河床洗掘 및 堆積에 대한 2次元 數値模擬

노준우 慶北大學校 1997 국내석사

종관 배경에 따른 한반도 집중호우의 분류

노준우 서울대학교 대학원 2003 국내석사

소비자 효용을 고려한 Load Serving Entity의 실시간 요금제 설계에 적용된 조정계수 산정 방안

노준우 서울대학교 대학원 2010 국내석사

Decadal changes in the physical mechanisms of summertime precipitation variability in Korea

노준우 서울대학교 대학원 2012 국내박사

Issues related to precipitation changes are currently of great practical importance in association with the impact of climate changes. Areas of extreme precipitation changes compared to the respective mean are limited to a few regions rather than the whole globe. Thus, studies focusing on the detailed physical mechanisms of heavy rainfall on a regional scale are needed. Summertime precipitation variability in Korea has also changed significantly in recent years. Three distinct physical mechanisms in the seasonal cycle of the 120-day (May 19-September 15) summer precipitation in Korea (126°-130°E × 33°-38°N) were identified by cyclostationary empirical orthogonal function (CSEOF) analysis with using the 1979-2008 observed precipitation records at 61 Korea Meteorological Administration stations. Detailed space-time structures of the physical mechanisms of precipitation variability were derived using the daily NCEP/NCAR reanalysis data over Asia (80°-180°E, 0°-60°N). The seasonal cycle of summertime precipitation in Korea exhibits three principal temporal scales—seasonal, sub-seasonal, and high-frequency components—of variability with distinct physical mechanisms. The seasonal component represents the variability associated with the evolution of the Asian summer monsoon, specifically the East Asia summer monsoon, governed primarily by large-scale circulation as a result of varying sea level pressure contrasts between the Asian continent and the surrounding oceans. The arrival and the duration of a monsoon front primarily shape the seasonal evolution of precipitation in Korea. The bimodal peaks are due to the low-level circulation change as a result of temperature and subsequently sea level pressure redistribution during summer. The sub-seasonal component has characteristic time scales of 10-30 days and is associated with eastward moving upper-level disturbances at ~40N. The upper-level disturbances affect the meridional circulations resulting in low-level convergence/divergence underneath and also to the south and to the north of the disturbance. From mid-July to mid-August, the sub-seasonal component is more clearly observable and the period of oscillations is generally shorter than during early or late summer. The high-frequency component with time scales less than 10 days is associated with mid-latitude baroclinic Rossby waves; synoptic-scale variations of upper-level geopotential height and low-level moisture convergence are well correlated with the high-frequency variability of precipitation in Korea. Positive precipitation anomalies over Korea correspond to an upper-level divergence with anti-cyclonic wind anomalies due to baroclinic Rossby waves with their axis around ~40°N. The vertical structures of key physical variables are well explained in the context of baroclinic instability with the geopotential height anomaly field connecting the upper-level divergence and the lower-level convergence tilted westward with height and the temperature anomaly field slanting slightly in the opposite direction. Since various physical mechanisms potentially contribute to changes in Korean summertime precipitation, distinct physical mechanisms with different time scales help analyze the summertime precipitation variability. 61 KMA summertime precipitation data in South Korea for 1996-2008 (POS) in comparison with those for 1979-1995 (PRE) were also analyzed via CSEOF technique. Detailed physical change by extracting space-time structures of the physical mechanisms of precipitation variability were derived from using the daily NCEP/NCAR reanalysis data over East Asia (80°-180°E, 0°-60°N) by CSEOF analysis with the same design to the previous analysis. In the seasonal component, which represents the variability associated with the evolution of the East Asian summer monsoon, due to the change of low-level circulation patterns in the Asian region, the commencement, duration, and retreat of the East Asian monsoon front has varied significantly over recent years. Specifically, the first peak of the bimodal precipitation pattern in Korea has started earlier and significantly increased in intensity. The second peak has broadened in recent years and the typical seasonal period of decreased precipitation has weakened. The strength of the sub-seasonal component has increased in recent years due to the strengthening of meridional circulation between the subtropics and the mid-latitudes. A conspicuous change in the vertical structure of the sub-seasonal component is seen in recent records. Increased warm and moist advections from the south and decreased cold and dry advections from the north seem to be the primary reasons for such a change. Relatively strong sub-seasonal precipitation activity with an averaged period of ~15 days has shifted from late June through mid July in the PRE years to early August through early September in the POS years. The high-frequency component, which is formed by the baroclinic instability, has increased in the POS years by ~25% particularly in early- to mid-August in Korea since dynamical and thermodynamical processes have strengthened. The second and third CSEOF modes in the entire period explain the localized heavy rainfall events, which are mainly associated with the direct/indirect effect of tropical cyclones. The extreme localized heavy rainfall event appeared in the southern provinces of Korea as September 3 in the second CSEOF of 1979-1995. In the second CSEOF of 1996-2008, however, the extreme heavy rainfall events at August 7 and August 31 occur dominantly in the central-western region and in the eastern part of the Korean Peninsula, respectively. This change in the localized heavy rainfalls could be due to the tropical cyclone or depression activities. 최근 강수 강도, 빈도, 강수 기록 지역의 급변화와 같은, 강수 변화와 관련된 문제들은 기후변화에 따른 가장 중요한 변화 현상이다. 극심한 폭우가 기록되는 지역의 변화는 전 지구적인 문제라기 보다는 일부 지역에 특히 제한적으로 나타난다. 따라서 특정 지역에서 그 규모의 집중 호우를 설명할 수 있는 더 자세한 물리적 기작에 관한 연구가 요구된다. 한반도와 주변 동아시아 지역은 여름 강수 변화가 최근 크게 바뀐 지역임으로, 한반도의 여름 강수의 변동성과 그 변화를 연구하였다. 한반도의 여름강수는 아시아 및 동아시아 여름 몬순과 관련된 장마전선, 중위도 경압파, 상층 제트 및 하층 제트의 강도와 위치, 북태평양 고기압대와 오츠크해 기단 등의 영향, 티벳 고원의 영향으로 파생되는 다양한 현상들 등으로부터 기인하는 다양하고 복잡한 원인으로 발생한다. 이러한 한반도 여름 강수 변동성을 분석하기 위해, 1979-2008년 기상청 61개 관측소의 일 강수량의 여름 기간 (5월 19일 – 9월 15일) 자료를 CSEOF 분석기법을 이용하여, 연주기 변동성을 추출하였다. 강수 변동성의 원인을 설명하는 물리적 기작을 시-공간 구조로 더 자세하게 구현하기 위해 아시아 영역에서의 NCEP/NCAR 재분석 자료의 물리 변수를 강수 변동성과 동일한 시간에 대하여 CSEOF 분석을 실시하였다. 한반도 여름 강수의 연주기 변동성을 시간 규모에 따른 세가지 주요 요소인 seasonal 요소, sub-seasonal 요소, high-frequency 요소로 나누었다. Seasonal 요소는, 아시아 대륙과 그를 둘러싼 바다 사이에서 형성되는 계절적 기단차의 결과로 발생하는 아시아 여름 몬순, 특히 동아시아 여름 몬순과 관련된 변동성을 설명한다. 몬순 전선대의 도달과 지속 시기는 한반도 여름 강수의 seasonal 요소의 추이를 주도적으로 형성한다. 두개의 강수 최대치 유형은 이러한 기단의 성질 변화에 의한 하층 순환계 변화에 기인한다. Sub-seasonal 요소는 10-30일 시간 규모의 성격을 가지며 ~40N 부근의 동진하는 상층 요란과 관련성을 가진다. 상층 요란은 하층 수렴/발산에 따른 남북 방향 순환에 영향을 끼친다. 7월 중순부터 8월 중순까지 기간에는, 초여름과 늦여름에 비해 진동 주기가 더 짧아진다. 10일 미만의 시간 규모를 가진 high-frequency 요소는 종관규모 중위도 로스비 경압파와 관련된다. 상층 지위고도와 하층 습윤이류는 한반도 high-frequency 변동성과 높은 상관도를 가진다. 이 요소에서, 한반도에 비가 있을때, ~40N 를 축으로 로스비 경압파에 의한 상층 발산이 위치하며, 주요 물리 변수로 구현하면, 상층 발산과 하층 수렴의 전형적인 경압 불안정 연직구조를 보였다. 이러한 결과를 이용하여, 최근 기후변화에 따른 한반도 지역 여름 강수 변동성의 변화를 각 시간규모에 따른 세가지 요소별 물리적 기작 변화를 기반으로 조사하였다. 1979-1995년 (PRE) 과 1996-2008년 (POS) 시기에 대하여 각각 위의 분석 설계와 동일하게 CSEOF 분석을 실시하였다. 동아시아 여름 몬순과 관련된 변동성을 설명하는 Seasonal 요소에서는, 하층 순환 유형의 변화에 의해, 동아시아 몬순 전선대의 전진, 지속, 후퇴가 최근의 주요한 변화 요인으로 밝혀졌다. 특히 한반도 1차 장마에 의한 강수의 첫번째 최대 시기가 더 빨리 시작되고 그 강도도 증가하였다. 여름강수의 휴지기는 최근에 전반적으로 약해졌는데, 특히 한반도 중북부에서는 휴지기 유형이 거의 사라졌다. 2차 장마에 의한 강수 최대 시기는 최근 시간적으로 완만하게 분포한다. 평균 15일 주기를 가진Sub-seasonal 요소의 강도는 최근 아열대와 중위도 사이의 남북방향 순환이 강화되면서 증가하였다. 최근 한반도 남쪽에서부터 온난이류와 습윤이류이 강해지고 북쪽에서 기인하는 한랭이류가 약화되면서 경압형 연직 구조가 이 규모의 강수를 주도했던 과거와 달리, 순압형 연직 구조가 최근 주를 이뤘다. 상대적으로 강한 sub-seasonal 요소의 활동은 과거 6월 말에서 7월 중순에 있었으나, 최근 8월 초에서 9월 초 시기로 이동하였다. 경압 불안정 구조로 형성되는 high-frequency 요소의 강수는 역학적 열역학적 요인의 진행이 강해지면서 최근 약 25% 증가하였고, 특히 8월 초에서 중순에 두드러졌다. 전체 30년기간의 두번째 CSEOF와 세번째CSEOF 모드는 열대성 저기압의 직/간접적 영향에 의한 국지적 집중호우 사례들을 설명한다. PRE 기간의 두번째 모드 로딩벡터는 전체기간의 세번째 모드의 그것과, POS 기간의 두번째 모드의 로딩벡터는 전체기간의 두번째 모드의 그것과 0.96 이상의 상관관계를 가진다. 과거기간의 두번째 모드는 9월 3일, 남해안 지역에서 강수 최대치가 나타났고, 최근기간의 두번째 모드에서는 8월 7일과 8월 31의 강수 최대치가 중서부 지역과 동부 지역에 각각 나타났다. 이러한 열대성 저기압의 직/간적접 영향에 의한 국지적 집중호우 변화는 열대성 저기압의 진로와 관련된 한반도 주변의 물리 구조 변화에 의한 것으로 나타났다.

전동차 출입문 이중화 제어의 안정성 향상 연구

노준우 한국교통대학교 교통대학원 2023 국내석사

제목 : 전동차 출입문 이중화 제어의 안정성 향상 연구 본 硏究는 전동차 출입문 DCU의 오동작으로 인한 피해를 최소화하기 위해 근접 출입문 DCU가 동작하는 DCU 이중화에 관한 硏究이다. 전동차 출입문은 승객의 안전을 보장하기 위해 명시적인 열기 명령을 제외 하고 오류나 오작동 상황에서 닫힌 상태로 작동해야 한다. 또한 열차가 정 지해 있을 때만 비상 장치를 통해 수동 운행이 가능하다. 하지만 대용량 탑 승 시 승객의 지속적인 충격과 압력으로 인해 충격에 의한 출입문의 오작동 이 발생한다. 출입문을 제어하는 ​DCU의 고장이나 오작동 등으로 인해 승객 의 안전은 물론 경제적 손실까지 심각한 위험을 초래할 수 있다. 본 논문은 국내 전기 철도차량의 출입문 DCU 이중화와 관련하여 다양한 방법과 기술을 분석하고 출입문 DCU의 고장으로 인한 사고를 예방하기 위 한 대책을 고찰하였다. 이를 위해 DCU 이중화를 통해 전기적 결함에 대응 하는 방법을 제안하고 출입문 사고를 사전에 방지하고자 한다. 전동차 출입 문 DCU 이중화는 고장 발생 시에도 다른 DCU가 출입문을 제어하여 교체 및 수리 시간 동안 전동차 운행에 차질이 없도록 하는 새로운 방식의 장치 이다. 따라서 국내 DCU 이중화의 현황에 대해 분석하고, 전동차 출입문의 안전성과 신뢰성을 향상하기 위한 새로운 시퀀스가 적용된 이중계 DCU를 개발하여 효과적인 모델을 제안하였다.

5소자 교차 다이폴을 이용한 C-대역 추적안테나 피드 설계

노준우 충북대학교 2018 국내석사

기존 추적용으로 사용하던 S-대역(2.2 – 2.4GHz) 주파수 사용의 증가로 신호 간섭 문제가 발생해 해결방안으로 C-대역을 새로 할당했다. 현재는 새로 할당된 C-대역(5.09–5.15GHz) 주파수도 추적용으로 사용한다.[1]-[2] 추적용 안테나는 로켓, 항공기 같은 빠른 물체를 정확히 추적하기 위해 사용하므로 고이득의 안테나를 필요로 한다.[3] 이러한 추적 안테나의 스캔 방식으로는 크게 세 가지인 Sequential lobing scan(빔 절환 스캔), Conical scan(원추형 스캔), Monopulse scan(모노펄스 스캔) 방식이 있다. Sequential lobing scan 방식은 기계적으로 안테나 빔을 교차시켜 두 개의 안테나 빔에 추적된 표적의 신호를 비교하고 이를 이용해 각도를 추적하는 방식이다. 그리고 Conical scan 방식은 단일의 안테나를 기계적으로 원추형으로 회전시켜 변화하는 표적의 신호를 비교하여 목표물이 회전축 상에 있으면 수신 신호 강도가 일정하게 되는 것을 이용해 추적하는 방식이다. 위의 두 방식은 모두 기계적인 움직임으로 인한 진동이 추적 시 오차가 발생하는 원인이 된다는 단점이 있다.[4] 반면에 Monopulse scan 방식은 각각의 소자마다 간섭이 적고 안정적인 특성을 갖도록 방사 소자를 배열 후 모노펄스 합성회로를 이용해 각각의 방사 소자마다 위상차를 발생시켜 생성한 합/차 채널의 안테나 빔으로 공간을 분할해 각도 오차를 확인한 후 추적함으로써 앞서 소개한 방식들과 다르게 기계적인 진동으로 인한 오차를 줄이며 표적을 추적하기 때문에 다른 더 빠르고 정확한 추적이 가능하다.[5]-[6] 본 논문에서 소개할 모노펄스 시스템의 안테나 설계는 급전 위치, 교차 다이폴, 그리고 원통형 혼 등을 어떻게 배치하느냐에 따라[7] 각각의 방사 소자와의 간섭이 줄어들고 최대 이득이 증가하고 축비가 개선되며 원편파의 특성이 개선돼 수신 안테나로서 효율이 증가하는지 확인할 수 있다.[8]-[9] 그리고 안테나 구성의 최적화된 계산을 위해 CST 사의 Microwave StudioTM ver. 2016을 이용했다. 본 논문의 구성은 다음과 같다. II장에서는 C-대역 추적 안테나의 전체 구조, 단일 방사 소자의 최적화된 설계로 계산한 결과를 제시했다. 그리고 III장에서는 모노펄스 안테나에서 가장 일반적인 형태인 +형태의 4소자와 5소자 모노펄스 안테나 피드의 방사 패턴 차이, 5소자 모노펄스 안테나 피드의 배치로 인한 +형태와 X형태의 방사 패턴 차이, 그리고 외곽 공동 높이에 따른 방사 패턴의 차이에 계산 후 결과를 제시했다. IV장에서는 본 논문의 내용을 요약한 결론을 제시했다. A C-band(5.09-5.15GHz) monopulse feed for tracking is designed for used in telemetry applications. The crossed dipole antennas is used for simultaneous operation with right-hand and left-hand circular polarizations(RHCP, LHCP). In this paper, several methods have been proposed for improving the axial ratio and increasing the maximum gain. First, typical monopulse antenna system has 4 elements. However, in this paper, one crossed dipole is placed at the center of the feed for sum pattern. And the remaining four crossed dipoles are arranged in a cross shape at a constant distance. And modified the arrangement of 5 elements to improve axial ratio. And the correlation between the height of the outer cavity and the performance improvement. Finally, the result of applying the above results to the 4.6m reflector antenna results in achieving the target design specification at the center frequency(5.12GHz). When the 4.6m reflector was not applied, the detailed characteristics at 5.12 GHz showed a maximum gain of about 7.8 dBic for the sum channel, 7 dB for the edge taper of 64°, and an axial ratio of less than 2 dB in sum pattern. For the difference channel, the maximum gain was about 8.1 dBic, an axial ratio of less than 2dB, and a null depth (relative) of less than –30dB. On the other hand, when the 4.6m reflector antenna is applied, the maximum gain of 40dBic or more and the axial ratio of less than 2dB at the center of the antenna are obtained at 5.12GHz. The maximum gain of 38 dBic and the axial ratio of less than 2dB at the center of the antenna were confirmed.

Numerical Modeling of Flow Distribution and Sediment Transport for Channel Contractions

노준우 Colorado State University 2003 해외박사

The main objective of this dissertation is to determine the flow distribution in channel contractions and to model the corresponding sediment transport. In channel contractions, the flow area is reduced, flow velocity is increased, and as a result the scour process is significantly increased. The intensity of local scour is amplified at locations where the velocity gradient is large. For the safety assessment of manmade hydraulic structures such as bridge abutments and coffer dam structures, the accurate assessment of scour problem is of great importance. In the dissertation, first, using a numerical model flow distribution at contracted reaches investigated. This model solves the Reynolds and continuity equations for fully developed turbulent flows. Employing the streamlined upwind scheme in the finite element formulation, the algorithm provides numerical stability. In order to achieve computational efficiency, the penalty function is incorporated to satisfy the continuity condition automatically without solving an additional equation. The hydrodynamic analysis investigates velocity and shear distributions in channel contractions due to the skewed abutments with angle variations from 30° to 150° with 10° increments. The analysis is conducted for both single and double abutments. Following series of numerical simulations, a semi-empirical equation was derived for expressing maximum velocity as a function of the contraction ratio, friction, and the skewness angle. Using this empirical equation, it is possible to determine the approximate maximum velocities and the corresponding shear stresses in contracted zones for different skewness angles. In designing footing depth and bank protection for hydraulic structures placed at angle to oncoming flows, this equation provides the magnitude of maximum velocities and the corresponding shear stresses without the use of complex numerical modeling. Next in the dissertation, a bed load transport model is developed for scour analysis in contracted reaches; this model is applied to estimate scour in the Mississippi River. During Phase I of the Lock & Dam No. 26 replacement project, a cofferdam was constructed to reduce the width of Mississippi by approximately 50 %. Increases in flow velocities in the contracted region resulted in the significant lowering (erosion) of the channel bed. The numerical model solves the sediment continuity equation to investigate scour and deposition process in the vicinity of channel contractions. In an effort to achieve the benefit of matrix diagonalization, lumped matrix formulation was introduced and incorporated to the model. The proposed model is verified and its applicability is evaluated through the comparison with measured data. Finally, the unsteady 2-dimensional convection and diffusion equation is solved numerically for the real-time simulation of suspended sediment propagation. The streamlined upwind scheme efficiently reduces numerical oscillations in convection dominated flows due to the high Peclet number. By using the mixed boundary condition to express the external source terms or externally induced suspended load as a function of time in the algorithm, the model is capable of handling not only continuous load cases but also non-continuous suspended load influx. The suspended load transport model was verified using a case study for which an analytical exact solution is available and was applied to the real-time simulation of a suspended load influx case on the Mississippi River. The model algorithm provides a framework upon which water quality as well as contaminant transport models can be built.