[논문]통계분석을 이용한 광주지역 대기오염도

서광엽; 백계진; 신대윤

문제 정의

따라서 대기오염도 자료의 종합적이고 과학적인 분석을 통해 정확한 대기오염 현황을 파악하고 합리적인 환경기준의 설정, 배출규제지역 계획 등 대기관리 계획수 립에 필요한 기초자료의 확립이 절실한 실정으로 본 연구에서는 광주광역시에 위치한 농성동, 두암동, 송정동, 충금동 측정지점을 대상으로 아황산가스(SQ), 이산화질소(NQ), 오존(Q), 일산화탄소(CO), 미세먼지 (PM- 10)의 측정자료와 광주지방기상청의 기상자료인 기온, 상대습도, 풍향, 풍속, 일사량, 시정거리, 전운량, 현지기 압을 중심으로 시간대별 변화 특성을 알아보고, 통계학적으로 분석하여 대기 관리 계획수립에 기초자료로 활용코자 통계프로그램인 SAS(Statistical Analysis System)를 사용하여 각 항목 간의 상관성을 산출하였으며, 대기 오염농도와 기상인자들과의 관련성 구조를 규명하여 기상인자가 대기오염에 미치는 영향을 연구하였다.
광주광역시의 대기오 염도와 기상자료의 상관관계를 조사하기 위해 광주광역시 대기 오염측정망인 농성동, 두암동, 송정동, 충 금동 측정소와 광주지방기상청의 1년간(2003년 1월 1일~12월 31일)의 자료를 토대로 시간대별, 일별, 월별, 계절별[봄(3, 4, 5월), 여름(6, 7, 8월), 가을(9, 10, 11월), 겨울(12월 1, 2월)]로 분석하였다. 특히 고농도 오존(0.070 ppm 이상)이 발생하는 날의 질소산화물과 기상자료를 분석하여 광주광역시의 고농도 오존 현상이 발생하는 원인을 규명하고자 하였으며, Fig. 1은 연구대상 지역인 광주광역시의 대기오염 측정망 위치를 나타낸 지도이다.

제안 방법

2003년 1월부터 12월까지 1년간 광주광역시에서 운영관리 중인 지역 대기 측정망에서 측정된 대기오염 자료 와 광주지방기상청에서 관측된 기상자료를 이용하여 그 들의 농도분포와 변화 특성을 조사하고 통계분석을 통하여 관련성을 검토하였으며, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
광주광역시에서 운영. 관리하고 있는 지점인 농성동, 두암동, 송정동, 충 금동의 대기오염도 자료 중 2003년 1월 1일부터 12월 31일까지의 시간자료를 산 술 평균하여 시간대별로 정리하였으며, SO, , NO₂, O₃, CO의 하루 중 시간대별 변회 특성을 Fig. 2에 나타내었다.
광주광역시의 대기오 염도와 기상자료의 상관관계를 조사하기 위해 광주광역시 대기 오염측정망인 농성동, 두암동, 송정동, 충 금동 측정소와 광주지방기상청의 1년간(2003년 1월 1일~12월 31일)의 자료를 토대로 시간대별, 일별, 월별, 계절별[봄(3, 4, 5월), 여름(6, 7, 8월), 가을(9, 10, 11월), 겨울(12월 1, 2월)]로 분석하였다. 특히 고농도 오존(0.
최근에는 거의 모든 학문에서 통계학을 응용하는 경우가 많다. 특히 통계분석 중 상관분석을 많이 응용하는데 상관분석이라 함은 두 변수 또는 여러 변수 간에 밀접도를 나타내는 것으로, 본 연구에서는 대기오염 측 정망에서 측정된 아황산가스, 이산화질소, 오존, 일산화탄소, 미세먼지와 광주지방기상청에서 측정한 풍향, 풍 속、기온、상대습도, 일사량, 시정거리, 전운량, 현지기 압의 I 시간 평균자료를 토대로 통계프로그램인 SAS를 이용하여 각 항목 간의 상관성을 비교. 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용되는 자료는 2003년 1월부터 12월까지의 시간 평균자료이며 대기오염도 는 광주광역시에서 운영 중인 농성동, 두암동, 송정동, 충금동 지점에서 측정된 자료이다. 여기에 사용된 측정기기는 Table 1과 같으며, 기상자료는 광주지방기상청에서 측정한 자료이며, 측정지점 풍속계의 지상높이 등을 Table 2에 나타냈다.
본 연구에서 사용되는 자료는 2003년 1월부터 12월까지의 시간 평균자료이며 대기오염도 는 광주광역시에서 운영 중인 농성동, 두암동, 송정동, 충금동 지점에서 측정된 자료이다. 여기에 사용된 측정기기는 Table 1과 같으며, 기상자료는 광주지방기상청에서 측정한 자료이며, 측정지점 풍속계의 지상높이 등을 Table 2에 나타냈다.

데이터처리

2003년 1월부터 12월까지 측정된 대기오염 도와 기상 인자와의 관련성을 검토하기 위해 단순 상관분석, 단순 회귀분석을 하였다

성능/효과

1. 아황산가스(SQ)는 일출 후 오전 & 시부터 증가하다가 18시부터 감소하는 경향을 보여주고 있으며 큰 농도 변화율은 나타나지 않았으며, 다른 광역자치단체 (0.004-0.007 ppm)와 거의 비슷한 결과를 나타내고 있으며, 1995년 0.010 ppm에서 점차적으로 감소하여 2001년부터 2003년까지는 0.004 ppm으로 변화 없이 일정하게 유지되고 있다.
2. 이산화질소(NO?)의 농도 변화는 오전 1(内에 가장 높은 농도를 나타냈으며 오후 18시 이후부터 다시 농도가 증가하는 경향을 보이고 있으며, 연도별 변화는 2001년도에 최고농도인 0.026 ppm에서 점차 감소하는 추세이며, 서울, 부산, 대구, 인천 등 다른 광역시 (0.026-0.038 ppm)보다 아주 깨끗한 편이다.
3. 이산화질소는 하루 중 10시에 최고농도가 되며, 오존은 하루 중 13시 이후에 최고농도가 나타나는 것으로 보아 다른 복잡한 어떤 발생 요인이 있겠지만 단순 평가 시 질소산화물과 반응시간은 3~5시간 소요되는 것으로 판단된다.
SQ와 다른 인자들 간의 상관관계를 살펴보면 기온, 현지 기압, PM-10만이 약간의 상관성을 보일 뿐 다른 인자들과의 상관성은 없는 것으로 생각된다. NO? 는 CO, PM-10만이 약간의 상관성을 보이고, 。3은 상대습도, 일사량과 높은 상관성을 보이며, 기온과도 약간의 상관성을 보이고 있다.
4. 광주지역 오존 경보 발령현황은 1995년 시행 이후 단 한차례도 없었으며, 다른 지역의 경우 6월, 7월, 8월에 전체발령일(81.9%) 및 발령 횟수(78.3%)가 집중되어 있는 특성을 가지고 있으며, 이와 직접 비교하기는 곤란하나 광주지역 고농도오존(0.07 Oppm 이상) 발생 월은 5월, 6월에 집중(70%)되어 있으며, 오존(Q)의 경우 일사량이 가장 많은 14시에서 16시 사이가 가장 높게 나타났으며 과거와는 달리 새벽에도 농도가 올라가 는 경향이 보이는 이 봉 형태로 나타나고 있으며, 발생조 건은 강우가 없어야 하며, 기온(최고기온 25℃ 이상), 일 사량QO.OOMJ/m, 이상)의 지속적인 증가와 무풍 또는 2.0 m/sec 이하의 풍속일 경우로 사료된다.
5. 바람 장미 (Wind Rose)를 살펴보면 광주지역은 무풍 (1 m/sec 이하)일 확률이 6.90~9.80%이며, 연주 풍향은 N吒이며, 주로 2~3 m/sec의 풍속을 나타내고 있다. 계절별 풍향은 봄, 가을은 NE이며, 겨울은 NNE, 여름은 SSW로 사계절 중 여름철을 제외한 모든 계절에서 NE로 나타났으며, 주 풍향에서 빈도수에 따른 풍속을 살펴보면 봄, 가을, 겨울철의 풍속은 모두 0.
6.기온과 현지 기압, 상대습도와 일사량, 상대습도와 시정거리, 상대 습도와 Q 만이 상관계수0.5 이상으로 비교적 높은 상관계수를 보였으나 다른 인자들 간의 상관계수는 높게 나타나지 않았으며, SQ와 CO, NQ는 대체적으로 역의 상관관계를 나타내고 있으며, 상관계수를 토대로 단순 회귀분석을 실시한 결과 기온(Temp.) = -0.8441 X 현지 7]압(AP) + 8660.1369(R2= 0.5083), 상대습도 (RH) = -0.122IX일사량 (SR) + 75.2028(R2 = 0.3163), 전운량(TCV) = 0.1075X상대습도(RH)-0.9624 (R2 = 0.3063), 오존(0) = -0.3883 X 상대습도(RH) + 45.8858(R2= 0.3131)로 나타났다.
80%이며, 연주 풍향은 N吒이며, 주로 2~3 m/sec의 풍속을 나타내고 있다. 계절별 풍향은 봄, 가을은 NE이며, 겨울은 NNE, 여름은 SSW로 사계절 중 여름철을 제외한 모든 계절에서 NE로 나타났으며, 주 풍향에서 빈도수에 따른 풍속을 살펴보면 봄, 가을, 겨울철의 풍속은 모두 0.5~2.0 ml sec이고, 여름철에는 약간 센 2.0~3.0 m/sec임을 알 수 있다.
9 m/sec로 나타났다. 계절별로 살펴보면, 계절에 따른 바람 장미(Wind Rose)는 Fig. 16과 같으며, 무풍일 확률은 봄(3, 4, 5월) 7.84%, 여름(6, 7, 8월) 6.97%, 가을(9, 10, 11월) 9.80%, 겨울(12, 1, 2월) 6.90%로 가을철에 가장 무풍일 가능성이 크며, 주 풍향은 봄, 가을은 NE이며, 겨울은 NNE, 여름은 SSW로 사계절 중 여름철을 제외한 모든 계절에서 NE임을 알 수 있고, 주 풍향에서 빈도수에 따른 풍속을 살펴보면 봄, 가을, 겨울철의 풍속은 모두 0.5~2.0m/ sec이고, 여름철에는 약간 센 2.0~3.0 m/sec임을 알 수 있으며, 계절별 최대풍속을 보면, 봄 I0.7m/sec, 여름 8.4m/sec, 가을 10.2 m/sec, 겨울 9.2 m/sec이며, 계 절별 평균 풍속은 봄 2.2 m/sec, 여름 2.1 m/sec, 가을 1.7 m/sec 겨울 1.8 m/sec로 나타났다.
Table 8은 대기오염 도와 기상인자들 사이의 관계를 단 순 상관계수로 나타낸 것이다. 기온(Temp. Temperature)과 현지 기압(AP, Atmospheric Pressure), 싱대습도(RH, Relative Humidity)와 일사량(SR, Solar Radiation), 상 대 습도와 시정거리(VD, Visible Distance), 상대습도와 Q만이 상관계수 0.5 이상으로 비교적 높은 상관계수를 보였으나 다른 인자들 간의 상관계수는 높게 나타나지 않았다.
3%)가 집중되어 있는 특성을 가지고 있다. 이와 직접 비교하기는 곤란하나 광주지역 오존의 특성을 살펴보면 고농도 오존(0.070 ppm 이상) 발생일수를 월별 측정소별 분석한 결과 Table 5와 Fig. 6에서와같이 고농도 오존 발생확률이 5월, 6 월(70%, 5월-46%, 6월-24%)에 집중되어 있으며, 과거 오존 최고농도를 살펴보면 2000년 6월 15일 15시에 107 ppb, 2003년도 5월 23일 17시에 109 ppb가 나타났으며, 이를 보면 광주지역의 고농도 오존 발생가능성이 큰 시기는 5월, 6월임을 단편적으로 보여주고 있다. 광주지역의 고농도 오존 발생은 Table 6에서와같이 일 최고온도가 25P 이상으로 기온이 상승하여야 하며, 또한 하루 일사량 합계가 20 MJ/m2 이상으로 몇 일간 지속하여야 하며, 풍속은 2.

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