지구과학 교사를 위한 해양 모델 (MOM) 설치 및 구동 방법

위지은 ( Jieun Wie ),문병권 ( Byung-kwon Moon ) 전북대학교 과학교육연구소 2021 과학과 과학교육 논문지 Vol.46 No.2

이 논문은 다양한 해양 연구에 활용되고 있는 modular ocean model (MOM) 모델을 간단하게 설치하고 구동할 수 있는 방법을 안내하고 있다. MOM 모델의 소스 코드는 무료로 배포되고 있으며, 다양한 프로그래밍 환경에서 모델을 설치할 수 있는 스크립트도 함께 제공한다. 모델 수행을 위해서 모델 소스코드 뿐만 아니라, 모델을 구동하는데 필요한 테스트용 초기장 및 경계장도 제공하고 있어 목적에 따라 적절하게 활용할 수 있다. 이 논문이 학교 현장에서 지구과학 교사들이 학생들과 함께 해양 연구를 위하여 MOM을 설치하고 수행하는데 도움이 될 것으로 기대한다. This paper is intended to provide guidelines for the easy installation and operation of the modular ocean model (MOM), which has been employed in various oceanographic studies. The MOM source code is provided free of charge, along with a script that facilitates the installation of the model in a variety of programming environments. Model execution involves not only the model source code but also the initial and boundary conditions for testing that are needed for model operation, which allows the model to be applied according to the intended use. The aim of this paper is to assist Earth science teachers in schools in setting up and operating MOMs for conducting ocean research with their students.

WRF-UCM을 활용한 전주지역 미세먼지 저감 연구

위지은 ( Jieun Wie ),문병권 ( Byung-kwon Moon ) 전북대학교 과학교육연구소 2021 과학과 과학교육 논문지 Vol.46 No.1

이 연구는 전주시의 미세먼지 저감을 위해 전라북도 지역의 미세먼지 농도 변동 특성과 관련된 대기환경을 분석하고, 모델 수행을 통해 미세먼지 저감에 적합한 도시환경을 제시하였다. 에어코리아에서 제공하는 전라북도 미세먼지 자료를 이용하여 2012-2018년의 일평균 미세먼지 농도 변동의 경험적 직교 함수(empirical orthogonal function) 분석한 결과, 전라북도 전 지역에서 미세먼지가 증가하는 첫 번째 모드와 전주의 북서쪽지역에서는 감소하고 남동쪽 지역에서는 증가는 두 번째 변동 모드가 나타났다. 첫 번째 모드는 풍속이 낮고 고기압의 영향이 존재하였으며, 두 번째 모드는 기압배치에 따른 북풍계열의 바람이 불어왔다. 두 모드의 대표일을 선정하고, 건물 높이 증가, 전주 도심의 확장, 전주 도심을 숲과 논으로 변경한 4가지 실험을 수행한 결과, 건물 높이를 증가시키고 도심이 확장한 경우에는 풍속이 감소하고 도심을 숲과 논으로 변경된 모델 실험은 풍속이 증가하였다. 전주의 도시 특성 변화에 따른 풍속의 변화는 기본 풍속이 강할수록 커졌으며, 풍하측에 영향을 미쳤다. 풍속의 증가는 대기 연직 안정도를 낮춰 공기의 연직 순환을 촉진한다. 전주시의 미세먼지의 피해를 줄이기 위해서 건물의 높이를 낮추고, 도시에 나무나 초지를 많이 만든다면 도움이 될 것이다. This study analyzes atmospheric conditions associated with the variability of particulate matter (PM10) concentration in Jeonju and its surrounding region, suggesting an urban environment suitable for PM10 reduction through modeling simulations. Analysis of the empirical orthogonal function of daily PM10 concentrations in Jeollabuk-do from 2012 to 2018 showed that the first mode was increased PM10 throughout Jeollabuk-do; the second mode was a dipole mode in which the concentration increased in the northwest region and decreased in the southeast region. The first mode is related to low wind speed and high pressure, and the second mode is affected by the north wind. The representative days of the two modes were selected, and modeling experiments with changing land use and building height were conducted. The experiments of increased building height and expanded urban area in Jeonju decreased the wind speed; however, the urban area experiments changed from urban to forest or rice fields in Jeonju increased wind speed. The wind speed change was more noticeable when the wind speed was faster, especially on the leeward side. The increase in wind speed decreased the atmospheric vertical stability and promoted vertical air circulation. The lowering of building height and the increase of trees and grassland would reduce PM10 damage in Jeonju.

지구과학 자료 분석을 위한 GrADS의 소개

위지은 ( Jieun Wie ),문병권 ( Byung Kwon Moon ) 전북대학교 과학교육연구소 2012 과학과 과학교육 논문지 Vol.37 No.-

This note introduces the GrADS program that is used for access manipulation and visualization of earth science data. GrADC would offer both teachers and students the ability to recreate their own graphics shown in textbooks. Here the authors try to describe the simplest way to produce figures including weather maps mean sea surface temperature zonal mean winds and oceanic vertical temperature profiles. All sample figures are intentionally selected from a high school earth science II. Hopefully the readers would take a step forward to the earth scientific graphing.

기상청 국지 예보모델과 LUCY (Large scale urban consumption of energy)의 수도권 인공열 자료 비교

위지은 ( Jieun Wie ),문병권 ( Byung-kwon Moon ),변재영 ( Jae-young Byon ) 전북대학교 과학교육연구소 2020 과학과 과학교육 논문지 Vol.45 No.1

인간 활동에 따른 에너지 소비로 발생되는 인공열은 도시 기온을 직접 증가시키는 요인 중 하나다. 따라서 도시 기후의 예측성을 향상시키기 위해서는 모델에 처방되는 인공열의 신뢰도가 중요하다. 이 연구는 기상청국지 예보모델 (Local Data Assimilation and Prediction System, LDAPS)에서 사용되는 수도권 인공열을 Large scale urban consumption of energy (LUCY) 자료와 비교하였다. LDAPS의 연평균 인공열은 2.76 W m^-2 으로서 LUCY의 55.85 W m^-2 보다 매우 낮았다. 연주기 비교에서는 LDAPS 인공열은 겨울철에 가장 높고 여름철에 가장 낮았지만, LUCY는 겨울에 가장 높았으며 봄과 가을에는 최소를 보였고 여름철에는 봄과 가을보다 높았다. LDAPS는 주중과 주말의 차이나 일주기 변동을 갖지 않는다. 반면에 LUCY 모델은 인간 활동이 활발한 주중이 주말보다 더 높았고, 하루 중에는 오후 2시부터 6시까지 높고 새벽 4시에서 5시에 가장 낮았다. 이 결과는 LDAPS에서 사용되는 인공열이 실제보다 낮게 처방돼 있으며 변동성이 올바르게 고려되지 않다는 것을 가리킨다. 따라서 LDAPS 인공열 자료를 좀 더 실제에 가깝게 갱신할 필요가 있으며, 이를 통해 수도권 도시 기후 예측성을 높일 것으로 보인다. The anthropogenic heat (AH) released from human activities contributes to urban warming. Therefore, the reliability of urban climate forecasts may depend on the accuracy of prescribed anthropogenic heat in numerical weather prediction models. This study considers the Seoul metropolitan area (SMA), and compares the AH used in the Korea Meteorological Administration (KMA) local data assimilation and prediction system (LDAPS) to that in the large scale urban consumption of energy (LUCY) model. The annual mean AH of LDAPS (2.76 Wm^-2) is much smaller than that of LUCY (55.85 Wm^-2). The annual AH cycle of LDAPS shows a winter maximum and a summer minimum, while LUCY has a bimodal distribution with one peak in winter and a smaller peak in summer. There is a lack of weekly and diurnal variability in LDAPS AH. However, AH in the LUCY model shows a minimum over weekends due to the decline in human activities on these days and variation in the diurnal cycle, with a minimum around 04-05 local standard time and a broad maximum during the afternoon. Our results indicate that the prescribed AH in LDAPS is very small and lacks the sub-monthly variability to properly simulate the influence of AH on urban climate. Further improvements in AH might help to increase the reliability of KMA LDAPS for understanding the thermal balance of the SMA.

우리는 미세먼지를 얼마나 마실까?

위지은 ( Jieun Wie ) 전북대학교 과학교육연구소 2019 과학과 과학교육 논문지 Vol.44 No.2

미세먼지가 건강에 해롭다는 것이 알려지면서 틈틈이 미세먼지 농도를 확인한다. 그런데 외부의 먼지 농도보다는 실제로 우리가 호흡하는 먼지가 더 중요할 것 같았다. 먼지가 폐 속으로 침투하면서 건강 문제를 일으키기 때문이다. 그러나 실제 호흡하는 미세먼지에 대한 정보는 찾기 어려웠다. 따라서 이 연구는 하루 중 얼마나 미세먼지를 마실까라는 의문으로 시작했다. 우리는 중학생 삶속에서 하루 동안 마시는 미세먼지 질량을 Daily Inhaled Dust Amount (DIDA)라 새롭게 정의하고, 집, 학교, 학원 등에서 관측한 자료를 이용하여 DIDA를 추정하였다. 그리고 DIDA가 높은 날과 낮은 날을 비교하여 미세먼지 호흡량을 줄이는 생활 패턴을 찾고자 하였다. DIDA를 계산한 결과에 따르면 우리는 평균적으로 0.169 g day^-1 (PM10 기준)의 먼지를 마신다. 여러 날의 DIDA를 비교하였을 때는 에어컨이나 공기 청정기가 작동되는 곳에 머무르면 적은 양의 미세먼지를 마시고, 요리할 때나 농도가 높은 날 야외활동이 많을 때는 꽤 많은 미세먼지를 마시는 것을 알았다. 우리 연구가 중학생 삶에서 미세먼지를 적게 마시는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다. As there is raising awareness of deleterious effects of fine dust particles on human health, we search for the particle concentrations frequently. The breathed particles amount, thus penetrating the lungs, seems to be more important rather than the measured environmental concentrations itself. Thus, this study aims to estimate the daily amount of fine particles that are inhaled by middle school students. Here, we newly defined the Daily Inhaled Dust Amount (DIDA), and computed DIDA using the observed dust data at home, school, academy, and so on. The computed DIDA shows that we breath 0.169 g day^-1 of PM10 on average. Results also suggest that air-conditioner or air cleaner can significantly reduce the particle amounts that we breathe each day. However, cooking or outdoor activities on high concentration days would enhance the DIDA. Our finding will help middle school students avoid dangerous fine particles in their daily lives.

지구과학 교사를 위한 대기 모델 (WRF) 설치 및 구동 방법

위지은 ( Jieun Wie ),강진희 ( Jinhee Kang ),문병권 ( Byung-kwon Moon ) 전북대학교 과학교육연구소 2021 과학과 과학교육 논문지 Vol.46 No.2

대기 연구 및 예측에 활용되는 Weather Research and Forecasting (WRF) 모델은 무료로 배포되고 있고 모델에 적용할 다양한 자료 및 파라미터, 스킴(scheme)들을 제공하고 있다. 이를 이용하면 학교 현장에서 지구과학 교사들이 학생들과 함께 간단한 대기 실험을 수행해보고 결과를 함께 분석할 수 있는 좋은 도구로 활용이 가능하다. 이 논문은 WRF를 간단하게 설치하고 구동하여 분석을 수행할 수 있도록 방법을 안내하고 있어, WRF 모델을 설치하는데 도움이 될 것이다. The Weather Research and Forecasting (WRF) model, which is used for atmospheric research and forecasting, is available free of charge and provides a variety of data, parameters, and schemes for the model. Educators can use this tool to conduct atmospheric experiments with their students and analyze the results together. The purpose of this paper is to provide instructions for the simple installation, operation, and analysis of a WRF model.

지구과학 강의에 활용 가능한 그래픽 툴 GMT 소개

정현채 ( Hyun-chae Jung ),위지은 ( Jieun Wie ),이효미 ( Hyomee Lee ),문병권 ( Byung-kwon Moon ) 전북대학교 과학교육연구소 2018 과학과 과학교육 논문지 Vol.43 No.1

Generic Mapping Tool (GMT)은 하와이 대학교에서 지구과학 관측 자료에 대한 가시화를 목적으로 개발된 프로그램이다. GMT는 개인이 소스코드를 다운받아 자유롭게 사용이 가능하도록 제공되고 있다. 이 논문에 설명된 내용은 GMT를 사용하는데 필요한 기초적인 내용을 다루고 있다. 즉, 지구과학 강의나 연구에 활용할 수 있도록, GMT의 기본적인 옵션과 예시를 중심으로 설명하였다. 교사, 학생 혹은 연구자들이 각자의 목적에 맞도록 GMT를 활용하는데 도움이 되기를 바란다. The Generic Mapping Tool (GMT) is developed to visualize Earth science observations at the Hawaii University. GMT is provided for individuals to download the source code freely. In this paper, the basic functionality of GMT is described by focusing on the options and providing examples of GMT for use in Earth science lectures and research. We hope that teachers, students, or researchers will be able to use GMT to achieve their goals.

학교와 가정에서 실내 미세먼지 실태

박효진(Park, Hyojin),위지은(Wie, Jieun),김서우(Kim, Seowoo),송윤재(Song, Yunjae),지유나(Ji, Yuna),장서영(Jang, Seo Young),김준수(Kim, Junsu),문병권(Moon, Byung-Kwon) 한국과학영재교육학회 2018 과학영재교육 Vol.10 No.1

이 연구는 전북대학교 과학영재교육원의 사사과정 과제로 수행되었다. 대기 중 미세먼지는 1군 발암물질로 지정될 정도로 위험하며, 미세먼지로 인한 사망률의 증가가 최근 논란이 되고 있다. 우리는 가정과 학교의 미세먼지 실태를 조사하고 미세먼지 농도를 감축할 수 있는 방안을 찾고자 하였다. 미세먼지 농도는 휴대용 장치를 이용하여 측정하였다. 먼저 실내의 먼지 가 외부 농도에 크게 영향을 받는다는 것을 밝혔다. 이와 더불어 집과 학교는 장소에 따라 미세먼지 농도가 약간 다르게 나타났다. 특히 집에서는 방에서, 학교에서는 교무실에서 미세먼지 농도가 낮았다. 학생들이 등교하면 교실의 농도가 증가하였다. 또한 흥미롭게도 실내의 미세먼지는 높이에 따라 약간의 농도 차이가 있었다. 미세먼지 농도는 천정부근보다는 바닥에서 약간 높았다. 기름을 사용한 요리를 할 때 집 안의 미세먼지 농도를 크게 증가시켰다. 이때는 요리가 끝난 후에도 미세먼지 농도의 증가가 지속되는 모습을 볼 수 있었다. 또한 실내의 미세먼지를 제거하기 위해 주로 제안되는 방법인 환기시키는 것이 때로는 효율적이지 못하거나 오히려 농도를 높일 수 있음을 보였다. 우리는 실내 미세먼지를 제거하기 위해서는 공기청정기가 필수적이나 여의치 않다면 에어컨을 활용할 수 있다는 것을 제시하였다. 이 결과는 좀 더 흥미로운 연구를 위한 기초자료로 활용되거나 학교나 가정의 미세먼지 저감에 기여할 것으로 기대된다. This study is based on a research project by gifted students at Science Education Institute for the Gifted in Chonbuk National University. Particulate matter is so dangerous to humans as to be ranked among the Group 1 Carcinogens, and it becomes a more prominent cause of death. This study conducted a survey of particulate matter in houses and schools and considered an effective method of reducing particulate matter concentrations. A portable device was used to measure the concentrations. We showed that indoor particulate matter was much affected by its outdoor concentration. Besides, the particulate matter concentrations had a small variation among different points both in houses and schools. Especially, houses and schools had lower concentrations in rooms and the teachers room, respectively. When students went to school, the concentrations in classrooms increased. Moreover, indoor particulate matter showed a small difference of concentration depending on height. The concentration was a little higher near the floor than the ceiling. Cooking with oils drastically increased the indoor particulate matter concentration in a house. Even when cooking was over, the increase of concentration continued. Ventilation was not so efficient as has been typically suggested to remove indoor particulate matter, or rather often raised the indoor concentrations. We proposed that an air purifier is essential for removing indoor particulate matter, or if it is not available, an air conditioner can be utilized. This result can be basic information for further interesting studies. We also expect that this study will contribute to reducing particulate matter both in house and school.

한반도 이상기후 동향: 폭염, 한파, 가뭄, 해양온난화

이효미 ( Hyomee Lee ),정현채 ( Hyun-chae Jung ),위지은 ( Jieun Wie ),문병권 ( Byung-kwon Moon ) 전북대학교 과학교육연구소 2018 과학과 과학교육 논문지 Vol.43 No.1

기상 현상의 평균 상태, 발생 빈도, 강도 등이 변하는 이상기후 현상이 최근 들어 빈번하게 발생하고 있으며, 그로인한 사회적·경제적 피해가 크게 증가하고 있다. 관련 정부 부처, 학계, 언론 기관들에서는 한반도에서 발생하고 있는 이상기후와 관련된 정보를 제공하고 그에 적절하게 대처할 수 있도록 대응 방법을 제시하고 있다. 폭염, 한파, 가뭄과 같은 기상재해들과, 해양 온난화를 포함한 여러 가지 해양 환경 변화 현상들에 대해 제공된 자료들을 정리하였다. 이상 기후의 최근 동향과 원인, 피해 사례, 대응 방법, 기후변화와의 연관성에 대해 요약하였다. 이상기후 현상을 잘 이해하고 적절한 대처를 한다면, 그 피해를 감소시키는데 도움이 될 것이다. Abnormal climate events in which the average state, occurrence frequency, and intensity of meteorological phenomena change frequently is increasing recently, causing large socioeconomic damages. Relevant government ministries, academic circles, and media provide measures to provide information related to the abnormal climate events on the Korean peninsula and to cope with them appropriately. This paper summarizes data about weather disasters such as heat waves, cold waves, droughts, and various marine environmental changes including ocean warming. It also summarizes recent trends and causes of abnormal climate, cases of damage, countermeasures, and their relevance to climate change. If we understand the abnormal weather phenomena well and take appropriate actions, it will be helpful for reducing the damage.

전구해양 모의에서 나타난 생지화학과정의 영향

정현채 ( Hyun-chae Jung ),문병권 ( Byung-kwon Moon ),위지은 ( Jieun Wie ),박효진 ( Hyo-jin Park ) 전북대학교 과학교육연구소 2017 과학과 과학교육 논문지 Vol.42 No.2

생지화학 과정이 해양의 평균 상태와 경년 변동에 미치는 영향에 대해서는 여전히 논란중인데 분석에 사용되는 모델이 일치하지 않는 결과를 모의하고 있는 것이 주된 이유다. 우리는 전구 해양 모델을 이용하여 생지화학 과정이 미치는 영향을 조사하였다. 생지화학 과정에 의해서 열대 해양의 연변화는 강화되었고, 전지구 표층 순환의 세기가 세졌다. 특히 서안 경계류와 남극 순환류의 강화가 두드러졌다. 이에 덧붙여, 엘니뇨가 강화된 특징을 보였는데, 우리는 그 원인으로 연직 경압 모드의 변화를 새롭게 제시하였다. 세 개 경압 모드가 포함된 간단한 모형을 이용한 실험 결과로 생지화학 과정에 의해 연직 열적 구조가 바뀌고 결국 경압 모드의 변화로 인해 엘니뇨가 강화된다는 것을 알 수 있었다. 이것은 해양 생지화학 과정의 영향에 관한 새로운 메커니즘으로서 향후 정교한 실험이나 분석에 의해 검증이 필요할 것으로 판단된다. Debate continues about the impacts of biogeochemical processes on the oceanic mean state and interannual variability, since climate models show diverse simulation results. We investigate the biophysical impacts on the ocean climate using an global ocean general circulation model. The annual cycle in the tropical Pacific has been amplified due to biological processes. Global surface currents, particularly western boundary currents and Antarctic Circumpolar current, also have been strengthened. Furthermore, ocean model with biological module shows the larger amplitude of El Niño, which is resulted from the modulation of vertical baroclinic mode. Simple model experiments with three baroclinic modes indicate that the biological-induced changes in oceanic thermal structure act to amplify El Niño amplitude via altered vertical modes. The processes presented in this paper are preliminary and need to be validated using more comprehensive models.