차이를 이용하여 절대 오차를 산출하며, 상기 절대 오차 및 상기 절대 오차의 평균을 참조하여 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 상기 관측 오차 공분산을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, in step (a), the computing device, (i) if the t p past air quality observation data corresponds to ground air quality observation data acquired from a first ground observation station, 1 Measurement error including at least some of the error and the second error caused by differences in the setting method using the observation device, and the resolution of the t p past air quality observation data and the t p + k past air quality prediction data Calculate the representative error caused by the difference in scale, calculate the observation error for the ground air quality observation data using the measurement error and the representative error, and refer to the observation error and the average of the observation error. Calculate the observation error covariance for the t p past air quality observation data, and (ii) if the t p past air quality observation data corresponds to satellite air quality observation data acquired from a satellite, the t p past air quality For each size of AOD according to quality observation data, the absolute error is calculated using the difference between the ground AOD obtained from the second ground observatory and the satellite AOD obtained from the satellite, with reference to the absolute error and the average of the absolute errors. A method for calculating the observation error covariance for the t p past air quality observation data is disclosed.

일례로서, 상기 (a) 단계에서, 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터 및 상기 tp+k 과거시점과 인접한 과거시점인 tp+k-n 과거시점 - 상기 n은 양수임 - 에 대응되는 적어도 하나의 tp+k-n 과거 대기질 예측데이터와의 차이를 상기 대기질모델의 배경 오차로서 추정함으로써 상기 대기질모델에 대한 상기 배경 오차 공분산을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, in step (a), the computing device uses the t p+k past air quality prediction data and the t p+k past time point adjacent to the t p+k past time point - where n is a positive number. - A method is disclosed, characterized in that calculating the background error covariance for the air quality model by estimating the difference with at least one t p + kn past air quality prediction data corresponding to as the background error of the air quality model. do.

일례로서, 상기 (a) 단계에서, 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대해, 상기 특정 위치를 중심으로 하는 영향반경 이내의 복수의 관측 지점에서 기측정된 대기질 관측데이터들의 평균값과 비교하여 기설정된 임계치 이상인 경우에 노이즈로 판단하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, in step (a), the computing device measures previously measured data at a plurality of observation points within a radius of influence centered on the specific location, with respect to the t p past air quality observation data at the specific location. A method is disclosed that is characterized in that it compares the average value of air quality observation data and determines it as noise when it is greater than a preset threshold.

일례로서, 상기 (b) 단계에서, 상기 컴퓨팅 장치가, ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)를 통해 시뮬레이션된 상기 ti 과거시점에서의 기상 예측데이터를 상기 ti 과거 기상 데이터로서 획득하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, in step (b), the computing device acquires weather forecast data at the past time t i simulated through ECMWF (European Center for Medium-Range Weather Forecasts) as the past weather data t i . A method characterized by this is disclosed.

일례로서, 상기 (c) 단계에서, 상기 컴퓨팅 장치가, ECMWF를 통해 시뮬레이션된 상기 tc에서의 기상 예측데이터를 상기 현재 기상 데이터로서 획득하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, in step (c), a method is disclosed wherein the computing device acquires weather prediction data at t c simulated through ECMWF as the current weather data.

일례로서, 상기 (b) 단계에서, 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 ti+k 기상 예측데이터를 상기 대기질모델 및 배출량모델(MEGAN/SMOKE)에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP(Meteorology Chemistry Interface Processor)에 입력하여 상기 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 ti+k 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, 상기 ti+k 기상 전처리 데이터를 상기 배출량모델에 입력하여 상기 배출량모델로 하여금 ti+k 배출량 데이터를 출력하도록 하며, 상기 ti+k 기상 전처리 데이터 및 상기 ti+k 배출량 데이터를 상기 ti+k 가공데이터로서 상기 대기질모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, in step (b), the computing device uses a Meteorology Chemistry Interface (MCIP) to process the t i+k weather forecast data into a data format that can be input to the air quality model and emissions model (MEGAN/SMOKE). Processor) to cause the MCIP to output t i+k weather preprocessing data by adjusting the domain, and input the t i+k weather preprocessing data to the emissions model to generate t i+k emissions from the emissions model. A method is disclosed that outputs data and inputs the t i+k meteorological preprocessing data and the t i+k emission data into the air quality model as the t i +k processed data.

일례로서, 상기 (c) 단계에서, 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 상기 대기질모델 및 배출량모델에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP에 입력하여 상기 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, 상기 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 상기 배출량모델에 입력하여 상기 배출량모델로 하여금 tc+k 미래 배출량 데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 전처리 데이터 및 tc+k 미래 배출량 데이터를 상기 tc+k 미래 가공데이터로서 상기 대기질모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.As an example, in step (c), the computing device inputs the t c + k future weather prediction data into MCIP for processing into a data form that can be input to the air quality model and emission model to cause the MCIP to enter the domain By adjusting t c + k future weather preprocessing data to be output, and inputting the t c + k future weather preprocessing data into the emission model to cause the emission model to output t c + k future emission data, A method is disclosed, characterized in that inputting t c+k future weather preprocessing data and t c+k future emissions data into the air quality model as the t c+k future processed data.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 컴퓨팅 장치에 있어서, 인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및 상기 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서가, (I) (i-1) 특정 위치에서의 적어도 하나의 과거시점인 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 기상 데이터를 획득하고, 상기 tp 과거 기상 데이터를 기상모델(WRF, Weather Research and Forecasting)에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tp로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tp+k 과거 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tp+k 과거 가공데이터를 대기질모델(CMAQ, Community Multiscale Air Quality)에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 출력하도록 하고, (i-2) 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출하는 서브 프로세스; 및 (ii-1) 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 대기질 관측데이터 - 상기 tp 과거 대기질 관측 데이터는 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득된 대기질 관측데이터를 포함함 - 를 획득하고, (ii-2) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터를 참조하여 관측 오차 공분산을 산출하는 서브 프로세스;를 수행하는 프로세스; (II) (i) 상기 특정 위치에서 현재시점인 tc와 인접한 과거시점이면서 상기 tp+k 과거시점보다 미래시점인 ti 과거시점에 대응되는 ti 과거 기상 데이터를 획득하고, (ii) 상기 ti 과거 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, (iii) 상기 ti+k 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 ti+k 가공데이터를 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 대기질 예측데이터를 출력하도록 하는 프로세스; (III) (i) 상기 tc에 대응되는 현재 대기질 관측데이터를 획득하고, 상기 ti+k 대기질 예측데이터 중 상기 tc에 대응되는 tc 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로서 결정한 후, 상기 자료동화 전 모델 초기장, 상기 현재 대기질 관측데이터, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 서브 프로세스; 및 (ii) 상기 특정 위치에서 상기 tc에 대응되는 현재 기상 데이터를 획득하고, 상기 현재 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tc로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tc+k 미래시점에 대응되는 적어도 하나의 tc+k 미래 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tc+k 미래 가공데이터를 획득하는 서브 프로세스;를 수행하는 프로세스; 및 (IV) 상기 tc+k 미래 가공데이터 및 상기 자료동화 후 모델 초기장을 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tc+k 미래시점에서의 모델 예측장을 출력하도록 하는 프로세스;를 수행하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.According to another aspect of the present invention, a computing device for predicting air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model, comprising: at least one memory storing instructions; and at least one processor configured to execute the instructions, wherein the processor: (I) (i-1) t p past weather data corresponding to at least one past time t p at a specific location; Obtain and input the t p past weather data into a weather model (WRF, Weather Research and Forecasting) to cause the weather model to correspond to at least one t p + k past time point after a preset time from t p . At least one t p+k past weather forecast data is output, and at least one t p+k past processed data, which is a processed value of the t p+k past weather forecast data, is output to an air quality model (CMAQ, Community Multiscale Air Quality ) to cause the air quality model to output at least one t p+ k past air quality forecast data corresponding to the t p+ k past time, and (i-2) the t p+k past air quality A sub-process for calculating background error covariance of the air quality model with reference to predicted data; and (ii-1) t p past air quality observation data corresponding to the t p past time at the specific location - the t p past air quality observation data includes air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites. Includes - a process of obtaining and performing (ii-2) a subprocess of calculating observation error covariance with reference to the t p past air quality observation data; (II) (i) Obtain past weather data t i corresponding to the past time t i , which is a past time point adjacent to the current time t c at the specific location and is a time future than the past time point t p+k , (ii) Input the t i past weather data into the weather model to cause the weather model to output at least one t i+k weather forecast data, and (iii) at least one value that is a processed value of the t i+k weather forecast data. A process of inputting t i+k processed data to the air quality model to cause the air quality model to output at least one t i+k air quality prediction data; (III) (i) Obtain the current air quality observation data corresponding to t c , and use the t c air quality prediction data corresponding to t c among the t i+k air quality prediction data as the initial model before data assimilation. After determining as, a sub-process of calculating the model initial length after data assimilation with reference to the model initial length before data assimilation, the current air quality observation data, the observation error covariance, and the background error covariance; and (ii) acquiring current weather data corresponding to t c at the specific location, and inputting the current weather data into the weather model to cause the weather model to detect at least one t that is after a preset time from t c . To output at least one t c+k future weather forecast data corresponding to a c+k future point in time, and to obtain at least one t c+k future processed data that is a processed value of the t c+k future weather forecast data. a process that performs a subprocess; and (IV) inputting the t c + k future processed data and the model initial field after data assimilation into the air quality model to cause the air quality model to output a model prediction field at the t c + k future time point. A computing device that performs a process is disclosed.

일례로서, 상기 (III) 프로세스에서, 상기 프로세서가, 상기 자료동화 전 모델 초기장을 관측 공간으로 변환시키기 위한 연산자인 관측 연산자, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위한 최적 가중치를 결정하며, 상기 현재 대기질 관측데이터와, 상기 자료동화 전 모델 초기장에 상기 관측 연산자를 적용하여 상기 특정 위치로 내삽한 모델 배경장의 차이인, 관측증분에 상기 최적 가중치를 적용한 후, 이를 상기 자료동화 전 모델 초기장에 합산함으로써, 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, in the process (III), the processor refers to an observation operator, which is an operator for converting the initial field of the model before the data assimilation into an observation space, the observation error covariance, and the background error covariance, and the model after the data assimilation. Determine the optimal weight for calculating the initial field, and calculate the observation increment, which is the difference between the current air quality observation data and the model background field interpolated to the specific location by applying the observation operator to the model initial field before data assimilation. A computing device is disclosed, which calculates the model initial length after data assimilation by applying optimal weights and adding them to the initial length of the model before data assimilation.

일례로서, 상기 프로세서가, 상기 현재 대기질 관측데이터로서, (i) 지상 대기질 관측데이터 및 인공위성 대기질 관측데이터가 있는 것으로 판단되면, 행성경계층(PBL, Planetary Boundary Layer)에서는 상기 지상 대기질 관측데이터에 포함된 미세먼지 관측데이터를 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 상기 행성경계층보다 상부층에서는 상기 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 AOD(Aerosol Optical Depth) 관측데이터를 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하며, (ii) 상기 지상 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 상기 지상 대기질 관측데이터에 포함된 상기 미세먼지 관측데이터를 참조하여 상기 행성경계층에서의 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, (iii) 상기 인공위성 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 상기 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 상기 AOD 관측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 모든층에서의 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, if the processor determines that, as the current air quality observation data, (i) there is ground air quality observation data and satellite air quality observation data, the ground air quality is observed in a planetary boundary layer (PBL) The model initial field is calculated after the data assimilation by referring to the fine dust observation data included in the data, and in layers above the planetary boundary layer, the above data is referred to the AOD (Aerosol Optical Depth) observation data included in the satellite air quality observation data. After assimilation, the model initial field is calculated, and (ii) if it is determined that only the ground air quality observation data exists, the data assimilation in the planetary boundary layer is performed by referring to the fine dust observation data included in the ground air quality observation data. After calculating the model initial field, (iii) if it is determined that only the satellite air quality observation data exists, the AOD observation data included in the satellite air quality observation data is referred to in all layers of the air quality model. A computing device is disclosed, which is characterized in that it calculates the model initial field after data assimilation.

일례로서, 상기 프로세서가, 상기 현재 대기질 관측데이터로서 상기 지상 대기질 관측데이터 및 상기 인공위성 대기질 관측데이터가 확인되는 경우, (i) 상기 행성경계층에서는, 미세먼지 데이터에 대한 상기 자료동화 전 모델 초기장 대비 상기 자료동화 후 모델 초기장의 비율을 참조하여 에어로졸 성분데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 상기 에어로졸 성분데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 참조하여 상기 미세먼지 데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장으로 변환하며, (ii) 상기 행성경계층보다 상부층에서는, 상기 현재 대기질 관측데이터를, 상기 인공위성 대기질 관측데이터와, 상기 행성경계층에서의 상기 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장의 차이로 대체하여 상기 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, when the processor confirms the ground air quality observation data and the satellite air quality observation data as the current air quality observation data, (i) in the planetary boundary layer, the model before the data assimilation for fine dust data The model initial field after the data assimilation for the aerosol component data is calculated by referring to the ratio of the model initial field after the data assimilation to the initial field, and the fine dust data is calculated with reference to the model initial field after the data assimilation for the aerosol component data. Converting the model initial field after the data assimilation for AOD to the model initial field after the data assimilation for AOD, (ii) in a layer above the planetary boundary layer, the current air quality observation data, the satellite air quality observation data, A computing device is disclosed, wherein the model initial field after the data assimilation for the AOD is calculated by substituting the difference in the model initial field after the data assimilation for the AOD in the planetary boundary layer.

일례로서, 상기 (I) 프로세스에서, 상기 프로세서가, (i) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터가 제1 지상관측소로부터 획득되는 지상 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 관측기기에 내재된 제1 오차 및 상기 관측기기를 이용한 설정 방식의 차이에 의해 발생되는 제2 오차 중 적어도 일부를 포함하는 측정 오차와, 상기 tp 과거 대기질 관측데이터 및 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터의 해상도와 규모의 차이에 의해 발생되는 대표 오차를 각각 산출하고, 상기 측정 오차 및 상기 대표 오차를 이용하여 상기 지상 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차를 산출하며, 상기 관측 오차 및 상기 관측 오차의 평균을 참조하여 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 상기 관측 오차 공분산을 산출하고, (ii) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터가 인공위성으로부터 획득되는 인공위성 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 따른 AOD의 크기별로, 제2 지상관측소로부터 획득된 지상 AOD 및 상기 인공위성으로부터 획득된 위성 AOD의 차이를 이용하여 절대 오차를 산출하며, 상기 절대 오차 및 상기 절대 오차의 평균을 참조하여 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 상기 관측 오차 공분산을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, in the process (I), the processor: (i) If the t p past air quality observation data corresponds to ground air quality observation data acquired from a first ground observation station, the first air quality observation data embedded in the observation device Measurement error including at least some of the error and the second error caused by differences in the setting method using the observation device, the resolution of the t p past air quality observation data and the t p + k past air quality prediction data, and Calculate representative errors caused by differences in scale, calculate observation errors for the ground air quality observation data using the measurement errors and representative errors, and refer to the observation errors and the average of the observation errors. Calculate the observation error covariance for the t p past air quality observation data, and (ii) if the t p past air quality observation data corresponds to satellite air quality observation data acquired from a satellite, the t p past air quality For each size of AOD according to observation data, an absolute error is calculated using the difference between the ground AOD obtained from the second ground observatory and the satellite AOD obtained from the satellite, and the absolute error and the average of the absolute errors are referred to. t p A computing device that calculates the observation error covariance for past air quality observation data is disclosed.

일례로서, 상기 (I) 프로세스에서, 상기 프로세서가, 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터 및 상기 tp+k 과거시점과 인접한 과거시점인 tp+k-n 과거시점 - 상기 n은 양수임 - 에 대응되는 적어도 하나의 tp+k-n 과거 대기질 예측데이터와의 차이를 상기 대기질모델의 배경 오차로서 추정함으로써 상기 배경 오차 공분산을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, in the process (I), the processor processes the t p+k past air quality prediction data and the t p+k past time point adjacent to the t p+k past time point - where n is a positive number - A computing device is disclosed, which calculates the background error covariance by estimating the difference with at least one t p + kn past air quality prediction data corresponding to as the background error of the air quality model.

일례로서, 상기 (I) 프로세스에서, 상기 프로세서가, 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대해, 상기 특정 위치를 중심으로 하는 영향반경 이내의 복수의 관측 지점에서 기측정된 대기질 관측데이터들의 평균값과 비교하여 기설정된 임계치 이상인 경우에 노이즈로 판단하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, in the process (I), the processor measures the air quality at a plurality of observation points within a radius of influence centered on the specific location, with respect to the t p past air quality observation data at the specific location. A computing device is disclosed, which is characterized in that it compares the average value of quality observation data and determines it as noise when it is greater than a preset threshold.

일례로서, 상기 프로세서가, ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)를 통해 시뮬레이션된 상기 ti 과거시점에서의 기상 예측데이터를 상기 ti 과거 기상 데이터로서 획득하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, a computing device is disclosed, wherein the processor acquires weather forecast data at the past time t i simulated through ECMWF (European Center for Medium-Range Weather Forecasts) as the past weather data t i . do.

일례로서, 상기 (III) 프로세스에서, 상기 프로세서가, ECMWF를 통해 시뮬레이션된 상기 tc에서의 기상 예측데이터를 상기 현재 기상 데이터로서 획득하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, in the process (III), a computing device is disclosed, wherein the processor obtains weather prediction data at t c simulated through ECMWF as the current weather data.

일례로서, 상기 (II) 프로세스에서, 상기 프로세서가, 상기 ti+k 기상 예측데이터를 상기 대기질모델 및 배출량모델(MEGAN/SMOKE)에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP(Meteorology Chemistry Interface Processor)에 입력하여 상기 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 ti+k 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, 상기 ti+k 기상 전처리 데이터를 상기 배출량모델에 입력하여 상기 배출량모델로 하여금 ti+k 배출량 데이터를 출력하도록 하며, 상기 ti+k 기상 전처리 데이터 및 상기 ti+k 배출량 데이터를 상기 ti+k 가공데이터로서 상기 대기질모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, in the process (II), the processor uses a Meteorology Chemistry Interface Processor (MCIP) to process the t i+k weather prediction data into a data form that can be input to the air quality model and emissions model (MEGAN/SMOKE). ) to cause the MCIP to output t i+k meteorological preprocessing data by adjusting the domain, and input the t i+k meteorological preprocessing data into the emission model to generate t i+k emission data. A computing device is disclosed, wherein the t i+k weather preprocessing data and the t i+k emission data are input to the air quality model as the t i+k processed data.

일례로서, 상기 (III) 프로세스에서, 상기 프로세서가, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 상기 대기질모델 및 배출량모델에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP에 입력하여 상기 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, 상기 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 상기 배출량모델에 입력하여 상기 배출량모델로 하여금 tc+k 미래 배출량 데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 전처리 데이터 및 tc+k 미래 배출량 데이터를 상기 tc+k 미래 가공데이터로서 상기 대기질모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치가 개시된다.As an example, in the process (III), the processor inputs the t c + k future weather forecast data into MCIP for processing into a data format that can be input to the air quality model and emission model to cause the MCIP to create a domain. By adjusting, t c + k future weather pre-processing data is output, and the t c + k future weather pre-processing data is input into the emission model to cause the emission model to output t c + k future emission data, and the t c + k future weather pre-processing data is input to the emission model. A computing device is disclosed, characterized in that inputting c+k future weather preprocessing data and t c+k future emissions data into the air quality model as the t c+k future processed data.

본 발명은, 기상 데이터를 현업대기질예보모델에 입력하여, 현업대기질예보모델로부터 출력되는 기상 예측데이터 및 대기질 예측데이터 각각을 참조하여 현업대기질예보모델의 배경 오차 공분산을 산출하고, 인공위성으로부터 획득되는 AOD 관측데이터와 지상관측소로부터 획득되는 미세먼지 관측데이터 각각에 대한 전처리를 수행한 후, AOD 관측데이터 및 미세먼지 관측데이터 각각을 이용하여 관측 오차 공분산을 산출하는 효과가 있다.The present invention inputs meteorological data into a current air quality forecast model, calculates the background error covariance of the current air quality forecast model by referring to each of the weather forecast data and air quality forecast data output from the current air quality forecast model, and calculates the background error covariance of the current air quality forecast model. After performing preprocessing on each of the AOD observation data obtained from and the fine dust observation data obtained from a ground observatory, the observation error covariance is calculated using each of the AOD observation data and the fine dust observation data.

또한, 본 발명은, 현재 시점과 인접한 과거 시점에서 현재 시점의 대기질을 예측한 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로 결정한 후, 현재 시점에서 획득된 대기질 관측데이터, 자료동화 전 모델 초기장, 관측 오차 공분산, 대기질모델의 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 자료동화 후 모델 초기장을 대기질모델에 입력하여 보정함으로써 대기 오염물질의 예측 성능을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the present invention determines the air quality forecast data, which predicts the air quality at the current time at a past time adjacent to the current time, as the initial field of the model before data assimilation, and then uses the air quality observation data acquired at the current time, and the model before data assimilation. Calculate the model initial field after data assimilation by referring to the initial field, observation error covariance, and background error covariance of the air quality model, and improve the prediction performance of air pollutants by inputting the model initial field into the air quality model and correcting it after data assimilation. It has an effect.

또한, 본 발명은, 특정 위치에서의 지상관측소로부터 획득되는 미세먼지 관측데이터 및 인공위성으로부터 획득되는 AOD 관측데이터 중 획득 가능한 관측데이터를 확인하고, 이를 반영하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of identifying observable observation data among fine dust observation data obtained from a ground observatory at a specific location and AOD observation data obtained from a satellite, and calculating the model initial field after data assimilation by reflecting this. there is.

본 발명의 실시예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 발명의 실시예들 중 단지 일부일 뿐이며, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 "통상의 기술자")에게 있어서는 발명적 작업이 이루어짐 없이 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 컴퓨팅 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 구조를 보다 상세히 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산과 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 자료동화 전 모델 초기장을 결정하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 자료동화 전 모델 초기장을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 이를 대기질모델에 입력하여 미래시점에서의 모델 예측장을 결정하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 모델의 배경 오차 공분산을 행렬의 형태로 산출하는 예시를 개략적으로 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 관측데이터에 대한 전처리를 수행하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 관측데이터가 인공위성으로부터 획득된 경우에 관측 오차 공분산을 산출하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이고,
도 9는 관측 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 관측데이터를 획득한 관측 지점에 따른 관측 오차 공분산을 산출한 결과 데이터의 예시를 개략적으로 도시한 것이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라, 현재 대기질 관측데이터의 존재 유무를 확인하고, 이를 반영하여 자료동화를 수행하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이고,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 자료동화 전 모델 초기장 및 자료동화 후 모델 초기장과의 차이와, 자료동화 전 모델 초기장 및 자료동화 후 모델 예측장과의 차이 각각을 비교한 결과 데이터를 개략적으로 도시한 것이다.
The following drawings attached for use in explaining embodiments of the present invention are only some of the embodiments of the present invention, and to those skilled in the art (hereinafter “those skilled in the art”), the invention Other drawings can be obtained based on these drawings without further work being done.
Figure 1 schematically shows a computing device that predicts air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model, according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the structure of a computing device according to an embodiment of the present invention in more detail,
Figure 3 schematically shows a process for calculating the observation error covariance for air quality observation data and the background error covariance of the air quality model, according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 schematically shows a process for determining the initial model length before data assimilation, according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the process of calculating the model initial length after data assimilation with reference to the model initial length before data assimilation and inputting this into the air quality model to determine the model prediction length at a future point, according to an embodiment of the present invention. It is schematically shown,
Figure 6 schematically shows an example of calculating the background error covariance of an air quality model in the form of a matrix, according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 schematically shows a process for performing preprocessing on air quality observation data, according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 schematically shows a process for calculating observation error covariance when air quality observation data is acquired from a satellite, according to an embodiment of the present invention;
Figure 9 schematically shows an example of data resulting from calculating the observation error covariance according to the observation point where air quality observation data was obtained, according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 schematically shows a process for confirming the presence or absence of current air quality observation data and performing data assimilation by reflecting this, according to an embodiment of the present invention.
11A and 11B show the difference between the model initial length before data assimilation and the model initial length after data assimilation, and the difference between the model initial length before data assimilation and the model prediction length after data assimilation, respectively, according to an embodiment of the present invention. This is a schematic illustration of the data resulting from the comparison.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.The detailed description of the present invention described below refers to the accompanying drawings, which show by way of example specific embodiments in which the present invention may be practiced to make clear the objectives, technical solutions and advantages of the present invention. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention.

또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, "포함하다"라는 단어 및 그것의 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다.Additionally, throughout the description and claims, the word “comprise” and variations thereof are not intended to exclude other technical features, attachments, components or steps. Other objects, advantages and features of the invention will appear to those skilled in the art, partly from this description and partly from practice of the invention. The examples and drawings below are provided by way of example and are not intended to limit the invention.

더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.Moreover, the present invention encompasses all possible combinations of the embodiments shown herein. It should be understood that the various embodiments of the invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert, if properly described. Similar reference numbers in the drawings refer to identical or similar functions across various aspects.

여기에 제공되는 본 발명의 제목이나 요약은 단지 편의를 위해 제공되는 것으로 이 실시 예들의 범위 또는 의미를 제한하거나 해석하지 않는다.The title or summary of the present invention provided herein is provided for convenience only and does not limit or construe the scope or meaning of these embodiments.

참고로, 아래에서 각각의 구성요소들이 단수로 기재되었다고 하더라도, 복수의 가능성을 배제하는 것은 아니다.For reference, although each component is described below in the singular, this does not exclude the possibility of plurality.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to enable those skilled in the art to easily practice the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 컴퓨팅 장치를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically illustrates a computing device that predicts air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model, according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 1을 참조하면, 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 컴퓨팅 장치(100)는 메모리(110), 프로세서(120)를 포함할 수 있다.First, referring to FIG. 1, a computing device 100 that predicts air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model includes a memory 110 and a processor 120. can do.

또한, 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 컴퓨팅 장치(100)의 메모리(110)는 프로세서(120)에 의해 수행될 인스트럭션들을 저장할 수 있는데, 구체적으로 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하기 위한 컴퓨팅 장치(100)로 하여금 특정의 방식으로 가능하게 하기 위한 목적으로 생성되는 코드로서, 컴퓨터 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장될 수 있다. 인스트럭션들은 본 발명의 명세서에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 프로세스들을 수행할 수 있다.In addition, the memory 110 of the computing device 100, which predicts air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model, can store instructions to be performed by the processor 120. Specifically, there is a code generated for the purpose of enabling the computing device 100 to predict air pollution in a specific manner by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model. As such, it may be stored in a computer-usable or computer-readable memory capable of being directed to a computer or other programmable data processing equipment. Instructions may perform processes to execute functions described in the specification of the present invention.

그리고, 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 컴퓨팅 장치(100)의 프로세서(120)는 MPU(Micro Processing Unit) 또는 CPU(Central Processing Unit), 캐쉬 메모리(Cache Memory), 데이터 버스(Data Bus) 등의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(100)는 운영체제, 특정 목적을 수행하는 애플리케이션의 소프트웨어 구성을 더 포함할 수도 있다.And, the processor 120 of the computing device 100, which predicts air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model, is an MPU (Micro Processing Unit) or CPU (Central Processing Unit). ), cache memory, and data bus. Additionally, the computing device 100 may further include an operating system and a software component of an application that performs a specific purpose.

또한, 컴퓨팅 장치(100)는 스마트폰, 태블릿, PC 등의 사용자 단말(미도시)일 수도 있고, 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하기 위한 서버일 수도 있다. 후자의 경우에는 서버가 별도의 스마트폰, 태블릿, PC 등의 사용자 단말(미도시)과 연동될 수 있다.Additionally, the computing device 100 may be a user terminal (not shown) such as a smartphone, tablet, or PC, and predicts air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model. It may be a server for that purpose. In the latter case, the server may be linked to a separate user terminal (not shown) such as a smartphone, tablet, or PC.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치의 구조를 보다 상세히 도시한 것이다.Figure 2 shows the structure of a computing device according to an embodiment of the present invention in more detail.

도 2를 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)는 앞서 말한 메모리(110), 프로세서(120) 이외에도 데이터 획득부(130), 관측 오차 공분산 산출부(140), 배경 오차 공분산 산출부(150), 대기질 자료동화부(160) 및 표출 시스템부(170)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the computing device 100 includes, in addition to the aforementioned memory 110 and processor 120, a data acquisition unit 130, an observation error covariance calculation unit 140, a background error covariance calculation unit 150, and a standby It may further include a quality data assimilation unit 160 and a presentation system unit 170.

여기서, 데이터 획득부(130), 관측 오차 공분산 산출부(140), 배경 오차 공분산 산출부(150), 대기질 자료동화부(160) 및 표출 시스템부(170) 중 적어도 일부는 프로세서(120)와 연동하여 기능을 수행할 수 있을 것인데, 가령 프로세서(120)로부터 소정의 지시를 받아 각각의 기능을 수행할 수 있을 것이다.Here, at least some of the data acquisition unit 130, observation error covariance calculation unit 140, background error covariance calculation unit 150, air quality data assimilation unit 160, and display system unit 170 are processor 120. Functions may be performed in conjunction with, for example, each function may be performed by receiving predetermined instructions from the processor 120.

이하에서는 컴퓨팅 장치(100)의 각각의 구성요소에 대해 보다 자세히 살펴보도록 한다.Below, we will look at each component of the computing device 100 in more detail.

우선, 데이터 획득부(130)는 유럽중기예보센터(ECMWF, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)의 기상모델을 통해 시뮬레이션된 기상 예측장을 획득하고, 환경위성(천리안위성 2B호)에 탑재된 환경센서인 GEMS(Geostationary Environment Monitoring Spectrometer)로부터 관측된 대기질 관측데이터로서의 AOD 관측데이터와, 한국 및 중국에 설치된 복수의 제1 지상관측소로부터 관측된 대기질 관측데이터로서의 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터를 획득할 수 있다. 이외에도, 관측 오차 공분산 산출부(140)에서 GEMS의 AOD 관측데이터를 이용하여 관측 오차 공분산을 산출하기 위해 지상에 설치된 AERONET(Aerosol Robotic Network)로부터 지상에서의 AOD 관측데이터를 획득할 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.First, the data acquisition unit 130 acquires a simulated weather forecast field through a weather model of the European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) and a weather forecast field mounted on an environmental satellite (Cheollian Satellite 2B). AOD observation data as air quality observation data observed from GEMS (Geostationary Environment Monitoring Spectrometer), an environmental sensor, and ultrafine dust (PM2.5) as air quality observation data observed from multiple first ground observation stations installed in Korea and China. Observation data can be obtained. In addition, the observation error covariance calculation unit 140 may obtain AOD observation data on the ground from AERONET (Aerosol Robotic Network) installed on the ground to calculate the observation error covariance using the AOD observation data of GEMS, but is limited to this. It's not like that.

이때, 종래에는 GOCI로부터 AOD 관측데이터를 획득하였으나, GOCI가 탑재된 기존의 천리안 위성의 임무 수행기간이 완료됨에 따라 본 발명에서는 GEMS로 대체하여 AOD 관측데이터를 획득하였으나, 당업자의 판단에 따라 GEMS 이외에도 다른 인공위성에 탑재된 AOD 관측용 센서로부터 AOD 관측데이터를 획득할 수도 있을 것이다.At this time, conventionally, AOD observation data was obtained from GOCI, but as the mission performance period of the existing Cheollian satellite equipped with GOCI was completed, in the present invention, AOD observation data was acquired by replacing it with GEMS, but according to the judgment of those skilled in the art, other than GEMS It may be possible to obtain AOD observation data from AOD observation sensors mounted on other satellites.

다음으로, 관측 오차 공분산 산출부(140)는 데이터 획득부(130)로부터 획득된 대기질 관측데이터에 대한 전처리 프로세스를 수행한 후, 제1 지상관측소로부터 획득되는 미세먼지 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산 및 인공위성 내 탑재된 센서로부터 획득되는 AOD 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산 각각을 산출할 수 있다.Next, the observation error covariance calculation unit 140 performs a preprocessing process on the air quality observation data obtained from the data acquisition unit 130, and then calculates the observation error covariance for the fine dust observation data obtained from the first ground observatory. and the observation error covariance for the AOD observation data obtained from the sensor mounted on the satellite can be calculated.

그리고, 배경 오차 공분산 산출부(150)는 데이터 획득부(130)로부터 획득된 기상데이터를 기상모델(WRF, Weather Research and Forecasting)에 입력함으로써 기상모델로부터 출력되는 기상 예측데이터를 이용하여 대기질모델(CMAQ)에 입력할 수 있도록 가공한 가공데이터를 획득하고, 가공데이터를 대기질모델에 입력함으로써 대기질모델로부터 출력되는 대기질 예측데이터를 참조하여 대기질모델에 대한 배경 오차 공분산을 산출할 수 있다.In addition, the background error covariance calculation unit 150 inputs the weather data obtained from the data acquisition unit 130 into a weather model (WRF, Weather Research and Forecasting), and uses the weather prediction data output from the weather model to model air quality. By acquiring processed data so that it can be input into (CMAQ) and inputting the processed data into the air quality model, the background error covariance for the air quality model can be calculated by referring to the air quality prediction data output from the air quality model. there is.

또한, 대기질 자료동화부(160)은 관측 오차 공분산 산출부(140)로부터 산출된 관측 오차 공분산과 자료동화를 수행하는 시점에서의 전처리된 대기질 관측데이터를 획득하고, 배경 오차 공분산 산출부(150)로부터 산출된 대기질모델의 배경 오차 공분산을 획득하며, 자료동화를 수행하는 시점으로부터 인접한 과거시점에서의 기상 데이터를 WRF/CMAQ 모델에 입력하여, WRF/CMAQ 모델로부터 출력되는 대기질 예측데이터 중 자료동화를 수행하는 시점에서의 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로 결정하여 획득하고, 자료동화를 수행하는 시점의 전처리된 대기질 관측데이터, 배경 오차 공분산, 관측 오차 공분산 및 자료동화 전 모델 초기장을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하며, 자료동화 후 모델 초기장을 대기질모델에 입력하여 대기질모델로 하여금 자료동화 후 모델 예측장을 산출하도록 할 수 있다.In addition, the air quality data assimilation unit 160 acquires the observation error covariance calculated from the observation error covariance calculation unit 140 and the preprocessed air quality observation data at the time of data assimilation, and the background error covariance calculation unit ( Obtain the background error covariance of the air quality model calculated from 150), input meteorological data from a past time point adjacent to the time of data assimilation into the WRF/CMAQ model, and air quality forecast data output from the WRF/CMAQ model. Air quality prediction data at the time of data assimilation is determined and acquired as the initial field of the model before data assimilation, and preprocessed air quality observation data, background error covariance, observation error covariance, and data assimilation at the time of data assimilation are acquired. The model initial length after data assimilation is calculated by referring to the previous model initial length, and the model initial length after data assimilation can be input into the air quality model to have the air quality model calculate the model prediction length after data assimilation.

그리고, 표출 시스템부(170)는 자료동화를 수행한 후 대기질모델로부터 출력된 미래시점에서의 모델 예측장이 획득되면, 미래시점에서의 모델 예측장을 사용자가 확인하기 용이하도록 시각화하여 소정의 디스플레이를 통해 표시할 수 있다.Then, when the display system unit 170 obtains the model forecast for the future output from the air quality model after performing data assimilation, it visualizes the model forecast for the future so that the user can easily check it and displays it on a predetermined display. It can be displayed through .

이러한 컴퓨팅 장치(100)를 이용하여 대기오염을 예측하기 위한 동작 프로세스와 관련하여 도 3 내지 도 10에서 구체적으로 설명하도록 하겠다.The operation process for predicting air pollution using the computing device 100 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 10.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산과 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 3 schematically shows a process for calculating the observation error covariance of air quality observation data and the background error covariance of an air quality model, according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)는 특정 위치에서의 적어도 하나의 과거시점인 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 기상 데이터를 획득하고(S310), tp 과거 기상 데이터를 기상모델에 입력하여 기상모델로 하여금 tp로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 기상 예측데이터를 출력하도록 할 수 있다(S320).Referring to FIG. 3, the computing device 100 acquires t p past weather data corresponding to t p past time, which is at least one past time in a specific location (S310), and adds t p past weather data to the weather model. The input can be used to cause the weather model to output at least one t p +k past weather forecast data corresponding to at least one t p+k past time point after a preset time from t p (S320).

일 예로, S310 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)의 데이터 획득부(130)가 ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)를 통해 시뮬레이션된 특정 위치에서의 tp 과거시점에 대응되는 기상 예측데이터를 기상모델에 입력가능한 형태로 전처리를 수행함으로써 tp 과거 기상 데이터를 획득할 수 있다. 이때 p는 0 이상의 정수일 수 있다.For example, in step S310, the data acquisition unit 130 of the computing device 100 generates weather forecast data corresponding to a past time point t p at a specific location simulated through the European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). t p past weather data can be obtained by performing preprocessing into a form that can be input into the weather model. At this time, p may be an integer greater than 0.

참고로, tp 과거 기상 데이터로서 2021년 11월 1일부터 2022년 3월 31일까지 중 적어도 일부의 시뮬레이션된 기상 예측 데이터를 획득하여 이를 기상모델에 입력하기 위한 원시 기상 데이터로서 활용하였으나, 경우에 따라서는 동일한 기간 동안에 제1 지상관측소로부터 관측된 기상 관측데이터를 기상모델에 입력하기 위한 원시 기상 데이터로서 활용할 수도 있을 것이다. 또한, 본 발명에서의 기상모델은 WRF v3.8.1가 사용되었으나, 이에 한정하는 것은 아니다.For reference, as t p past weather data, at least part of the simulated weather forecast data from November 1, 2021 to March 31, 2022 was obtained and used as raw weather data to input into the weather model. Depending on this, weather observation data observed from the first ground observatory during the same period may be used as raw weather data to input into the weather model. In addition, the weather model in the present invention is WRF v3.8.1, but is not limited to this.

또한, S320 단계에서, tp 과거시점의 일례로서 2021년 12월 1일 12시인 경우를 상정할 경우, 컴퓨팅 장치(100)가 획득된 2021년 12월 1일 12시의 과거 기상 데이터를 기상모델에 입력하면, 기상모델이 2021년 12월 1일 12시부터 72시간 이후까지를 1시간 단위로 예측한 과거 기상 예측데이터들을 tp+k 과거 기상 예측데이터로서 출력하도록 할 수 있다. 상기의 예시에 따르면, k는 0부터 72까지의 정수일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, in step S320, assuming that t p is 12 o'clock on December 1, 2021 as an example of the past time, the computing device 100 uses the acquired past weather data at 12 o'clock on December 1, 2021 as a weather model. By entering , the weather model can output past weather forecast data predicted in hourly increments from 12:00 on December 1, 2021 to 72 hours later as t p+k past weather forecast data. According to the above example, k may be an integer from 0 to 72, but is not limited thereto.

참고로, 기상모델로부터 출력되는 tp+k 과거 기상 예측데이터는 격자화된 데이터로 2021년 12월 1일 12시의 기상 데이터가 예측데이터는 아닐지라도 데이터의 형태가 달라지기 때문에 기상모델이 2021년 12월 1일 12시의 데이터도 같이 출력하도록 할 수 있다.For reference, the t p+k past weather forecast data output from the weather model is gridded data, and although the weather data at 12 o'clock on December 1, 2021 is not forecast data, the form of the data is different, so the weather model is 2021 Data as of 12 o'clock on December 1, 2018 can also be output.

이후, 컴퓨팅 장치(100)는 tp+k 과거 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tp+k 과거 가공데이터를 획득하고(S330, S340), tp+k 과거 가공데이터를 대기질모델에 입력하여 대기질모델로 하여금 상기 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 출력하도록 할 수 있다(S350).Afterwards, the computing device 100 acquires at least one t p+k past processed data, which is a value processed from t p+k past weather forecast data (S330, S340), and uses the t p+k past processed data to model the air quality. can be input to cause the air quality model to output at least one t p+k past air quality forecast data corresponding to the t p+k past time point (S350).

일 예로, S330 및 S340 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)는 tp+k 과거 기상 예측데이터를 대기질모델 및 배출량모델(MEGAN/SMOKE)에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP(Meteorology Chemistry Interface Processor)에 입력하여 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 tp+k 과거 기상 전처리데이터를 출력하도록 하고, tp+k 과거 기상 전처리데이터를 배출량모델에 입력하여 배출량모델로 하여금 tp+k 과거 배출량 데이터를 출력하도록 하며, tp+k 과거 기상 전처리데이터 및 tp+k 과거 배출량 데이터를 tp+k 과거 가공데이터로서 획득할 수 있다. 이때, 본 발명에서의 대기질모델은 CMAQ v5.0.2를 사용하여 동북아 지역을 대상으로 27km의 격자 해상도를 가지도록 하며, MCIP는 v4.4를 사용하였고, 배출량모델은 MEGAN v2.0.4와 SMOKE v3.5를 각각 사용하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.For example, in steps S330 and S340, the computing device 100 uses a Meteorology Chemistry Interface Processor (MCIP) to process t p+k past weather forecast data into a data format that can be input into an air quality model and an emissions model (MEGAN/SMOKE). ) to have MCIP output t p+k past weather preprocessing data by adjusting the domain, and input t p+k past weather preprocessing data into the emissions model to have the emissions model output t p+k past emissions data. It is output, and t p+k past meteorological preprocessing data and t p+k past emission data can be obtained as t p+k past processed data. At this time, the air quality model in the present invention uses CMAQ v5.0.2 to have a grid resolution of 27km for the Northeast Asia region, MCIP uses v4.4, and the emission models include MEGAN v2.0.4 and SMOKE v3. Although .5 was used for each, it is not limited to this.

가령, 컴퓨팅 장치(100)가 2021년 12월 1일 12시부터 72시간 이후까지를 1시간 단위로 예측한 tp+k 과거 기상 예측데이터를 MCIP로 입력하여 MCIP로 하여금 (i) 대기질모델에 입력하기 위해 전처리한 2021년 12월 1일 12시부터 72시간 이후까지의 tp+k 과거 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, (ii) tp+k 과거 기상 예측데이터를 배출량모델에 입력이 가능한 격자 해상도 및 도메인으로 변환하여 2021년 12월 1일 12시부터 72시간 이후까지의 tp+k 과거 기상 전처리 데이터를 출력하도록 한 후, 이를 배출량모델에 입력하여 배출량모델로 하여금 2021년 12월 1일 12시부터 72시간 이후까지의 tp+k 과거 배출량 데이터를 출력하도록 할 수 있다. 이때, 배출량모델로부터 출력된 tp+k 과거 배출량데이터도 tp+k 과거 기상 전처리 데이터와 동일하게 대기질모델에 입력 가능하도록 격자 해상도 27km를 가지도록 전처리된 상태일 수 있다.For example, the computing device 100 inputs t p+k past weather forecast data predicted in hourly increments from 12:00 on December 1, 2021 to 72 hours later into MCIP and allows MCIP to create (i) an air quality model To output t p+k past weather preprocessed data from 12:00 on December 1, 2021 to 72 hours later, (ii) t p+k past weather forecast data is input into the emissions model. Convert to possible grid resolution and domain to output t p+k past meteorological preprocessing data from 12:00 on December 1, 2021 to 72 hours later, and then input this into the emissions model to make the emissions model as of December 2021. You can output t p+k past emissions data from 12:00 a.m. to 72 hours later. At this time, the t p+k past emission data output from the emission model may also be preprocessed to have a grid resolution of 27km so that it can be input into the air quality model in the same way as the t p+k past meteorological preprocessing data.

이후, S350 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)는 MCIP로부터 출력된 tp+k 과거 기상 전처리 데이터와 배출량모델로부터 출력된 tp+k 과거 배출량 데이터를 tp+k 과거 가공데이터로서 대기질모델에 입력하여, 대기질모델로 하여금 2021년 12월 1일 12시부터 72시간 이후까지의 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 출력하도록 할 수 있다. Thereafter, in step S350, the computing device 100 uses t p+k past weather preprocessing data output from MCIP and t p+k past emissions data output from the emission model to the air quality model as t p+k past processed data. By entering it, you can have the air quality model output t p+k past air quality forecast data from 12:00 on December 1, 2021 to 72 hours later.

즉, 대기질모델이 tp+k 과거 기상 전처리 데이터와 tp+k 과거 배출량 데이터를 이용하여 2021년 12월 1일 12시부터 72시간 이후까지의 에어로졸 성분 예측데이터를 산출하고, 이를 참조하여 변환한 초미세먼지(가령, PM2.5) 예측데이터를 tp+k 과거 대기질 예측데이터로서 출력하도록 할 수 있다. 이와는 달리, 대기질모델이 에어로졸 성분 예측데이터를 참조하여 변환한 AOD 예측데이터를 tp+k 과거 대기질 예측데이터로서 출력하도록 할 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.In other words, the air quality model calculates aerosol component forecast data from 12:00 on December 1, 2021 to 72 hours later using t p+k past weather pretreatment data and t p+k past emissions data, and refers to this The converted ultrafine dust (e.g., PM2.5) forecast data can be output as t p+k past air quality forecast data. Alternatively, the air quality model may output AOD prediction data converted with reference to aerosol component prediction data as t p+k past air quality prediction data, but is not limited to this.

또한, 컴퓨팅 장치(100)는 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 참조하여 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출할 수 있다(S360).Additionally, the computing device 100 may calculate the background error covariance of the air quality model by referring to t p+k past air quality prediction data (S360).

일 예로, 컴퓨팅 장치(100)의 배경 오차 공분산 산출부(150)는 tp+k 과거 대기질 예측데이터와, tp+k-n 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k-n 과거 대기질 예측데이터의 차이를, 대기질모델의 배경 오차로서 추정함으로써 대기질모델에 대한 배경 오차 공분산을 산출할 수 있는데, 이를 하기 식(1)로서 나타낼 수 있다. 이때, n은 양수일 수 있다.As an example, the background error covariance calculation unit 150 of the computing device 100 includes t p+k past air quality prediction data and at least one t p+kn past air quality prediction data corresponding to a t p+kn past time point. By estimating the difference as the background error of the air quality model, the background error covariance for the air quality model can be calculated, which can be expressed as Equation (1) below. At this time, n may be a positive number.

식(1) Equation (1)

상기 식(1)에서

Figure 112023072565330-pat00002
는 모델의 배경 오차 공분산, 는 모델의 참값, 는 모델의 예측장, 는 모델의 배경 오차로서 나타낼 수 있다.In equation (1) above,
Figure 112023072565330-pat00002
is the background error covariance of the model, is the true value of the model, is the prediction field of the model, can be expressed as the background error of the model.

다만, 대기질모델은 모델 자체가 가지고 있는 참값을 알 수 없기 때문에, 모델의 예측 시간에 차이를 두어 모델의 구동 시간에 따른 오차를 계산하는 방법인 NMC(National Meteorological center)를 활용하여 대기질모델에서 출력되는 tp+k-n 과거 대기질 예측데이터를 대기질모델의 참값으로서 가정하고, tp+k 과거 대기질 예측데이터를 대기질모델의 예측장으로서 가정함으로써 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출할 수 있다.However, since the air quality model cannot know the true value of the model itself, the air quality model is modeled using NMC (National Meteorological Center), which is a method of calculating the error according to the model operation time by varying the model's prediction time. Calculate the background error covariance of the air quality model by assuming the t p+kn past air quality forecast data output from as the true value of the air quality model, and assuming the t p+k past air quality forecast data as the forecast field of the air quality model. can do.

가령, tp 과거시점이 2021년 12월 1일 12시인 경우를 가정하면, 컴퓨팅 장치(100)의 배경 오차 공분산 산출부(150)는 tp 과거시점으로부터 24시간 후인 2021년 12월 2일 12시의 대기질 예측데이터를 대기질모델의 참값으로서 사용하고, tp 과거시점으로부터 48시간 후인 2021년 12월 3일 12시의 대기질 예측데이터를 대기질모델의 예측장으로서 사용하여, 2021년 12월 3일 12시의 대기질 예측데이터 및 2021년 12월 2일 12시의 대기질 예측데이터와의 차이를 대기질모델의 배경 오차로 추정할 수 있다. 참고로, 본 발명에서는 대기질 관측데이터를 획득하는 시점으로부터 24시간 이후의 대기질 예측데이터와 48시간 이후의 대기질 예측데이터의 차이를 대기질모델의 배경 오차로서 추정하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.For example, assuming that the past time t p is 12 o'clock on December 1, 2021, the background error covariance calculation unit 150 of the computing device 100 calculates 12 on December 2, 2021, 24 hours after the past time t p . The city's air quality forecast data is used as the true value of the air quality model, and the air quality forecast data at 12:00 on December 3, 2021, 48 hours after t p , is used as the forecast field of the air quality model, 2021 The difference between the air quality forecast data at 12 o'clock on December 3 and the air quality forecast data at 12 o'clock on December 2, 2021 can be estimated as the background error of the air quality model. For reference, in the present invention, the difference between the air quality forecast data 24 hours after the air quality observation data was acquired and the air quality forecast data after 48 hours was estimated as the background error of the air quality model, but is not limited to this. .

또한, 컴퓨팅 장치(100)의 배경 오차 공분산 산출부(150)는 추정된 대기질모델의 배경 오차와 이에 대응되는 전치행렬을 참조하여 배경 오차 공분산을 산출할 수 있는데, 이는 도 6을 참조하여 설명하도록 하겠다.Additionally, the background error covariance calculation unit 150 of the computing device 100 may calculate the background error covariance by referring to the background error of the estimated air quality model and the corresponding transpose matrix, which is explained with reference to FIG. 6. I will do it.

도 6은 대기질 모델의 배경 오차 공분산을 행렬의 형태로 산출하는 예시를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 6 schematically shows an example of calculating the background error covariance of an air quality model in the form of a matrix.

도 6을 참조하면, 가령, 2021년 11월 1일부터 2022년 3월 31일까지의 복수개의 과거 대기질 예측데이터 각각에 대해 tp 과거시점으로부터 48시간 이후의 예측장과 24시간 이후의 예측장의 차이를 대기질모델의 오차로서 각각 4 6 행렬의 형태로 나타내었으며, 이에 대응되는 전치행렬도 각각 산출하여 6 4 행렬의 형태로 나타낸 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 6, for example, for each of a plurality of historical air quality forecast data from November 1, 2021 to March 31, 2022, the forecast field after 48 hours and the forecast after 24 hours from the past time t p . The difference is 4 each as the error of the air quality model. 6 It is expressed in the form of a matrix, and the corresponding transpose matrices are also calculated, respectively. 4 You can see that it is expressed in the form of a matrix.

그리고, 컴퓨팅 장치(100)의 배경 오차 공분산 산출부(150)는 대기질모델의 배경 오차와 이에 대응되는 전치행렬을 곱하여 최종적으로 6 6 행렬로서 산출된 것을 확인할 수 있고, 이를 평균을 냄으로써 최종적으로 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출할 수 있게 된다.Then, the background error covariance calculation unit 150 of the computing device 100 multiplies the background error of the air quality model by the corresponding transpose matrix to finally obtain 6. 6 You can check the calculation as a matrix, and by averaging it, you can finally calculate the background error covariance of the air quality model.

다시 도 3을 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)는 특정 위치에서의 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 대기질 관측데이터를 획득하고(S370), tp 과거 대기질 관측데이터를 참조하여 관측 오차 공분산을 산출할 수 있다(S380).Referring again to FIG. 3, the computing device 100 acquires t p past air quality observation data corresponding to t p past time at a specific location (S370), and observes the observation error by referring to t p past air quality observation data. Covariance can be calculated (S380).

참고로, 도 3에서는 설명의 편의상 배경 오차 공분산을 먼저 산출한 후, 관측 오차 공분산을 산출하는 것으로 넘버링을 하였으나, 관측 오차 공분산을 먼저 산출한 후에 배경 오차 공분산을 산출할 수도 있을 것이다.For reference, in Figure 3, for convenience of explanation, the background error covariance is first calculated and then the observation error covariance is numbered. However, it is also possible to calculate the observation error covariance first and then the background error covariance.

S370 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)의 데이터 획득부(130)가 tp 과거시점에서의 제1 지상관측소 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 측정된 대기질 관측데이터로서 tp 과거 대기질 관측데이터를 획득한 후에 관측 오차 공분산 산출부(140)에서 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 전처리를 수행할 수 있는데, 이와 관련하여 도 7을 참조하여 설명하도록 하겠다.In step S370, the data acquisition unit 130 of the computing device 100 acquires air quality observation data of the past t p as air quality observation data measured from at least some of the first ground observation station and the artificial satellite at the past time t p . Later, the observation error covariance calculation unit 140 may perform preprocessing on t p past air quality observation data, which will be explained with reference to FIG. 7.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 관측데이터에 대한 전처리를 수행하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 7 schematically shows a process for performing preprocessing on air quality observation data, according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)의 데이터 획득부(130)로부터 획득된 특정 위치(710)에서의 tp 과거 대기질 관측데이터에 대해, 관측 오차 공분산 산출부(140)가 특정 위치(710)를 중심으로 하는 영향반경(720) 이내의 복수의 관측 지점(711 내지 714)에서 기측정된 과거 대기질 관측데이터들의 평균값의 편차가 기설정된 임계치(가령, )보다 큰 경우 특정 위치(710)에서의 tp 과거 대기질 관측데이터는 노이즈로 판단하여 제거함으로써 전처리를 수행할 수 있다.Referring to FIG. 7, for t p past air quality observation data at a specific location 710 obtained from the data acquisition unit 130 of the computing device 100, the observation error covariance calculation unit 140 determines the specific location ( The deviation of the average value of past air quality observation data previously measured at a plurality of observation points 711 to 714 within the radius of influence 720 centered on 710 is a preset threshold (e.g., ), t p past air quality observation data at a specific location 710 can be preprocessed by determining it as noise and removing it.

이때, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)가 tp 과거 대기질 관측데이터의 전처리 과정에서 노이즈 판별을 위해 영향반경 외 관측 지점(715)에 대해서는 고려하지 않음을 당업자라면 명확하게 이해할 수 있을 것이다.At this time, it is clear to those skilled in the art that the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 does not consider the observation point 715 outside the radius of influence to determine noise in the preprocessing process of t p past air quality observation data. You will understand.

그리고, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)가 전처리된 tp 과거 대기질 관측데이터에 대해 대기질모델에 입력이 가능하도록 사전에 격자 및 도메인 중 적어도 일부를 조정할 수도 있다.In addition, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 may adjust at least some of the grid and domain in advance so that the preprocessed t p past air quality observation data can be input into the air quality model.

다음으로, S380 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)는 tp 과거 대기질 관측데이터가 제1 지상관측소로부터 획득되는 지상 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 관측기기에 내재된 제1 오차 및 관측기기를 이용한 설정 방식의 차이에 의해 발생되는 제2 오차 중 적어도 일부를 포함하는 측정 오차와, tp 과거 대기질 관측데이터 및 tp+k 과거 대기질 예측데이터의 해상도와 규모의 차이에 의해 발생되는 대표 오차를 각각 산출할 수 있으며, 이를 수식으로 나타내면 하기와 같다.Next, in step S380, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100, if t p past air quality observation data corresponds to ground air quality observation data obtained from the first ground observatory, sends the observation device to the observation device. Measurement error including at least part of the inherent first error and the second error caused by differences in the setting method using the observation device, and the resolution of t p past air quality observation data and t p + k past air quality prediction data Representative errors caused by differences in scale can be calculated, respectively, and can be expressed in the formula as follows.

식(2) Equation (2)

식(3) Equation (3)

상기의 식(2)는 제1 지상관측소로부터 측정되는 tp 과거 대기질 관측데이터인 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터와 상수인 소정의 파라미터값들을 적용함으로써 tp 과거 대기질 관측데이터의 측정 오차를 산출하는 것을 나타낸 것이고, 식(3)은 식(2)에서 산출한 tp 과거 대기질 관측데이터의 측정 오차에 , , 등의 파라미터들을 적용함으로써 tp 과거 대기질 관측데이터의 대표 오차를 산출하는 것을 나타낸 것이다.Equation (2) above is obtained by applying ultrafine dust (PM2.5 ) observation data, which is the past air quality observation data t p measured from the first ground observation station, and predetermined parameter values that are constants. It shows calculating the measurement error, and Equation (3) is the measurement error of the past air quality observation data t p calculated in Equation (2). , , It shows how to calculate the representative error of t p past air quality observation data by applying parameters such as t p.

또한, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)는 측정 오차 및 대표 오차를 이용하여 지상 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차를 산출하며, 관측 오차 및 관측 오차의 평균을 참조하여 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산을 산출할 수 있으며, 이를 수식으로 나타내면 하기와 같다.In addition, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 calculates the observation error for the ground air quality observation data using the measurement error and representative error, and refers to the observation error and the average of the observation errors t p The observation error covariance for past air quality observation data can be calculated, and this can be expressed in the formula as follows.

식(4) Equation (4)

식(5) Equation (5)

상기의 식(4)는 식(2) 및 식(3)에서 산출한 tp 과거 대기질 관측데이터의 측정 오차 및 대표 오차를 참조하여 지상에서의 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차를 결정하는 것을 나타낸 것이다.Equation (4) above calculates the observation error for t p past air quality observation data on the ground by referring to the measurement error and representative error of t p past air quality observation data calculated in Equation (2) and Equation (3). It represents a decision.

또한, tp 과거 대기질 관측데이터가 다른 관측 지점의 대기질 관측데이터로부터 영향을 받지 않는다는 가정하에, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)는 식(5)와 같이, tp 과거 대기질 관측데이터의 관측 오차 및 관측 오차의 평균과의 차이를 행렬의 형태로 산출하며, 이에 대응되는 대각성분을 곱한 후에 평균을 냄으로써 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산을 산출할 수 있음을 확인할 수 있다.In addition, under the assumption that t p past air quality observation data is not influenced by air quality observation data at other observation points, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 calculates t p as in equation (5). The difference between the observation error of past air quality observation data and the average of the observation error is calculated in the form of a matrix, and the observation error covariance for t p past air quality observation data can be calculated by multiplying the corresponding diagonal component and averaging. You can confirm that it is possible.

다음으로, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)는 tp 과거 대기질 관측데이터가 인공위성으로부터 획득되는 인공위성 대기질 관측데이터에 해당되는 경우에 관측 오차 공분산을 산출하는 프로세스와 관련하여 도 8을 참조하여 설명하기로 하겠다.Next, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 relates to a process of calculating the observation error covariance when t p past air quality observation data corresponds to satellite air quality observation data acquired from a satellite. This will be explained with reference to FIG. 8 .

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 관측데이터가 인공위성으로부터 획득된 경우에 관측 오차 공분산을 산출하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 8 schematically shows a process for calculating observation error covariance when air quality observation data is acquired from a satellite, according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)는 tp 과거 대기질 관측데이터에 따른 AOD의 크기별로, 제2 지상관측소로부터 획득된 지상 AOD 및 상기 인공위성으로부터 획득된 위성 AOD의 차이를 이용하여 절대 오차를 산출하며, 절대 오차 및 절대 오차의 평균을 참조하여 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산을 산출할 수 있다. 이때, 지상에서의 AOD 관측데이터를 획득하기 위한 제2 지상관측소는 AERONET일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. Referring to FIG. 8, the computing device 100 uses the difference between the ground AOD obtained from the second ground observation station and the satellite AOD obtained from the satellite for each size of AOD according to t p past air quality observation data to calculate the absolute error. , and the observation error covariance for t p past air quality observation data can be calculated by referring to the absolute error and the average of the absolute error. At this time, the second ground observatory for acquiring AOD observation data on the ground may be AERONET, but is not limited to this.

일 예로, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)는 인공위성 내 탑재된 GEMS로부터 획득되는 tp 과거 대기질 관측데이터로서의 AOD 관측데이터와 비교하여, 지상의 AERONET으로부터 획득된 AOD 관측데이터의 정확도가 높은 것으로 알려져 있으므로, 이를 관측 오차 공분산을 산출하기 위한 참값으로서 가정할 수 있다.As an example, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 compares the AOD observation data obtained from AERONET on the ground with the AOD observation data as t p past air quality observation data obtained from the GEMS mounted on the satellite. Since the accuracy of is known to be high, this can be assumed as the true value for calculating the observation error covariance.

참고로, 본 발명에서는 관측 오차 공분산을 산출하기 위한 tp 과거 대기질 관측데이터로서, 2021년 11월 1일부터 2022년 3월 31까지의 12KST에 30개의 AERONET 관측 지점으로부터 측정된 500nm 파장의 AOD 관측데이터와, 해당 기간 동안 11:45KST에 AERONET 관측 지점의 근방에서 측정된 GEMS 550nm 파장의 AOD 관측데이터 각각을 획득하였으며, 이 중 AOD 관측데이터가 관측 되지 않은 경우와 AOD 관측데이터의 전처리 과정에서 노이즈로 판단된 경우를 제외하고 총 3,780개의 지상 및 인공위성 AOD 관측데이터 세트를 획득하였다. For reference, in the present invention, t p past air quality observation data for calculating observation error covariance is the AOD of 500 nm wavelength measured from 30 AERONET observation points at 12KST from November 1, 2021 to March 31, 2022. Observation data and AOD observation data with a wavelength of 550 nm from GEMS measured near the AERONET observation point at 11:45 KST during the relevant period were obtained. Among these, when AOD observation data was not observed and noise was detected during pre-processing of AOD observation data. A total of 3,780 ground and satellite AOD observation data sets were acquired, excluding cases determined to be.

먼저, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)는 AERONET으로부터 획득된 지상 AOD 관측데이터와 GEMS로부터 획득된 인공위성 AOD 관측데이터의 파장이 서로 다르기 때문에 하기의 식(6)을 이용하여 동일한 파장대로 매칭시킴으로써 지상 AOD 관측데이터와 인공위성 AOD 관측데이터 사이의 비교가 가능하도록 할 수 있다.First, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 uses equation (6) below because the wavelengths of the ground AOD observation data obtained from AERONET and the satellite AOD observation data obtained from GEMS are different from each other. By matching by wavelength, comparison between ground AOD observation data and satellite AOD observation data can be made possible.

식(6) Equation (6)

상기의 식(6)는 AERONET에서 제공하는 440~870nm 파장대의 Ångstrom 지수인 를 이용하여 500nm의 지상 AOD 관측데이터를 550nm의 지상 AOD 관측데이터로 변환하는 것을 나타낸 것이다.Equation (6) above is the Ångstrom index in the 440~870nm wavelength range provided by AERONET. This shows converting 500 nm ground AOD observation data into 550 nm ground AOD observation data.

이후, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)는 550nm의 지상 AOD 관측데이터를 관측 오차 공분산을 산출하기 위한 참값으로서, 하기의 식(7)과 같이 인공위성 AOD 관측데이터로부터 획득되는 AOD의 크기에 따른 구간별로 절대 오차를 산출할 수 있다.Thereafter, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 uses the ground AOD observation data of 550 nm as a true value for calculating the observation error covariance, and uses the AOD obtained from the satellite AOD observation data as shown in equation (7) below. The absolute error can be calculated for each section according to the size of .

식(7) Equation (7)

상기의 식(7)에서의 구간의 정의는 3,780개의 인공위성 AOD 관측데이터로부터 획득되는 AOD의 크기를 내림차순으로 배열한 후, AOD를 크기가 작은 것부터 90개 단위로 그룹화 한 것을 의미하며, 총 42개의 구간 각각에 대해 절대 오차를 산출한 결과 그래프를 도 8의 (a)를 통해 확인할 수 있다. The definition of the section in equation (7) above means arranging the size of the AOD obtained from 3,780 satellite AOD observation data in descending order and then grouping the AOD into 90 units starting from the smallest size, with a total of 42 A graph of the results of calculating the absolute error for each section can be seen in (a) of FIG. 8.

(a)의 그래프를 참조하면, x축은 550nm의 인공위성 AOD 관측데이터로부터 확인되는 AOD의 크기로 나타내었고, y축은 절대 오차로 나타내었으며, 42개의 구간 각각에서 90개의 절대 오차 중에서 상위 68%에 해당하는 값들을 이용한 선형 회귀를 통해 나타낸 선형 그래프(810)를 선형 오차식으로 결정한 것을 확인할 수 있고, (b)의 그래프를 참조하면, 구간별 68%에 해당하는 절대 오차 값들의 분포와 선형 오차식간의 상관도가 0.93임을 확인할 수 있다. 또한, 해당 선형 오차식은 하기의 식(8)과 같이 표현할 수 있다.Referring to the graph in (a), the x-axis represents the size of the AOD confirmed from the 550nm satellite AOD observation data, and the y-axis represents the absolute error, corresponding to the top 68% of the 90 absolute errors in each of the 42 sections. It can be seen that the linear graph 810 shown through linear regression using the values of It can be seen that the correlation is 0.93. Additionally, the linear error equation can be expressed as Equation (8) below.

식(8) Equation (8)

상기 식(8)을 통해 인공위성 AOD 관측데이터로부터 획득되는 AOD의 크기(GEMSAOD550)를 대입함으로써 절대 오차로 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.Through equation (8) above, it can be confirmed that the size of AOD (GEMSAOD 550 ) obtained from satellite AOD observation data can be expressed as an absolute error by substituting.

식(9) Equation (9)

또한, 특정 위치에서의 인공위성 AOD 관측데이터가 다른 관측 지점의 AOD 관측데이터로부터 영향을 받지 않는다는 가정하에, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)는 식(9)와 같이, 절대 오차 및 절대 오차의 평균과의 차이를 행렬의 형태로 산출하며, 이에 대응되는 대각성분을 곱한 후에 평균을 냄으로써 tp 과거 대기질 관측데이터로서의 인공위성 AOD 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산을 산출할 수 있음을 확인할 수 있다.In addition, under the assumption that the satellite AOD observation data at a specific location is not influenced by the AOD observation data at other observation points, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 calculates the absolute error as shown in equation (9). And the difference from the average of the absolute error is calculated in the form of a matrix, and the observation error covariance for the satellite AOD observation data as t p past air quality observation data can be calculated by multiplying the corresponding diagonal component and then averaging. You can check it.

이렇게, 컴퓨팅 장치(100)의 관측 오차 공분산 산출부(140)가 2021년 11월 1일부터 2022년 3월 31일까지의 기간 동안 제1 지상관측소로부터 획득되는 미세먼지 관측데이터와 인공위성으로부터 획득되는 AOD 관측데이터 각각을 참조하여 관측 오차 공분산을 산출한 결과를 도 9를 참조하여 확인할 수 있다.In this way, the observation error covariance calculation unit 140 of the computing device 100 calculates fine dust observation data obtained from the first ground observatory and satellites during the period from November 1, 2021 to March 31, 2022. The results of calculating the observation error covariance with reference to each AOD observation data can be confirmed with reference to FIG. 9.

도 9는 관측 본 발명의 일 실시예에 따라, 대기질 관측데이터를 획득한 관측 지점에 따른 관측 오차 공분산을 산출한 결과 데이터의 예시를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 9 schematically shows an example of data resulting from calculating observation error covariance according to the observation point where air quality observation data was obtained, according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, (a)는 인공위성으로부터 획득되는 AOD 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산을 산출한 결과데이터이고, (b)는 제1 지상관측소로부터 획득되는 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터에 대한 관측 오차 공분산을 산출한 결과데이터이다.Referring to Figure 9, (a) is the result data of calculating the observation error covariance for the AOD observation data acquired from a satellite, and (b) is the ultrafine dust (PM2.5) observation data obtained from the first ground observatory. This is the result data of calculating the observation error covariance for .

먼저, (a)를 확인하면, AOD 관측데이터에 대해, 대한민국 내에서의 관측 오차 공분산은 값이 작기 때문에 관측데이터의 정확도가 높은 것으로 판단할 수 있으며, 중국 내 일부 지역(붉은색으로 표시된 영역을 의미함)은 관측 오차 공분산의 값이 크기 때문에 대한민국과 비교하여 관측데이터의 정확도가 상대적으로 낮은 것으로 판단할 수 있다.First, checking (a), for the AOD observation data, the observation error covariance within Korea is small, so it can be judged that the accuracy of the observation data is high, and some regions in China (areas marked in red) Since the value of the observation error covariance is large, the accuracy of the observation data can be judged to be relatively low compared to Korea.

다음으로, (b)를 확인하면, 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터에 대해, 복수의 제1 지상관측소(점으로 표시된 지점) 각각에서의 관측 오차 공분산이 산출된 상태이며, 대한민국 내 복수의 제1 지상관측소에서의 관측 오차 공분산은 값이 작기 때문에 관측데이터의 정확도가 높은 것으로 판단할 수 있고, AOD 관측데이터와 유사하게 중국 내 일부 지역(붉은색 점으로 표시된 지점)은 관측 오차 공분산의 값이 크기 때문에 대한민국과 비교하여 관측데이터의 정확도가 상대적으로 낮은 것으로 판단할 수 있다.Next, checking (b), the observation error covariance at each of the first plurality of ground observatories (points indicated by dots) has been calculated for the ultrafine dust (PM2.5) observation data, and the observation error covariance has been calculated for the ultrafine dust (PM2.5) observation data, and the observation error covariance at each of the first plurality of ground observatories (points indicated by dots) has been calculated, and the observation error covariance has been calculated for the ultrafine dust (PM2.5) observation data. Since the observation error covariance at the first ground observatory is small, the accuracy of the observation data can be judged to be high, and similar to the AOD observation data, some regions in China (points marked with red dots) have a small value of the observation error covariance. Because the value is large, it can be judged that the accuracy of the observation data is relatively low compared to Korea.

이와 같이, 컴퓨팅 장치(100)가 모델의 배경 오차 공분산과 관측데이터의 관측 오차 공분산을 산출한 상태에서, 자료동화를 수행하기 위해 필요한 자료동화 전 모델 초기장을 결정함으로써 획득하는 프로세스를 도 4를 참조하여 설명하겠다.In this way, in a state where the computing device 100 calculates the background error covariance of the model and the observation error covariance of the observation data, the process of obtaining the model by determining the initial field before data assimilation required to perform data assimilation is shown in FIG. 4. I will explain with reference.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 자료동화 전 모델 초기장을 결정하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 4 schematically shows a process for determining the initial model length before data assimilation, according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)는 특정 위치에서 현재시점인 tc와 인접한 과거시점이면서 상기 tp+k 과거시점보다 미래시점인 ti 과거시점에 대응되는 ti 과거 기상 데이터를 획득하고(S410), ti 과거 기상 데이터를 기상모델에 입력하여 기상모델로 하여금 ti로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 ti+k 시점에 대응되는 적어도 하나의 ti+k 기상 예측데이터를 출력하도록 할 수 있다(S420).Referring to FIG. 4, the computing device 100 acquires past weather data t i corresponding to the past time t i , which is a past time point adjacent to the current time t c at a specific location and is a future time point than the t p+k past time point. (S410), t i past weather data is input into the weather model to cause the weather model to generate at least one t i+ k weather forecast data corresponding to at least one t i+k time point after a preset time from t i . It can be printed (S420).

일 예로, 컴퓨팅 장치(100)의 데이터 획득부(130)가 ECMWF를 통해 시뮬레이션된 특정 위치에서의 ti 과거시점에 대응되는 기상 예측데이터를 기상모델에 입력가능한 형태로 전처리를 수행함으로써 ti 과거 기상 데이터를 획득할 수 있다. 이때 i는 0 이상의 정수일 수 있다.As an example, the data acquisition unit 130 of the computing device 100 performs preprocessing of weather forecast data corresponding to a past time t i at a specific location simulated through ECMWF into a form that can be input into a weather model, thereby Meteorological data can be obtained. At this time, i may be an integer greater than or equal to 0.

가령, ti 과거시점이 2022년 3월 14일 12시인 경우, 컴퓨팅 장치(100)가 획득된 2022년 3월 14일 12시의 과거 기상 데이터를 기상모델에 입력하면, 기상모델이 2022년 3월 14일 12시부터 72시간 이후까지를 1시간 단위로 예측한 과거 기상 예측데이터들을 ti+k 기상 예측데이터로서 출력하도록 할 수 있다. 상기의 예시에 따르면, k는 0부터 72까지의 정수일 수 있다.For example, if the past time t i is 12 o'clock on March 14, 2022, if the computing device 100 inputs the acquired past weather data at 12 o'clock on March 14, 2022 into the weather model, the weather model will be 3 in 2022. Past weather forecast data predicted in hourly increments from 12:00 on the 14th of the month to 72 hours later can be output as t i+k weather forecast data. According to the above example, k may be an integer from 0 to 72.

이후, 컴퓨팅 장치(100)가 ti+k 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 ti+k 가공데이터를 획득하고(S430, S440), ti+k 가공데이터를 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 대기질 예측데이터를 출력하도록 하며(S450), ti+k 대기질 예측데이터 중 tc에 대응되는 tc 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로서 결정할 수 있다(S460).Thereafter, the computing device 100 acquires at least one t i+k processed data, which is a value obtained by processing t i+k weather prediction data (S430, S440), and inputs the t i+k processed data into the air quality model. The air quality model is made to output at least one t i+k air quality prediction data (S450), and the t c air quality prediction data corresponding to t c among the t i+k air quality prediction data is used in the model before data assimilation. It can be determined as the initial field (S460).

일 예로, 컴퓨팅 장치(100)는 ti+k 기상 예측데이터를 대기질모델 및 배출량모델에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP에 입력하여 MCIP로 하여금 격자 및 도메인 중 적어도 일부를 조정함으로써 ti+k 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, ti+k 기상 전처리 데이터를 배출량모델에 입력하여 배출량모델로 하여금 ti+k 배출량 데이터를 출력하도록 하며, ti+k 기상 전처리 데이터 및 ti+k 배출량 데이터를 ti+k 가공데이터로서 획득할 수 있다.As an example, the computing device 100 inputs t i +k weather forecast data to MCIP for processing into data that can be input into an air quality model and emissions model, and allows MCIP to adjust at least some of the grid and domain, thereby allowing t i +k meteorological pre-processing data is output, t i+k meteorological pre-processing data is input into the emissions model, and the emission model outputs t i+k emissions data, and t i+k meteorological pre-processing data and t i+k Emission data can be obtained as t i+k processed data.

가령, 컴퓨팅 장치(100)가 2022년 3월 14일 12시부터 72시간 이후까지를 1시간 단위로 예측한 ti+k 기상 예측데이터를 MCIP로 입력하여 MCIP로 하여금 (i) 대기질모델에 입력하기 위해 전처리한 2022년 3월 14일 12시부터 72시간 이후까지의 ti+k 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, (ii) ti+k 기상 예측데이터를 배출량모델에 입력이 가능한 격자 해상도 및 도메인으로 변환하여 2022년 3월 14일 12시부터 72시간 이후까지의 ti+k 기상 전처리 데이터를 출력하도록 한 후, 이를 배출량모델에 입력하여 배출량모델로 하여금 2022년 3월 14일 12시부터 72시간 이후까지의 ti+k 배출량 데이터를 출력하도록 할 수 있다. 이때, 배출량모델로부터 출력된 ti+k 배출량 데이터도 ti+k 기상 전처리 데이터와 동일하게 대기질모델에 입력 가능하도록 격자 해상도 27km를 가지도록 전처리된 상태일 수 있다.For example, the computing device 100 inputs t i+k weather forecast data predicted in 1-hour increments from 12:00 on March 14, 2022 to 72 hours later into MCIP and allows MCIP to (i) enter the air quality model. For input, t i+k weather preprocessed data from 12:00 on March 14, 2022 to 72 hours later is output, and (ii) grid resolution that allows t i+k weather forecast data to be input into the emissions model. and domain to output t i+k meteorological preprocessing data from 12:00 on March 14, 2022 to 72 hours later, and then input this into the emissions model to make the emissions model as of 12:00 on March 14, 2022. It is possible to output t i+k emissions data up to 72 hours after the start. At this time, the t i+k emission data output from the emission model may also be preprocessed to have a grid resolution of 27km so that it can be input into the air quality model in the same way as the t i+k meteorological preprocessing data.

이후, 컴퓨팅 장치(100)는 MCIP로부터 출력된 ti+k 기상 전처리 데이터와 배출량모델로부터 출력된 ti+k 배출량 데이터를 ti+k 가공데이터로서 대기질모델에 입력하여, 대기질모델로 하여금 2022년 3월 14일 12시부터 72시간 이후까지의 ti+k 대기질 예측데이터를 출력하도록 할 수 있다. Afterwards, the computing device 100 inputs t i+k weather preprocessing data output from MCIP and t i+k emission data output from the emission model as t i+k processed data into the air quality model, and converts them into an air quality model. It is possible to output t i+k air quality forecast data from 12:00 on March 14, 2022 to 72 hours later.

즉, 대기질모델이 ti+k 기상 전처리 데이터와 ti+k 배출량 데이터를 이용하여 2022년 3월 14일 12시부터 72시간 이후까지의 에어로졸 성분 예측데이터를 산출하고, 이를 참조하여 변환한 초미세먼지(PM2.5) 예측데이터를 ti+k 대기질 예측데이터로서 출력하도록 할 수 있다. 이와는 달리, 대기질모델이 에어로졸 성분 예측데이터를 참조하여 변환한 AOD 예측데이터를 ti+k 대기질 예측데이터로서 출력하도록 할 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.In other words, the air quality model calculates aerosol component forecast data from 12:00 on March 14, 2022 to 72 hours later using t i+k meteorological preprocessing data and t i+k emission data, and converts it with reference to this. Ultrafine dust (PM2.5) forecast data can be output as t i+k air quality forecast data. Alternatively, the air quality model may output AOD prediction data converted with reference to aerosol component prediction data as t i+k air quality prediction data, but is not limited to this.

또한, 컴퓨팅 장치(100)는 2022년 3월 14일 12시부터 72시간 이후까지의 대기질 예측데이터 중에서 2022년 3월 15일 12시의 대기질 예측데이터를 자료동화를 수행하기 위한 자료동화 전 모델 초기장으로서 결정함으로써 획득할 수 있다.In addition, the computing device 100 performs data assimilation on the air quality forecast data as of 12 o'clock on March 15, 2022 among the air quality forecast data from 12:00 on March 14, 2022 to 72 hours later. It can be obtained by determining the model initial field.

가령, 2022년 3월 15일 12시에 자료동화를 수행하려고 한다면, 컴퓨팅 장치(100)가 2022년 3월 14일 12시에 수행한 WRF/CMAQ 모델 프로세스를 통해 2022년 3월 15일 12시의 대기질을 예측한 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로 결정하여 획득하는 것으로 해석할 수 있음은 당업자라면 명확히 이해할 수 있을 것이다.For example, if you want to perform data assimilation at 12 o'clock on March 15, 2022, the computing device 100 performs data assimilation at 12 o'clock on March 15, 2022 through the WRF/CMAQ model process performed at 12 o'clock on March 14, 2022. Those skilled in the art will clearly understand that the air quality prediction data predicting the air quality of can be interpreted as being obtained by determining the initial field of the model before data assimilation.

이와 같이, 자료동화 전 모델 초기장을 획득한 상태에서, 컴퓨팅 장치(100)가 대기질 예측의 정확도를 높이기 위해 자료동화를 수행함으로써 자료동화 후 모델 예측장을 결정하는 프로세스와 관련하여 도 5를 참조하여 설명하겠다.In this way, with the initial model length before data assimilation obtained, the computing device 100 performs data assimilation to increase the accuracy of air quality prediction, thereby determining the model prediction length after data assimilation. Referring to FIG. 5. I will explain with reference.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 자료동화 전 모델 초기장을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 이를 대기질모델에 입력하여 미래시점에서의 모델 예측장을 결정하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 5 shows the process of calculating the model initial length after data assimilation with reference to the model initial length before data assimilation and inputting this into the air quality model to determine the model prediction length at a future point, according to an embodiment of the present invention. It is schematically shown.

도 5를 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)가 tc에 대응되는 현재 대기질 관측데이터를 획득하고(S510), 자료동화 전 모델 초기장, 현재 대기질 관측데이터, 관측 오차 공분산 및 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있다(S520).Referring to FIG. 5, the computing device 100 acquires current air quality observation data corresponding to t c (S510), and calculates the model initial field before data assimilation, current air quality observation data, observation error covariance, and background error covariance. With reference to this, the model initial length can be calculated after data assimilation (S520).

일 예로, S510 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)의 데이터 획득부(130)가 현재 대기질 관측데이터로서 제1 지상관측소로부터 관측된 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터 및 GEMS로부터 관측된 AOD 관측데이터 중 적어도 일부를 획득할 수 있는데, 현재 대기질 관측데이터를 획득하기 전에 앞서 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 현재 대기질 관측데이터가 획득된 특정 위치로부터 영향반경인 68km 이내에 다른 복수의 관측 지점들에서 획득된 관측데이터들의 평균값으로부터 기설정된 임계치(가령 )를 초과하면 노이즈로 판단하여 제거하는 전처리를 선행하여 수행할 수 있다. For example, in step S510, the data acquisition unit 130 of the computing device 100 uses ultrafine dust (PM2.5) observation data observed from the first ground observation station and AOD observation data observed from GEMS as current air quality observation data. At least some of the data can be acquired. Before acquiring the current air quality observation data, as previously described with reference to FIG. 7, a plurality of other observation points within a radius of influence of 68 km from the specific location where the current air quality observation data was acquired. A preset threshold (e.g. ), it is judged to be noise and preprocessing to remove it can be performed in advance.

그리고, S520 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 S510 단계에서 획득한 현재 대기질 관측데이터, S360 단계에서 산출한 배경 오차 공분산, S380 단계에서 산출한 관측 오차 공분산 및 S460 단계에서 획득한 자료동화 전 모델 초기장을 참조하여 대기질모델에 적용하기 위한 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위해 최적보간법을 활용할 수 있다. 물론, 최적보간법에 한정되는 것은 아닐 것이다.And, in step S520, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 includes the current air quality observation data obtained in step S510, the background error covariance calculated in step S360, the observation error covariance calculated in step S380, and By referring to the model initial length before data assimilation obtained in step S460, the optimal interpolation method can be used to calculate the model initial length after data assimilation for application to the air quality model. Of course, it will not be limited to the optimal interpolation method.

일 예로, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 자료동화 전 모델 초기장을 관측 공간으로 변환시키기 위한 연산자인 관측 연산자, 관측 오차 공분산 및 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위한 최적 가중치를 결정하며, 현재 대기질 관측데이터와, 자료동화 전 모델 초기장에 관측 연산자를 적용하여 특정 위치로 내삽한 모델 배경장의 차이인, 관측증분에 최적 가중치를 적용한 후, 이를 자료동화 전 모델 초기장에 합산함으로써, 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있는데, 이를 수식으로 나타내면 하기와 같다.As an example, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 refers to the observation operator, which is an operator for converting the initial field of the model before data assimilation into the observation space, the observation error covariance, and the background error covariance to model the model after data assimilation. The optimal weight for calculating the initial field is determined, and the optimal weight is applied to the observation increment, which is the difference between the current air quality observation data and the model background field interpolated to a specific location by applying an observation operator to the model initial field before data assimilation. By adding this to the initial length of the model before data assimilation, the initial length of the model after data assimilation can be calculated. This can be expressed in the formula as follows.

식(10) Equation (10)

식(11) Equation (11)

식(12) Equation (12)

식(13) Equation (13)

상기 식(10)은 GEMS로부터 획득한 AOD 관측데이터를 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 나타낸 것이고, 식(11)은 제1 지상관측소로부터 획득한 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터를 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 나타낸 것이며, 식(12)는 AOD 관측데이터를 이용하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위한 최적 가중치를 산출하는 것을 나타낸 것이고, 식(13)은 미세먼지 관측데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위한 최적 가중치를 산출하는 것을 나타낸 것이다.The above equation (10) shows calculating the model initial field after data assimilation with reference to the AOD observation data obtained from GEMS, and equation (11) shows the ultrafine dust (PM2.5) observation obtained from the first ground observatory. It shows calculating the model initial length after data assimilation by referring to the data. Equation (12) shows calculating the optimal weight for calculating the model initial length after data assimilation using AOD observation data, and Equation (13) ) shows calculating the optimal weight for calculating the model initial field after data assimilation of fine dust observation data.

상기의 수식들에서,

Figure 112023072565330-pat00027
는 자료동화 전 모델 초기장,
Figure 112023072565330-pat00028
는 최적 가중치,
Figure 112023072565330-pat00029
는 현재 대기질 관측데이터,
Figure 112023072565330-pat00030
는 관측연산자,
Figure 112023072565330-pat00031
는 배경 오차 공분산,
Figure 112023072565330-pat00032
는 관측 오차 공분산을 나타낸 것일 수 있다.In the above formulas,
Figure 112023072565330-pat00027
is the initial length of the model before data assimilation,
Figure 112023072565330-pat00028
is the optimal weight,
Figure 112023072565330-pat00029
is the current air quality observation data,
Figure 112023072565330-pat00030
is the observation operator,
Figure 112023072565330-pat00031
is the background error covariance,
Figure 112023072565330-pat00032
may represent the observation error covariance.

이때, 식(12) 및 식 (13)에서 (i) 관측 오차 공분산이 배경 오차 공분산보다 작으면 최적 가중치가 1에 가까워져서 자료동화 후 모델 초기장이 현재 대기질 관측데이터에 수렴할 수 있고, (ii) 관측 오차 공분산이 배경 오차 공분산보다 크면 최적 가중치가 0에 가까워져서 자료동화 후 모델 초기장이 자료동화 전 모델 초기장에 수렴할 수 있다.At this time, in equations (12) and (13), (i) if the observation error covariance is smaller than the background error covariance, the optimal weight approaches 1, so that the model initial field after data assimilation can converge to the current air quality observation data, ( ii) If the observation error covariance is greater than the background error covariance, the optimal weight approaches 0, allowing the model initial length after data assimilation to converge to the model initial length before data assimilation.

이와 같이, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)가 자료동화 후 모델 초기장을 산출함에 있어 현재 대기질 관측데이터로서, 제1 지상관측소로부터 획득된 지상 대기질 관측데이터인 미세먼지 관측데이터 및 인공위성으로부터 획득된 인공위성 대기질 관측데이터인 AOD 관측데이터 각각으로 구분하는 것을 확인할 수 있다.In this way, when the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 calculates the model initial field after data assimilation, fine dust, which is ground air quality observation data acquired from the first ground observatory, is used as current air quality observation data. You can see that it is divided into observation data and AOD observation data, which is satellite air quality observation data acquired from satellites.

따라서, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 데이터 획득부(130)으로부터 획득되는 특정 위치에서의 현재 대기질 관측데이터의 존재 유무에 따라 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있는데, 이와 관련하여 도 10을 참조하여 설명하겠다.Therefore, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 can calculate the model initial length after data assimilation depending on the presence or absence of current air quality observation data at a specific location obtained from the data acquisition unit 130. This will be explained with reference to FIG. 10.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라, 현재 대기질 관측데이터의 존재 유무를 확인하고, 이를 반영하여 자료동화를 수행하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 10 schematically shows a process for confirming the existence of current air quality observation data and performing data assimilation by reflecting this, according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 데이터 획득부(130)으로부터 획득되는 특정 위치에서의 현재 대기질 관측데이터를 확인할 수 있는데, (a)는 현재 대기질 관측데이터로서, 지상 대기질 관측데이터와 인공위성 대기질 관측데이터 모두 존재하는 경우의 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 나타낸 것이고, (b)는 현재 대기질 관측데이터로서, 지상 대기질 관측데이터만 존재하는 경우의 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 나타낸 것이며, (c)는 현재 대기질 관측데이터로서, 인공위성 대기질 관측데이터만 존재하는 경우의 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 나타낸 것이다. 참고로, 현재 대기질 관측데이터로서, 지상 대기질 관측데이터와 인공위성 대기질 관측데이터 모두 존재하지 않는 경우에 대해서는 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 프로세스를 수행하지 않고, 대기질모델로부터 출력된 대기질 예측데이터를 이용하여 대기질 예보에 활용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.Referring to FIG. 10, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 can check the current air quality observation data at a specific location obtained from the data acquisition unit 130, where (a) is the current air quality. As quality observation data, it shows calculating the initial model length after data assimilation in the case where both ground air quality observation data and satellite air quality observation data exist, and (b) is the current air quality observation data, which is ground air quality observation data. It shows calculating the model initial field after data assimilation when only satellite air quality observation data exists, and (c) shows calculating the model initial field after data assimilation when only satellite air quality observation data exists. will be. For reference, in the case where neither ground air quality observation data nor satellite air quality observation data exist as current air quality observation data, the process of calculating the model initial field after data assimilation is not performed, and the air quality output from the air quality model is not performed. Quality prediction data can be used to forecast air quality, but it is not limited to this.

일 예로, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 데이터 획득부(130)로부터 획득된 특정 위치에서의 현재 대기질 관측데이터를 확인하여 지상 대기질 관측데이터 및 인공위성 대기질 관측데이터가 모두 존재하는 것으로 판단되면, (a)와 같이 행성경계층(PBL, Planetary Boundary Layer)에서는 지상 대기질 관측데이터에 포함된 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터를 참조하여 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 행성경계층보다 상부층에서는 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 AOD 관측데이터를 참조하여 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있다. 이때, 행성경계층에서는 연직혼합이 매우 잘되기 때문에 에어로졸의 구성 비율이 동일하다고 가정을 한 상태이며, 대기질모델의 첫번째층(가령, 지표면층)에서만 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 경우에는 그 효과가 금방 사라지기 때문에, 미세먼지 관측데이터를 이용하여 행성경계층까지의 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것이다. As an example, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 checks the current air quality observation data at a specific location obtained from the data acquisition unit 130 to obtain ground air quality observation data and satellite air quality observation data. If it is determined that all exist, as in (a), in the Planetary Boundary Layer (PBL), the ultrafine dust (PM2.5) observation data included in the ground air quality observation data is referred to for fine dust data. The model initial field can be calculated after assimilation, and in layers above the planetary boundary layer, the model initial field can be calculated after data assimilation for AOD by referring to the AOD observation data included in the satellite air quality observation data. At this time, since vertical mixing is very good in the planetary boundary layer, it is assumed that the composition ratio of aerosols is the same. If the model initial field is calculated after data assimilation only in the first layer of the air quality model (e.g., the ground surface layer), the initial field of the model is calculated. Because the effect disappears quickly, the model initial field is calculated after assimilating the data up to the planetary boundary layer using fine dust observation data.

구체적으로, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)가 제1 지상관측소로부터 획득된 미세먼지 관측데이터를 상기 식(11)에 대입함으로써 행성경계층에서의 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있다.Specifically, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 calculates the model initial field after data assimilation in the planetary boundary layer by substituting the fine dust observation data obtained from the first ground observation station into the equation (11). can do.

다만, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)가 행성경계층보다 상부층에서의 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위해서 인공위성으로부터 획득된 AOD 관측데이터를 이용하는데, AOD 관측데이터는 특정 위치에서의 지상부터 모든 연직층에 대한 AOD 합산 값으로 나타내는 것으로서 연직층별로 AOD 값을 구분하지 못하는 문제점이 있다.However, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 uses AOD observation data acquired from a satellite to calculate the model initial field after data assimilation in the upper layer than the planetary boundary layer, and the AOD observation data is located at a specific location. It is expressed as the sum of the AOD values for all vertical layers from the ground, and there is a problem in not being able to distinguish AOD values by vertical layer.

따라서, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 이전에 미세먼지 관측데이터를 이용하여 행성경계층에서의 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출한 상태에서, AOD 관측데이터를 이용하여 행성경계층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 상황을 방지하기 위해 소정의 전처리를 수행할 수 있다.Therefore, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 calculates the model initial field after data assimilation of the fine dust data in the planetary boundary layer using the fine dust observation data, and then calculates the AOD observation data. Using , certain preprocessing can be performed to prevent the situation in which the model initial field is calculated after data assimilation for AOD in the planetary boundary layer.

가령, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 행성경계층에서의 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 전 모델 초기장 대비 자료동화 후 모델 초기장의 비율을 참조하여 행성경계층에서의 에어로졸 성분데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 행성경계층에서의 에어로졸 성분데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 참조하여 행성경계층에서의 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 행성경계층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장으로 변환할 수 있는데. 이를 수식으로 나타내면 하기와 같다.For example, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 refers to the ratio of the model initial field after data assimilation to the model initial field before data assimilation for fine dust data in the planetary boundary layer to generate aerosol component data in the planetary boundary layer. Calculate the model initial field after data assimilation, and refer to the model initial field after data assimilation of aerosol component data in the planetary boundary layer. After data assimilation of fine dust data in the planetary boundary layer, the model initial field is calculated as the model initial field in the planetary boundary layer. After data assimilation for AOD, it can be converted to model initial length. This can be expressed in a formula as follows.

식(14) Equation (14)

식(15) Equation (15)

상기 식(14)에서 는 행성경계층에서의 에어로졸 데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 나타낸 것이고, 는 행성경계층에서의 에어로졸 데이터에 대한 자료동화 전 모델 초기장을 나타낸 것으로서, 앞서 행성경계층에서는 에어로졸의 구성 비율이 동일하다고 가정한 상태이므로, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)가 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 전 모델 초기장 대비 자료동화 후 모델 초기장의 비율을 참조하여 를 산출할 수 있다.In equation (14) above, shows the model initial field after data assimilation of aerosol data in the planetary boundary layer, represents the initial field of the model before data assimilation of aerosol data in the planetary boundary layer. Since it was previously assumed that the composition ratio of aerosols is the same in the planetary boundary layer, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 By referring to the ratio of the initial length of the model after data assimilation to the initial length of the model before data assimilation for fine dust data, can be calculated.

또한, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 연직층별로 AOD값을 산출하는 식(15)에 를 대입함으로써 행성경계층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장인 로 변환할 수 있다. 이때, 는 흡습성장계수를 나타낸 것이다.In addition, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 uses equation (15) to calculate the AOD value for each vertical layer. By substituting the model initial field after data assimilation for AOD in the planetary boundary layer, It can be converted to . At this time, represents the moisture absorption growth coefficient.

그리고, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 행성경계층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 행성경계층에서의 AOD 관측데이터와 동일시하여, 행성경계층보다 상부층에서의 현재 대기질 관측데이터를, AOD 관측데이터와 행성경계층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장의 차이로 대체함으로써 행성경계층보다 상부층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있는데, 이를 수식으로 나타내면 하기와 같다.In addition, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 equates the model initial field with the AOD observation data in the planetary boundary layer after assimilating the data for the AOD in the planetary boundary layer, and identifies the current atmosphere in the layer above the planetary boundary layer. By replacing the quality observation data with the difference between the AOD observation data and the model initial field after data assimilation for AOD in the planetary boundary layer, the model initial field after data assimilation for AOD in the layer above the planetary boundary layer can be calculated using the formula: It is expressed as follows.

식(16) Equation (16)

상기 식 (16)에서 는 행성경계층보다 상부층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 나타낸 것이고, 는 행성경계층보다 상부층에서의 AOD에 대한 자료동화 전 모델 초기장을 나타낸 것이며, 는 인공위성으로부터 획득된 AOD 관측데이터를 나태낸 것이다.In equation (16) above, shows the model initial field after data assimilation for AOD in the upper layer than the planetary boundary layer, represents the initial field of the model before data assimilation for AOD in the upper layer than the planetary boundary layer, shows AOD observation data acquired from a satellite.

다른 예로, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 데이터 획득부(130)로부터 획득된 특정 위치에서의 현재 대기질 관측데이터를 확인하여 지상 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, (b)와 같이 대기질 관측데이터에 포함된 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터를 참조하여 행성경계층에서의 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있다. 다만, 이 경우에는 인공위성으로부터 AOD 관측데이터를 획득하지 못하였으므로, 행성경계층보다 상부층에서의 자료동화 후 모델 초기장은 산출하지 않을 수 있다. As another example, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 checks the current air quality observation data at a specific location obtained from the data acquisition unit 130 and determines that only ground air quality observation data exists. , (b), the model initial field can be calculated after data assimilation of the fine dust data in the planetary boundary layer by referring to the ultrafine dust (PM2.5) observation data included in the air quality observation data. However, in this case, since AOD observation data was not obtained from the satellite, the model initial field may not be calculated after data assimilation in the upper layer than the planetary boundary layer.

또 다른 예로, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)는 데이터 획득부(130)로부터 획득된 특정 위치에서의 현재 대기질 관측데이터를 확인하여 인공위성 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 AOD 관측데이터를 참조하여 대기질모델의 모든 연직층에서의 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있다. 즉, AOD 관측데이터는 모든 연직층에 대한 AOD 합산값이므로, 모든 연직층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수 있는 것이다.As another example, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 checks the current air quality observation data at a specific location obtained from the data acquisition unit 130 and determines that only satellite air quality observation data exists. Then, the model initial field can be calculated after data assimilation in all vertical layers of the air quality model by referring to the AOD observation data included in the satellite air quality observation data. In other words, since the AOD observation data is the sum of AOD for all vertical layers, the model initial field can be calculated after assimilating the data for AOD in all vertical layers.

다만, 본 발명에서는 대기질모델을 통해 출력되는 대기질 예측데이터로서 초미세먼지(PM2.5) 데이터를 확인하고자 하므로, 컴퓨팅 장치(100)의 대기질 자료동화부(160)가 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 산출한 경우에는, 미세먼지 데이터와 AOD가 정비례한다고 가정하여 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장으로의 변환을 수행할 수 있으며, 수식으로 나타내면 하기와 같다.However, since the present invention seeks to confirm ultrafine dust (PM2.5) data as air quality prediction data output through an air quality model, the air quality data assimilation unit 160 of the computing device 100 provides data on AOD. When the model initial field is calculated after assimilation, assuming that fine dust data and AOD are directly proportional, the model initial field after data assimilation for AOD can be converted to the model initial field after data assimilation for fine dust data. , when expressed as a formula, it is as follows.

식(17) Equation (17)

식(18) Equation (18)

식(17)은 현재 대기질 관측데이터로서, 미세먼지 관측데이터 및 AOD 관측데이터가 모두 존재하는 경우에, 행성경계층보다 상부층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 행성경계층보다 상부층에서의 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장으로 변환하는 것을 나타낸 것이고, 식(18)은 현재 대기질 관측데이터로서, AOD 관측데이터만 존재하는 경우에, 모든 연직층에서의 AOD에 대한 자료동화 후 모델 초기장을 모든 연직층에서의 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 후 모델 초기장으로 변환하는 것을 나타낸 것이다.Equation (17) is the current air quality observation data. When both fine dust observation data and AOD observation data exist, the model initial field is calculated after data assimilation for AOD in the layer above the planetary boundary layer. It shows the conversion to the model initial field after data assimilation of dust data, and equation (18) is the current air quality observation data. When only AOD observation data exists, the model after data assimilation of AOD in all vertical layers This shows the conversion of the initial field to the model initial field after data assimilation of fine dust data in all vertical layers.

다시 도 5를 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)가 자료동화 후 모델 초기장을 산출한 상태에서, 특정 위치에서 tc에 대응되는 현재 기상 데이터를 획득(S530)하고, 현재 기상 데이터를 기상모델에 입력하여 기상모델로 하여금 tc로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tc+k 미래시점에 대응되는 적어도 하나의 tc+k 미래 기상 예측데이터를 출력하도록 하며(S540), tc+k 미래 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tc+k 미래 가공데이터를 획득할 수 있다(S550, S560).Referring again to FIG. 5, in a state where the computing device 100 calculates the model initial field after data assimilation, the current weather data corresponding to t c is acquired at a specific location (S530), and the current weather data is added to the weather model. input to cause the weather model to output at least one t c+k future weather prediction data corresponding to at least one t c+k future time after a preset time from t c (S540), and t c+k future At least one t c+k future processed data, which is a processed value of weather forecast data, can be obtained (S550, S560).

일 예로, S530 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)의 데이터 획득부(130)가 ECMWF를 통해 시뮬레이션된 특정 위치에서의 tC에 대응되는 현재 기상 예측데이터를 기상모델에 입력가능한 형태로 전처리를 수행함으로써 현재 기상 데이터를 획득할 수 있다.For example, in step S530, the data acquisition unit 130 of the computing device 100 preprocesses the current weather forecast data corresponding to t C at a specific location simulated through ECMWF into a form that can be input into a weather model. Current weather data can be obtained.

가령, tc가 2022년 3월 15일 12시인 경우, S540 단계에서, 컴퓨팅 장치(100)가 획득된 2022년 3월 15일 12시의 현재 기상 데이터를 기상모델에 입력하면, 기상모델이 2022년 3월 15일 12시부터 72시간 이후까지를 1시간 단위로 예측한 미래 기상 예측데이터들을 tc+k 미래 기상 예측데이터로서 출력하도록 할 수 있다. 상기의 예시에 따르면, k는 0부터 72까지의 정수일 수 있다.For example, if t c is 12 o'clock on March 15, 2022, in step S540, if the computing device 100 inputs the acquired current weather data at 12 o'clock on March 15, 2022 into the weather model, the weather model is 2022 Future weather forecast data predicted in hourly increments from 12:00 on March 15, 2018 to 72 hours later can be output as t c+k future weather forecast data. According to the above example, k may be an integer from 0 to 72.

그리고, S550 단계에서 컴퓨팅 장치(100)는 tc+k 미래 기상 예측데이터를 대기질모델 및 배출량모델 중 적어도 일부에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP에 입력하여 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, S560 단계에서 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 배출량모델에 입력하여 배출량모델로 하여금 tc+k 미래 배출량 데이터를 출력하도록 하며, tc+k 미래 기상 전처리 데이터 및 tc+k 미래 배출량 데이터를 tc+k 미래 가공데이터로서 획득할 수 있다.Then, in step S550, the computing device 100 inputs the t c+k future weather prediction data into the MCIP for processing into a data form that can be input to at least some of the air quality model and the emissions model and allows the MCIP to adjust the domain t c+k future weather preprocessing data is output, and in step S560, t c+k future weather preprocessing data is input into the emissions model to cause the emissions model to output t c+k future emissions data, and t c+k future weather preprocessing data is input into the emissions model. Meteorological preprocessing data and t c+k future emissions data can be obtained as t c+k future processed data.

가령, 컴퓨팅 장치(100)가 2022년 3월 15일 12시부터 72시간 이후까지를 1시간 단위로 예측한 tc+k 미래 기상 예측데이터를 MCIP로 입력하여 MCIP로 하여금 (i) 대기질모델에 입력하기 위해 전처리한 2022년 3월 15일 12시부터 72시간 이후까지의 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, (ii) tc+k 미래 기상 예측데이터를 배출량모델에 입력이 가능한 격자 해상도 및 도메인으로 변환하여 2022년 3월 15일 12시부터 72시간 이후까지의 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 출력하도록 한 후, 이를 배출량모델에 입력하여 배출량모델로 하여금 2022년 3월 15일 12시부터 72시간 이후까지의 tc+k 미래 배출량 데이터를 출력하도록 할 수 있다. 이때, 배출량모델로부터 출력된 tc+k 미래 배출량 데이터도 tc+k 미래 기상 전처리 데이터와 동일하게 대기질모델에 입력 가능하도록 격자 해상도 27km를 가지도록 전처리된 상태일 수 있다.For example, the computing device 100 inputs t c+k future weather forecast data predicted in hourly increments from 12:00 on March 15, 2022 to 72 hours later into MCIP and allows MCIP to create (i) an air quality model To output t c+k future weather preprocessed data from 12:00 on March 15, 2022 to 72 hours later, (ii) input t c+k future weather forecast data into the emissions model. Convert to possible grid resolution and domain to output t c+k future weather preprocessing data from 12:00 on March 15, 2022 to 72 hours later, and then input this into the emissions model to make the emissions model produce 72 hours from 12:00 on March 15, 2022. You can output t c+k future emissions data from 12:00 on the 15th to 72 hours later. At this time, the t c+k future emissions data output from the emissions model may also be preprocessed to have a grid resolution of 27 km so that it can be input into the air quality model in the same way as the t c+k future weather preprocessing data.

참고로, 도 5에서는 설명의 편의상 자료동화 후 모델 초기장을 먼저 산출한 후에 tc+k 미래 가공데이터를 획득하는 것으로 넘버링하였으나, 이와는 반대로 tc+k 미래 가공데이터를 먼저 획득한 후에 자료동화 후 모델 초기장을 산출할 수도 있을 것이다. For reference, in Figure 5, for convenience of explanation, the model initial length is first calculated after data assimilation, and then t c + k future processing data is numbered. However, on the contrary, t c + k future processing data is acquired first, and then data assimilation is performed. It may be possible to calculate the post-model initial field.

이후, 컴퓨팅 장치(100)는 tc+k 미래 가공데이터 및 자료동화 후 모델 초기장을 대기질모델에 입력하여 대기질모델로 하여금 tc+k 미래시점에서의 적어도 하나의 tc+k 미래 대기질 예측데이터를 출력하도록 하고(S570), tc+k 미래 대기질 예측데이터 중 적어도 일부를 tc+k 미래시점에서의 모델 예측장으로서 결정할 수 있다(S580).Thereafter, the computing device 100 inputs the t c+k future processed data and the model initial field after data assimilation into the air quality model to make the air quality model at least one t c+k future at t c + k future time. Air quality prediction data can be output (S570), and at least some of the t c+k future air quality prediction data can be determined as a model prediction field at t c+k future time (S580).

일 예로, 컴퓨팅 장치(100)는 MCIP로부터 출력된 tc+k 미래 기상 전처리 데이터 및 배출량모델로부터 출력된 tc+k 미래 배출량 데이터를 포함하는 tc+k 가공데이터와, 대기질 자료동화부(160)으로부터 산출된 자료동화 후 모델 초기장을 대기질모델에 입력하여 대기질모델로 하여금 2022년 3월 15일 12시를 기점으로 보정된 2022년 3월 15일 12시부터 72시간 이후까지의 tc+k 대기질 예측데이터를 출력하도록 할 수 있고, 이로부터 몇 시간 이후의 대기질 예측데이터를 예보할 것인지에 따라 tc+k 미래시점에서의 모델 예측장을 결정할 수 있으며, tc+k 미래시점에서의 모델 예측장을 표출 시스템부(170)를 통해 사용자에게 시공간적 자료로 제공할 수 있다. 다만, 2022년 3월 15일 12시의 tc+k 대기질 예측데이터는 자료동화 후 모델 초기장과 동일하므로 예측장이 아니라 분석장으로서의 역할을 할 수 있다. As an example, the computing device 100 includes t c+k processed data including t c+k future weather preprocessing data output from MCIP and t c+k future emissions data output from an emissions model, and an air quality data assimilation unit. After assimilating the data calculated from (160), the model initial field is input into the air quality model, and the air quality model is calibrated starting at 12:00 on March 15, 2022, from 12:00 on March 15, 2022 to 72 hours later. It is possible to output t c+k air quality forecast data, and from this, the model forecast field at t c+k future time can be determined depending on how many hours after the air quality forecast data to be forecast, and t c+ k The model prediction field at a future point in time can be provided to the user as spatiotemporal data through the display system unit 170. However, the t c+k air quality forecast data at 12:00 on March 15, 2022 is the same as the model initial field after data assimilation, so it can serve as an analysis field rather than a forecast field.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 자료동화 전 모델 초기장 및 자료동화 후 모델 초기장과의 차이와, 자료동화 전 모델 초기장 및 자료동화 후 모델 예측장과의 차이 각각을 비교한 결과 데이터를 개략적으로 도시한 것이다.11A and 11B show the difference between the model initial length before data assimilation and the model initial length after data assimilation, and the difference between the model initial length before data assimilation and the model prediction length after data assimilation, respectively, according to an embodiment of the present invention. This is a schematic illustration of the data resulting from the comparison.

먼저, 도 11a를 참조하면, 2021년 11월 1일부터 2022년 3월 31일까지의 기간에 대해, 한국 내 제1 지상관측소에서 관측된 초미세먼지(PM2.5) 관측데이터 대비 모델 예측장의 산포도를 나타낸 것으로, 미세먼지 데이터에 대한 자료동화 전 모델 초기장(1110)의 기울기는 0.36으로 나타났고, 자료동화 후 모델 초기장(1120)의 기울기는 0.71로 나타났음을 확인할 수 있다.First, referring to Figure 11a, for the period from November 1, 2021 to March 31, 2022, the model prediction field compared to the ultrafine dust (PM2.5) observation data observed at the first ground observatory in Korea. As a scatter plot, it can be seen that the slope of the model initial field (1110) before data assimilation for fine dust data was 0.36, and the slope of the model initial field (1120) after data assimilation was 0.71.

따라서, 자료동화 전 모델 초기장에서는 미세먼지 관측데이터 대비 과소 예측한 것을 알 수 있고, 자료동화 후 모델 초기장은 상대적으로 미세먼지 관측데이터 대비하여 근접하게 예측하고 있으므로 예측 성능이 상당부분 개선된 것으로 판단할 수 있다.Therefore, it can be seen that the initial field of the model before data assimilation underpredicted compared to the fine dust observation data, and since the initial field of the model after data assimilation predicted relatively closely compared to the fine dust observation data, the prediction performance was judged to have improved significantly. can do.

도 11b를 참조하면, 자료동화 전 모델 초기장과 자료동화 후 모델 예측장 각각 사이의 (a) NMB(Normalized Mean Bias), (b) RMSE(Root Mean Square Error), (c) IOA(Index of Agreement)를 비교한 결과를 나타낸 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 11b, (a) NMB (Normalized Mean Bias), (b) RMSE (Root Mean Square Error), and (c) IOA (Index of You can see that the result of comparing the Agreement is shown.

이때, NMB는 모델의 예측장이 관측데이터와 비교하여 과소 예측하는지 과대 예측하는지 경향성을 판단할 수 있고, RMSE는 모델의 정확성을 판단할 수 있으며, IOA는 모델의 예측장과 관측데이터 사이의 일치도를 판단할 수 있다.At this time, NMB can determine the tendency of the model's prediction field to under-predict or overpredict compared to the observed data, RMSE can determine the accuracy of the model, and IOA can determine the degree of agreement between the model's prediction field and the observed data. You can judge.

(a)에서 자료동화 전 모델 초기장의 NMB는 -11.6 이고, 자료동화 후 모델 초기장의 NMB는 -8.7 로 나타났으므로 예측 성능이 개선된 것으로 판단할 수 있다. 이때, NMB가 양의 값을 가지면 모델 예측장이 관측데이터 대비 과대 예측함을 의미하는 것이고, 음의 값을 가지면 모델 예측장이 관측데이터 대비 과소 예측함을 의미할 수 있다.In (a), the NMB of the initial field of the model before data assimilation is -11.6. And the NMB of the initial length of the model after data assimilation is -8.7. Since it was found, it can be judged that the prediction performance has improved. At this time, if NMB has a positive value, it means that the model prediction field overpredicts compared to the observed data, and if NMB has a negative value, it may mean that the model prediction field underpredicts compared to the observed data.

(b)에서 자료동화 전 모델 초기장의 RMSE는 9.82 고, 자료동화 후 모델 초기장의 RMSE는 7.88 로 나타났으므로 예측 성능이 개선된 것으로 판단할 수 있다. 이때, RMSE의 값이 0 에 가까울수록 모델 예측장이 관측데이터와 유사하다는 것을 의미할 수 있다.In (b), the RMSE of the initial field of the model before data assimilation is 9.82. And, after data assimilation, the RMSE of the initial field of the model was 7.88. Since it was found, it can be judged that the prediction performance has improved. At this time, the value of RMSE is 0 The closer it is, the more similar the model prediction field is to the observed data.

(c)에서 자료동화 전 모델 초기장의 IOA는 0.83이고, 자료동화 후 모델 초기장의 IOA는 0.88로 나타났으므로 예측 성능이 개선된 것으로 판단할 수 있다. 이때, IOA는 0에서 1사이의 값을 가지며, 1에 가까울수록 모델 예측장이 관측데이터와의 일치도가 높다는 것을 의미할 수 있다.In (c), the IOA of the initial length of the model before data assimilation was 0.83, and the IOA of the initial length of the model after data assimilation was 0.88, so it can be judged that the prediction performance has improved. At this time, IOA has a value between 0 and 1, and the closer it is to 1, the higher the model prediction field matches the observed data.

또한, 이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Additionally, the embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable by those skilled in the computer software field. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. media), and hardware devices specifically configured to store and perform program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform processing according to the invention and vice versa.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.In the above, the present invention has been described with specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is only provided to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , a person skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all modifications equivalent to or equivalent to the scope of the claims fall within the scope of the spirit of the present invention. They will say they do it.

Claims (22)

지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 방법에 있어서,
(a) 컴퓨팅 장치가, (i-1) 특정 위치에서의 적어도 하나의 과거시점인 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 기상 데이터를 획득하고, 상기 tp 과거 기상 데이터를 기상모델(WRF, Weather Research and Forecasting)에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tp로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tp+k 과거 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tp+k 과거 가공데이터를 대기질모델(CMAQ, Community Multiscale Air Quality)에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 출력하도록 하고, (i-2) 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출하는 프로세스; 및 (ii-1) 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 대기질 관측데이터 - 상기 tp 과거 대기질 관측 데이터는 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득된 대기질 관측데이터를 포함함 - 를 획득하고, (ii-2) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터를 참조하여 관측 오차 공분산을 산출하는 프로세스;를 수행하는 단계;
(b) 상기 컴퓨팅 장치가, (i) 상기 특정 위치에서 현재시점인 tc와 인접한 과거시점이면서 상기 tp+k 과거시점보다 미래시점인 ti 과거시점에 대응되는 ti 과거 기상 데이터를 획득하고, (ii) 상기 ti 과거 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, (iii) 상기 ti+k 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 ti+k 가공데이터를 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 대기질 예측데이터를 출력하도록 하는 단계;
(c) 상기 컴퓨팅 장치가, (i) 상기 tc에 대응되는 현재 대기질 관측데이터를 획득하고, 상기 ti+k 대기질 예측데이터 중 상기 tc에 대응되는 tc 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로서 결정한 후, 상기 자료동화 전 모델 초기장, 상기 현재 대기질 관측데이터, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 프로세스; 및 (ii) 상기 특정 위치에서 상기 tc에 대응되는 현재 기상 데이터를 획득하고, 상기 현재 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tc로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tc+k 미래시점에 대응되는 적어도 하나의 tc+k 미래 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tc+k 미래 가공데이터를 획득하는 프로세스;를 수행하는 단계; 및
(d) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 tc+k 미래 가공데이터 및 상기 자료동화 후 모델 초기장을 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tc+k 미래시점에서의 모델 예측장을 출력하도록 하는 단계;
를 포함하는 방법.
In a method of predicting air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model,
(a) A computing device, (i-1) acquires t p past weather data corresponding to t p past time, which is at least one past time in a specific location, and uses the t p past weather data to create a weather model (WRF, Weather Research and Forecasting) to cause the weather model to output at least one t p+k past weather forecast data corresponding to at least one t p +k past time after a preset time from t p , At least one t p+k past processed data, which is a processed value of the t p+k past weather forecast data, is input into an air quality model (CMAQ, Community Multiscale Air Quality) to enable the air quality model to process the t p+k past weather forecast data. Output at least one t p+k past air quality forecast data corresponding to the time point, and (i-2) calculate the background error covariance of the air quality model by referring to the t p+k past air quality forecast data. process; and (ii-1) t p past air quality observation data corresponding to the t p past time at the specific location - the t p past air quality observation data includes air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites. Includes - obtaining and performing (ii-2) a process of calculating observation error covariance with reference to the t p past air quality observation data;
(b) The computing device (i) acquires past weather data t i corresponding to the past time t i, which is a past time point adjacent to the current time t c at the specific location and is a future time point than the t p+k past time point. and (ii) inputting the t i past weather data into the weather model to cause the weather model to output at least one t i+k weather prediction data, and (iii) the t i+k weather prediction data. Inputting at least one t i+k processed data, which is a processed value, into the air quality model to cause the air quality model to output at least one t i+k air quality prediction data;
(c) The computing device, (i) acquires current air quality observation data corresponding to t c , and provides t c air quality prediction data corresponding to t c among the t i+k air quality prediction data. After determining the model initial field before data assimilation, calculating the model initial field after data assimilation with reference to the model initial field before data assimilation, the current air quality observation data, the observation error covariance, and the background error covariance; and (ii) acquiring current weather data corresponding to t c at the specific location, and inputting the current weather data into the weather model to cause the weather model to detect at least one t that is after a preset time from t c . To output at least one t c+k future weather forecast data corresponding to a c+k future point in time, and to obtain at least one t c+k future processed data that is a processed value of the t c+k future weather forecast data. performing a process; and
(d) The computing device inputs the t c + k future processed data and the initial model length after data assimilation into the air quality model to cause the air quality model to have a model prediction length at the t c + k future point in time. A step of outputting;
How to include .
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 자료동화 전 모델 초기장을 관측 공간으로 변환시키기 위한 연산자인 관측 연산자, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위한 최적 가중치를 결정하며, 상기 현재 대기질 관측데이터와, 상기 자료동화 전 모델 초기장에 상기 관측 연산자를 적용하여 상기 특정 위치로 내삽한 모델 배경장의 차이인, 관측증분에 상기 최적 가중치를 적용한 후, 이를 상기 자료동화 전 모델 초기장에 합산함으로써, 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (c) above,
The computing device determines an optimal weight for calculating the model initial field after data assimilation by referring to an observation operator, which is an operator for converting the model initial field before data assimilation into an observation space, the observation error covariance, and the background error covariance. Determine, apply the optimal weight to the observation increment, which is the difference between the current air quality observation data and the model background field interpolated to the specific location by applying the observation operator to the model initial field before data assimilation, and apply this to the data. A method characterized by calculating the initial length of the model after assimilation of the data by adding it to the initial length of the model before assimilation.
제2항에 있어서,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 현재 대기질 관측데이터로서, (i) 지상 대기질 관측데이터 및 인공위성 대기질 관측데이터가 있는 것으로 판단되면, 행성경계층(PBL, Planetary Boundary Layer)에서는 상기 지상 대기질 관측데이터에 포함된 미세먼지 관측데이터를 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 상기 행성경계층보다 상부층에서는 상기 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 AOD(Aerosol Optical Depth) 관측데이터를 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하며, (ii) 상기 지상 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 상기 지상 대기질 관측데이터에 포함된 상기 미세먼지 관측데이터를 참조하여 상기 행성경계층에서의 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, (iii) 상기 인공위성 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 상기 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 상기 AOD 관측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 모든층에서의 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 2,
If the computing device determines that, as the current air quality observation data, (i) there is ground air quality observation data and satellite air quality observation data, the planetary boundary layer (PBL) includes the ground air quality observation data. After the data assimilation, the model initial field is calculated with reference to the included fine dust observation data, and in layers above the planetary boundary layer, the data is assimilated with reference to the AOD (Aerosol Optical Depth) observation data included in the satellite air quality observation data. Calculate the model initial field, and (ii) if it is determined that only the ground air quality observation data exists, the model is modeled after the data assimilation in the planetary boundary layer with reference to the fine dust observation data included in the ground air quality observation data. Calculate the initial field, and (iii) if it is determined that only the satellite air quality observation data exists, the data assimilation in all layers of the air quality model by referring to the AOD observation data included in the satellite air quality observation data. A method characterized by calculating the post-model initial field.
제3항에 있어서,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 현재 대기질 관측데이터로서 상기 지상 대기질 관측데이터 및 상기 인공위성 대기질 관측데이터가 확인되는 경우, (i) 상기 행성경계층에서는, 미세먼지 데이터에 대한 상기 자료동화 전 모델 초기장 대비 상기 자료동화 후 모델 초기장의 비율을 참조하여 에어로졸 성분데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 상기 에어로졸 성분데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 참조하여 상기 미세먼지 데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장으로 변환하며, (ii) 상기 행성경계층보다 상부층에서는, 상기 현재 대기질 관측데이터를, 상기 인공위성 대기질 관측데이터와, 상기 행성경계층에서의 상기 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장의 차이로 대체하여 상기 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 3,
When the computing device confirms the ground air quality observation data and the satellite air quality observation data as the current air quality observation data, (i) in the planetary boundary layer, the initial field of the model before the data assimilation for fine dust data Calculate the model initial field after data assimilation for the aerosol component data by referring to the ratio of the model initial field after the data assimilation, and calculate the model initial field after the data assimilation for the aerosol component data for the fine dust data. Converting the model initial field after the data assimilation into the model initial field after the data assimilation for AOD, (ii) in a layer above the planetary boundary layer, the current air quality observation data, the satellite air quality observation data, and the planet A method characterized in that the model initial field after the data assimilation for the AOD is calculated by replacing the difference in the model initial field after the data assimilation for the AOD in the boundary layer.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 컴퓨팅 장치가, (i) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터가 제1 지상관측소로부터 획득되는 지상 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 관측기기에 내재된 제1 오차 및 상기 관측기기를 이용한 설정 방식의 차이에 의해 발생되는 제2 오차 중 적어도 일부를 포함하는 측정 오차와, 상기 tp 과거 대기질 관측데이터 및 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터의 해상도와 규모의 차이에 의해 발생되는 대표 오차를 각각 산출하고, 상기 측정 오차 및 상기 대표 오차를 이용하여 상기 지상 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차를 산출하며, 상기 관측 오차 및 상기 관측 오차의 평균을 참조하여 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 상기 관측 오차 공분산을 산출하고, (ii) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터가 인공위성으로부터 획득되는 인공위성 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 따른 AOD의 크기별로, 제2 지상관측소로부터 획득된 지상 AOD 및 상기 인공위성으로부터 획득된 위성 AOD의 차이를 이용하여 절대 오차를 산출하며, 상기 절대 오차 및 상기 절대 오차의 평균을 참조하여 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 상기 관측 오차 공분산을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (a) above,
The computing device, (i) when the t p past air quality observation data corresponds to ground air quality observation data acquired from a first ground observation station, the first error inherent in the observation device and the setting method using the observation device A measurement error including at least part of the second error caused by the difference between and a representative error caused by the difference in resolution and scale of the t p past air quality observation data and the t p + k past air quality prediction data. Calculate each, and calculate the observation error for the ground air quality observation data using the measurement error and the representative error, and calculate the observation error for the ground air quality observation data by referring to the observation error and the average of the observation error to the t p past air quality observation data. Calculate the observation error covariance for the t p past air quality observation data, and (ii) if the t p past air quality observation data corresponds to satellite air quality observation data acquired from a satellite, according to the size of AOD according to the t p past air quality observation data, The absolute error is calculated using the difference between the ground AOD obtained from the second ground observatory and the satellite AOD obtained from the satellite, and the absolute error and the average of the absolute error are referred to for the t p past air quality observation data. A method characterized by calculating the observation error covariance.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터 및 상기 tp+k 과거시점과 인접한 과거시점인 tp+k-n 과거시점 - 상기 n은 양수임 - 에 대응되는 적어도 하나의 tp+k-n 과거 대기질 예측데이터와의 차이를 상기 대기질모델의 배경 오차로서 추정함으로써 상기 배경 오차 공분산을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (a) above,
The computing device, the t p+k past air quality prediction data and at least one t p+ corresponding to the past time point t p+ kn, which is a past time point adjacent to the past time point t p+k - where n is a positive number - kn A method characterized in that the background error covariance is calculated by estimating the difference with past air quality prediction data as the background error of the air quality model.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대해, 상기 특정 위치를 중심으로 하는 영향반경 이내의 복수의 관측 지점에서 기측정된 대기질 관측데이터들의 평균값과 비교하여 기설정된 임계치 이상인 경우에 노이즈로 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (a) above,
The computing device compares the t p past air quality observation data at the specific location with the average value of air quality observation data previously measured at a plurality of observation points within a radius of influence centered on the specific location. A method characterized in that it is judged as noise when it is above a set threshold.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 컴퓨팅 장치가, ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)를 통해 시뮬레이션된 상기 ti 과거시점에서의 기상 예측데이터를 상기 ti 과거 기상 데이터로서 획득하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (b) above,
A method characterized in that the computing device acquires weather forecast data at the time in the past t i simulated through ECMWF (European Center for Medium-Range Weather Forecasts) as the past weather data in t i .
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 컴퓨팅 장치가, ECMWF를 통해 시뮬레이션된 상기 tc에서의 기상 예측데이터를 상기 현재 기상 데이터로서 획득하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (c) above,
A method characterized in that the computing device acquires weather prediction data at t c simulated through ECMWF as the current weather data.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 ti+k 기상 예측데이터를 상기 대기질모델 및 배출량모델(MEGAN/SMOKE)에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP(Meteorology Chemistry Interface Processor)에 입력하여 상기 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 ti+k 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, 상기 ti+k 기상 전처리 데이터를 상기 배출량모델에 입력하여 상기 배출량모델로 하여금 ti+k 배출량 데이터를 출력하도록 하며, 상기 ti+k 기상 전처리 데이터 및 상기 ti+k 배출량 데이터를 상기 ti+k 가공데이터로서 상기 대기질모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (b) above,
The computing device inputs the t i+k weather prediction data into a MCIP (Meteorology Chemistry Interface Processor) to process the t i+k weather forecast data into a data form that can be input to the air quality model and emissions model (MEGAN/SMOKE), thereby allowing the MCIP to By adjusting t i+k meteorological pre-processing data to be output, and inputting the t i+k meteorological pre-processing data into the emission model to cause the emission model to output t i+k emission data, the t i+ A method characterized in that inputting k meteorological preprocessing data and the t i+k emission data into the air quality model as the t i+k processed data.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 상기 대기질모델 및 배출량모델에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP에 입력하여 상기 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, 상기 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 상기 배출량모델에 입력하여 상기 배출량모델로 하여금 tc+k 미래 배출량 데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 전처리 데이터 및 tc+k 미래 배출량 데이터를 상기 tc+k 미래 가공데이터로서 상기 대기질모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to paragraph 1,
In step (c) above,
The computing device inputs the t c+k future weather prediction data into an MCIP for processing into a data format that can be input to the air quality model and emissions model, and allows the MCIP to adjust the domain to pre-process the t c+k future weather. output data, and input the t c+k future weather preprocessing data into the emissions model to cause the emissions model to output t c+k future emissions data, and input the t c+k future weather preprocessing data and t A method characterized in that inputting c+k future emission data into the air quality model as the t c+k future processed data.
지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득되는 대기질 관측데이터를 대기질모델에 적용하여 대기오염을 예측하는 컴퓨팅 장치에 있어서,
인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및
상기 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서가, (I) (i-1) 특정 위치에서의 적어도 하나의 과거시점인 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 기상 데이터를 획득하고, 상기 tp 과거 기상 데이터를 기상모델(WRF, Weather Research and Forecasting)에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tp로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tp+k 과거 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tp+k 과거 가공데이터를 대기질모델(CMAQ, Community Multiscale Air Quality)에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tp+k 과거시점에 대응되는 적어도 하나의 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 출력하도록 하고, (i-2) 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 배경 오차 공분산을 산출하는 서브 프로세스; 및 (ii-1) 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거시점에 대응되는 tp 과거 대기질 관측데이터 - 상기 tp 과거 대기질 관측 데이터는 지상 및 인공위성 중 적어도 일부로부터 획득된 대기질 관측데이터를 포함함 - 를 획득하고, (ii-2) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터를 참조하여 관측 오차 공분산을 산출하는 서브 프로세스;를 수행하는 프로세스; (II) (i) 상기 특정 위치에서 현재시점인 tc와 인접한 과거시점이면서 상기 tp+k 과거시점보다 미래시점인 ti 과거시점에 대응되는 ti 과거 기상 데이터를 획득하고, (ii) 상기 ti 과거 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, (iii) 상기 ti+k 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 ti+k 가공데이터를 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 적어도 하나의 ti+k 대기질 예측데이터를 출력하도록 하는 프로세스; (III) (i) 상기 tc에 대응되는 현재 대기질 관측데이터를 획득하고, 상기 ti+k 대기질 예측데이터 중 상기 tc에 대응되는 tc 대기질 예측데이터를 자료동화 전 모델 초기장으로서 결정한 후, 상기 자료동화 전 모델 초기장, 상기 현재 대기질 관측데이터, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 서브 프로세스; 및 (ii) 상기 특정 위치에서 상기 tc에 대응되는 현재 기상 데이터를 획득하고, 상기 현재 기상 데이터를 상기 기상모델에 입력하여 상기 기상모델로 하여금 상기 tc로부터 기설정된 시간 이후인 적어도 하나의 tc+k 미래시점에 대응되는 적어도 하나의 tc+k 미래 기상 예측데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 가공한 값인 적어도 하나의 tc+k 미래 가공데이터를 획득하는 서브 프로세스;를 수행하는 프로세스; 및 (IV) 상기 tc+k 미래 가공데이터 및 상기 자료동화 후 모델 초기장을 상기 대기질모델에 입력하여 상기 대기질모델로 하여금 상기 tc+k 미래시점에서의 모델 예측장을 출력하도록 하는 프로세스;를 수행하는 컴퓨팅 장치.
In a computing device that predicts air pollution by applying air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites to an air quality model,
at least one memory storing instructions; and
At least one processor configured to execute the instructions,
The processor (I) (i-1) acquires t p past weather data corresponding to t p past time, which is at least one past time in a specific location, and uses the t p past weather data to create a weather model (WRF, Weather Research and Forecasting) to cause the weather model to output at least one t p+k past weather forecast data corresponding to at least one t p +k past time after a preset time from t p , At least one t p+k past processed data, which is a processed value of the t p+k past weather forecast data, is input into an air quality model (CMAQ, Community Multiscale Air Quality) to enable the air quality model to process the t p+k past weather forecast data. Output at least one t p+k past air quality forecast data corresponding to the time point, and (i-2) calculate the background error covariance of the air quality model by referring to the t p+k past air quality forecast data. subprocess; and (ii-1) t p past air quality observation data corresponding to the t p past time at the specific location - the t p past air quality observation data includes air quality observation data obtained from at least some of the ground and satellites. Includes - a process of obtaining and performing (ii-2) a subprocess of calculating observation error covariance with reference to the t p past air quality observation data; (II) (i) Obtain past weather data t i corresponding to the past time t i , which is a past time point adjacent to the current time t c at the specific location and is a time future than the past time point t p+k , (ii) Input the t i past weather data into the weather model to cause the weather model to output at least one t i+k weather forecast data, and (iii) at least one value that is a processed value of the t i+k weather forecast data. A process of inputting t i+k processed data to the air quality model to cause the air quality model to output at least one t i+k air quality prediction data; (III) (i) Obtain the current air quality observation data corresponding to t c , and use the t c air quality prediction data corresponding to t c among the t i+k air quality prediction data as the initial model before data assimilation. After determining as, a sub-process of calculating the model initial length after data assimilation with reference to the model initial length before data assimilation, the current air quality observation data, the observation error covariance, and the background error covariance; and (ii) acquiring current weather data corresponding to t c at the specific location, and inputting the current weather data into the weather model to cause the weather model to detect at least one t that is after a preset time from t c . To output at least one t c+k future weather forecast data corresponding to a c+k future point in time, and to obtain at least one t c+k future processed data that is a processed value of the t c+k future weather forecast data. a process that performs a subprocess; and (IV) inputting the t c + k future processed data and the model initial field after data assimilation into the air quality model to cause the air quality model to output a model prediction field at the t c + k future time point. A computing device that performs a process;
제12항에 있어서,
상기 (III) 프로세스에서,
상기 프로세서가, 상기 자료동화 전 모델 초기장을 관측 공간으로 변환시키기 위한 연산자인 관측 연산자, 상기 관측 오차 공분산 및 상기 배경 오차 공분산을 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하기 위한 최적 가중치를 결정하며, 상기 현재 대기질 관측데이터와, 상기 자료동화 전 모델 초기장에 상기 관측 연산자를 적용하여 상기 특정 위치로 내삽한 모델 배경장의 차이인, 관측증분에 상기 최적 가중치를 적용한 후, 이를 상기 자료동화 전 모델 초기장에 합산함으로써, 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 12,
In process (III) above,
The processor determines optimal weights for calculating the model initial field after data assimilation by referring to an observation operator, which is an operator for converting the model initial field before data assimilation into an observation space, the observation error covariance, and the background error covariance. After applying the optimal weight to the observation increment, which is the difference between the current air quality observation data and the model background field interpolated to the specific location by applying the observation operator to the model initial field before the data assimilation, the data is assimilated. A computing device characterized in that it calculates the model initial length after the data assimilation by adding it to the previous model initial length.
제13항에 있어서,
상기 프로세서가, 상기 현재 대기질 관측데이터로서, (i) 지상 대기질 관측데이터 및 인공위성 대기질 관측데이터가 있는 것으로 판단되면, 행성경계층(PBL, Planetary Boundary Layer)에서는 상기 지상 대기질 관측데이터에 포함된 미세먼지 관측데이터를 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 상기 행성경계층보다 상부층에서는 상기 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 AOD(Aerosol Optical Depth) 관측데이터를 참조하여 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하며, (ii) 상기 지상 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 상기 지상 대기질 관측데이터에 포함된 상기 미세먼지 관측데이터를 참조하여 상기 행성경계층에서의 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, (iii) 상기 인공위성 대기질 관측데이터만 존재하는 것으로 판단되면, 상기 인공위성 대기질 관측데이터에 포함된 상기 AOD 관측데이터를 참조하여 상기 대기질모델의 모든층에서의 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 13,
If the processor determines that, as the current air quality observation data, (i) there is ground air quality observation data and satellite air quality observation data, it is included in the ground air quality observation data in the planetary boundary layer (PBL) The model initial field is calculated after the data assimilation by referring to the fine dust observation data, and in layers above the planetary boundary layer, the model is calculated after the data assimilation by referring to the AOD (Aerosol Optical Depth) observation data included in the satellite air quality observation data. Calculate the initial field, and (ii) if it is determined that only the ground air quality observation data exists, the initial model after assimilating the data in the planetary boundary layer with reference to the fine dust observation data included in the ground air quality observation data. (iii) If it is determined that only the satellite air quality observation data exists, after assimilating the data in all layers of the air quality model with reference to the AOD observation data included in the satellite air quality observation data, A computing device characterized by calculating model initial fields.
제14항에 있어서,
상기 프로세서가, 상기 현재 대기질 관측데이터로서 상기 지상 대기질 관측데이터 및 상기 인공위성 대기질 관측데이터가 확인되는 경우, (i) 상기 행성경계층에서는, 미세먼지 데이터에 대한 상기 자료동화 전 모델 초기장 대비 상기 자료동화 후 모델 초기장의 비율을 참조하여 에어로졸 성분데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하고, 상기 에어로졸 성분데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 참조하여 상기 미세먼지 데이터에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장으로 변환하며, (ii) 상기 행성경계층보다 상부층에서는, 상기 현재 대기질 관측데이터를, 상기 인공위성 대기질 관측데이터와, 상기 행성경계층에서의 상기 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장의 차이로 대체하여 상기 AOD에 대한 상기 자료동화 후 모델 초기장을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 14,
When the processor confirms the ground air quality observation data and the satellite air quality observation data as the current air quality observation data, (i) in the planetary boundary layer, compared to the initial field of the model before the data assimilation for fine dust data Calculate the model initial length after data assimilation for the aerosol component data with reference to the ratio of the model initial length after data assimilation, and calculate the model initial length after data assimilation for the aerosol component data with reference to the ratio of the model initial length after data assimilation to the fine dust data. Converting the model initial field after data assimilation to the model initial field after data assimilation for AOD, (ii) in a layer above the planetary boundary layer, the current air quality observation data, the satellite air quality observation data, and the planetary boundary layer A computing device characterized in that the model initial length after the data assimilation for the AOD is calculated by replacing the difference in the model initial length after the data assimilation for the AOD in .
제12항에 있어서,
상기 (I) 프로세스에서,
상기 프로세서가, (i) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터가 제1 지상관측소로부터 획득되는 지상 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 관측기기에 내재된 제1 오차 및 상기 관측기기를 이용한 설정 방식의 차이에 의해 발생되는 제2 오차 중 적어도 일부를 포함하는 측정 오차와, 상기 tp 과거 대기질 관측데이터 및 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터의 해상도와 규모의 차이에 의해 발생되는 대표 오차를 각각 산출하고, 상기 측정 오차 및 상기 대표 오차를 이용하여 상기 지상 대기질 관측데이터에 대한 관측 오차를 산출하며, 상기 관측 오차 및 상기 관측 오차의 평균을 참조하여 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 상기 관측 오차 공분산을 산출하고, (ii) 상기 tp 과거 대기질 관측데이터가 인공위성으로부터 획득되는 인공위성 대기질 관측데이터에 해당되는 경우, 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 따른 AOD의 크기별로, 제2 지상관측소로부터 획득된 지상 AOD 및 상기 인공위성으로부터 획득된 위성 AOD의 차이를 이용하여 절대 오차를 산출하며, 상기 절대 오차 및 상기 절대 오차의 평균을 참조하여 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대한 상기 관측 오차 공분산을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 12,
In process (I) above,
The processor, (i) when the t p past air quality observation data corresponds to ground air quality observation data acquired from a first ground observation station, the first error inherent in the observation device and the setting method using the observation device A measurement error including at least part of the second error caused by the difference, and a representative error caused by the difference in resolution and scale of the t p past air quality observation data and the t p + k past air quality prediction data. Calculate each, calculate the observation error for the ground air quality observation data using the measurement error and the representative error, and refer to the observation error and the average of the observation error for the t p past air quality observation data. Calculate the observation error covariance, and (ii) when the t p past air quality observation data corresponds to satellite air quality observation data acquired from a satellite, according to the size of AOD according to the t p past air quality observation data, 2 The absolute error is calculated using the difference between the ground AOD obtained from the ground observatory and the satellite AOD obtained from the satellite, and the absolute error and the average of the absolute error are referred to for the t p past air quality observation data. A computing device characterized by calculating observation error covariance.
제12항에 있어서,
상기 (I) 프로세스에서,
상기 프로세서가, 상기 tp+k 과거 대기질 예측데이터 및 상기 tp+k 과거 시점과 인접한 과거시점인 tp+k-n 과거시점 - 상기 n은 양수임 - 에 대응되는 적어도 하나의 tp+k-n 과거 대기질 예측데이터와의 차이를 상기 대기질모델의 배경 오차로서 추정함으로써 상기 배경 오차 공분산을 산출하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 12,
In process (I) above,
The processor, the t p + k past air quality prediction data and at least one t p + kn corresponding to the past time point t p + kn, which is a past time point adjacent to the t p + k past time point - where n is a positive number - A computing device characterized in that the background error covariance is calculated by estimating the difference from past air quality prediction data as the background error of the air quality model.
제12항에 있어서,
상기 (I) 프로세스에서,
상기 프로세서가, 상기 특정 위치에서의 상기 tp 과거 대기질 관측데이터에 대해, 상기 특정 위치를 중심으로 하는 영향반경 이내의 복수의 관측 지점에서 기측정된 대기질 관측데이터들의 평균값과 비교하여 기설정된 임계치 이상인 경우에 노이즈로 판단하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 12,
In process (I) above,
The processor compares the t p past air quality observation data at the specific location with the average value of air quality observation data previously measured at a plurality of observation points within the radius of influence centered on the specific location, and preset A computing device characterized in that it is judged as noise when it is above a threshold.
제12항에 있어서,
상기 (II) 프로세스에서,
상기 프로세서가, ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)를 통해 시뮬레이션된 상기 ti 과거시점에서의 기상 예측데이터를 상기 ti 과거 기상 데이터로서 획득하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 12,
In process (II) above,
A computing device, characterized in that the processor acquires weather forecast data at the time in the past t i simulated through ECMWF (European Center for Medium-Range Weather Forecasts) as the past weather data in t i .
제12항에 있어서,
상기 (III) 프로세스에서,
상기 프로세서가, ECMWF를 통해 시뮬레이션된 상기 tc에서의 기상 예측데이터를 상기 현재 기상 데이터로서 획득하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 12,
In process (III) above,
A computing device, characterized in that the processor acquires weather prediction data at t c simulated through ECMWF as the current weather data.
제12항에 있어서,
상기 (II) 프로세스에서,
상기 프로세서가, 상기 ti+k 기상 예측데이터를 상기 대기질모델 및 배출량모델(MEGAN/SMOKE)에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP(Meteorology Chemistry Interface Processor)에 입력하여 상기 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 ti+k 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, 상기 ti+k 기상 전처리 데이터를 상기 배출량모델에 입력하여 상기 배출량모델로 하여금 ti+k 배출량 데이터를 출력하도록 하며, 상기 ti+k 기상 전처리 데이터 및 상기 ti+k 배출량 데이터를 상기 ti+k 가공데이터로서 상기 대기질모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 12,
In process (II) above,
The processor inputs the t i+k weather forecast data into a MCIP (Meteorology Chemistry Interface Processor) to process the t i+k weather forecast data into a data form that can be input to the air quality model and emissions model (MEGAN/SMOKE), and causes the MCIP to create a domain. By adjusting, t i+k meteorological pre-processing data is output, and the t i+k meteorological pre-processing data is input into the emission model to cause the emission model to output t i+k emission data, and the t i+k A computing device characterized in that inputting meteorological preprocessing data and the t i+k emission data into the air quality model as the t i+k processed data.
제12항에 있어서,
상기 (III) 프로세스에서,
상기 프로세서가, 상기 tc+k 미래 기상 예측데이터를 상기 대기질모델 및 배출량모델에 입력 가능한 데이터 형태로 가공하기 위한 MCIP에 입력하여 상기 MCIP로 하여금 도메인을 조정함으로써 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 출력하도록 하고, 상기 tc+k 미래 기상 전처리 데이터를 상기 배출량모델에 입력하여 상기 배출량모델로 하여금 tc+k 미래 배출량 데이터를 출력하도록 하며, 상기 tc+k 미래 기상 전처리 데이터 및 tc+k 미래 배출량 데이터를 상기 tc+k 미래 가공데이터로서 상기 대기질모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.
According to clause 12,
In process (III) above,
The processor inputs the t c+k future weather forecast data into an MCIP for processing into a data format that can be input to the air quality model and emission model, and adjusts the domain of the MCIP to obtain t c+k future weather preprocessing data. output, and input the t c + k future weather preprocessing data into the emission model to cause the emission model to output t c + k future emission data, and the t c + k future weather preprocessing data and t c A computing device characterized in that inputting +k future emissions data into the air quality model as the t c+k future processed data.
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