KR102663384B1 - 구름씨 뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법 - Google Patents

구름씨 뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 구름 시딩 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법은, 흡습성 시딩 물질의 살포를 통한 구름씨뿌리기 항공 실험의 정보, 기상장 등을 구름씨뿌리기 수치 모델에 입력하여, 상기 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의를 수행하며; 상기 수치 모의의 결과에 기초하여, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하며; 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 결정하는 것을 포함할 수 있다.

Description

구름씨 뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법{METHOD FOR ANALYZING EFFECT OF HYGROSCOPIC SEEDING MATERIAL SPRAYED ON GROUND AEROSOL CONCENTRATION THROUGH AIRBORNE CLOUD SEEDING EXPERIMENT}
본 발명은 구름씨 뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법에 관한 것이다.
최근, 기후 변화로 인해, 강수의 지역적 또는 계절적 편차가 심각하여 전 세계적으로 물 부족 문제가 빈번하게 발생하고 있다.
이러한 물 부족 문제를 해소하기 위한 방안으로 댐 건설, 강변 여과수, 해수담수화, 해양 심층수, 구름씨뿌리기 실험 등이 고려되고 있다. 물 부족 문제를 해소하기 위한 여러 방안들 중 구름씨뿌리기 실험의 경우 환경 오염 문제를 최소화하며 다른 방안들에 비해 저 예산으로 수행될 수 있어서 우리 나라를 포함하여 전 세계적으로 이루어지고 있다.
구름씨뿌리기는 인위적으로 시딩 물질(seeding material)을 살포하여 구름 발달과 강수 응결을 활성화시켜 많은 강수가 발생될 수 있도록 하는 것을 말한다. 시딩 물질은 빙정핵의 역할을 하는 요오드화은(AgI), 흡습성(hygroscopic) 시딩 물질로 응결핵 역할을 하는 염화 칼슘(CaCl2) 또는 염화 나트륨(NaCl), 및/또는 주변의 기온을 급격하게 낮추어서 과포화도를 낮추고 과냉각수적을 빙정화시키는 드라이아이스(solid CO2) 등을 포함할 수 있다. 요오드화은과 드라이아이스는 주로 찬 구름(0℃ 미만)이나 혼합상의 구름을 대상으로 실험이 수행되며, 흡습성 시딩 물질의 경우 따뜻한 구름(0℃ 이상)을 대상으로 실험이 수행된다.
구름씨뿌리기 실험은 크게 항공 실험과 지상 실험으로 구분할 수 있으며, 일반적으로 항공 실험이 지상 실험에 비해 더 효과적인 것으로 알려져 있다. 항공 실험은 항공기를 이용하여 요오드화은 또는 흡습성 시딩 물질의 연소탄을 연소하여 시딩 물질을 살포하거나 또는 드라이아이스를 살포하여 수행되고 있다. 지상 실험은 지상에서 액상의 시딩 물질 용액을 연소하거나, 연소탄을 연소하여 시딩 물질을 살포하여 수행되고 있다.
최근에는 구름씨뿌리기 실험을 통해 살포된 시딩물질과 기상 및 대기환경에 미치는 영향을 분석하기 위한 기술 등 구름씨뿌리기 실험의 안전성 검증을 위한 기술 개발이 활발히 이루어 지고 있다.
본 발명은 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상의 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법을 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예는 따뜻한 구름(0℃ 이상)을 대상으로 비행체를 이용한 흡습성 시딩 물질의 살포를 통해 구름씨뿌리기 실험을 수행할 때, 살포된 흡습성 시딩물질이 지상에서의 에어로졸 농도에 미치는 영향을 분석, 다시말해서, 흡습성 시딩 물질이 지상에서의 에어로졸 농도에 미치는 기여도를 도출하는 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법은, 흡습성 시딩 물질의 살포를 통한 구름씨뿌리기 항공 실험의 기상장 정보, 시딩입력정보(구름씨 물질 살포 시간, 시딩고도, 시딩위치(격자정보))를 구름씨뿌리기 수치 모델에 입력하여, 상기 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의를 수행하며; 상기 수치 모의의 결과에 기초하여, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하며; 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것은, 상기 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의에 따라 산출된 상기 흡습성 시딩 물질의 수농도에 기초하여 수행될 수 있다.
상기 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것은, 미리 결정된 상기 흡습성 시딩 물질의 연소탄의 총 입자의 개수 및 기하평균된 입자의 직경 크기에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 직경을 산출하고, 상기 산출된 입자 1개의 평균 직경을 기초로 상기 흡습성 시딩 물질의 평균 입자 1개의 부피를 산출하고, 미리 결정된 흡습성 시딩 물질의 밀도 및 상기 산출된 평균 입자 1개의 부피에 기초하여 상기 흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 질량을 산출하고, 상기 산출된 입자 1개의 평균 질량 및 상기 흡습성 시딩 물질의 수농도에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
상기 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것은, 일정 시간 동안의 상기 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것을 포함하며, 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교는, 상기 일정 시간 동안의, 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포 및 상기 관측된 에어로졸의 질량 농도의 분포에 대한, 시계열 분석을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
상기 일정 시간 동안의, 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포 및 상기 관측된 에어로졸의 질량 농도의 분포는, 상기 에어로졸을 관측하는 복수의 관측소들 각각의 지점 별로 분류되는 것을 특징할 수 있다.
상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 결정하는 것은, 상기 일정 시간 동안의 미리 지정된 각 시간대 중 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도가 분포된 시간대에서의 상기 에어로졸의 질량 농도에 대한 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 비율을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 영향 분석 방법은, 상기 일정 시간 동안의 미리 지정된 각 시간대 별로, 상기 지상에서의 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포를 산출하는 것을 더 포함하고, 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교는, 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포에서 최대 질량 농도를 산출하고, 상기 최대 질량 농도를 포함하는 제1 시간대 및 상기 최대 질량 농도가 분포된 상기 에어로졸을 관측하는 제1 관측소의 지점을 식별하고, 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일의 상기 제1 시간대에, 상기 제1 관측소와 인접한 제2 관측소의 지점에서 관측된 에어로졸의 질량 농도를 식별 및 비교하는 것을 포함할 수 있다.
상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 결정하는 것은, 상기 제2 관측소의 지점에서 관측된 에어로졸의 질량 농도에 대한 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포에서 상기 최대 질량 농도의 비율을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 서버는, 구름씨뿌리기 수치 모델을 저장하는 메모리; 및 상기 메모리와 전기적으로 연결될 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 흡습성 시딩 물질의 살포를 통한 구름씨뿌리기 항공 실험의 기상장, 시딩입력 정보를 상기 메모리의 상기 구름씨뿌리기 수치 모델에 입력하여, 상기 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의를 수행하고, 상기 수치 모의의 결과에 기초하여, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하고, 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법은, 구름씨뿌리기 항공 실험에서 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상의 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석을 할 수 있도록 하는 효과를 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예는, 따뜻한 구름(0℃ 이상)을 대상으로 비행체를 이용한 구름씨뿌리기 항공 실험을 수행한 후, 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의에 기초하여 지상에서의 시딩 물질의 질량 농도를 산출하여, 에어로졸의 질량 농도 분포와 함께 시계열 분석을 할 수 있다. 이후, 본 발명의 실시예는, 지상에서의 시딩 물질의 최대 질량 농도와 최대 질량 농도가 확인된 지점과 최근접한 지점의 에어로졸의 질량 농도의 비교 결과를 확인함으로써, 흡습성 시딩물질의 지상 에어로졸 질량 농도에 대한 기여도를 산출할 수 있는 효과가 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예는, 구름씨뿌리기의 수치 모의 결과 중 지상에 도달한 흡습성 시딩 물질의 수농도를 기초로한 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 산출과 측정된 지상의 에어로졸의 질량 농도의 분석을 통해, 구름씨뿌리기 항공 실험으로 인해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상에 도달하였을 때의 질량 농도를 산출함으로써, 구름씨뿌리기 항공 실험을 통한 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향을 검증할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향을 분석하는 리눅스 또는 유닉스 서버의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수치 모의 결과를 이용한 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 수평 분포도이다.
도 4는 도 3의 실시예에서의 A 지점, B 지점, C 지점 및 D 지점에 대한 흡습성 시딩 물질의 1시간 평균 질량 농도 및 측정된 에어로졸의 질량 농도의 시계열 그래프이다.
도 5는 도 3의 실시예에서의 날짜에 관측된 에어로졸의 질량 농도 분포도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함한다", "가진다" 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은, 따뜻한 구름(또는 온구름이라고도 함)을 대상으로 흡습성 시딩 물질을 살포하는 구름씨뿌리기 항공 실험에 대해서, 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향을 분석하는 기술을 제공할 수 있다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 구름씨뿌리기 수치모델을 이용한 수치모의를 통해, 지상에서의 시딩 물질의 질량 농도를 환산하는 기술을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향을 분석하는 서버의 구성도이다. 본 서버는 유닉스 또는 리눅스 서버로 수치모델을 구동할 수 있어야 한다.
도 1을 참조하면, 서버(100)는 인터페이스(102), 통신 모듈(104), 메모리(106) 및/또는 프로세서(108)를 포함할 수 있다.
인터페이스(102)는 외부 장치와 유선 또는 무선으로 연결할 수 있는 지정된 프로토콜을 지원할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스는 HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스 등을 포함할 수 있다.
통신 모듈(104)은 서버(100)와 외부 장치 간의 유선 또는 무선 통신 채널의 수립 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(104)는 무선 통신 회로 및/또는 유선 통신 회로 포함하고, 그 중 해당하는 통신 회로를 이용하여 외부 장치와 통신 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 인터페이스(102) 또는 통신 모듈(104)을 통해 구름씨뿌리기 항공 실험의 기상장, 시딩입력, 에어로졸의 질량농도 정보가 수신될 수 있다. 예를 들어, 구름씨뿌리기 항공 실험의 조건 정보는 흡습성 시딩 물질이 살포된 시간 정보(초) 및/또는 흡습성 시딩 물질이 살포된 위치 정보(위도, 경도 및/또는 고도) 등을 포함할 수 있다.
또한, 인터페이스(102) 또는 통신 모듈(104)을 통해 지상에서의 여러 물질과 관련된 관측 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스(102) 또는 통신 모듈(104)을 통해 구름씨뿌리기 항공 실험에 따라 흡습성 시딩 물질의 살포 이후 일정 시간 동안 관측소의 관측 장비에 의해 관측된 지상에서의 에어로졸의 질량 농도와 관련된 정보를 수신할 수 있다.
메모리(106)는 서버(10)의 적어도 하나의 구성 요소에 의해 사용되는 다양한 데이터, 예를 들어, 소프트웨어 프로그램 및 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(106)는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 메모리(106)는 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상의 에어로졸 농도에 미치는 영향을 분석할 수 있는 소프트웨어 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(106)는 구름씨뿌리기 수치 모델을 결과물을 계산, 그림산출 및 저장을 할 수 있다.
프로세서(108)는 인터페이스(102), 통신 모듈(104) 및/또는 메모리(106) 등을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(108)는 인터페이스(102) 또는 통신 모듈(104)을 통해 수신된 구름씨뿌리기 항공 실험의 조건 정보를 기초로, 메모리(106)에 저장된 소프트웨어 프로그램을 통해 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
구름씨뿌리기 항공 실험은, 비행체를 이용하여 따뜻한 구름(0℃ 이상)을 대상으로 흡습성 시딩 물질의 살포하는 것을 포함할 수 있다.
먼저, 프로세서(108)는, 구름씨뿌리기 항공 실험에 따른 실험사례일의 기상장, 시딩입력(시딩시간, 시딩고도, 위치(격자정보)) 정보를 수치 모델에 입력하여, 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의를 수행할 수 있다. 프로세서(108)는 수치 모의의 결과에 기초하여, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 수치 모의에 따라, 흡습성 시딩 물질의 수농도가 산출될 수 있다.
또한, 프로세서(108)는 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의에 따라 산출된 흡습성 시딩 물질의 수농도에 기초하여 일정 시간 동안의 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출할 수 있다.
또한, 프로세서(108)는 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도를 비교하여, 구름씨뿌리기 항공 실험에서의 흡습성 시딩 물질(예를 들어, 염화 칼슘)이 지상의 에어로졸, 즉, 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 산출할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(108)는 일정 시간 동안, 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포 및 관측된 에어로졸의 질량 농도의 분포를 결정할 수 있으며, 이와 같이, 일정 시간 동안, 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포 및 관측된 에어로졸의 질량 농도의 분포는, 에어로졸을 관측하는 복수의 관측소들 각각의 지점 별로 분류될 수 있다.
또한, 프로세서(108)는 일정 시간 동안에, 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포 및 관측된 에어로졸의 질량 농도의 분포에 대한, 시계열 분석을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(108)는 시계열 분석을 통해, 일정 시간 동안의 미리 지정된 각 시간대 중, 흡습성 시딩 물질의 질량 농도가 분포된 시간대에서의 에어로졸의 질량 농도에 대한 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 비율을 결정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(108)는 일정 시간 동안의 미리 지정된 각 시간대 별로, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포를 결정하고, 이러한 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포에서, 최대 질량 농도를 식별할 수 있다. 또한, 프로세서(108)는 미리 지정된 각 시간대에서 최대 질량 농도가 포함된 시간대(이하에서는 제1 시간대라고 함)를 식별하고, 최대 질량 농도가 분포된 에어로졸을 관측하는 관측소(이하에서는 제1 관측소라고 함)의 지점을 식별할 수 있다.
또한, 프로세서(108)는 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일의 제1 시간대에 제1 관측소와 인접한 관측소(이하에서는 제2 관측소라고 함)의 지점에서 관측된 에어로졸의 질량 농도를 식별할 수 있다. 프로세서(108)는 제2 관측소의 지점에서 관측된 에어로졸의 질량 농도에 대한 상술한 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포에서 최대 질량 농도의 비율을 결정할 수 있다.
상술한 프로세서(108)의 세부 동작의 실시예는 후술하는 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술하였으므로, 상세한 설명은 생략하였다.
한편, 상술한 도 1의 실시예에 추가로, 서버(100)는 상술한 구성 요소들 중 일부 구성 요소가 생략되거나, 도시되지는 않았으나 다른 구성 요소들을 더 포함할 수도 있다.
예를 들어, 도 1에는 도시되지는 않았으나, 서버(100)는 서버(100)의 구성 요소(예: 프로세서(108))에 사용될 명령 또는 데이터를 서버(100)의 외부(예: 사용자)로부터 수신하기 위한 입력 모듈(예를 들어, 마이크, 마우스 및/또는 키보드 등)을 더 포함할 수 있다.
또한, 도 1에는 도시되지는 않았으나, 서버(100)는 서버(100)의 사용자에게 정보를 시각적 및/또는 청각적으로 제공하기 위한 출력 모듈(예를 들어, 디스플레이 및/또는 스피커 등을 더 포함할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 비행체(또는 항공기라고도 함)를 이용해 따뜻한 구름(0℃ 이상)을 대상으로 구름씨뿌리기 항공 실험을 수행할 수 있다(S202).
비행체는, 따뜻한 구름(예: 0℃ 이상의 구름)을 대상으로 강수를 유발하도록, 시딩 물질 살포 장비를 통해, 흡습성 시딩 물질의 연소탄을 연소하여 흡습성 시딩 물질을 살포할 수 있다. 예를 들어, 흡습성 시딩 물질은 염화 칼슘 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 비행체는 유인기 또는 무인기일 수 있으며, 비행체에는 시딩 물질 살포 장비, 구름 물리 측정 장비(구름 입자 및 강수 측정기), 위상항법시스템(GPS; global positioning system) 등이 탑재되어 있을 수 있다.
구름씨뿌리기 항공 실험의 수행에 따른 사례일에 대한 수치모의 구동 및 계산 서버(100)(또는 서버(100)의 프로세서(108)라고도 함)는, 구름씨뿌리기 수치 모델을 이용하여서 수치 모의를 구동할 수 있다(S204).
서버(100)는, 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행에 따라 인터페이스(102), 통신 모듈(104) 또는 입력 모듈(미도시)을 통해 수신된 구름씨뿌리기 정보를 구름씨뿌리기 수치 모델의 시딩 입력 정보로 환산하고, 시딩 입력 정보를 기초로 구름씨뿌리기 수치 모델의 수치 모의를 수행할 수 있다.
예를 들어, 구름씨뿌리기 항공 실험의 정보는 흡습성 시딩 물질이 살포된 시간 정보(초) 및/또는 흡습성 시딩 물질이 살포된 위치 정보(위도, 경도 및/또는 고도) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 구름씨뿌리기 수치 모델의 시딩 입력 정보는, 구름씨뿌리기 수치 모델에서의 고도층 정보, 동서 방향의 격자 정보, 남북 방향의 격자 또는 시딩 위치에 해당되는 위도, 경도 정보 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 서버(100)는 인터페이스(102), 통신 모듈(104) 및/또는 서버(100)의 입력 모듈(미도시)을 통해, 미리 결정된 시딩율(g/hr)을 구름씨뿌리기 수치 모델에 입력할 수 있으며, 이에 따라, 구름씨뿌리기 수치 모델이 흡습성 시딩 물질의 살포 모의를 할 수 있다. 또한, 구름씨뿌리기 수치 모델은 흡습성 시딩 물질의 살포 모의로 인한 구름 방울의 흡수와 이에 따른 빗방울화(autoconversion)와 구름 방울의 활성화(activation) 과정이 모수화 되어 있어서, 흡습성 구름씨뿌리기 현상을 모의할 수 있다.
서버(100)(또는 서버(100)의 프로세서(108)라고도 함)는, 수치 모의의 결과에 기초하여 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출할 수 있다(S206).
일 실시예에 따르면, 구름씨뿌리기 수치 모델에서의 흡습성 시딩 물질인 염화 칼슘의 연소탄에 대한 입자 크기의 분포는 Bruintjes et al 2012 논문의 Evalutaion of Hygroscopic Cloud Seeding Flares, Journal of Weather Modification, 44, 69-94에 개시된 입자 크기의 분포가 적용될 수 있다.
이하에서는, 흡습성 시딩 물질인 염화 칼슘(CaCl2)의 밀도가 2150 kg m-3 이고, 또한, 선행논문(Bruintjes et al., 2012)에서 제시된 흡습성 시딩 물질(염화 칼슘)의 연소탄의 크기 분포에 따라, 모드(mode)1의 총 입자의 개수는 35000 cm-3, 모드1의 기하평균된 입자의 직경크기는 0.27 ㎛, 모드2의 총 입자의 개수는 173 cm-3, 모드2의 기하평균된 입자의 직경크기는 1 ㎛으로 가정하여, 아래의 수학식들을 통해 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 동작을 설명하였다.
먼저, 서버(100)는, 미리 결정된 흡습성 시딩 물질의 연소탄의 총 입자의 개수 및 기하평균된 입자의 직경 크기에 기초하여, 흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 직경을 산출할 수 있다.
예를 들어, 서버(100)는, 상술한 가정 조건들에 기초하여, 다음의 수학식 1을 통해, 흡습성 시딩 물질인 염화 칼?㎱? 입자 1개의 평균 직경(Dn)을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
(n: 기하평균된 입자의 직경크기, D: 총 입자의 개수, i= mode 1, mode2, .. 등 )
서버(100)는, 수학식 1을 통해 산출된 흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 직경을 기초로, 흡습성 시딩 물질의 평균 입자 1개의 부피를 산출할 수 있다.
예를 들어, 서버(100)는, 상술한 가정 조건들에 기초하여, 다음의 수학식 2를 통해, 흡습성 시딩 물질인 염화 칼?㎱? 평균 입자 1개의 부피(V)를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
(r: (입자 1개의 평균 직경)/2)
서버(100)는, 미리 결정된 흡습성 시딩 물질의 밀도 및 수학식 2를 통해 산출된 평균 입자 1개의 부피에 기초하여, 다음의 수학식 3을 통해, 흡습성 시딩 물질인 염화 칼슘의 입자 1개의 평균 질량을 산출할 수 있다.
[수학식 3]
흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 질량 = 흡습성 시딩 물질의 밀도 × 흡습성 시딩 물질의 평균 입자 1개의 부피 = 약 5.289 X 10-9 μg
서버(100)는, 흡습성 시딩 물질의 수농도 및 수학식 3을 통해 산출된 흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 질량에 기초하여, 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출할 수 있다.
흡습성 시딩 물질의 수농도(# m-3)는 변수로, 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의에 따라 산출될 수 있다. 예를 들어, 흡습성 시딩 물질의 수농도 변수의 단위는 건조 공기 1kg당 개수(# kg-1)일 수 있으며, 이러한 수농도 변수의 단위 환산을 단위 부피당 개수로 산출하기 위해 공기의 밀도를 곱할 수 있다.
예를 들어, 서버(100)는, 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 다음의 수학식 4를 통해 산출할 수 있다.
[수학식 4]
흡습성 시딩 물질의 질량 농도 = 흡습성 시딩 물질의 수농도(# m-3) X 흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 질량(μg)
서버(100)(또는 서버(100)의 프로세서(108)라고도 함)는, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포와 에어로졸의 관측 질량 농도의 분포의 비교 분석을 수행할 수 있다(S208).
서버(100)(또는 서버(100)의 프로세서(108)라고도 함)는, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포와 에어로졸의 관측 질량 농도의 분포의 비교 분석의 결과에 기초하여, 흡습성 시딩 물질의 에어로졸의 농도에 미치는 기여도를 산출할 수 있다(S210).
서버(100)는, 구름씨뿌리기 항공실험의 수치 모의의 결과에 따라 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포를 산출할 수 있다. 예를 들어, 서버(100)는 출력 모듈(미도시)을 통해 도 3과 같은, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 수평 분포도를 생성하여 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수치 모의 결과를 이용한 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 수평 분포도이다.
도 3을 참조하면, 서버(100)는 각 시간대(12시, 13시, 14시, 15시, 16시, 17시, 18시, 19시) 별로, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 평균 값(mean) 및 최대 값(max)을 산출할 수 있다.
도 3에서의 각 시간대 별 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 평균 값 및 최대 값은, 각 시간대의 1시간 전에서부터 해당 시간까지의 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 평균 값 및 최대 값을 나타낸다.
도 3에서의 A, B, C, D 지점은 환경부에서 에어로졸인 PM10과 PM2.5의 질량 농도를 관측하는 관측소의 지점을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 서버(100)는 F 지점이 수치 모의의 결과에 따른 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 최대 값이 나타난 지점이고, F 지점에서의 최근접 에어로졸 관측소는 D 지점임을 식별할 수 있다.
후술하는 실시예에 따르면 에어로졸인 PM10과 PM2.5는 1시간 평균된 관측 결과가 쓰이고 있기 때문에, 에어로졸 질량농도와 비교를 위해 본 실시예에서의 흡습성 시딩 물질에 대한 질량 농도도 1시간 평균하여 산출하였다.
또한, 서버(100)는 인터페이스(102) 또는 통신 모듈(104)을 통해 에어로졸의 질량 농도를 관측하는 각 관측소의 지점에서, 구름씨뿌리기 항공 실험을 실시한 날에 일정 시간 동안 에어로졸의 질량 농도를 관측한 관측 정보를 수신할 수 있다.
또한, 서버(100)는 시계열 분석을 통해 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포 및 측정된 에어로졸의 질량 농도의 분포에 대한 비교를 할 수 있다. 예를 들어, 서버(100)는 도 4와 같이, 에어로졸 질량 농도를 관측하는 각 관측소의 지점에 대한 흡습성 시딩 물질의 1시간 평균 질량 농도 및 측정된 에어로졸의 질량 농도의 시계열 그래프를 생성하여 출력할 수 있다.
도 4는 도 3의 실시예에서의 A 지점, B 지점, C 지점 및 D 지점에 대한 흡습성 시딩 물질의 1시간 평균 질량 농도 및 측정된 에어로졸의 질량 농도의 시계열 그래프이다.
도 4에서는 에어로졸을 PM10 및 PM2.5로 표시하였으며, 흡습성 시딩 물질을 simulated seeding material로 표시되었다. 또한, 도 4의 (a)는 A 지점, 도 4의 (b)는 B 지점, 도 4의 (c)는 C지점 및 도 4의 (d)는 D지점의 시계열 그래프이다.
도 4의 (a) 및 (c)를 참조하면, 시계열 그래프상에서 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 나타내는 선은 보이지 않으며, 이에 따라, 서버(100)는 지상의 A 지점과 C 지점으로 흡습성 시딩 물질이 도달하지 않음을 알 수 있다.
반면, 도 4의 (b)를 참조하면, 서버(100)는 15시와 16시 사이에 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 나타내는 선을 식별할 수 있으며, 이에 따라, B지점으로는 지상에 15시와 16시 사이에 흡습성 시딩 물질이 도달했음을 알 수 있다. 이 때의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도와 관측된 PM10 에어로졸의 질량 농도의 비교를 기초로, 서버(100)는 흡습성 시딩 물질의 질량 농도가 관측된 PM10 에어로졸의 질량 농도에 비해 약 십만분에 일 수준임을 알 수 있다.
또한, 도 4의 (d)를 참조하면, 서버(100)는 13시와 14시 사이에 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 나타내는 선을 식별할 수 있으며, 이에 따라, D 지점으로는 지상에 13시와 14시 사이에 흡습성 시딩 물질이 도달했음을 알 수 있다. 이 때의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도와 관측된 PM10 에어로졸의 질량 농도의 비교를 기초로, 서버(100)는 흡습성 시딩 물질의 질량 농도가 관측된 PM10 에어로졸의 질량 농도에 비해 약 십만분에 일 수준임을 알 수 있다.
이와 같이 서버(100)는 각 지점 별로 에어로졸의 농도와 흡습성 시딩 물질의 질량 농도에 대한 시계열 분석을 통해 흡습성 시딩 물질이 지상의 에어로졸의 질량 농도에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
한편, 서버(100)가 인터페이스(102) 또는 통신 모듈(104)을 통해 수신한 구름씨뿌리기 항공 실험을 실시한 날에 일정 시간 동안 에어로졸의 질량 농도를 관측한 관측 정보는, 도 5와 같은 에어로졸의 관측 분포도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같은 에어로졸 관측 분포도는 https://www.airkorea.or.kr/map에서 제공 받을 수 있다.
이에 따라, 서버(100)는 도 5와 같은 에어로졸의 관측 분포도를 기초로 구름씨뿌리기 항공 실험을 실시한 날의 에어로졸의 질량 농도의 분포를 식별할 수 있다.
도 5는 도 3의 실시예에서의 날짜에 관측된 에어로졸의 질량 농도 분포도이다.
도 3을 참조하면, 서버(100)는 지상에서의 흡습성 시딩 물질인 염화 칼슘의 최대 질량 농도는, 14:00(13시 정각에서 14시 정각까지의 평균)에서의, F 지점의 약 0.28 μg m-3임을 식별할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 서버(100)는 흡습성 시딩 물질인 염화 칼슘의 최대 질량 농도가 나타난 시간대인 14:00((13시 정각에서 14시 정각까지 평균)에 최대 질량 농도가 나타난 부근의 최근접 지점인 D지점의 PM10 에어로졸의 질량 농도는 약 170 μg m-3 이고, PM2.5 에어로졸의 질량 농도는 약 50 μg m-3 로 관측되었음을 식별할 수 있다.
이에 따라, 서버(100)는, 구름씨뿌리기 항공 실험으로 인해서 흡습성 시딩 물질의 지상에서의 질량 농도의 최대값은 관측된 PM10 에어로졸 질량 농도와 비교했을 때 약 0.16% 정도의 양에 해당되며, PM2.5 에어로졸 질량 농도와 비교했을 때 약 0.56% 수준으로 나타내는 것으로, 흡습성 시딩 물질의 에어로졸에 대한 기여도를 도출할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예는 수치 모의 결과를 통해, 구름씨뿌리기 항공 실험으로 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상의 에어로졸 농도에 미치는 영향을 분석할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 는 이러한 분석을 통해 구름씨뿌리기로 인한 흡습성 시딩 물질의 지상에서의 에어로졸 농도에 대한 기여도를 도출하여, 항공 실험의 안전성을 점검할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 구름씨뿌리기 항공 실험으로 살포된 흡습성 시딩 물질의 환경 영향 분석과 관련된 분야에서 활용 가능할 것이다.
100: 서버 102: 인터페이스
104: 통신 모듈 106: 메모리
108: 프로세서

Claims (9)

  1. 흡습성 시딩 물질의 살포를 통한 구름씨뿌리기 항공 실험의 정보 및 기상장 정보를 구름씨뿌리기 수치 모델에 입력하여, 상기 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의를 수행하며;
    상기 수치 모의의 결과에 기초하여, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하며;
    상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 산출하는 것을 포함하는,
    구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것은,
    상기 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의에 따라 산출된 상기 흡습성 시딩 물질의 수농도에 기초하여 수행되는,
    구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것은,
    미리 결정된 상기 흡습성 시딩 물질의 연소탄의 총 입자의 개수 및 기하평균된 입자의 직경 크기에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 직경을 산출하고,
    상기 산출된 입자 1개의 평균 직경을 기초로 상기 흡습성 시딩 물질의 평균 입자 1개의 부피를 산출하고,
    흡습성 시딩 물질의 밀도 및 상기 산출된 평균 입자 1개의 부피에 기초하여 상기 흡습성 시딩 물질의 입자 1개의 평균 질량을 산출하고,
    상기 산출된 입자 1개의 평균 질량 및 상기 흡습성 시딩 물질의 수농도에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것을 포함하는,
    구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것은,
    일정 시간 동안의 상기 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하는 것을 포함하며,
    상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교는,
    상기 일정 시간 동안의, 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포 및 상기 관측된 에어로졸의 질량 농도의 분포에 대한, 시계열 분석을 수행하는 것을 포함하는,
    구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 일정 시간 동안의, 상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포 및 상기 관측된 에어로졸의 질량 농도의 분포는,
    상기 에어로졸을 관측하는 복수의 관측소들 각각의 지점 별로 분류되는 것을 특징으로 하는,
    구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 결정하는 것은,
    상기 일정 시간 동안의 미리 지정된 각 시간대 중 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도가 분포된 시간대에서의 상기 에어로졸의 질량 농도에 대한 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 비율을 결정하는 것을 포함하는,
    구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 영향 분석 방법은,
    상기 일정 시간 동안의 미리 지정된 각 시간대 별로, 상기 지상에서의 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포를 결정하는 것을 더 포함하고,
    상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교는,
    상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포에서 최대 질량 농도를 식별하고,
    상기 최대 질량 농도를 포함하는 제1 시간대 및 상기 최대 질량 농도가 분포된 상기 에어로졸을 관측하는 제1 관측소의 지점을 식별하고,
    상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일의 상기 제1 시간대에, 상기 제1 관측소와 인접한 제2 관측소의 지점에서 관측된 에어로졸의 질량 농도를 식별하는 것을 포함하는,
    구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 결정하는 것은,
    상기 제2 관측소의 지점에서 관측된 에어로졸의 질량 농도에 대한 상기 흡습성 시딩 물질의 질량 농도의 분포에서 상기 최대 질량 농도를 계산, 산출하는 것을 포함하는,
    구름씨뿌리기 항공 실험을 통해 살포된 흡습성 시딩 물질이 지상 에어로졸 농도에 미치는 영향 분석 방법.
  9. 구름씨 뿌리기 수치 모델을 구동하고, 결과물을 계산하고, 저장하는 메모리; 및
    상기 메모리와 전기적으로 연결될 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    흡습성 시딩 물질의 살포를 통한 구름씨뿌리기 항공 실험의 정보 및 기상장 정보를 상기 메모리의 상기 구름씨뿌리기 수치 모델에 입력하여, 상기 구름씨뿌리기 수치 모델을 통한 수치 모의를 수행하고,
    상기 수치 모의의 결과에 기초하여, 지상에서의 흡습성 시딩 물질의 질량 농도를 산출하고,
    상기 산출된 흡습성 시딩 물질의 질량 농도 및 상기 구름씨뿌리기 항공 실험의 수행일에 관측된 에어로졸의 질량 농도의 비교에 기초하여, 상기 흡습성 시딩 물질이 상기 에어로졸의 질량 농도에 미치는 기여도를 계산 및 산출하는 것을 포함하는, 서버.
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