RFP 번호	2020-동북아초미세먼지-1-2			RFP 유형	지정공모
과제명	다중스케일 챔버를 활용한 초미세먼지 생성기작 규명 연구
1. 필요성
ㅇ 동북아 지역에서 발생되는 고농도 초미세먼지의 경우 동북아 환경을 고려한 이차생성 메커니즘 연구가 미흡하여 정부 대책 수립에 과학적 뒷받침 부족 - 챔버 실험 등 과학적 분석에 근거한 합리적 정책 대응 중요 ㅇ 동북아 지역 전구체의 초미세먼지 생성변환에 관한 지속적인 연구와 동북아 환경에서 초미세먼지의 이차생성 기작의 규명 및 정량화가 초미세먼지 중기예보 정확도 향상에 중요한 역할 - 장거리 이동 초미세먼지 생성기작 및 물리화학적 특성에 관한 심층연구 필요
2. 연구목표 및 내용
ㅇ 반응챔버를 이용한 초미세먼지의 생성기작 규명 - 전구물질별 유기·무기 입자의 이차생성과 변환기작 규명 - 환경인자(상대습도, 주간/야간, 노화)별 유기·무기 입자의 물리화학적 특성 분석 ㅇ 반응챔버를 이용한 초미세먼지의 생성과정 모수화 - 고농도 초미세먼지 발생 핵심인자 대상 2차 생성 수율 산정 - 반응별 모수의 모듈화에 의한 대기질 모델 적용 - 질량농도, 성장속도, 장거리이동 예측 모델링을 위한 미세먼지 물성 측정 ㅇ 챔버 기술력 선진화를 위한 국제 연구 네트워크 구축 및 교류 - 국제공동연구 추진, 국제 스모그 챔버 연구 워크샵 개최 등 ※ 필수포함내용 ▪ 반응챔버의 크기를 고려한 다중스케일 챔버 활용 내용
3. 성과목표
ㅇ 초미세먼지 이생생성 반응식 13건 이상(1단계 7건, 2단계 6건) ㅇ 초미세먼지 생성기작 관련 우수논문(JCR 25% 이내) 10편 이상(1단계 4편, 2단계 6편) ㅇ 국제 스모그 챔버 연구 워크샵 4회 이상(1단계 2회, 2단계 2회)
4. 키워드
ㅇ (국문키워드) 스모그 챔버, 이차생성, 생성기작, 모수화, 물성 ㅇ (영문키워드) Smog chamber, Secondary formation, Formation mechanism, Parameterization, Physical property
5. 지원기간/예산
ㅇ 기간 : 5년 ('20 -'24년) ㅇ 정부출연금 : ‘20년 5억원 내외 (6개월분)
6. 특기사항
ㅇ 1차년도 연구기간은 6개월이고, 2개 이상의 세부과제로 구성하여 총괄과제로 신청 ㅇ 미세먼지 범부처 프로젝트 사업에서 구축한 중형 스모그 챔버의 활용방안 제시 ㅇ 사업단의 RFP 1-1 및 2과제(동북아 국제공동측정 및 대기질 예측 모델)와 협업방안 제시 ㅇ 1단계(3년)와 2단계(2년) 연구내용을 명확하게 구분하고, 1단계 종료 시 중간성과물을 객관적으로 확인할 수 있도록 구체적으로 제시

RFP 번호

2020-동북아초미세먼지-2

RFP 유형

지정공모

과제명

한국형 대기질 예측 단기모델 고도화 및 중기모델 개발

1. 필요성

ㅇ 초미세먼지 예보모델의 성능 향상은 초미세먼지에 의한 국민의 피해를 최소화하기 위해 필수적임

ㅇ 초미세먼지 예보에 필수적인 대기질 수치예보 모델 개발 및 성능 향상을 위해서는 한국의 대기질 특성 반영과 해상도가 높은 고효율 초미세먼지 모형 개발이 필요함

ㅇ 모델의 정확도를 높이기 위해서는 배출량의 정확도 개선이 요구되며, 기존 상향식 (bottom-up)으로 산정된 배출량 정확도의 한계를 극복하기 위해서는 역모델을 통한 하향식(top-down)으로 배출량의 정확도 증진이 필요함

ㅇ 정확도가 개선된 배출량을 모델에 효과적으로 적용하기 위해서는 자료동화 모듈의 최적화가 병행될 필요가 있음

ㅇ 향후 대기질 예보 방향(6시간 단위 예보 시행)을 고려한 고 시간분해능의 초미세먼지 예측 성능 확보가 필요함

	예보기간 확대의 필요성
ㅇ 유럽 등 선진국은 CAMS(Copernicus Atmospheric Monitoring Service) 등을 통해 대기질 5일 예보를 시민의 대기질 악화 대응수단으로 사용하고 있음 ㅇ 국가기후환경회의의 미세먼지 해결을 위한 제1차 국민정책 제안은 미세먼지 단기예보 3일을 중기예보(주간예보) 7일로 확대하고, 미세먼지 양과 농도 외에 구성성분까지 공개하도록 함 ㅇ 미세먼지가 인체에 미치는 영향이 알려짐에 따라 이의 중요성이 부각되고 있는 시점에서 미세먼지 예보기간의 확대를 통해 국민 삶의 질을 개선하는 데 기여할 필요가 있음

2. 연구 목표 및 내용

ㅇ 3차원 입체관측망 빅데이터 수집·분석 플랫폼 개선 및 고도화

- 지상, 원격 및 위성관측 자료 big data를 포함한 3차원 입체관측망 데이터의 수집·분석 체계 보강

- 진단적 분석(배출량 검증, Hot-spot 감시, 경계층 높이 산정 등), 예단적 활용(모델 경계조건, 모델 자료동화 입력자료 등)을 위한 Interface platform 구축

ㅇ 동북아 배출량 자료 개선 및 자료동화 모듈 최적화

- 3차원 입체관측망 연계 동북아 하향식 배출량 재산정 및 자료동화 모듈 최적화

·동북아 배출량(예: MEIC, REAS, KORUS-AQ 등)의 특성 파악 및 국내 모델에의 적용 가능성 평가

·입체관측망 자료 활용 재분석 역모델링을 통해 배출량 자료(예, VOCs chemical speciation, 고해상도 Mobile 배출량 등) 검증 및 하향식 배출량 재산정

·실시간 재분석 역모델링 융합 자료동화 모듈 최적화

- 자연 배출량 산정 모듈 개발

·황사, 토양 및 해양 on-line 배출량 산정 모듈 개발 및 적용

ㅇ 초미세먼지 예측 정확도 증진을 위한 화학물리과정의 개선 및 보완

- 상세 화학 및 비균질 과정 모듈 개발

·구름 물리 과정에서의 황산염 생성, 질산염 생성, 2차 유기에어로졸 생성기작 등 대기화학 관련 국내·동아시아 최신 연구결과 적용 모듈 개발 및 평가 모델링 수행

·입체관측 통합정보 및 챔버 연구결과를 반영한 한국형 대기화학 메커니즘 구현

- 대기 모형 개선을 위한 물리과정 모수화 및 대기 자료동화 기술 개발(구름, 에어로졸, 대기경계층, 지면 모수화, 대기 복사, 대기 수송 등)

- 모델의 고해상도에 따른 초미세먼지 농도 모사능력 검증 및 성능 향상 기술 개발과 대기 자료동화 영향 평가

- Global air quality forecasting system 등과 연계를 통한 정확한 경계조건 보장

- KIM(Korean Integrated Model)과 UM의 전지구 예측장에 따른 오염물질 예측도 비교 분석

ㅇ 현업화를 고려하여 전산처리효율 최적화

- CPU 개수 증가에 따른 효율감소 최소화 방안 제시 등

ㅇ 실시간 예보 Test-bed 운영을 통한 단기 및 중기 예보모델의 현업화 지원

- 시험·운영·평가를 통한 문제점 보완 및 모델 예측력 향상 주요 원인 분석

·실시간 예보 Test-bed 운영을 통한 실시간 검증

·과거 3년 대상 시험모사를 통한 개발 모형 요소별 예측 성능 개선 효과 평가

- 개발 모형의 현업화를 통한 예보자료 생산

·원활한 현업화를 위한 연구팀(모델 개발자)과 현업화 기관(국립환경과학원 대기질 통합예보센터) 간 연구협의체 구성·운영

·개발된 모델의 평가 및 공동운영을 통한 현업화 검증 및 지원

·대기질 예보에 필요한 분석도구 및 가시화 모듈 개발

3. 성과목표

ㅇ 단기예보 (3일) : 4등급

- 19개 예보권역 대상 평균 고농도 정확도

·일평균 : 75% (D+1), 70% (D+2)

·6시간 평균 : 65% (D+1), 60% (D+2)

- 19개 예보권역 대상 평균 오경보율 : 30% 이하(공통)

ㅇ 중기예보 (4~7일) : 2등급

- [POD (probability of detection)] - [FAR (false alarm rate)] : 0.3 이상

※ 중기예보의 구체적인 정량지표는 1단계 과제 종료시점에 설정 예정

ㅇ 대기질 예보 관련 우수논문 10편(JCR 10% 이내) 이상 또는 15편(JCR 25% 이내) 이상

4. 키워드

ㅇ (국문키워드) 대기질/초미세먼지 예보, 자료동화, 역모델링, 배출량

ㅇ (영문키워드) Air quality / PM2.5 forecasting, Data assimilation, Inverse modeling, Emissions

5. 지원기간/예산/TRL

ㅇ 기간 : 5년 (‘20 -‘24년)

ㅇ 정부출연금 :‘20년 10억원 내외 (6개월분)

6. 특기사항

ㅇ 1차년도 연구기간은 6개월이고, 3개 이상의 세부과제로 구성하여 총괄과제로 신청(필수적으로 실시간 예보 Test-bed 운영 분야는 별도의 세부과제로 구성)

ㅇ 예측 정확도는 국립환경과학원 대기질통합예보센터의 현업 방식으로 검증하여 목표 달성 여부를 확인

ㅇ 미세먼지 범부처 프로젝트에서 개발한 3차원 입체관측 통합플랫폼의 관측 자료와 모델의 자료동화 및 결과 분석 시스템이 연동될 수 있도록 추진

ㅇ 과제의 특성을 고려하여 해당 과제의 연구개발로 얻어지는 직‧간접적인 성과는 국가기관(예, 국립환경과학원 대기질통합예보센터)에 무상으로 제공

ㅇ 3차원 입체관측망 빅데이터 연구팀은 사업단 RFP 1-1과제의 국제공동측정을 지원

ㅇ 새로운 대기질 모델 프레임 워크를 개발하거나 기존 모델을 활용하여 연구 수행