Numerical Simulation of air pollutants using CALPUFF model at an urban area in Baghdad- Iraq

Abstract

본 연구에서는 비정상상태 기상학적 및 라그랑지안 퍼프 대기질 모델인 CALPUFF 모델을 이용하여 이라크 바그다드의 Daura 정유공장 주변 256 km2 (16 X 16 km) 영역에서 2013 년 3 월부터 2014 년 2 월까지의 기간동안 배출된 네 가지 오염물질인 SO2, CO, NO2, PM2.5 의 대기확산을 조사하였다. SO2, CO, NO2, PM2.5 의 연평균 배출율은 각각 1011.6, 893.4, 88.5, 23.9 g/sec 인 것으로 나타났다. 본 연구를 위해 세 가지 FORTRAN 프로그램 코드를 개발하였다. 하나는 매월 12 개의 분출원에서 나오는 네 가지 가스의 방출율과 방출 속도를 계산하는 코드이고, 다른 두 가지는 CALMET 모델을 수행하기 위해 필요한 지상관측 및 고층 라디오존데 자료를 전처리하는 프로그램이다. CALMET 모델은 이 세 가지 코드를 통해 입력되는 기상학적 자료를 처리하는 목적으로 수행되었다. SO2, CO, NO2, PM2.5 가 발생하는 12 개 지점에서 12 달 동안 시간당 방출율은 연료유와 land 연료 가스의 실제 양으로 계산하고, 이들 오염원들의 방출율의 정확한 결과를 대기모델 시뮬레이션에 이용하였다. 모델 1 년동안의 sounding 자료와 방대한 시간당 지표자료, 지형고도자료, 토지자료 등이 CALPUFF 모델의 3 차원 기상장을 위해 입력자료로 사용되었다. 방출율은 월별 연료사용을 기초로 매월 일정하게 방출된다고 가정하였으며, 매달 (2013 년 3 월부터 2014 년 2 월까지) 12 개 배출원에서 네 가지 오염원의 방출율 자료가 입력자료로 사용되었다. 오염원의 확산과 예측농도는 분석도메인의 중심인 도시지역에서 가장 높은 값을 보였다. 즉 Daura 정유공장으로부터 남쪽 및 남동쪽에 위치한 Daura 고속도로, 서쪽의 정유공장 근무자들의 거주지, 동쪽의 Al-Imam Al-Hassan 지역, 남쪽 및 남동쪽의 Al-Zafraniya 시, 북서 및 북쪽의 Al- Karada 시, 서쪽과 남서쪽의 Al-Jamaia 지역, 동쪽의 Camp Sarah 지역, 그리고 북쪽에 위치한 국제지역인 Karadat Maryam 이다. 12 달 동안 예측된 농도는, SO2 와 CO 는 NO2 와 PM2.5 보다 높게 나타났다. 그러나, 확산형태는 네 가지 오염물질 모두 바람 방향에 따라 거의 매달 유사한 패턴을 보였다. 두 가지 사례 (사례 1 : 1997 년 8 월 23 일, 사례 2 : 1997 년 8 월 25 일)에 대한 CALPUFF 모델 수행결과, 예측된 SO2, CO, NO2 값과 관측된 값 사이에 상당한 일치를 보였으며 사례 1 이 사례 2 보다 높은 상관성을 보였다. 또한 사례 1 과 2 모두의 경우에서 SO2, CO, NO2 이 PM2.5 보다 높은 상관성을 보였다. 여러 가지 기상 상태에서 오염원의 확산 특성을 알아 보기 위하여 7 가지의 안정도 분류 (매우 불안정, 불안정, 약한 불안정, 중립, 약한 안정, 안정, 매우 안정)에 의한 CALPUFF 모델 결과를 분석하였다. 분류된 안정도를 바탕으로 여름과 겨울에서 온도 변화에 따른 SO2, CO 의 농도를 비교 분석한 결과, 안정한 사례에서는 오염 농도가 높게 나타나고 대기상태가 불안정한 사례인 세 경우에서는 오염 농도가 상대적으로 낮게 나타났다.