기상 및 대기질 모델링을 이용한 인공강우 민감도 분석과 미세먼지 영향 평가

Abstract

본 연구에서는 충청남도 보령시에 위치한 보령댐을 대상으로 시딩물질별(AgI, CaCl2) 2021년 계절별 인공강우 효과를 비교분석하고, 시딩 시간 및 시딩 지속시간, 양 변화에 따른 민감도 분석을 수행하였다. 또한 연속시딩에 의한 미세먼지 영향분석 및 평가하였다. 위의 분석은 시딩물질 살포를 고려하지 않은 실험(UNSD)과 고려한 실험(SEED) 두 가지 실험을 통해 수행되었다. 1시간 시딩의 경우, SEED 실험과 UNSD 실험간의 시딩 종료 후 평균 180분 누적 인공증우량(SEED-UNSD)은 봄, 여름, 가을, 겨울 순으로 높게 나타났다(각각 0.45 mm, 0.31 mm, 0.15 mm, 0.02 mm). 6시간 연속시딩의 경우, 시딩 종료 후 300분 누적(시딩 시작부터 총 11시간) 인공증우량은 봄(2.30 mm)에 가장 높게 산출되었으며, 다음으로 겨울(1.30 mm), 여름(1.22 mm), 가을(0.97 mm) 순으로 나타났다. 먼저 시딩 시간 변화에 따른 민감도 분석 결과, 6시간 연속시딩이 1시간 시딩에 비하여 봄 약 4∼65배, 여름 5∼21배, 가을 7∼11배, 겨울에는 약 65배 이상의 인공증우 효과가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 시딩 지속시간 및 양을 변화시킨 결과, 지속시간을 증가시킨 실험(Exp_D2, Exp_D3)에서 시딩 종료 후 180분 누적 인공증우량이 각각 1.44 mm, 1.43 mm로 산출되어 규준실험(0.45 mm)에 비해 약 3배 이상 인공증우 효과가 나타났다. 반면에 시딩 양을 변화시킨 실험(Exp_A2, Exp_A3)에서는 규준실험과 거의 유사한 수준의 인공증우 효과가 나타났다. 이는 너무 많은 양을 살포하여 overseeding이 발생한 것으로 추정된다. 인공강우에 따른 미세먼지 농도 분석 결과, 인공강우 효과가 뚜렷하게 나타난 지역에서 미세먼지 농도 감소가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 영향 지역에서의 평균 인공증우량이 0.02 mm ∼ 0.19 mm로 산출되었을 때 동일 지역에서 미세먼지 농도 감소 정도는 PM10의 경우 약 -1.95 μg/m3 ∼ -9.56 μg/m3, 조대입자(PMC)는 -0.96 μg/m3 ∼ -4.32 μg/m3, 미세입자(PM2.5)는 -0.99 μg/m3 ∼ -5.24 μg/m3 정도의 수준으로 나타났다(평균 저감율: 각각 26.7%, 29.7%, 24.7%). 이를 통해 여러 선행연구 결과와 유사하게 조대입자가 인공강우에 의한 농도 변화가 크게 나타나는 것을 확인하였다. 그러나 미세입자의 저감율도 무시할 수 없는 수준으로 나타나 PM2.5 농도 감소 시 각 구성성분별 차지하는 저감율을 분석한 결과, 대부분 수용성 에어로졸(주로 SIA, SOA 등)이 약 55% 정도로 나타나 인공강우에 의한 영향을 크게 받는 것을 사료된다.|This study investigated the seeding effect of seeding material (AgI, CaCl2) on artificial rainfall around the Boryeong Dam (BRD) region located in Chungnam Province by season at 2021, and a sensitivity analysis on the artificial rainfall changes caused by the seeding time change. In addition, the impact of particulate matter by artificial rainfall was analyzed and evaluated. This analysis was performed by two sets of simulation experiments: (1) meteorological model simulations that considered seeding (i.e., SEED) and (2) without considering seeding (i.e., UNSD). For 1-hour seeding, the mean 180 min-accumulated artificial rainfall between the SEED and UNSD (SEED-UNSD) due to seeding was significant in spring, summer, autumn, and winter (0.45 mm, 0.31 mm, 0.15 mm, and 0.02 mm, respectively). For 6-hour seeding, the 300 min-accumulated artificial rainfall after the end of seeding (totaling 11 hours from the start of seeding) was largest in spring (2.30 mm), followed by winter (1.30 mm), summer (1.22 mm), and fall (0.97 mm). In the sensitivity analysis of seeding time changes, the seeding for 6-h continuously resulted in a significant artificial rainfall effect, ranging from at least 4 times to more than 65 times that of 1-h seeding. Also duration and amount changes, the increases in seeding duration (2- and 3-fold) resulted in significant changes (a factor of 3 increase) in the mean 180 min-accumulated artificial rainfall in the study area, but there were no distinct changes in case of increased seeding amount. As for the concentration of fine dust due to artificial rainfall, the simulation results showed that when the average artificial rainfall was 0.02 mm ∼ 0.19 mm in the affected area, the concentration of fine dust decreased in the same area, and the degree of decrease was about from -1.95 μg/m3 to -9.56 μg/m3 for PM10 and from -0.99 μg/m3 to -5.24 μg/m3 for PM2.5.