환경기상예측 연구실
대기환경과학과 전원배
환경기상예측 연구실은 대기환경과학 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있는 연구실입니다. 본 연구실은 대기오염, 기상, 기후변화 등 다양한 환경 문제를 해결하기 위해 수치모델링, 자료동화, 역모델링, 관측 및 인공지능 기법을 융합한 다학제적 연구를 진행하고 있습니다.
주요 연구 분야로는 중규모 기상 및 대기질 모델링, 대기오염물질의 장거리 수송 메커니즘 분석, 에어로졸-기상 상호작용, 대기질 자료동화 기반의 배출량 평가 및 보정, 생물성연소(Biomass Burning) 배출 영향 분석, 재생에너지 자원 예측 등이 있습니다. 특히, 동북아시아 및 한반도 지역의 대기오염 문제를 정량적으로 규명하고, 미래 대기질 변동성 예측을 통해 국가 및 지역 단위의 환경 정책 수립에 필요한 과학적 근거를 제공하고 있습니다.
연구실은 최신 위성 및 지상 관측자료, 고해상도 수치모델, 다양한 자료동화 및 역모델링 기법을 적극적으로 활용하여, 실제 대기질 변화와 오염물질 배출 특성을 정밀하게 분석합니다. 또한, 에어로졸-기상-기후 상호작용 연구를 통해 기후변화와 대기질의 복합적 영향을 규명하고, 재생에너지 자원 예측 등 실용적 연구도 병행하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 국내외 주요 학술지 논문, 특허, 산학협력 프로젝트, 정부 및 공공기관 연구용역 등 다양한 형태로 발표되고 있으며, 연구실 소속 연구원들은 각종 학술상, 우수논문상 등 다수의 수상 경력을 보유하고 있습니다. 또한, 환경부, 산림청, 한국연구재단 등과의 협력 연구를 통해 사회적·정책적 파급효과도 높이고 있습니다.
환경기상예측 연구실은 앞으로도 첨단 대기환경 예측 기술 개발과 기후변화 대응, 국민 건강 보호, 지속가능한 환경 관리에 기여하는 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다. 이를 위해 국내외 연구기관, 정부, 산업체와의 협력 네트워크를 강화하고, 차세대 환경과학 인재 양성에도 힘쓰고 있습니다.
Satellite Data Utilization
Greenhouse Gas Mapping
Air Quality Modeling
중규모 기상 및 대기질 모델링
중규모 기상 및 대기질 모델링은 동북아시아, 특히 한반도와 그 주변 지역에서 발생하는 다양한 기상 현상과 대기오염 문제를 수치적으로 모의하고 분석하는 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 기상과 대기질을 통합적으로 고려한 모델링 시스템을 구축하여, 고농도 미세먼지, 오존 등 심각한 대기오염 현상의 원인을 정량적으로 규명하고 있습니다. 이를 통해 과거 및 현재의 대기질 상태뿐만 아니라 미래의 변동성까지 예측하여, 대기오염 문제에 대한 선제적 대응 방안을 마련하고자 합니다.
특히, 국내 실정에 최적화된 기상-대기질 통합 모델을 개발하고, 이를 활용하여 동북아시아 지역의 대기오염물질의 이동 및 변환 과정을 정밀하게 분석합니다. 이 과정에서 대기오염물질의 배출, 수송, 화학적 변환, 침적 등 다양한 물리·화학적 과정을 통합적으로 고려하며, 실제 관측자료와의 비교 및 검증을 통해 모델의 신뢰성을 높이고 있습니다.
이러한 연구는 국가 및 지역 단위의 대기질 개선 정책 수립에 필요한 과학적 근거 자료를 제공하며, 미래 기후변화 시나리오에 따른 대기질 변동성 예측, 장거리 이동 오염물질의 영향 평가 등 다양한 응용 연구로 확장되고 있습니다. 궁극적으로는 국민 건강 보호와 지속가능한 환경 관리에 기여하는 것을 목표로 하고 있습니다.
대기오염물질의 수송 메커니즘 및 에어로졸-기상 상호작용 분석
대기오염물질의 수송 메커니즘 분석은 중국 등 인접 국가에서 발생한 미세먼지와 오염물질이 한반도까지 장거리 이동하는 과정을 규명하는 데 중점을 둡니다. 본 연구실에서는 미세먼지의 화학적 생성 및 소멸, 대기 중 수송 경로, 기상 조건에 따른 변동성 등을 수치 모델링과 관측자료를 결합하여 정밀하게 분석하고 있습니다. 이를 통해 장거리 이동 오염물질의 국내 대기질에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고, 효과적인 대기오염 저감 정책 수립에 필요한 정보를 제공합니다.
또한, 에어로졸-기상 상호작용 모델링 연구를 통해 대기 중 에어로졸이 기상 요소(예: 복사, 구름, 강수 등)에 미치는 영향과, 반대로 기상 변화가 에어로졸의 농도 및 분포에 미치는 상호작용을 심층적으로 분석합니다. 최근 동북아시아 지역에서 급증하는 미세먼지와 기상 변화의 상관관계를 규명하고, 이를 바탕으로 기후변화에 따른 대기질 변화 예측 연구도 활발히 수행하고 있습니다.
이러한 연구는 대기오염물질의 장거리 이동 및 기상과의 복합적 상호작용에 대한 이해를 높여, 대기질 예측의 정확도를 향상시키고, 기후변화 대응 및 환경정책 수립에 중요한 과학적 근거를 제공합니다. 특히, 에어로졸의 복사 평형 및 기후변화 유발 메커니즘 분석을 통해 전 지구적 환경 문제 해결에도 기여하고 있습니다.
대기질 자료동화 기반의 배출량 평가 및 역모델링
대기질 자료동화 기반의 배출량 평가 및 역모델링은 대기오염물질의 실제 배출량을 보다 정확하게 산정하고, 이를 바탕으로 대기질 예측의 신뢰도를 높이는 첨단 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 위성 및 지상 관측자료를 활용한 자료동화 기법과 역모델링(4D-Var, IFDMB 등)을 결합하여, 국내외 주요 오염물질의 공간적·시간적 배출량을 정밀하게 추정하고 있습니다.
특히, 배출량의 불확실성을 줄이기 위해 다양한 역모델링 기법을 개발 및 적용하고, 이를 통해 실제 대기질 관측값과 모델 예측값의 차이를 최소화합니다. 이러한 연구는 고농도 미세먼지, 오존 등 주요 대기오염 현상의 원인 규명과 저감 정책의 효과 분석에 필수적입니다. 또한, 배출량 시나리오별 대기질 변화 예측을 통해 특정 지역의 대기오염 저감 방안도 제시하고 있습니다.
이 연구는 국가 대기질 관리 정책, 온실가스 및 대기오염물질 감축 목표 설정, 국제 협력 등 다양한 분야에 실질적인 기여를 하고 있습니다. 앞으로는 인공지능 및 빅데이터 기반의 자료동화·역모델링 기법과의 융합을 통해 더욱 정밀한 대기질 예측 및 배출량 산정이 기대됩니다.
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An Integrated Analysis of Ozone and Carbon Monoxide Over the Western Pacific Using Satellite and Aircraft Measurements During the ACCLIP Summer Campaign 2022
Bak, J., Kim, J., Koo, J.-H., Pan, L.L., Ryoo, J.-M., Newman, P.A., Franchin, A., Liu, X., Abad, G.G., Lee, H.-J., Jeon, W., Kim, C.-H.*
Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2025
2
Hybrid IFDMB/4D-Var inverse modeling to constrain the spatiotemporal distribution of CO and NO2 emissions using the CMAQ adjoint model
Moon, J., Choi, Y., Jeon, W.*, Kim, H.-C., Pouyaei, A., Jung, J., Pan, S., Kim, S., Kim, C.-H., Bak, J., Yoo, J.-W., Park, J., Kim, D.
Atmospheric Environment, 2024
3
Understanding the physical mechanisms of PM2.5 formation in Seoul, Korea: assessing the role of aerosol direct effects using the WRF-CMAQ model
Yoo, J.-W., Park, S.-Y., Jeon, W., Jung, J., Park, J., Mun, J., Kim, D., Lee, S.-H.*
Air Quality, Atmosphere & Health, 2024
1
도시숲 효과성 분석을 위한 시공간 상세 도시숲 바람지도 자료조사
2
환경위성(GEMS) 자료 산출 알고리즘 개선 및 현업화 후속위성 기획연구
3
국내 미세먼지 농도의 연변동성에 대한 기상의 영향 정량 분석
