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JOURNAL OF THE KOREAN EARTH SCIENCE SOCIETY

  • : 한국지구과학회
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수록정보
42권6호(2021) |수록논문 수 : 12
간행물 제목
43권2호(2022년 04월) 수록논문
최근 권호 논문
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1G-band (183 GHz) 수증기 라디오미터의 가강수량 특성과 품질 관리

저자 : 김민성 ( Min-seong Kim ) , 구태영 ( Tae-young Koo ) , 김지형 ( Ji-hyoung Kim ) , 정승필 ( Sueng-pil Jung ) , 김부요 ( Bu-yo Kim ) , 권병혁 ( Byung Hyuk Kwon ) , 이광재 ( Kwangjae Lee ) , 강명훈 ( Myeonghun Kang ) , 양지휘 ( Jiwhi Yang ) , 이철규 ( Chulkyu Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 43권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 239-252 (14 pages)

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국내에서 처음으로 도입한 기상 항공기에 탑재한 G-band 수증기 라디오미터(GVR) 관측으로 산출된 가강수량의 품질 관리 방법을 제안하였다. GVR 빔의 연직 최단 경로 자료만 사용하기 위해 기상 항공기의 자세 정보(pitch와 roll 각도)를 활용하였고, GVR 가강수량이 20 mm 이상의 자료를 제거하는 방법을 품질 관리에 적용하였다. GVR 가강수량이 20 mm 이상으로 증가할 때, 웜로드(Warm load) 평균 전력과 스카이로드(Sky load) 평균 전력의 차이가 0에 가까이 수렴하는 특성을 확인하였고, 이는 COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite)의 운형, 운정고도, 운량자료와 구름통합관측기기(CCP), 강수입자 측정기(PIP)로 측정된 강수 및 구름 입자 크기로 확인한 하층운과 중층운에 의한 높은 밝기온도 때문으로 판단된다. 구름 많은 날의 품질 관리 적용 전후의 GVR 가강수량을 LDAPS (Local Data Assimilation and Prediction System) 가강수량과 정량적으로 비교하였는데 RMSD (Root Mean Square Difference)는 2.9 mm에서 1.8 mm로 감소하였고, KLAPS (Korea Local Analysis and Prediction System)와의 RMSD는 5.4 mm에서 4.3 mm로 감소하여 향상된 정확도를 보였다. 또한 품질 관리를 적용한 GVR 가강수량과 드롭존데 가강수량 관측 자료을 활용하여 COMS 가강수량과도 정량적으로 비교평가함으로써 본 연구에서 제안한 GVR 가강수량의 품질 관리 방법의 유효성을 확인하였다.


Quality control methods for the first G-band vapor radiometer (GVR) mounted on a weather aircraft in Korea were developed using the GVR Precipitable Water Vapor (PWV). The aircraft attitude information (degree of pitch and roll) was applied to quality control to select the shortest vertical path of the GVR beam. In addition, quality control was applied to remove a GVR PWV ≥20 mm. It was found that the difference between the warm load average power and sky load average power converged to near 0 when the GVR PWV increased to 20 mm or higher. This could be due to the high brightness temperature of the substratus and mesoclouds, which was confirmed by the Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) data (cloud type, cloud top height, and cloud amount), cloud combination probe (CCP), and precipitation imaging probe (PIP). The GVR PWV before and after the application of quality control on a cloudy day was quantitatively compared with that of a local data assimilation and prediction system (LDAPS). The Root Mean Square Difference (RMSD) decreased from 2.9 to 1.8 mm and the RMSD with Korea Local Analysis and Precipitation System (KLAPS) decreased from 5.4 to 4.3 mm, showing improved accuracy. In addition, the quality control effectiveness of GVR PWV suggested in this study was verified through comparison with the COMS PWV by using the GVR PWV applied with quality control and the dropsonde PWV.

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2COVID-19가 대전지역의 도시열섬강도에 미치는 영향

저자 : 강민수 ( Minsoo Kang ) , 김량현 ( Ryanghyun Kim ) , 여인호 ( Inho Yeo ) , 윤준석 ( Junseok Yoon ) , 이근준 ( Keunjune Lee ) , 서명석 ( Myoungsuk Seo )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 43권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 253-264 (12 pages)

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본 연구에서는 2019년에서 2021년까지, 매년 2월에서 5월 동안 대전광역시 6개 지점(기준지역 1곳 포함)의 기온 데이터를 바탕으로 COVID-19로 인한 인간 활동의 감소가 대전 지역의 도시열섬강도에 미친 영향에 대하여 분석하였다. 관측 지점에 따라 차이는 있으나 도시열섬강도는 COVID-19 전인 2019년에 비해 2020년과 2021년에 약 20% 이상 감소되었다. 인간 활동 감소는 야간의 도시열섬을 증가시키고 주간의 도시열섬을 감소시켰다. 그 결과 도시열섬강도의 일변동 폭은 지점에 관계없이 2019년에 비해 2020년 및 2021년 모두 약 20% 이상 증가하였다. 도시열섬강도 감소는 풍속과 같은 자연적 요인 및 사회적 거리두기 단계와는 큰 관련성이 없는 것으로 보인다. 반면에 COVID-19 이후 시행된 사회적 거리두기 및 확연히 감소된 대기오염물질과 관계가 있는 것으로 나타났으며, 특히 NO2와 가장 유의미한 상관관계를 보였다.


The effect of decreased human activity on the urban heat island intensity (UHII) was analyzed using the observed temperature data of six sites (including one reference area) in Daejeon Metropolitan City from February to May of 2019 to 2021. Depending on the observation site, UHII decreased by approximately 20% in 2020 and 2021 compared to 2019 before COVID-19. The decrease in human activity increased UHII at night and decreased it during the daytime. Consequently, UHII diurnal amplitude increased by approximately 20% in 2020 and 2021 compared to 2019, irrespective of location. The decrease in UHII did not appear to be significantly correlated with natural factors such as wind speed and social distancing steps. In contrast, UHII was correlated with social distancing and significantly reduced air pollutants after COVID-19, with the most significant correlation observed for NO2.

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3동아시아의 생체연소 배출물에 대한 한국의 미세먼지 기여도 및 복사 에너지 수지 분석

저자 : 이지희 ( Ji-hee Lee ) , 조재희 ( Jae-hee Cho ) , 김학성 ( Hak-sung Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 43권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 265-282 (18 pages)

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본 연구에서는 중국 북동지역에서 발생하는 산불에 의한 생체연소 배출물이 장거리 수송으로 한국의 미세먼지 질량농도에 미치는 영향을 WRF-Chem 모델을 활용하여 분석하였다. 2020년 4월 4-7일에 한국은 중국 북동지역의 생체연소 배출물과 더불어 중국 동부지역의 인위적 배출과 중국 북부와 몽골에서 발생한 황사의 영향을 함께 받고 있었다. 인위적 배출과 황사가 혼재된 대기오염 상황에서 zero-out 방법을 활용하여 생체연소 배출물을 분류하고 미세먼지 장거리 수송 기여도를 분석하였다. 또한, 광역적인 생체연소 배출물의 분포에 따라 한반도 주변의 육지와 해양에 대한 복사에너지 수지를 분석하였다. 2020년 4월 5-6일에는 한국의 하루평균 미세먼지 질량농도에 대한 생체연소 배출물의 장거리 수송 기여도가 60%로 산출되었다. 더불어 한반도 주변에 광역적으로 분포하는 생체연소 배출물의 영향으로 육지와 해양의 순 복사 플럭스는 음의 값을 나타내었다. 그러나 2020년 4월 7-8일에는 중국 동부지역에서 발생한 인위적 오염물질이 생체연소 배출물에 더해지면서 한국의 미세먼지 질량농도는 4월 5-6일보다 증가하였으나 생체연소 배출물의 기여도는 45% 이하로 감소하였다. 또한, 생체연소 배출물의 영향이 줄어들면서 순 복사 플럭스는 양의 값을 나타내었다.


This study analyzes the impact of long-range transport of biomass burning emissions from northeastern China on the concentration of particulate matter of diameter less than 10 μm (PM10) in Korea using the Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry (WRF-Chem). Korea was impacted by anthropogenic emissions from eastern China, dust storms from northern China and Mongolia, and biomass burning emissions from northeast China between April 4-and 7, 2020. The contributions of long-range PM10 transport were calculated by separating biomass burning emissions from mixed air pollutants with anthropogenic emissions and dust storms using the zeroing-out method. Further, the radiation energy budget over land and sea around the Korean Peninsula was analyzed according to the distribution of biomass burning emissions. Based on the WRF-Chem simulation during April 5-6, 2020, the contribution of long-range transport of biomass burning emissions was calculated as 60% of the daily PM10 average in Korea. The net heat flux around the Korean Peninsula was in a negative phase due to the influence of the large-scale biomass burning emissions. However, the contribution of biomass burning emissions was analyzed to be <45% during April 7-8, 2020, when the anthropogenic emissions from eastern China were added to biomass burning emissions, and PM10 concentration increased compared with the concentration recorded during April 5-6, 2020 in Korea. Furthermore, the net heat flux around the Korean Peninsula increased to a positive phase with the decreasing influence of biomass burning emissions.

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4WRF-Chem 모델을 활용한 동아시아의 인위적 배출량 변동에 따른 한국 미세 먼지 장거리 수송 기여도 분석

저자 : 이혜진 ( Hyae-jin Lee ) , 조재희 ( Jae-hee Cho )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 43권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 283-302 (20 pages)

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2020년 1월 23일 이후 중국에서 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19)으로 인한 봉쇄 조치가 전국으로 확대되고 있었다. 그러나, 한국에서는 2020년 2월 1-2일에 PM10 질량농도 일평균 최대 88-98 μg m-3의 고농도 연무가 발생하였다. 이 기간에 동아시아 지역은 850 hPa 기온 아노말리가 양(+), 동서류 아노말리는 음(-)으로 온난하고 정체적인 기단의 영향을 받고 있었다. 동아시아 지역의 인위적 배출량 감소에 따른 한국의 PM10 장거리 수송의 영향을 분석하기 위하여 WRF-Chem을 활용하였다. WRF-Chem에 인위적 배출량을 변화 없이 적용한 BASE와 인위적 배출량을 50%로 감소시켜 적용한 CTL의 PM10을 한국의 지상 측정값과 민감도 분석을 수행하였다. CTL에서 PM10의 IOA는 0.71로 BASE의 0.67보다 높게 나타났다. 이것은 중국의 COVID-19 봉쇄 조치로 인해 인위적 배출량이 감소한 것으로 분석된다. 또한, 한국 이외의 지역 배출량을 0으로 설정한 BASE_ZEOK와 CTL_ZEOK를 모의하여 BASE와 CTL에서의 장거리 수송 기여도의 변동을 분석하였다. CTL은 BASE와 비교하여 배출량이 50%로 감소하였지만 PM10 장거리 수송기여도는 10-20% 감소한 것으로 나타났다. 동아시아 지역의 배출량 감소에 따라 풍하측 한국의 PM10 장거리 수송 기여도 변동이 선형적으로 반응하지 않는 것은 종관 기상 변동이 영향을 주는 것으로 보인다. 2월 1-2일 한국의 고농도 PM10 연무 사례에 대한 CTL에서 PM10 에어로졸 성분의 장거리 수송 기여도는 기타 무기물이 80-90%로 가장 높았고, 질산염은 30-60%, 황산염은 0-20%, 암모늄은 30-60%를 나타내고 있었다. 중국의 봉쇄 조치로 인하여 교통 및 물류 수송이 감소하면서 2차 에어로졸이 감소한 것으로 보인다.


Despite the nationwide COVID-19 lockdown in China since January 23, 2020, haze days with high PM10 levels of 88-98 μg m-3 occurred on February 1 and 2, 2020. During these haze days, the East Asian region was affected by a warm and stagnant air mass with positive air temperature anomalies and negative zonal wind anomalies at 850 hPa. The Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry (WRF-Chem) was used to analyze the variation of regional PM10 aerosol transport in Korea due to decreased anthropogenic emissions in East Asia. The base experiment (BASE), which applies the basic anthropogenic emissions in the WRF-Chem model, and the control experiment (CTL) applied by reducing the anthropogenic emission to 50%, were used to assess uncertainty with ground-based PM10 measurements in Korea. The index of agreement (IOA) for the CTL simulation was 0.71, which was higher than that of BASE (0.67). A statistical analysis of the results suggests that anthropogenic emissions were reduced during the COVID- 19 lockdown period in China. Furthermore, BASE and CTL applied to zero-out anthropogenic emissions outside Korea (BASE_ZEOK and CTL_ZEOK) were used to analyze the variations of regional PM10 aerosol transport in Korea. Regional PM10 transport in CTL was reduced by only 10-20% compared to BASE. Synthetic weather variables may be another reason for the non-linear response to changes in the contribution of regional transport to PM10 in Korea with the reduction of anthropogenic emissions in East Asia. Although the regional transport contribution of other inorganic aerosols was high in CTL (80-90%), sulfate-nitrate-ammonium (SNA) aerosols showed lower contributions of 0-20%, 30-60%, and 30-60%, respectively. The SNA secondary aerosols, particularly nitrates, presumably declined as the Chinese lockdown induced traffic.

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5부산 하수처리장에서 공정별 용존 희토류 원소의 농도 및 인위적 기원 가돌리늄의 배출량 평가

저자 : 임이진 ( Ijin Lim ) , 류종식 ( Jong-sik Ryu ) , 이준엽 ( Joonyeob Lee ) , 이준호 ( Jun-ho Lee ) , 조형미 ( Hyung-mi Cho ) , 김태진 ( Taejin Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 43권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 303-311 (9 pages)

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자기공명영상(MRI) 장비의 조영제로 흔히 사용되는 가돌리늄(Gd)은 매우 안정된 상태로 하수처리과정에서 거의 제거되지 않고 수환경으로 유입된다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 세 가지의 공법으로 하수처리를 하는 부산수영 하수처리장에서 채취한 하수 시료의 공정별 용존 희토류 원소의 제거율 및 수환경으로 배출되는 인위적 기원 Gd(Gdanth)의 배출량을 평가하고자 하였다. 용존 희토류 원소는 공정별 처리 단계에 따라 무거운 희토류 원소(Tb-Lu)에 비해 가벼운 희토류 원소(La-Eu)에서 농도가 감소하는 경향을 보였다. 또한 일부 시료에서 나타난 음의(negative) Sm anomaly (<1)는 생물학적 제거 과정에서 Sm이 입자나 인산염과 흡착되어 함께 제거되었을 가능성을 시사한다. 모든 시료에서 양의(positive) Gd anomaly (149±50, n=9)를 보였으며, 공정별로 측정된 Gd의 총 농도 중 Gdanth은 약 97% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 이는 하수처리과정에서 Gdanth 이 거의 제거되지 않고 수영강 하류로 배출된다는 것을 의미한다. 일별 처리용량을 고려하여 각 공정에서 배출되는 Gdanth의 배출량은 259 mmol/day로 추정할 수 있다. 본 연구의 결과는 하수처리장을 통해 수영만 연안으로 Gdanth이 지속적으로 배출될 것으로 예상되며, 향후 Gd의 중장기적인 관측이 필요함을 시사한다.


Gadolinium, commonly used as a contrast agent for magnetic resonance imaging (MRI), is discharged into aquatic environments without removal after treatment in wastewater treatment plants (WWTPs) because of its high stability. In this study, we collected water samples from Suyeong WWTP, Busan, to investigate the dissolved rare earth element (REE) removal capacity of each wastewater treatment process and to evaluate the discharge of anthropogenic Gd (Gdanth) from effluents. As wastewater passed through each stage of treatment, the concentrations of light REEs (La-Eu) decreased, whereas those of heavy REEs (Tb-Lu) were relatively consistent. Negative Sm anomalies (<1) were observed in several samples, indicating that Sm can be removed by adsorption onto particles or phosphate during the biological removal process. Positive Gd anomalies (149±50, n=9) were observed in all samples. The ratios of Gdanth concentrations to measured Gd concentrations in all wastewater treatment processes were higher than 97%. This indicates that Gdanth was discharged to the Suyeong River without removal during the wastewater treatment process. Considering the daily treatment capacity in each process, the total flux of Gdanth was estimated to be 259 mmol/day. Our results suggest that mid- and/or long-term monitoring of Gd is needed because Gdanth is continuously discharged into Suyeong Bay through WWTPs.

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6태양 복사와 가시광선 복사 및 지구 복사와 적외선 복사의 관계에 대한 고등학생들의 인식

저자 : 이종진 ( Jong-jin Lee ) , 서은경 ( Eun-kyoung Seo ) , 안유민 ( Yumin Ahn )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 43권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 312-323 (12 pages)

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이 연구는 '태양 복사'가 '가시광선 복사'로, '지구 복사'가 '적외선 복사'로 상호 대체될 수 있는 개념인가에 대한 문제 인식에서 출발하였다. 이를 위해 각 개념을 어떻게 인식하고 있는지를 드러낼 수 있는 질문지를 통하여 지구과학 I을 이수한 고등학생들의 인식을 조사하고, 이들의 인식에 영향을 미칠 수 있는 교과서의 서술 및 삽화를 분석하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 조사에 참여한 학생들은 모두 태양 복사를 가시광선 영역에서만 방출되는 복사로 인식하고 있으며, 지구 열수지에서 대류·전도·숨은열을 복사에 의한 에너지 전달로 인식하고 있는 학생들도 약 35%로 나타났다. 둘째, 2015 개정 교육과정의 지구과학 I 6종 교과서를 분석한 결과, 2종에서는 '단파 복사'와 '장파 복사'라는 용어를 도입하지만 이들에 대한 설명이 없었으며, 다른 2종에서는 태양 복사를 각각 '주로 가시광선 형태의 복사' 또는 '파장이 짧은 가시광선 복사'로 서술하였다. 그 밖의 2종 교과서에 있는 태양 복사와 지구 복사에 관하여, 파장 영역에 대한 설명이 없거나 '단파장/장파장'이라는 모호한 용어가 사용되었다. 아울러 2종의 교과서에서 열수지 삽화에 일부 오류가 발견되었다. 따라서 교과서들이 단파 복사와 장파 복사에 관한 정확한 용어 정의 없이 태양복사와 지구 복사를 설명함에 따라 학습자들은 태양 복사와 지구 복사를 각각 가시광선 복사와 적외선 복사라는 개념으로 인식할 개연성이 있다. 이를 종합해 보면, 교과서에 기술된 불분명한 진술이나 오류가 학생들의 오개념을 유발하거나 재생산할 수 있음을 함의한다. 이 연구에서 논의된 바가 지구의 열수지와 복사 평형에 대한 교수·학습 과정의 유용한 참고 자료로 활용되고, 추후 교과서 집필에서도 합리적인 서술 방안을 제안하는 데 기여할 수 있으리라 기대한다.


This study began with the hypothesis of whether “solar radiation” and “terrestrial radiation” can be replaced by “visible radiation” and “infrared radiation”, respectively. To this end, we investigated the perceptions of high school students who completed the Earth Science I course through a questionnaire to reveal how they perceived each concept. We also analyzed the descriptions and illustrations of textbooks that may have affected their perceptions. All of the students who participated in the questionnaire recognized solar radiation as radiation emitted only in the visible light region. About 35% of the students recognized convection, conduction, and latent heat as energy transfer by radiation in the Earth's heat budget. By analyzing six types of Earth Science I textbooks in the 2015 revised curriculum, we observed that two types introduced the terms “shortwave radiation” and “longwave radiation” but had no explanation for them, while the other two described solar radiation as “radiation mainly in the visible light region” or “radiation in short wavelengths”. Regarding solar and terrestrial radiation in the last two types, there was no explanation for the wavelength regions, or ambiguous terms such as “short wavelength” and “long wavelength” were used. In addition, the two textbooks contained some errors in the illustration of the energy budget. Considering that textbooks described solar and terrestrial radiation without defining the exact terms for shortwave and longwave radiation, learners are likely to recognize solar and terrestrial radiation as visible and infrared radiation, respectively. This finding implies that vague statements or errors in textbooks can cause or reproduce students' misconceptions. The discussion in this study is expected to be used as a helpful reference material for teaching and learning processes regarding the Earth's radiation equilibrium and heat budget, and thereby contribute to proposing reasonable description plans for future textbook writing.

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7지구과학II 교과서의 한반도 중생대 지질 내용 분석: 교과서 내·교과서 간·과학 지식과의 일치 여부를 중심으로

저자 : 정찬미 ( Chanmi Jung ) , 유은정 ( Eun-jeong Yu ) , 박경진 ( Kyeong-jin Park )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 43권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 324-347 (24 pages)

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한반도 지질 정보는 공공적 활용을 위한 기초 지식의 토대를 제공하며 역사 과학으로서 지질학의 본성을 배울 수 있는 계기를 마련하므로 과학교육 측면에서 중요성이 크다. 특히 한반도에서 지구조 활동이 활발했던 중생대는 한반도 지사를 이해하기 위해 매우 중요한 시기이다. 본 연구의 목적은 2015 개정 교육과정에 기반한 지구과학II 교과서의 '한반도의 지질' 단원에서 중생대의 지질과 관련된 내용의 신뢰성과 일관성을 분석하는 것이다. 분석 대상은 지구과학II 교과서 4종이고, 분석 범위는 중생대의 퇴적층, 지각 변동 및 화강암류이다. 분석 항목은 분석 범위와 관련된 용어, 시기, 암석 분포 지역이며, 분석 항목별로 교과서 내·교과서 간 일치 여부 및 과학 지식과 교과서 내용의 일치 여부를 분석하였다. 분석 결과, 중생대 지질 관련 용어, 시기, 암석 분포 지역 측면에서 각각 다양한 불일치 사례가 확인되었으며, 불일치 사례를 중심으로 개선 방안을 논하였다. 한반도 지질 교육의 목표를 달성하기 위해 과학계와 교육계의 협업을 통해 최신 과학 지식과 정합한 교육 자료가 개발될 필요성을 강조하였다.


Geological information on the Korean Peninsula plays a significant role in science education because it provides a basic knowledge foundation for public use and creates an opportunity to learn about the nature of geology as a historical science. In particular, the Mesozoic Era, when the Korean Peninsula experienced a high degree of tectonic activity, is a pivotal period for understanding the geological history of the Korean Peninsula. This study aimed to analyze whether content regarding the geology of the Mesozoic Era are reliably and consistently presented in the 'Geology of the Korean Peninsula' section of Earth Science II textbooks based on the 2015 revised curriculum. Four textbooks for Earth Science II were analyzed, focusing on the sedimentary strata, tectonic movement, and granites of the Mesozoic Era. The analysis items were terms, periods, and rock distribution areas. The consistency within and among textbooks and of textbooks and scientific knowledge was analyzed for each analysis item. Various inconsistencies were found regarding the geological terms, periods, and rock distribution areas of the Mesozoic Era, and suggestions for its improvement were discussed based on these inconsistencies. It is essential to develop educational materials that are consistent with the latest scientific knowledge through collaboration between the scientific and educational communities.

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1Multivariable Integrated Evaluation of GloSea5 Ocean Hindcasting

저자 : Hyomee Lee , Byung-kwon Moon , Han-kyoung Kim , Jieun Wie , Hyo Jin Park , Pil-hun Chang , Johan Lee , Yoonjae Kim

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 605-622 (18 pages)

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Seasonal forecasting has numerous socioeconomic benefits because it can be used for disaster mitigation. Therefore, it is necessary to diagnose and improve the seasonal forecast model. Moreover, the model performance is partly related to the ocean model. This study evaluated the hindcast performance in the upper ocean of the Global Seasonal Forecasting System version 5-Global Couple Configuration 2 (GloSea5-GC2) using a multivariable integrated evaluation method. The normalized potential temperature, salinity, zonal and meridional currents, and sea surface height anomalies were evaluated. Model performance was affected by the target month and was found to be better in the Pacific than in the Atlantic. An increase in lead time led to a decrease in overall model performance, along with decreases in interannual variability, pattern similarity, and root mean square vector deviation. Improving the performance for ocean currents is a more critical than enhancing the performance for other evaluated variables. The tropical Pacific showed the best accuracy in the surface layer, but a spring predictability barrier was present. At the depth of 301 m, the north Pacific and tropical Atlantic exhibited the best and worst accuracies, respectively. These findings provide fundamental evidence for the ocean forecasting performance of GloSea5.

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2초분광 원격탐사 기반 위험·유해물질 톨루엔 탐지

저자 : 박재진 ( Jae-jin Park ) , 박경애 ( Kyung-ae Park ) , Pierre-yves Foucher , 김태성 ( Tae-sung Kim ) , 이문진 ( Moonjin Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 623-631 (9 pages)

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국내외 해상 위험·유해물질(HNS, Hazardous and Noxious Substances) 물동량 증가와 함께 HNS 유출 사고가 빈번히 발생하고 있다. HNS는 전 세계적으로 약 6,000여 종으로 대부분 유독한 성질을 가지므로 이러한 유출 사고 발생은 해양 생태계 파괴를 비롯하여 폭발 및 화재 등으로 인한 인명 및 재산피해를 유발한다. 따라서 해상 HNS 유출 사고를 대비하여 파장에 따른 HNS 분광 라이브러리 구축 및 탐지 알고리즘을 개발해야 한다. 본 연구에서는 프랑스 현지에서 지상 HNS 유출 실험을 진행하였다. 초분광센서 관측을 통해 파장에 따른 톨루엔 라이브러리 스펙트럼을 구축하였으며, 분광혼합 알고리즘을 활용하여 초분광 HNS를 탐지하였다. 전처리 과정으로 주성분 분석을 적용하여 노이즈 제거 및 차원 압축을 수행하였으며, N-FINDR 기법을 통해 영상을 대표하는 톨루엔과 해수의 엔드멤버 스펙트럼을 추출하였다. 스펙트럼 기반의 톨루엔 및 해수의 점유비율을 계산함으로써 모든 픽셀의 HNS 탐지 정확도를 확률로 제시하였다. 최대 탐지 정확도를 가지는 점유비율 선정을 위해 418.15 nm 파장의 복사도 영상과 비교하였으며, 그 결과 약 42%의 비율에서 99% 이상의 정확도를 나타내었다. 해상 HNS 유출은 높은 위험성으로 인해 사람이 쉽게 접근할 수 없는 한계를 지닌다. 본 HNS 실험과정 및 탐지 결과는 초분광 원격탐사에 기반한 HNS 오염 해역 추정에 도움이 될 것이다.

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3한반도 주변해역 일별 위성 해수면온도 합성장 스펙트럼 특성

저자 : 우혜진 ( Hye-jin Woo ) , 박경애 ( Kyung-ae Park ) , 이준수 ( Joon-soo Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 632-645 (14 pages)

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위성 해수면온도 합성장은 수치예보모델의 입력 자료 및 지구온난화와 기후 변화 연구에 활용되는 중요한 자료이다. 본 연구에서는 2007년부터 2018년까지 6종류의 위성 해수면온도 합성장 자료를 수집하여 한반도 주변 해역에서 각 해수면온도 합성장 자료의 공간 분포 특성을 분석하였다. 기상청 해양기상부이 실측 수온 자료와 해수면온도 합성장 자료의 시계열을 비교하고 오차의 최대값 및 최대값이 나타나는 시기를 분석하였다. 황해 연안에 위치한 덕적도와 칠발도 부이에서 위성 해수면온도 합성장과 실측 수온의 차는 1년주기 또는 반년주기의 높은 변동성을 보였다. 포항 부이에서는 강한 용승에 의해 냉수대가 발생한 2013년 여름철에 높은 수온 차가 나타났다. 해수면온도 자료의 시계열을 활용하여 스펙트럼 분석을 수행한 결과, 일별 위성 해수면온도 합성장은 약 1개월 이상의 주기에서는 실측 자료와 유사한 스펙트럼 에너지를 보였다. 반면 위성 해수면온도 합성장과 실측 수온의 스펙트럼 에너지의 차는 시간 주파수가 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. 이는 위성 해수면온도 합성장 자료가 연안 부근 수온의 시간적 변동성을 적절하게 표현하지 못하였을 가능성을 시사한다. 위성 해수면온도 영상의 해양 전선은 공간 구조와 강도의 측면에서 위성 해수면 온도 합성장 자료 간 차이점을 보였다. 해수면온도 합성장에서 표현되는 공간 규모 또한 공간 스펙트럼 분석을 통해 조사하였다. 그 결과 고해상도 해수면온도 합성 영상이 저해상도 해수면온도 영상보다 상대적으로 중규모 해양 현상의 공간 구조를 더 잘 표현하였다. 따라서 실제 중규모 해양 현상을 보다 구체적으로 표현할 수 있는 위성 해수면온도 합성장 생산을 위한 고도의 기술 개발이 필요하다.

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4이란 자그로스 습곡대의 백악기 중기-마이오세 초기 석유 시스템에 대한 고찰

저자 : 우주환 ( Juhwan Woo ) , 이철우 ( Chul Woo Rhee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 646-661 (16 pages)

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자그로스 습곡대는 신생대 시기에 아라비아 판과 유라시아 판이 충돌하며 형성되었다. 이 습곡대는 터키에서 호르므즈 지역까지 북서-남동 방향으로 2,000 km 이어진 산맥을 이룬다. 전세계 석유의 약 8%가 자그로스 산맥(충상단층)의 전면부에 발달한 습곡으로 이루어진 배사구조에 집적되어 있다. 지금까지 알려진 자그로스 지역의 5개 석유시스템 가운데 백악기 중기-마이오세 초기 석유 시스템의 원시 자원량이 가장 많다. 백악기 중기-마이오세 초기 석유 시스템의 근원암은 Kazhdumi층과 Pabdeh층으로 석유 생성 이상으로 숙성되었으며, 저류암은 Bangestan층군(Sarvak, Ilam 층)과 Asmari층이며, 덮개암은 증발잔류암층인 Gachsaran층과 셰일 층인 Gurpi층이다. Bangestan층군과 Asmari층에 트랩되어 있는 원유는 90%이상이 Kazhdumi층에서 기원하였고 그 외 나머지 원유는 Pabdeh층에서 기원하였다. 데즈풀만 지역에서 고각의 배사구조를 이루고 있는 Asmari, Sarvak, Khami층은 이미 많은 부분이 탐사된 반면 좀더 깊은 곳에 위치한 퇴적층과 저각의 소규모 배사구조는 아직 탐사되지 않았다. 그러므로 이 지역의 개발 잠재력은 자그로스 습곡대 석유시스템의 이해를 필요로 한다.

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53D 사진측량법을 이용한 여수 사도 공룡발자국 화석산지 조사 및 교육자료 활용방안

저자 : 조혜민 ( Hyemin Jo ) , 홍민선 ( Minsun Hong ) , 손종주 ( Jongju Son ) , 이현영 ( Hyun-yeong Lee ) , 박경범 ( Kyeong-beom Park ) , 정종윤 ( Jongyun Jung ) , 허민 ( Min Huh )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 662-676 (15 pages)

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여수 사도 공룡발자국 화석지는 많은 수의 공룡발자국 화석과 함께 공룡의 집단행동에 대한 연구로 잘 알려진 지역이다. 또한 다양한 종류의 지질유산 및 지형유산이 분포하고 있어 지질관광과 지질교육의 장으로 주목받고 있다. 그러나 지리적 위치에 따른 접근성, 조차에 의한 시간적 제약, 지속적인 풍화 및 훼손에 의해 학생들의 교육을 위한 야외조사는 매우 제한적으로만 이루어지고 있다. 따라서 이번 연구는 최근 다양한 분야에서 이용되고 있는 사진측량법을 이용하여 사도의 공룡발자국 화석들의 3D 모델과 이미지를 생성한 후 이를 통해 과거에 확인하지 못한 화석에 대한 세부적인 정보를 확인함과 동시에 이를 교육자료로 활용 할 수 있는 방안에 대하여 제안하고자 한다. 획득한 3D 이미지를 통해 확인한 결과 기존에 육안이나 사진으로 확인하지 못하였던 일부 발자국 화석들의 존재를 확인할 수 있었고 기존에 발견된 화석이라도 사진이나 해석 드로잉으로 표현하지 못하였던 세부를 이미지로 나타낼 수 있었다. 또한 발자국 화석의 3D 모델은 향후 반영구적인 데이터로 보존할 수 있어 여러 형태로의 활용과 보존이 가능하다. 이번 연구에서는 사진측량법으로 얻어진 3D 모델을 활용하여 3D 프린팅 및 가상야외조사에 활용할 모바일 증강현실 콘텐츠를 구현하였으며 향후 3D 모델이 필요한 다양한 교육 콘텐츠 분야에서 사진측량법을 활용할 수 있을 것으로 보인다.

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6로스해 Iselin Bank에서 규조를 이용한 고해양 환경변화 해석

저자 : 박영숙 ( Young-suk Bak ) , 김성한 ( Sunghan Kim ) , 이재일 ( Jae Il Lee ) , 유규철 ( Kyu-cheul Yoo ) , 이민경 ( Min Kyung Lee )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 677-687 (11 pages)

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로스해의 Iselin Bank 인근에서 채취한 RS15-GC41코어로부터 규조를 분석한 결과 총 24속 35종의 규조를 감정하였으며, 규조 개체수 농도는 0.2-28.6×106/g 범위에 해당하였다. 규조 군집 조성에 의해 4개의 규조 군집대를 설정하였으며 규조 군집의 변화는 거의 10만년을 주기로 변화 하였다. Marine Isotope Stages 1-11 시기에 RS15-GC41이 퇴적되는 동안 간빙기(Interglacial)에는 open ocean을 지시하는 Rhizosolenia styliformis, Fragilariopsis kerguelensis와 Thalassionema nitzschioides등이 풍부하게 산출되며, 빙기(Glacial)에는 sea-ice종인 Actinocyclus actinocyclus의 산출이 풍부하게 나타난다. MIS 7, 9와 11의 간빙기 동안 MIS 1, 3과 5 시기보다 sea-ice의 분포가 더 넓고 지속 기간이 더 오래 계속되었음을 알 수 있다. Paralia sulcata는 이 시기(MIS 7, 9와 11) 동안 해류에 의한 ice-rafted debris의 유입과 함께 연안지역으로부터 재이동 되었음을 뒷받침 해 준다.

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72020년 9월 23일 서천 화구 폭발 관측 연구

저자 : 제일영 ( Il-young Che ) , 김인호 ( Inho Kim )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 688-699 (12 pages)

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2020년 9월 23일 새벽 1시 39분경 전국 여러 곳에서 목격된 서천 화구는 대기권에 진입 후 두 차례 폭발했음이 전천 카메라 영상에 확인되었으며, 충격파는 한반도 서남부 지역 지진 및 인프라사운드 관측소에 기록되었다. 17개 관측소에서 측정된 화구 지진파 및 음파의 도달 시간 정보와 베이지안에 기초한 격자탐색법으로 화구 발생 위치를 추정하였다. 위치결정에는 대기권 바람 분포에 따른 음파 속도 변화를 반영하여 계산 결과의 신뢰도를 높였다. 화구 발생 위치는 36.050°N, 126.855°E, 고도 35 km로 전천 카메라 영상에서 관측된 두번째 화구 위치와 유사하였다. 서해 상공에서 한반도 내륙으로 입사하며 발생한 두 차례의 폭발이 근거리 인프라사운드 관측소에서 확인되었다. 또한 서천 화구 폭발 충격음은 장거리를 전파하여 최대 ~266 km에 위치하는 관측소에서도 기록되었으며 파형 모델링이 관측 결과를 뒷받침하였다. 인프라사운드 5개 관측소에서 측정된 두번째 화구 폭발 신호의 평균 주기는 ~0.4 s이며, 주기-폭발 에너지 관계식을 적용했을 때 서천 화구의 폭발 에너지는 약 0.3 ton TNT 폭발에 상응한다.

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8천문 현상을 포함하는 예술 작품에 대한 중학생의 탐색 분석

저자 : 최하늘 ( Haneul Choi ) , 신동희 ( Donghee Shin )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 700-716 (17 pages)

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본 연구는 현대 과학 교육의 탐구 활동에서 관찰 또는 탐색의 역할이 강조되고 있는 것과 과학 탐구 소재 확장의 필요성에 의해 진행되었다. 이에 본 연구는 예술 작품을 활용한 탐구 프로그램을 개발, 적용하여 귀추 과정 중 학습자들의 탐색 특징을 자세히 분석했다. 동양화, 서양화, 신화, 관현악, 전통 가옥을 소재로 한 '미술관으로 간 과학자' 프로그램이 개발되었으며, 방과 후 과학 교실에 다니는 중학생 5명이 참여했다. 연구 결과, 작품 속 주목할 만한 현상을 탐색한 학습자들은 탐색 특징에 따라 크게 세 유형으로 나뉘었다. 과학 개념에 쉽게 연결할 수 있는 내용을 관찰, 기술한 학습자가 있는 반면, 과학 개념과 상대적으로 거리가 먼 일상적 요소를 주로 관찰한 학습자도 있었다. 자신들의 주관적 평가와 의견을 바탕으로 작품을 탐색한 학습자도 있었는데 이들은 자신의 감상 의견을 중심으로 작품을 탐색하는 특징을 보였다. 연구의 결론 및 시사점으로 탐구 활동에서 시각적으로 관찰할 수 없는 소재의 비적합성, 학습자들의 선지식이 탐색 활동에 미치는 영향, 지구과학 탐구 소재의 확장 가능성 등을 제시했다. 본 연구는 천문학을 중심으로 한 귀추 탐구에서 학습자들의 탐색 특징을 살펴봄으로써 다양한 내용과 방법의 지구과학 학습을 제시하고, 특히 귀추가 천문 학습에 적절히 활용될 수 있는 가능성을 제시한다.

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9초·중·고등학생들의 극지에 대한 인식

저자 : 정수임 ( Sueim Chung ) , 최하늘 ( Haneul Choi ) , 김민지 ( Minjee Kim ) , 신동희 ( Donghee Shin )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 717-733 (17 pages)

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이 연구는 극지 연구의 중요성을 확산하고자, 극지 소양 교육 방향을 설정하는 기초 자료를 제공하기 위해 수행되었다. 초·중·고등학생들의 극지 인식을 극지 정보 획득 현황, 극지에 대한 인상, 극지 문제 인식 측면에서 조사했다. 초·중·고 9개교 학생 975명이 선택형과 서답형이 포함된 16문항에 대한 설문 조사에 참여했다. 연구 결과, 학생들은 시청각 매체를 중심으로 한 극지 경험이 많았고, 학교 교육에서 극지에 대한 학습 경험이 상대적으로 적었다. 극지에 대한 인상은 지구 온난화로 빙하가 녹으면서 위기에 처한 북극곰과 같은 이미지가 대부분이었다. 학생들은 시청각 매체에서 본 장면을 정서와 결합하면서 이미지를 형성했다. 극지 문제 인식 측면에서 학생들은 공통적으로 생물과 자연 환경, 기후 변화에 관심이 많았지만, 학교급 및 진로 희망에 따라 관심 분야가 달랐다. 학생들은 극지 문제를 해결하는 주체로서 과학자의 위상을 높게 평가했으며, 극지 문제에 대해 실용적 가치보다는 세계 시민적 가치를 우선했다. 이상의 결과를 바탕으로 학교 교육과정에서 극지 내용 수용 및 체계화, 극지 과학자와 교육자의 협력에 의한 차별화된 학습 경험 마련, 여러 교과에 생성력 있는 빅아이디어 중심의 극지 소양 설정, 지구계 중심의 학습 접근법, 후속 연구의 방향 설정, 다양한 가치를 수용하는 과학 교육의 필요성 등을 시사점으로 제시했다.

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10초·중등학교 교사들의 극지 소양

저자 : 정수임 ( Sueim Chung ) , 최하늘 ( Haneul Choi ) , 김민지 ( Minjee Kim ) , 신동희 ( Donghee Shin )

발행기관 : 한국지구과학회 간행물 : 한국지구과학회지 42권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 734-751 (18 pages)

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이 연구는 극지 소양 교육을 학교 교육과정에 반영하기 위한 기초 자료를 마련하고자 수행되었다. 교육과정을 현장에서 구현하는 교사들이 지닌 극지 인식과 교수 경험, 극지 관련 인지적·정의적 특성을 조사했다. 대도시 및 중소도시 10개교의 초·중·고등학교 교사 56명을 대상으로 극지 관련 인식, 교수 현황, 극지 지식, 극지와 기후 변화에 대한 신념 및 태도를 포함한 설문을 실시했다. 그 결과, 교사들은 극지 정보에 대한 효능감은 낮은 편이나, 극지와 기후 변화 문제 해결에 있어 교육자의 위상을 긍정적으로 평가하고 있으며 세계 시민적 가치를 실용적 목적보다 우선했다. 학교에서 극지와 기후 변화 문제를 교수한 경험은 교과와 비교과에 걸쳐 다양했지만, 완성된 형태의 교수-학습 자료를 제공받기 원하는 등 교수 개발에 있어 수동적인 면모를 보였다. 인지적 측면에서 교사들은 극지 변화와 기후가 영향을 주고받는 작동 원리와 과정에 대해 다소 모호한 이해를 드러냈다. 정의적 측면에서 대부분 교사들은 학교급을 초월해서 극지 관련 문제에 대한 신념과 태도에서 높은 경향이 나타났지만, 행동 선택은 근소하게 낮았다. 이상의 결과를 바탕으로 극지 소양을 증진시키기 위한 기회 및 자료 제공, 가치 및 태도 형성을 위한 다양한 맥락의 교육 소재 발굴, 극지 연구 자료를 활용한 교육 자료 개발, 학생과 교사를 포함한 극지 지식에 대한 오개념 파악, 초등 교사의 극지 소양 강화, 정의적 태도와 가치관 함양 등의 시사점을 제안했다.

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