[논문]지상원격관측(AERONET)을 통한 한반도 주변 에어로솔 광학특성 분석

김병곤; 김유준; 은승희

doi:10.5572/kosae.2008.24.6.629

지상원격관측(AERONET)을 통한 한반도 주변 에어로솔 광학특성 분석
An Analysis of Aerosol Optical Properties around Korea using AERONET 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.24 no.6, 2008년, pp.629 - 640

김병곤 (강릉대학교 대기환경과학과) , 김유준 (강릉대학교 대기환경과학과) , 은승희 (강릉대학교 대기환경과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigates long-term trends and characteristics of aerosol optical depth ($\tau_a$) and Angstrom exponent (${\AA}$) around Korea in order to understand aerosol effects on the regional climate change. The analysis period is mainly from 1999 to 2006, and the analysis sites are Anmyun and Gosan, the background monitoring sites in Korea, and two other sites of Xianghe in China and Shirahama in Japan. The annual variations of $\tau_a$ at Anmyun and Gosan have slightly systematic increasing and decreasing trends, respectively. $\tau_a$ at Anmyun shows more substantial variation, probably because of it's being closer and vulnerable to anthropogenic influence from China and/or domestic sources than Gosan. Both values at Gosan and Anmyun are approximately 1.5 times greater than those at Shirahama. The monthly variation of $\tau_a$ exhibits the highest values at late Spring and the lowest at late-Summer, which are thought to be associated with the accumulation of fine aerosol formed through the photochemical reaction before the Jangma period and the scavenging effect after the Jangma period, respectively. Meanwhile, the episode-average $\tau_a$ for the Yellow dust period increases 2 times greater than that for the non-Yellow dust period. A significant decrease in ${\AA}$ for the Yellow dust period is attributable to an increase in the loading of especially the coarse particles. Also we found no weekly periodicity of $\tau_a$'s, but distinct weekly cycle of $PM_{10}$ concentrations, such as an increase on weekdays and a decrease on weekends at Anmyun and Gosan. We expect these findings would help to initiate a study on aerosol-cloud interactions through the combination of surface aerosol and satellite remote sensing (MODIS, Calipso and CloudSat) in East Asia.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

최근 연구결과 (김병곤 등, 2007; Forster and Solomon, 2003)에 의하면 대기중 조성의 변화는 구름 미세물리과정, 대기 복사 효과, 에너지 수지 등에 영향을 주어 지역적인 기후변화 가능성을 제시한바 있다. 그래서 본 연구에서 마지막으로 대기오염물질(주로 에어로솔) 변동이 지역적인 기후변화에 어떻게 영향을 주는지를 에어로솔의 주중 변동 관점에서 AERONET 관측자료를 통해 살펴보았다. [그림 8] 은 Baumer et al.
황사가 중국으로부터 발생하여 한반도(여기서는안면)를 지나 일본으로 진행하는 동안 광학적 특성의 진화 경향을 알아보기 위하여 2005년 각각의 황사사례에 대하여 중국 Xianghe, 안면, 그리고 일본 Shirahama 관측소([그림 1])의 황사 발생기간중의 광학특성을 비교하였다. 단 황사가 실제로 Xianghe를 거쳐 안면, Shirahama를 통과하는 사례를 찾기 어렵고, 전반적인 경향을 파악하는 데에 목적 이 있기 때문에 각 지점에서 황사가 관측된 전체 사례에 대하여 분석하였다. 예상했던 대로 발생원지역의 Xianghe 의 n가 가장 크고 풍하측 방향으로 낮아지는 경향을 보였다([그림 7]).
따라서 본 연구는 향후 에어로솔-구름 상호작용연구에 기반이 되는 장기간의 전반적인 에어로솔 직접 효과를 우선적으로 이해하기 위하여 1999~2006 년까지 AERONET 자료를 이용하여 주로 광학두께 (乌)와 Angstrbm 지수 (A)의 연변화 및 월별화 둥의현황을 먼저 파악하였다. 그리고 나아가 황사와 비 황사 기간의 차이, 황사 진행과정중의 광학특성 변화’ 그리고 에어로솔의 주말과 주중의 차이 비교 등을 통해 에어로솔 복사효과를 살펴보았다.

제안 방법

먼저 파악하였다. 그리고 나아가 황사와 비 황사 기간의 차이, 황사 진행과정중의 광학특성 변화’ 그리고 에어로솔의 주말과 주중의 차이 비교 등을 통해 에어로솔 복사효과를 살펴보았다.
또한 해발 10m 고도에 위치한 Shiraha- ma 측정소는 주변이 주로 바다에 인접하고 있다. 부가적으로 에어로솔의 기후학적인 영향를 확인하기 위해 주말과 주중의 인간 활동차이에 따른 지역기후 변화에 대한 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 %와 지상의 PM】。(입자크기가 10um 이하인 입자) 질량 농도에 대하여 Baumer et al.
하지만 황사의 빈도가 전체 구름이 없는 맑은 날의 약 8% 이하로써 황사 에어로솔에 의한 복사 효과는 단기간에 강하게 집중되는 것으로 설명된다. 황사가 중국으로부터 발생하여 한반도(여기서는안면)를 지나 일본으로 진행하는 동안 광학적 특성의 진화 경향을 알아보기 위하여 2005년 각각의 황사사례에 대하여 중국 Xianghe, 안면, 그리고 일본 Shirahama 관측소([그림 1])의 황사 발생기간중의 광학특성을 비교하였다. 단 황사가 실제로 Xianghe를 거쳐 안면, Shirahama를 통과하는 사례를 찾기 어렵고, 전반적인 경향을 파악하는 데에 목적 이 있기 때문에 각 지점에서 황사가 관측된 전체 사례에 대하여 분석하였다.
황사기 간과 비황사기 간중의 에어로솔 광학특성을 비교하기 위하여」999년부터 2006년까지 기상청이 황사현상으로 발표한 기간(안면 24일, 고산 39일)과 비황사기간 (안면 632일, 고산 303일)으로 구분하여 %와 A를 각각 비교하였다. 특정 황사 에피소드에 대하여 황사기간과 비황사기간을 비교한 것이 아니라 황사사례 평균과 비황사사례 평균에 대한 기후통계적 인 비교를 의미한다.
황사의 장기간 전반적인 연변화 경향을 파악하기 위하여 에어로솔 광학두께(&)와 옹스트롬지수 (Angstrom 지수: A)의 연변화를 [그림 2]와 [3]에 나타내 었고, 통계적 인 값을 정리하여 [표 2]에 제시하였다. 먼저 안면의 Ta 평균이 0.

대상 데이터

[Table 1]. Locations of AERONET stations used in this study.
1]. The study domains and locations of the main remote sites (Anmyun and Gosan) in Korea along with Xianghe(China) and Shirahama (Japan).
본 연구에서는 동아시아 지역에서 장기간의 전반적인 에어로솔 광학적 특성을 분석하기 위하여 1999~2006년까지의 AERONET 자료를 활용하였다. 안면도의 Ta 중간값이 고산보다 높게 나타났고, 안면의 경우 평균값이 증가하는 경향을, 고산의 경우는 감소하는 경향을 보였지만 10년 미만의 자료인 관계로 통계적인 유의성을 확보하기 위해서는 장기간의 자료 확보가 요구된다.
주로 활용된 관측소는 한국의 제주 고산과 안면관측소자료이며, 비교자료로 중국에서는 Xianghe, 일본은 Shirahama 측정소를 활용하였다 ([그림 1], [표 1]). Xianghe는 Xianghe 관측소 4층 옥상에 Sunphotometer/]- 설치되어 있고 동쪽으로는 작은 마을과 나머지 방향으로는 농지와 인접하여 있다.
후방산란도는 황사와 비황사기간의 차이에 대해 정량적으로 제시한 선행 연구가 없기 때문에 Charlson et al. (1992)이 제시한 전지구 평균 0.29와 불확실성 30% 를 입력자료로 활용하였다.

이론/모형

부가적으로 에어로솔의 기후학적인 영향를 확인하기 위해 주말과 주중의 인간 활동차이에 따른 지역기후 변화에 대한 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 %와 지상의 PM】。(입자크기가 10um 이하인 입자) 질량 농도에 대하여 Baumer et al. (2007, 2008)제시한 방법에 따라 주평균과 각 요일별 상대적인 편차(anomaly)를 계산하여 대상기간 전체에 대한 에어로솔의 주기성을 분석하였다.
황사와 비황사기간의 에어로솔복사 강제력을 추정하기 위하여 복잡한 복사 전달모델을 이용하는 방법도 있지만 그러기 위해서는 지표면 반사도, 에어로솔의 구체적 특성, 구름방울 크기 및 위치 등 다양한 입력자료가 필요하기 때문에 입력자료의 불확실성으로 인한 추정치의 오차를 증가시킬 수 있는 가능성이 있다. 여기서는 황사 사례 평균과 비황사사례 평균과의 차이를 확인하고자 Jacobs(1999)이 제시한 아래와 같은 간단 모델을 이용하여 에어로솔 직접 복사효과를 산정해 보았다.

성능/효과

4는 안면과 고산 모두 주중과 주말의 편차가 뚜렷 이 나타나지 않고 있음을 알 수 있으며 PM® 농도의 경우는 주중이 주말에 비해 양의 편차를 보였다. 이는 대기 컬럼내의 에어로솔 부하량 차이가 안면이나 고산과 같은 배경농도 관즉소에서 주중 변동에서 나타나지 않았지만 지상 에어로솔 질량농도(PM”) 는 주중이 대체적으로 주말에 비해 높게 나타나는 주중 변동이 나타나고 있었다.
[표 4]는 분석기간 동안 안면과 고산 각각의 월별 강우일수와 강우량을 제시한 것이다. 6월부터 강우량이 증가하지만 강우일수는 감소하여 강우 강도가 증가함을 알 수 있고, 7월의 경우에는 장마의 영향으로 강우일수와 강우량이 함께 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 7월 들어서면서 4 분포의 진폭은 증가하지만 평균과 중간값이 감소하는 것을 알 수 있다([그림 4]).
11) 보다는 크게 나타났다. 결국 장기 Ta 평균으로부터 중국 동부 해안지대, 한국의 서해안, 그리고 일본 청정지역까지 Ta 공간적인 경도(gradient)를 확인할 수 있었다.
8 Wm「2) 정도의 에어로솔 복사효과를 나타냈는데, 단기간(전체 맑은 날의 약 8% 이하)에 에어로솔 음의 복사 강제 력 이 강하게 나타남을 의미 한다. 또한 황사이동 중의 변화에 대해서는 황사 발생원 지역에서 멀어질수록 呉의 감소, A의 증가가 뚜렷하게 나타났다. 부가적으로 인간 활동 변화에 따른 에어로솔 주기적인 변동을 분석한 결과 배경농도지 역인 안면과 고산에서는 에어로솔 부하량(貫의 주중과 주말의 차이가 나타나지 않았지만, 지상 PM10 농도에서는 뚜렷한 주중 변동을 확인할 수 있었다.
또한 황사이동 중의 변화에 대해서는 황사 발생원 지역에서 멀어질수록 呉의 감소, A의 증가가 뚜렷하게 나타났다. 부가적으로 인간 활동 변화에 따른 에어로솔 주기적인 변동을 분석한 결과 배경농도지 역인 안면과 고산에서는 에어로솔 부하량(貫의 주중과 주말의 차이가 나타나지 않았지만, 지상 PM10 농도에서는 뚜렷한 주중 변동을 확인할 수 있었다.
단 황사가 실제로 Xianghe를 거쳐 안면, Shirahama를 통과하는 사례를 찾기 어렵고, 전반적인 경향을 파악하는 데에 목적 이 있기 때문에 각 지점에서 황사가 관측된 전체 사례에 대하여 분석하였다. 예상했던 대로 발생원지역의 Xianghe 의 n가 가장 크고 풍하측 방향으로 낮아지는 경향을 보였다([그림 7]). 하지만 흥미롭게도 안면과 Shi- rahama의 国는 평균, 중간값, 높은 분위수 등이 전반적으로 유사하게 나타나고 있어, 이 기간 발생한 황사의 영향권이 한반도 주변에 한정되는 것으로 추정되고 A는 발생원지역에서 전반적으로 낮고 풍하측방향으로 증가하는 경향을 보였는데, 이는 발생원지역에서 멀어질수록 에어로솔 입자의 중력낙하나 건성침적으로 입자 크기가 점차 작아지고 있음을 정량적으로 보여주는 것이다.
최근 김병곤 등(2007) 의 서울의 일교차와 에어로솔 주말효과 관련 연구결과에서도 지상 PM10 농도는 주말과 주중의 뚜렷한차이를 확인한 바 있다. 이상의 결과에서 배경농도관측소인 안면이나 고산에서도 지상부근 에어로솔 농도는 주말효과가 나타나고 있음을 알 수 있었다. 하지만 에어로솔 부하량에 있어서는 관측소 주변 에어로솔 변동보다는 외부로부터의 유입과 같은 다른요인에 의한 영향에 지배를 받고 있는 것으로 생각된다.
이상의 결과에서 한반도 주변의 에어로솔의 공간적인 경도 및 뚜렷한 월변동, 황사시와 비황사시의 광학적 특성 차이 그리고 에어로솔의 주기 변동성등에서 에어로솔의 기후학적인 중요성을 확인할 수 있었다. 향후 본 연구결과를 기초자료로 활용하고 동북아시 아에서 위성원격 관측(MODIS, Calipso, Cloud- Sat)을 접목하여 기후변화연구에서 가장 불확실성이 크다고 보고되고 있는 에어로솔 간접효과에 대한 분석을 수행할 예정 이다.
1 으로 높은 값을 보였다. 한편 흥미롭게도 안면과 고산의 경우 모두 평균값의 연변동을 살펴본 결과 안면의 경우는 1년에 약 0.016 증가하는 (R2= 0.69) 반면에 고산의 경우 0.023 감소하는 경향 (R2=0.53)을 보였으며 Xianghe와 Shirahama는 뚜렷한 변동을 보이지 않았다([표 2]). 아직 10년 미만의 자료들이기 때문에 좀 더 자료가 축적된 후 기후 통계적인 의미에서 지속적인 경향인지 일시적인 현상인지 판단이 가능할 것으로 생각된다.
황사와 비황사기간의 에어로솔 광학특성에 대한분석을 실시한 결과 이미 알려진 바 대로 황사기간 중의 %가 현저하게 증가하여 약 -8.9 (-14.3~-4.8 Wm「2) 정도의 에어로솔 복사효과를 나타냈는데, 단기간(전체 맑은 날의 약 8% 이하)에 에어로솔 음의 복사 강제 력 이 강하게 나타남을 의미 한다. 또한 황사이동 중의 변화에 대해서는 황사 발생원 지역에서 멀어질수록 呉의 감소, A의 증가가 뚜렷하게 나타났다.

후속연구

53)을 보였으며 Xianghe와 Shirahama는 뚜렷한 변동을 보이지 않았다([표 2]). 아직 10년 미만의 자료들이기 때문에 좀 더 자료가 축적된 후 기후 통계적인 의미에서 지속적인 경향인지 일시적인 현상인지 판단이 가능할 것으로 생각된다. 그리고 上는 4 개 관측소와 분석기간 전체에 대해 양의 왜도를 보였는데 이는 앞에서 설명한 바와 같이 황사의 영향을 받을 때 에어로솔 부하량 증가 때문인 것으로 생각된다.
하지만 에어로솔 부하량에 있어서는 관측소 주변 에어로솔 변동보다는 외부로부터의 유입과 같은 다른요인에 의한 영향에 지배를 받고 있는 것으로 생각된다. 향후 대도시지 역으로 분석 범위를 확장하고, 오염물질 배출량 등과의 연계 등을 통해 에어로솔의 주중 변동에 대한 특성 파악이 필요할 것으로 생각된다.
" data-ocr-fix="">수 있었다. 향후 본 연구결과를 기초자료로 활용하고 동북아시 아에서 위성원격 관측(MODIS, Calipso, Cloud- Sat)을 접목하여 기후변화연구에서 가장 불확실성이 크다고 보고되고 있는 에어로솔 간접효과에 대한 분석을 수행할 예정 이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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