[대기오염] Lecture 5-2. Trajectory analysis 역궤적 분석

장거리 이동 연구를 위한 필수 모델이 NOAA의 HYSPLIT4 모델입니다. PC 버전에 대해서는 예전 글에서 설명했습니다. 

 

HYSPLIT (역궤적 프로그램) PC 버전 설치하기

 

PC 버전은 장기간 역궤적이 필요한 경우에 사용하면 되고, 간단히 특정 고농도일의 역궤적이 필요하면 웹 버전에서 작업하면 됩니다. 

Air Resources Laboratory - HYSPLIT - Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory model (noaa.gov)

 

첫 화면에서 빨간색 부분을 클릭합니다. 두번째 링크는 확산모델인데 쉬운 내용이므로 설명 생략합니다.

 

과거 기상자료에 의한 역궤적을 계산해야 합니다. 빨간색 링크를 클릭합니다.

 

빨간색이 기본 옵션입니다. Next를 클릭합니다.

 

다양한 기상자료가 있는데 보통 가장 위에 나오는 GDAS 자료나 재분석(Reanalysis) 자료를 사용합니다. 비교적 최근의 고해상도 자료를 사용하려면 GDAS를, 과거 장기 자료를 사용하려면 재분석 자료를 선택합니다. 

 

역궤적 계산 위치를 선택해야 합니다. 예전에는 일일이 해당 좌표를 입력했었는데, 이제는 지도를 선택해서 클릭하면 좌표가 자동으로 입력됩니다. 

 

역궤적 계산 기간을 선택합니다. 임의로 10월 마지막 주를 선택했습니다.

 

기류가 어디에서 유입되었는지 계산해야 하므로 역궤적(backward)을 선택해야 합니다. 

• Start time은 10월 마지막 주 중에서 적당한 날짜와 시간을 선택하면 됩니다.
• Total run time은 중국에서 이동하는 시간을 고려해서 72시간(3일)이나 120시간(5일) 정도가 적당합니다.
• Level 1 height는 역궤적 시작 높이입니다. 보통 500 m나 1000 m를 선택합니다. 또는 바로 위에 있는 Automatic mid-boundary layer height?를 Yes로 선택하면, 혼합고의 1/2에 해당하는 높이를 자동으로 설정할 수 있습니다.

 

결과 표출하는 옵션입니다.

• 지도 그림을 구글 어스 파일이나 GIS 파일 형식으로 저장할 수 있습니다. 
• 역궤적 결과 텍스트 파일에 기류의 시간별 위치에 기온과 혼합고 등을 추가할 수 있습니다. 

 

 

역궤적 계산이 끝난 화면입니다. 그림과 텍스트 파일을 확인할 수 있습니다. 

 

3일 전에 중국에 있던 공기가 북한과 동해를 지나서 울산으로 유입되었습니다. 큰 오염 지역을 통과하지 않았기 때문에 오염물질의 장거리 이동 영향이 크게 나타나지 않는 역궤적 결과입니다. 텍스트 파일을 이용해서 다른 프로그램으로 역궤적 통계를 내거나 그림을 그릴 수 있습니다. 실제로 아래 그림을 그대로 논문에 넣는 경우도 많습니다. 

 

예전에 그렸던 그림인데 구글 어스에 올릴 수 있습니다.

 

학부생들은 위의 내용까지만 공부해도 충분합니다. 실제 연구에서는 아래와 같이 많은 역궤적 자료를 이용하여 장거리 이동을 평가합니다. 

 

여러 역궤적 텍스트 파일을 모아서 GIS로 그린 그림입니다. 히말라야 눈이 어떻게 오염되는가에 관한 연구였습니다.

 

북극 그린랜드 연구에 사용했던 역궤적 그림입니다. 역궤적 개수가 많아지면 너무 복잡해져서 오른쪽과 같이 격자별로 역궤적이 지나간 개수(역궤적 밀도)를 계산할 수 있습니다. 

 

 

R의 openair 패키지로 그린 역궤적 그림과 2020년 전체 빈도 그림입니다. 기상자료 다운로드, 역궤적 계산, 역궤적 그림 작성을 모두 R에서 할 수 있습니다.

 

역궤적 분석 결과와 오염물질 농도를 결합하면 하이브리드 수용모델인 PSCF와 CWT 계산이 가능합니다. 

 

openair 패키지 그림 결과를 CSV 파일로 저장하기

 

openair CWT 가중치 함수 수정

 

역궤적 분석 openair 매뉴얼입니다. 

The openair book - 10  Trajectory analysis