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문제 정의
- 본 연구는 대도시지역인 부산지역 도심지의 에어로졸 특징을 여러 요인별로 분석하기 위하여 부산대학교에서 장기간 측정한 에어로졸의 물리적 특성을 심도 있게 분석하였다. 부산대학교 대기환경과학과옥상에 설치된 레이저입자계수기를 통해 측정한 0.
제안 방법
- 2). LPC는 입자 측정을 위해 Laser-Diode를 광원으로 사용하며, 집광 기구를 사용하여 입자의 산란 신호를 수광 소자에 집광시켜서 측정한다. 측정되는 입자의 신호는 펄스 형태로 측정되는 펄스의 크기가 입자의 크기에 대응된다.
- 기상 상태별 대표적인 특성을 통계적으로 정리하여 그 특성을 체계적으로 파악할 경우, 특성 분석 그 자체 연구뿐만 아니 라 모델링 입력 자료 구축에 대단히 용이하기 때문에 본 연구에서는 측정된 자료의 크기에 따른 수농도 분포를 통계적으로 살펴보기 위하여 단위 체적당 수농도(N)를 다음과 같이 입자직경(D)에 관한 로그정규분포로 그 통계변수를 측정자료로부터 추정하여 해석하였다. 일반적으로 확률밀도함수는 두 개의 피크에 대해 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
- 넷째, 기상 상태별 구분된 측정 자료를 로그 정규분포로 나타내어 통계적인 입자별 특성을 추정하였다. 즉 구분된 네 가지 기상 상태별 입경 별 입자 농도 특성을 파악할 수 있는 통계적인 로그 정규 분포 함수를 각각 추정하였다.
- 둘째, 기상 상태별로 구분하여 입자 수농도 특성을 분석하였다. 황사가 발생한 날의 경우 입경 0.
- 이 관계에 따라 입경이 판별되며 대응하는 입경 영역 범위에서 에어로졸의 수농도가 측정된다(김, 2008). 본 연구에서는 0.2〜10 例 범위를 16개 채널로 구분하였으며(Table 1) 시간적으로는 30분 간격으로 10분간 약 50L의 공기를 자동 흡입하여 측정하였다.
- 분석하였다. 부산대학교 대기환경과학과옥상에 설치된 레이저입자계수기를 통해 측정한 0.2〜 10.0 /zm 입경 범위의 수농도 자료를 이용해서 종관기상 상태별 에어로졸 입경별 농도 특성을 분석하였다고 아울러 측정된 자료를통해 부산지역 에어로졸의 로그 정규분포 (lognormal distribution)로 추정하여 그 특징을 통계적으로 분석하여 제시하였다.
- 부산대학교에서 2007년 08월 04일부터 2008년 12 월 30일까지 LPC를 이용해 연속적으로 관측한 입자 오염물질 농도 자료를 이용해서 종관기상 상태별 입경 별 수농도 및 질량농도 특성을 비교하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 에어로졸의 수농도는 레이저 입자 계수기(Lagr Particle Counter; LPC-0210)로 측정하였다(Fig. 2). LPC는 입자 측정을 위해 Laser-Diode를 광원으로 사용하며, 집광 기구를 사용하여 입자의 산란 신호를 수광 소자에 집광시켜서 측정한다.
- 추정하였다. 즉 구분된 네 가지 기상 상태별 입경 별 입자 농도 특성을 파악할 수 있는 통계적인 로그 정규 분포 함수를 각각 추정하였다. 이 결과는 황사 시 조대 입자 농도 특성 안개가 발생한 날의 미세먼지 입자의 농도 분포 등 기상 상태에 따른 통계적 입자 농도 특성을 파악할 수 있고, 향후 부산지역의 입자 모델링 연구 혹은 에어로졸의 물리적 특성 분석을 위한 기초자료로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
대상 데이터
- 부산대학교 자연대 연구실험동(위도 35°。, 경도 129°04, )에서 2007년 08월 04일부터 2008년 12월 30 일까지 입경별 수 농도를 연속적으로 측정된 자료를 사용하였으며, 기상상태 분류에 쓰인 기상자료는 부산 기상청(위도 35°06', 경도 129°02)의 관측자료를 사용하였다. Fig.
데이터처리
- 본 연구의 결과를 Park과 Kim, 김과 최의 연구 결과와 비교하였다. Park과Kim(2006)의 논문에서는 서울대학교에서 관측한 에어로졸 값을 기초로 질량농도를 계산하여 황사와 비 황사 기간으로 구분하여 그 특성을 기술하였고, 특히 황사 발원지인 두얼린 지역에서 관측한 에어로졸 값과도 비교하였다.
성능/효과
- Fig. 3 (a) 의 연평균 입경별 수농도 분포는 0.3 例에서 피크를 보인 후 입경이 커질수록 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 그 감소 형태는 3개(혹은 4개)의 피크를 보였고, 표면적 및 체적 농도 역시 수농도와 유사하였다 (Figs.
- 강수를 포함한 날의 수농도 분포는 강수의 제거 효과로 인해 80-90% 습도 구간에서 맑은 날 보다 낮게 나타나 높은 습도 구간에서 일정한 경향을 나타내지 않았다 또한상대습도 구간별 맑은 날과 강수를 포함한 날의 질량농도 분포는 두 개의 피크가 나타나 비슷한 패턴을 갖지만 70% 이상의 구간부터 강수 제거 효과로 인해 농도값이 매우 다르게 나타났다.
- 4는 동기간 자료를 계절별로 구분하여 에어로졸 입경별 수, 표면적 및 체적 농도분포를 나타낸 그림이다. 그 결과 모든 계절에서 유사한 분포 양상이 나타났고 각 피크 값이 나타나는 입경구간도 유사하였다. 네 계절 모두 첫 번째 피크 값이 나타나는 구간인 0.
- 요약한 것이다. 그 결과 황사가 발생한 날의 경우 각 모드에서 Nt 값은 1.81x106 m, 과 1.22xl()7 m」으로 평균직경(Dg)은 0.27 姬 2.7 缨 추정되었고, 표준편차는 1.6 伽 와 1.45 例로 나타났다. 맑은 날에는 Nt 값이 1.
- 6에서 강수가 없는 맑은 날의 수농도 분포는 미세입자 구간에서 습도가 낮을수록 수농도가 낮았음을 보여준다. 그러고 본 연구의 측정된 자료에는 습도 90% 이상인 맑은 날은 존재하지 않아 그 특성을 파악하지 못하였으나 상대적으로 높은 습도인 80~90%의 범위에서 매우 높은 입자 수농도 분포가 나타남을 알 수 있다. 그리고 조대입자 구간인 2~3 伽 이상의 구간에서는 습도에 따른 수 농도의 차이가 적거나 유사하여 습도와의 연관성이 미세입자에 비해 상대적으로 매우 적다는 것을 알 수 있다.
- 전체 해당 일수의 질량 농도를 강수 포함일과 무강수일로 구분하여 나타내었는데, 강수의 유무에 관계없이 두 경우 모두 50-60% 구간에서 한 개의 피크가 나타났고 80-90% 구간에서 두 번째 피크가 나타나 전체적인 질량 농도 패턴이 유사하였다. 그러나 정량적인 농도 차원에서는 60~70% 구간까지는 강수 포함일과 무강 수일 모두 유사한 값을 갖지 만 70% 이상의 구간부터는 강수 제거 효과로 인해 질량농도값이 매우 다르게 나타났다. Fig.
- 5 例 이상에서는 맑은 날보다 최고 10배 이상 농도가 증가된 양상을 보였다. 따라서 황사 발생 시 전반적인 입경별 수농도 분포 형태 및 피크 값이 나타나는 입경 등은 연평균 분포 양상과 유사하였으나 입경 별 농도 수준은 큰상대적으로 입경이 큰 에어로졸의 농도값이 높게 나타나는 특징을 보였다.
- 본 연구 기간 동안 황사는 총 5번 발생하였는데 2007년 0번, 2008 년 5 번(3/2, 3/3, 5/30, 5/31, 12/9)이었다. 본 연구 기간의 황사가 발생한 날은 에어로졸 입경이 0.5 例 이내에서는 맑은 날에 비해 낮은 농도를, 0.5 例 이상에서는 맑은 날보다 최고 10배 이상 농도가 증가된 양상을 보였다. 따라서 황사 발생 시 전반적인 입경별 수농도 분포 형태 및 피크 값이 나타나는 입경 등은 연평균 분포 양상과 유사하였으나 입경 별 농도 수준은 큰상대적으로 입경이 큰 에어로졸의 농도값이 높게 나타나는 특징을 보였다.
- 셋째, 강수가 발생하지 않은 날의 수농도 분포는 미세입자 구간에서는 습도가 낮을수록 수농도가 낮고 80〜90%의 습도에서 매우 높은 수농도 분포가 나타났다. 강수를 포함한 날의 수농도 분포는 강수의 제거 효과로 인해 80-90% 습도 구간에서 맑은 날 보다 낮게 나타나 높은 습도 구간에서 일정한 경향을 나타내지 않았다 또한상대습도 구간별 맑은 날과 강수를 포함한 날의 질량농도 분포는 두 개의 피크가 나타나 비슷한 패턴을 갖지만 70% 이상의 구간부터 강수 제거 효과로 인해 농도값이 매우 다르게 나타났다.
- 5 嶂 나타났다. 이때 강수가 발생한 날과 맑은 날을 비교하면, Nt 값은 강수가 발생한 경우모드 1 에서 비슷한 값을 보였지만, 모드 2에서 강수가 발생한 날이 더 작은 값을 가졌다 표준편차에서는 큰 차이가 나타나지 않았고, 평균직경은 모드 2에서 강수가 발생한 날의 경우가 더 크게 나타났다.
- 즉, 습도 90~100%에서 강수 발생시 80~90%의 수 농도보다 더 낮은 농도값을가지는 것으로 나타나, 결국 강수효과에 의한 제거 작용이 활발하였음을 알 수 있다. 이러한 습도에 따른 특성은 표면적 및 체적 농도 분포에서도 나타났으며 그 차이는 더욱 뚜렷함을 알 수 있었다(Fig. 6(b), (c), (e), (f)).
- 7은 습도에 따른 입자의 수농도로부터 계산한 총 질량 농도이다. 전체 해당 일수의 질량 농도를 강수 포함일과 무강수일로 구분하여 나타내었는데, 강수의 유무에 관계없이 두 경우 모두 50-60% 구간에서 한 개의 피크가 나타났고 80-90% 구간에서 두 번째 피크가 나타나 전체적인 질량 농도 패턴이 유사하였다. 그러나 정량적인 농도 차원에서는 60~70% 구간까지는 강수 포함일과 무강 수일 모두 유사한 값을 갖지 만 70% 이상의 구간부터는 강수 제거 효과로 인해 질량농도값이 매우 다르게 나타났다.
- 0 伽로 맑은 날의 경우와 비슷한 직경을 가진 것으로 나타났다. 즉, 3가지 기상상태의 경우와 맑은 날의 경우의 비교 결과는 황사 일의 경우 모드 2에서 Nt 값과 평균직경 이 매우 큰 값을 나타내었고 강수 일의 경우 조대입자 부분에서 상대적으로 더 작은 값을 보였지만 대체적으로 비슷한 수준이었으며 안개 일의 경우 N값이 2배 이상 큰 값을 나타내었다.
- 강수를 포함한 날 강수의 제거 효과는 습도 90-100% 구간에서 더 명확하게 나타났다. 즉, 습도 90~100%에서 강수 발생시 80~90%의 수 농도보다 더 낮은 농도값을가지는 것으로 나타나, 결국 강수효과에 의한 제거 작용이 활발하였음을 알 수 있다. 이러한 습도에 따른 특성은 표면적 및 체적 농도 분포에서도 나타났으며 그 차이는 더욱 뚜렷함을 알 수 있었다(Fig.
- 5(a)-(c)). 즉, 조대 입자의 제거과정에서 강수에 의한 습성 침적(washout)효과가 크게 기여하였음을 확인 할 수 있다. 이는 1 例 이하의 작은 미세입자의 경우, 관성충돌에 의한 입자의 제거 기작이 활발하지 못한 반면(정 등, 2003), 조대입자의 경우 강수 제거 효과가 뚜렷이 확인되어본 연구 결과로 유추해 볼 때 강수제거기작이 중요하였음을 알 수 있다
- 첫째, 입경별 수농도 분포는 입경 0.3 伽에서 피크를 보인 후 입경이 커질수록 지속적으로 감소하는 경향을 보였고 그 감소 형태는 3개의 피크를 보였다 동기간 자료를 계절별로 구분하여 나타낸 결과 에어로졸 입경별 수, 표면적 및 체적 농도분포는 네 계절에서 유사한 분포 양상이 나타났고 각 피크가 나타나는 입경 구간 또한 유사하였다.
- 96x10s 11疽와GlOxloWiT5로 모드 1과2에서 맑은 날의 경우보다 2배 이상의 큰 값을 보였다. 표준편차는 1.6 ㈣ 1.5 伽로 다른 경우와 비슷하여 값에서 큰 차이를 보이지 않았고 평균직경은 0.25 ㈣ 2.0 伽로 맑은 날의 경우와 비슷한 직경을 가진 것으로 나타났다. 즉, 3가지 기상상태의 경우와 맑은 날의 경우의 비교 결과는 황사 일의 경우 모드 2에서 Nt 값과 평균직경 이 매우 큰 값을 나타내었고 강수 일의 경우 조대입자 부분에서 상대적으로 더 작은 값을 보였지만 대체적으로 비슷한 수준이었으며 안개 일의 경우 N값이 2배 이상 큰 값을 나타내었다.
- 앞서 기술한 대로 이는 높은 습도가 초미세 입자의 생성 및 성장에 기인한 것으로 분석된다. 하지만 강수제거효과가 존재할 경우 미세먼지의 생성 및 성장보다 조대먼지의 제거과정이 우세하여 총 질량이 급격히 감소하는 것을 확인 할 수 있다.
- 5는 황사, 강수 및 안개가 발생한 날과 이들 3 현상을 제외한 보통의 맑은 날의 수농도 표면적, 체적농도를 나타낸 그림이다. 황사와 관련된 국내 선행연구 결과를 살펴보면 심한 황사 시 인위적인 오염원이 많은 서울과 안면도의 수농도 상관계수가 전반적으로 증가하여 0.3~0.5 伽 범위의 두 지역 수농도 상관계수가 0.68로 매우 높게 나타났고, 지역별 입경별 수농도는 황사가 심할 때 두 지역 모두 0.3-0.5 伽 범위의 미세입자 구간에서는 감소한 반면 0.82〜10例 범위의 큰 입경범위에서는 증가하는 경향을 보였다. 이처럼 황사 현상 시에는 작은 에어로졸의 수농도가 감소하는 특성이 보고되었다(전 등, 1999).
후속연구
- 나아.가 모델링 연구를 통해 에어로졸 배출 및 생성, 대기화학 변화 수송 및 확산, 제거과정을 정량적으로 해석한다면 구체적으로 대도시 입자상 대기질 특성을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 이러한 연구의 기초 작업으로서 대도시 입자 농도의 물리적 특성을 분석하였으며, 아울러 화학적 성분 분석, 모델링 연구 그리고 대기 복사 강제력 계산 연구를 병행할 예정이다.
- 가 모델링 연구를 통해 에어로졸 배출 및 생성, 대기화학 변화 수송 및 확산, 제거과정을 정량적으로 해석한다면 구체적으로 대도시 입자상 대기질 특성을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 이러한 연구의 기초 작업으로서 대도시 입자 농도의 물리적 특성을 분석하였으며, 아울러 화학적 성분 분석, 모델링 연구 그리고 대기 복사 강제력 계산 연구를 병행할 예정이다.
- 즉 구분된 네 가지 기상 상태별 입경 별 입자 농도 특성을 파악할 수 있는 통계적인 로그 정규 분포 함수를 각각 추정하였다. 이 결과는 황사 시 조대 입자 농도 특성 안개가 발생한 날의 미세먼지 입자의 농도 분포 등 기상 상태에 따른 통계적 입자 농도 특성을 파악할 수 있고, 향후 부산지역의 입자 모델링 연구 혹은 에어로졸의 물리적 특성 분석을 위한 기초자료로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이상에서 부산지 역 입자 농도 특성은 계절별, 기상 상태별 그 분포 특성이 조금씩 다르게 나타났으나, 이와 연관된 대기 화학적 특성, 예를 들어 화학성분 구성 비율의 분석 등을 병행한다면 그 특징을 더욱 자세히 설명할 수 있을 것이다. 나아.
- 6xl()6 网]上刁)로 피크 값을 보였다. 이상의 다양한 피크 분포로부터 대도시 에어로졸의 발생원이 매우 다양함을 유추할 수 있고 사례별 에어로졸 성분별 화학적 특성 규명과 모델링 연구를 병행한다면 배출원 및 수용지와의 관계까지 정량적으로 규명할 수 있을 것이다.
- 특정 지역 에어로졸의 물리적 특성 연구는 기상 상태별 입경별 수농도 분포 특성을 분석하는 것 뿐만 아니라, 사례별 농도 특성 경향을 파악하고 이를 모델링 연구와 연계시키는 연구를 포함하여야 한다. 그 이유는 대도시 입자 농도 특성을 모의하여 그 특성을 물리 .
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