가. 역궤적 모델 (Backward trajectory model)
PSCF 모델에 사용된 역궤적 모델 자료는 National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)에서 개발한 HYSPLIT 4 trajectory 모델 결과를 이용하였다 [55-56]. 사용된 기상자료는 1°×1°의 위경도 해상도를 가진 Global Data Assimilation System (GDAS) 데이터를 활용하였다. Hysplit trajectory 모델의 적 용 초기에는 라디오존데로 측정으로 생성된 기상자료를 이용하여 모델을 구동하였 으나, 최근 버전의 역궤적 모델에서는 기상예측모델로부터 얻어진 격자 기상자료 를 이용하여 역궤적을 계산한다. 기상예측모델로부터 구한 격자별 기상자료는 지 형자료에 선형적으로 외삽하여 모델에 적용하게 된다. 역궤적 모델은 국가수은측 정망이 설치된 태안 파도리 등 12개 지점을 수용원으로 하여 수행하였으며, 국지 적 오염과 장거리이동 특성 파악을 위해 각각 50 m와 700 m를 수용 높이로 설정하 였다. 역궤적 모델은 지상의 관측소에서 측정한 기상자료가 아닌 예측모델 기상자 료를 이용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 선행 연구방법을 참고하여 인접한 곳 으로부터 유입되는 기류의 분석을 위해 모델에서 설정가능한 최저 지점에 가까운 높이를 수용높이로 설정하였다[57-58].
역궤적 모델은 매 6시간 간격으로 72시간 동안의 역궤적을 계산하였으므로 하나 의 시료를 최대 12개의 역궤적이 대표하였다. 모델의 운영기간은 2014년 1월 1일 부터 2016년 12월 31일까지 3년의 기간을 대상으로 하였다. 또한, 기존 연구의 연 직 분포 결과를 바탕으로 하여 수은화합물을 함유한 대부분의 공기궤는 최대 3,500 m 이하 높이에서 수용원에 영향을 끼쳤을 것으로 가정하여 모델의 한계 높 이를 설정하였다[59-60].
나. PSCF 모델
장기간에 걸친 대기 중 오염물질의 측정과 결합한 역궤적 통계 분석은 배출원 식별을 위한 유용한 방법으로 평가되고 있다. 본 연구에서는 PSCF 모델 구동을 위
해 지리정보시스템 (GIS, Geographic Information System)에 기반하여 개발된 TrajStat 1.2 모델을 활용하였다. 이 모델은 고농도 오존 에피소드 분석, 황산화 물의 공간적, 계절적 분포 분석 등 다양한 대기오염물질의 통계분석 및 배출 오염 원 확인을 위한 연구에 이용되고 있다 [61-63].
PSCF (Potential Source Contribution Function) 값을 계산하는 방법은 다음과 같다. 대기오염물질의 발생원이라 추정되는 특정한 위치에서 수용원으로 이동할 확률을 구하기 위해 시료를 채취한 날에 대한 역궤적의 전체 endpoint 수와 특정 한 격자를 거쳐서 통과하는 역궤적의 endpoint 수를 N이라고 하고, 특정 ij-번째 격자를 지나는 역궤적의 endpoint 수를 n이라고 한다면, 수용원에 도달한 역궤적 이 ij-번째 격자를 통과하는 확률은 nij/N 이라고 할 수 있다. 이것을 식 4-1에 나 타낸 바와 같이 P(Aij)로 표현한다. 또한 모델링을 위해 임의로 설정한 기준치 (criteria) 보다 높은 농도를 보이는 날의 역궤적이 ij-번째 격자를 mij의 숫자만 큼 통과한다면, 농도가 높은 날의 역궤적이 특정의 ij번째 격자를 통과하는 확률 은 mij/nij 이라 할 수 있고, 이것을 식 4-2와 같이 P(Bij)라고 표현한다. 따라서 ij-번째 격자에서의 PSCF 모델값은 식 4-3과 같이 조건부 확률인 P(Bij|Aij)로 표현 되고, 그 값이 1에 가까운 격자일수록 주요 배출원이 존재할 가능성이 커지게 된 다. 역궤적 모델과 PSCF 모델을 연계하여 배출원을 추정하는 전체적 전산모사 흐 름을 그림 2-20에 나타내었다.
PSCF 모델을 효과적으로 이용하기 위해서는 채취된 시료의 수가 많아야 하는데, 이는 역궤적 계산시에 발생되는 무작위적 오차를 상쇄하기 위함이다. 본 연구에서 는 PSCF 모델 구동을 위해 각 수용원에서 3년 동안의 1시간 평균자료를 사용하였 으며 그 수는 최대 35,040 개 였다. 이는 타 연구에서 사용된 시료에 비해 월등히 많은 시료수로써 모델에서의 무작위적 오차는 상당부분 상쇄되었으리라 판단된다.
(4-1)
(4-2)
Fig. 2-20. Flow chart of PSCF model.
제3장 석탄화력발전시설의 수은 배출특성
제1절 대상시설 및 시료채취 지점의 선정