선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그리고 이러한 분석 결과를 기초로 기류의 이동경로별 에어로졸 조성을 비교하고 오염물질의 유입경로와 배출원 특성을 조사하였다. 또한 기류의 유입경로에 따른 에어로졸 조성 변화를 상호 비교함으로써 주변국가에서 발생하여 한반도로 장거리 이동하는 대기오염물질의 영향을 평가하고자 하였다.
- 본 연구는 국내 배경지역인 제주도 고산 지역에서 장기간 TSP 에어로졸을 채취하여 에어로졸의 주요 이온 및 원소 성분을 분석한 결과이다. 그리고 이러한 분석 결과를 기초로 기류의 이동경로별 에어로졸 조성을 비교하고 오염물질의 유입경로와 배출원 특성을 조사하였다.
제안 방법
- NH4+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 양이온은 Metrohm Modula IC (907 IC pump, 732 IC detector)와 Metrohm Metrosep Cation 1-2-6 분리관을 사용하여 유속 1.0 mL/min, 시료주입량 20 μL, 4.0 mM tartaric acid/1.0 mM pyridine-2,6-dicarboxylic acid 용리액 조건, 또는 Metrohm Metrosep C 2-150 분리관, 1.0 mL/min 유속, 100 μL 시료주 입량, 2.0 mM Nitric acid 용리액의 조건으로 분석하였다.
- 기류의 이동경로에 따른 에어로졸의 조성 변화를 알아보기 위하여 기류의 유입경로를 3개의 구간으로 나누어 각 구간별로 그 조성을 비교하였다. 공기의 이동경로는 중국대륙(I구간), 한반도(II구간), 북태평양 및 일본(III구간) 구간으로 분류하였고(그림 5 참조), 역궤적 분석을 통해 기류의 이동경로를 추적하였다. 이때 역궤적 분석은 NOAA의 HYSPLIT4 모델을 이용하여 시료채취 시기를 기준으로 모사시간을 5일로 설정하였다.
- 0 L/min이다. 그리고 극미량의 금속원소들은 Ultrasonic Nublizer (CETAC Tech., model U5000AT, USA)를 사용하여 대략 10배 정도 농축하여 분석하였다. 이러한 방법으로 수회에 걸쳐 분석한 금속원소들의 평균 기기검출한계(IDL)는 표 2와 같이 금속원소들은 0.
- 본 연구는 국내 배경지역인 제주도 고산 지역에서 장기간 TSP 에어로졸을 채취하여 에어로졸의 주요 이온 및 원소 성분을 분석한 결과이다. 그리고 이러한 분석 결과를 기초로 기류의 이동경로별 에어로졸 조성을 비교하고 오염물질의 유입경로와 배출원 특성을 조사하였다. 또한 기류의 유입경로에 따른 에어로졸 조성 변화를 상호 비교함으로써 주변국가에서 발생하여 한반도로 장거리 이동하는 대기오염물질의 영향을 평가하고자 하였다.
- 기류 유입경로에 따른 조성변화를 각 계절별로 분류하여 비교해 보았다. 계절별로 분류한 기류의 이동경로는 봄철에 I~III구간에서 각 75.
- 기류의 이동경로에 따른 에어로졸의 조성 변화를 알아보기 위하여 기류의 유입경로를 3개의 구간으로 나누어 각 구간별로 그 조성을 비교하였다. 공기의 이동경로는 중국대륙(I구간), 한반도(II구간), 북태평양 및 일본(III구간) 구간으로 분류하였고(그림 5 참조), 역궤적 분석을 통해 기류의 이동경로를 추적하였다.
- 그리고 700 mb와 850 mb 기압면에 대한 역궤적은 일기도를 이용하여 직접 작성이 가능하고, 대기 경계층 이동을 보다 잘 묘사하는 중층개기의 바람 이동을 살펴 볼 수 있는 장점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 역궤적 분석을 위한 출발점 고도를 850 mb 면인 1,500 m로 설정하였고, 출발 시간은 해당 날짜의 매 00 UTC를 이용하였다. 역궤적 분석은 미국해양대기국(NOAA)에서 제공하는 HYSPLIT4 (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) 모델을 이용하였다.
- 또한 SO42- , NO3-, Cl- 음이온은 Metrohm Modula IC와 Metrohm Metrosep A-SUPP-4 또는 Metrohm Metrosep A-SUPP-5 분리관을 사용하여 유속 0.7~1.0 mL/min, 시료주입량 20 μL, 1.8 mM NaHCO3/1.7 mM Na2CO3 용리액, 0.2% H2SO4 써프레서 용액의 조건으로 분석하였다(Ko et al., 2010).
- 에어로졸의 원소 성분은 마이크로파 분해 장치를 사용하여 혼합산 용액으로 용출하였고, 2003~2005년까지는 EPA Method 3051A 방법으로 2006년 이후에는 US EPA의 ‘Compendium of methods for the determination of inorganic compounds in ambient air (Method IO-3)’ 방법으로 전처리하였다. 시료가 채취된 필터를 테프론(PFA, polyfluoroalkoxy) 용기에 넣고 5.55% HNO3/16.75% HCl 혼합산 10 mL를 가한 후 마이크로파를 조사(1,200 W)하였다. 이때 온도는 10분 동안 180°C로 상승하였고, 이 온도에서 10분간 유지시킨 후 서서히 상온으로 냉각하였다.
- , 2009). 시료를 채취한 필터는 대략 3개월 간격으로 샘플러로부터 분리하여 냉동고에 보관한 상태에서 에어로졸 성분을 분석하였다. 필터는 시료가 채취된 부분을 원형으로 잘라낸 뒤 이를 이등분하여 반쪽은 수용성 이온성분, 나머지 반쪽은 원소 성분 분석에 이용하였다.
- , 2010). 이때 기기검출한계(IDL)는 IC 분석용 표준용액(최소농도)을 사용하여 7회 반복 분석 후 측정하였고 정밀도는 측정한 각 값들이 재현성을 측정하여 변동계수(CV)로 비교하였다. 이온성분 분석을 위한 IC의 평균 기기검출한계(98% 신뢰수준)와 변동계수는 표 1과 같다.
- 공기의 이동경로는 중국대륙(I구간), 한반도(II구간), 북태평양 및 일본(III구간) 구간으로 분류하였고(그림 5 참조), 역궤적 분석을 통해 기류의 이동경로를 추적하였다. 이때 역궤적 분석은 NOAA의 HYSPLIT4 모델을 이용하여 시료채취 시기를 기준으로 모사시간을 5일로 설정하였다. 3개의 구간으로 분류하여 구간별로 기류의 이동경로를 비교해 본 결과, 그 빈도는 I 구간 65.
- , 1997). 이러한 변화를 파악하기 위하여 에어로졸 성분의 농도를 계절별로 비교하였다.
- 전처리를 거친 에어로졸의 금속 성분들은 ICPOES (Thermo Jarrel Ash, Model IRIS-DUO, USA)로 20종의 금속 및 황 원소 성분을 분석하였다. 분석 시 표준용액은 AccuStandard사의 ICP용 1,000 μg/mL 용액을 초순수와 혼산 용액으로 희석하여 조제하였다.
- 제주도 고산지역에서 2003~2007년에 채취한 TSP의 성분을 분석하여 대기 에어로졸의 조성과 기류의 유입경로별 조성 특성을 조사하였다. 연구기간의 고산 지역 에어로졸 조성은 대체적으로 인위적 기원 성분들의 농도가 가장 높고, 다음으로 해양과 토양 성분의 함량이 높게 나타나는 경향을 보였다.
- 시료를 채취한 필터는 대략 3개월 간격으로 샘플러로부터 분리하여 냉동고에 보관한 상태에서 에어로졸 성분을 분석하였다. 필터는 시료가 채취된 부분을 원형으로 잘라낸 뒤 이를 이등분하여 반쪽은 수용성 이온성분, 나머지 반쪽은 원소 성분 분석에 이용하였다.
대상 데이터
- 2003년 1월부터 2007년 12월까지 채취한 총 692개 TSP 시료에 대해 주요 이온 및 원소 성분을 분석하였다(Park et al., 2004). 이 중에서 채취 시 강수량이 3 mm 이상인 경우를 제외한 나머지 574개 시료에서 이온과 원소 성분의 농도를 그림 1에 비교하였다.
- TSP 에어로졸 시료는 제주도 ‘고산’ 측정소(33°28′N, 127°17′E)에서 high volume tape sampler (KIMOTO Electric Co., 195A, Japan)를 사용하여 2003년 1월부터 2007년 12월까지 대략 3일 간격, 24시간 단위로 총 692개를 채취하였다.
- 그리고 고산지역(33°28′N, 경도 127°17′E)을 도착지점으로 5일간의 역궤적 경로를 모사하였고, 기상 자료는 미국 NCEP (National Center for Environmental Prediction)의 중규모 기상모델(MRF)인 GDAS (global data assimilation system) 데이터를 이용하였다(NOAA, 2009).
- 분석 시 표준용액은 AccuStandard사의 ICP용 1,000 μg/mL 용액을 초순수와 혼산 용액으로 희석하여 조제하였다.
- , PTFE 100 mm×10 m, Japan)를 사용하여 연속적으로 시료를 채취할 수 있는 자동시스템이며, 시료의 채취시간을 임의로 조절할 수 있는 타이머가 부착되어 있다. 샘플러는 측정소의 컨테이너 내부에 탑재하였고, 공기 흡입관(길이 7 m, 내경 38 mm인 flexible hose)은 컨테이너의 측면을 관통시켜 지상 약 6 m 높이의 에어로졸이 포집될 수 있도록 설치하였다. 이때 흡입 공기의 유속은 초기속도가 대략 170 L/min이 되도록 조절하였다(Kang et al.
- 용출액은 주사기필터(Whatman, PVDF syringe filter, 0.45 μm pore size, 13 or 25 mm diameter)로 불용성 입자를 거른 후 여액을 이온 분석용 시료로 이용하였다.
- 분석 시 표준용액은 AccuStandard사의 ICP용 1,000 μg/mL 용액을 초순수와 혼산 용액으로 희석하여 조제하였다. 이때 희석용매는 매트릭스 효과를 최소화시키기 위하여 시료의 전처리 과정과 동일한 비율로 HNO3과 HCl을 혼합한 용액을 사용하였다. 검정곡선 작성 시 사용한 표준용액은 시료의 농도에 따라 고농도 성분들은 0.
데이터처리
- 에어로졸 성분의 발생기원 및 특성을 확인하기 위하여 SPSS 통계프로그램으로 요인분석을 실시하였다. 요인분석은 주성분분석을 통해 요인의 수를 결정하였고 베리맥스(Varimax) 회전법에 의해 산출한 결과로부터 모두 3개의 요인을 추출하였다.
- 에어로졸 성분의 발생기원 및 특성을 확인하기 위하여 SPSS 통계프로그램으로 요인분석을 실시하였다. 요인분석은 주성분분석을 통해 요인의 수를 결정하였고 베리맥스(Varimax) 회전법에 의해 산출한 결과로부터 모두 3개의 요인을 추출하였다. 표 3과 같이 요인분석 결과에서는 전체 인자 중 62.
이론/모형
- 에어로졸의 원소 성분은 마이크로파 분해 장치를 사용하여 혼합산 용액으로 용출하였고, 2003~2005년까지는 EPA Method 3051A 방법으로 2006년 이후에는 US EPA의 ‘Compendium of methods for the determination of inorganic compounds in ambient air (Method IO-3)’ 방법으로 전처리하였다.
- 따라서 본 연구에서는 역궤적 분석을 위한 출발점 고도를 850 mb 면인 1,500 m로 설정하였고, 출발 시간은 해당 날짜의 매 00 UTC를 이용하였다. 역궤적 분석은 미국해양대기국(NOAA)에서 제공하는 HYSPLIT4 (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) 모델을 이용하였다. 그리고 고산지역(33°28′N, 경도 127°17′E)을 도착지점으로 5일간의 역궤적 경로를 모사하였고, 기상 자료는 미국 NCEP (National Center for Environmental Prediction)의 중규모 기상모델(MRF)인 GDAS (global data assimilation system) 데이터를 이용하였다(NOAA, 2009).
성능/효과
- 이때 역궤적 분석은 NOAA의 HYSPLIT4 모델을 이용하여 시료채취 시기를 기준으로 모사시간을 5일로 설정하였다. 3개의 구간으로 분류하여 구간별로 기류의 이동경로를 비교해 본 결과, 그 빈도는 I 구간 65.3%, II구간 13.1%, III구간 15.0%, 그 외에 중복 구간 6.6%로 연구기간 동안에 중국대륙으로부터 기류의 유입 빈도가 가장 많았던 것으로 조사되었다. 그리고 각 구간별로 TSP 에어로졸 성분의 농도를 비교해 본 결과, 해염성분(Na+, Cl-)을 제외한 나머지 대부분의 성분들이 I구간에서 가장 높은 농도를 나타내었다.
- 연구기간의 고산 지역 에어로졸 조성은 대체적으로 인위적 기원 성분들의 농도가 가장 높고, 다음으로 해양과 토양 성분의 함량이 높게 나타나는 경향을 보였다. 계절별 대기에어로졸 조성은 인위적 기원의 성분들은 봄과 여름에 높은 경향을 보였고, 토양 기원 성분들은 봄에 현저하게 높은 것으로 조사되었다. 그리고 대부분의 성분들이 여름에 가장 낮은 농도를 나타내었고, 해양 기원 성분들은 계절별로 뚜렷한 차이를 보이지 않았다.
- 계절별로 주요 TSP 성분의 농도를 비교해 보면, 표 4의 결과와 같이 봄철 nss-SO42- 농도가 I~III구간에서 각각 9.10, 5.97, 3.78 μg/m3로 I구간이 III구간에 2.4배 정도 더 높은 농도를 나타내었다.
- 12 μg/m3의 농도를 나타내어 이 역시 앞의 인위적 성분들과 마찬가지로 I구간에서 가장 높은 경향을 보였다. 그리고 Mn, Zn, Cr, Pb, Cu, Cd 등의 주요 중금속 성분들 농도 역시 I구간에서 각각 18.0, 59.4, 2.1, 56.6, 5.1, 0.9 ng/m3, II구간에서 15.2, 38.7, 1.9, 36.4, 4.3, 0.8 ng/m3, III구간에서 5.0, 17.3, 0.9, 13.8, 2.7, 0.4 ng/m3로 앞의 인위 및 토양 성분들과 마찬가지로 I구간에서 가장 높고 III구간에서 낮은 농도를 나타내는 것으로 확인되었다. 그러나 해염의 지표 성분인 Na+과 Cl는 I구간에서 각각 2.
- 6%로 연구기간 동안에 중국대륙으로부터 기류의 유입 빈도가 가장 많았던 것으로 조사되었다. 그리고 각 구간별로 TSP 에어로졸 성분의 농도를 비교해 본 결과, 해염성분(Na+, Cl-)을 제외한 나머지 대부분의 성분들이 I구간에서 가장 높은 농도를 나타내었다. 이러한 경향은 Kang et al.
- 기류 유입경로에 따른 에어로졸 조성을 계절별로 분류하여 비교해 본 결과, 봄, 가을, 겨울철에는 대체적으로 nss-SO42-, NO3-, nss-Ca2+, Al 성분이 모두 중국대륙에서 기류가 이동했을 때 더 높은 농도를 나타내었다. 그러나 여름철에는 한반도에서 기류가 유입되었을 때 NO3-, nss-Ca2+, Al의 농도가 다소 더 높은 특징을 보였다.
- 3% 정도가 중국대륙으로부터 유입되었다. 기류 이동경로별로 에어로졸 조성을 비교해 본 결과, 고산지역 TSP는 인위적 기원의 nss-SO42-, S, NO3-, 토양 기원의 nss-Ca2+, Al, Fe, Ca, 중금속 Mn, Zn, Cr, Pb, Cu, Cd 등이 중국의 오염 영향을 더 많이 받는 것으로 조사되었다. 그러나 해양 기원 성분들은 기류가 일본 및 북태평양 지역에서 유입되었을 때 오히려 더 높은 농도를 나타내어 이들 성분들과는 다른 변화를 나타내었다.
- 이들 성분들은 대부분 토양입자의 구성 성분들로 이들이 높은 적재값을 나타내는 것은 대기에어로졸이 토양입자의 유입에 의해 크게 영향을 받고 있음을 의미한다. 두 번째 인자는 24.4%의 설명력을 보였고, NH4+, K+, nss-SO42-, S, Zn, Pb, Cd 등의 적재값이 높게 나타났다. 이들 성분들은 대체적으로 자동차, 난방 연료, 산업체 등으로부터 발생하는 성분들로 인위 오염원의 영향도 비교적 크게 작용하고 있음을 알 수 있다.
- 0%이었다. 따라서 이들 성분들만을 기준으로 본 고산 지역 TSP 에어로졸의 조성은 인위적 기원 성분들의 농도가 가장 높고, 다음으로 해양과 토양 성분의 함량이 높게 나타나는 경향을 보이고 있다.
- 세 번째 인자에서는 대표적인 해염성분인 Na+, Cl-, Na 등의 적재값이 높게 나타나 대기에어로졸 조성이 해양의 영향을 받고 있음을 의미한다. 따라서 이상과 같은 요인분석 결과를 전체적으로 종합해 보면, 고산 지역의 TSP 대기에어로졸은 토양의 영향을 가장 많이 받고 있고, 다음으로 인위적 영향, 그 다음으로 해양의 영향을 많이 받고 있는 것으로 추정된다.
- 또한 주요 에어로졸 성분들의 농도를 구간별로 비교해 본 결과, 인위적 기원의 nss-SO42- 농도는 I구간에서 7.65 μg/m3, II구간에서 6.83 μg/m3, III구간에서 3.73 μg/m3로 I구간에서 가장 높고, 이에 비해 III구간에서는 2배 정도 더 낮은 농도를 나타내었다.
- 먼저 이온성분의 농도를 보면, nss-SO42-가 가장 높은 농도를 나타내었고, 봄, 여름, 가을, 겨울철에 각각 8.12, 7.13, 5.83, 6.82 μg/m3로 봄과 여름철에 더 높은 농도를 나타내었다.
- 이들 성분들은 대체적으로 자동차, 난방 연료, 산업체 등으로부터 발생하는 성분들로 인위 오염원의 영향도 비교적 크게 작용하고 있음을 알 수 있다. 세 번째 인자에서는 대표적인 해염성분인 Na+, Cl-, Na 등의 적재값이 높게 나타나 대기에어로졸 조성이 해양의 영향을 받고 있음을 의미한다. 따라서 이상과 같은 요인분석 결과를 전체적으로 종합해 보면, 고산 지역의 TSP 대기에어로졸은 토양의 영향을 가장 많이 받고 있고, 다음으로 인위적 영향, 그 다음으로 해양의 영향을 많이 받고 있는 것으로 추정된다.
- 제주도 고산지역에서 2003~2007년에 채취한 TSP의 성분을 분석하여 대기 에어로졸의 조성과 기류의 유입경로별 조성 특성을 조사하였다. 연구기간의 고산 지역 에어로졸 조성은 대체적으로 인위적 기원 성분들의 농도가 가장 높고, 다음으로 해양과 토양 성분의 함량이 높게 나타나는 경향을 보였다. 계절별 대기에어로졸 조성은 인위적 기원의 성분들은 봄과 여름에 높은 경향을 보였고, 토양 기원 성분들은 봄에 현저하게 높은 것으로 조사되었다.
- 연구기간의 이온 성분 농도는 nss-SO42->NO3->NH4+>Na+>Cl-> K+>Mg2+>nss-Ca2+ 순으로 nss-SO42- 농도가 가장 높게 나타났다.
- 그리고 대부분의 성분들이 여름에 가장 낮은 농도를 나타내었고, 해양 기원 성분들은 계절별로 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. 요인분석에 의해 대기에어로졸 성분의 발생 기원을 조사해 본 결과, 고산 지역의 대기에어로졸은 토양의 영향을 가장 많이 받고 있고, 다음으로 인위적 영향, 그 다음으로 해양의 영향을 많이 받고 있는 것으로 조사되었다.
- 3%의 설명력을 보였다. 이 중 첫 번째 인자는 26.1%의 설명력을 보였고, nss-Ca2+, Al, Fe, Ca, K, Mg, Ti, Mn, Sr, V, Co 성분이 비교적 높은 적재값을 나타내었다. 이들 성분들은 대부분 토양입자의 구성 성분들로 이들이 높은 적재값을 나타내는 것은 대기에어로졸이 토양입자의 유입에 의해 크게 영향을 받고 있음을 의미한다.
- 원소 성분들 중에서 Al, Ca, Fe, Ti, Ba, Sr 등의 토양기원 성분의 농도가 봄철에 상승하는 것은 이러한 황사입자의 유입에 의해 영향을 받고 있음을 의미하는 결과이다(선우영, 2005). 이들 성분들 외에도 인위적 기원의 Pb, Zn, V 또한 대체적으로 봄철에 높은 농도를 보였고 나머지 기간에는 뚜렷한 계절적 차이를 나타내지 않는 것으로 확인되었다.
- 연구기간의 이온 성분 농도는 nss-SO42->NO3->NH4+>Na+>Cl-> K+>Mg2+>nss-Ca2+ 순으로 nss-SO42- 농도가 가장 높게 나타났다. 이들 성분들의 발생기원별 조성비를 비교해 보면, 인위적 기원의 성분들(NH4+, NO3-, nssSO42-)이 70.4%로 가장 높은 함량을 나타내었고, 다음으로는 해염 기원 성분들(Na+, Mg2+, Cl-)이 25.6%, 토양 기원 성분(nss-Ca2+)이 1.7%의 함량을 보였다. 또한 원소 성분의 농도(그림 2)는 S>Na>Al>Ca >K>Fe>Mg>Zn>Pb>Ti>Mn>Ba>V>Cu> Ni>Sr>Cr>Mo>Cd>Co 순으로 높게 나타났다.
- 이러한 결과들을 종합해 보면, 고산지역 TSP 대기에어로졸 조성은 인위적 기원의 nss-SO42-, S, NO3-, 토양 기원의 nss-Ca2+, Al, Fe, Ca, 중금속 Mn, Zn, Cr, Pb, Cu, Cd 등이 기류가 중국대륙으로부터 유입되었을 때 더 높은 농도를 보이고, 이들 성분들은 중국의 오염 영향을 더 많이 받는 것으로 추정된다. 그러나 해양 기원 성분들은 기류가 일본 및 북태평양 지역에서 유입되었을 때 오히려 더 높은 농도를 나타내어 위의 성분들과는 다른 변화 추세를 보였다.
- 3%의 빈도를 나타내었다. 이러한 결과로 보아 대체적으로 본 연구 기간에 기류의 이동은 봄, 가을, 겨울철에는 주로 중국대륙에서 유입되었고, 이에 비해 여름철에는 상대적으로 일본 및 북태평양 지역에서의 유입 빈도가 높은 경향을 보였다.
후속연구
- 이는 동북아 지역에서 배출되는 대기오염물질이 주로 봄, 가을, 겨울에 편서풍 풍하에 위치한 한반도로 이동하여 대기질에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다(선우영, 2005). 그리고 이러한 장거리 이동 오염원의 영향을 확인하기 위해서는 기류 이동경로를 확인하고 이 시기의 오염물질 농도 변화를 비교할 필요가 있다. 그리고 이로부터 기류이동에 따른 각종 대기오염물질의 조성변화를 관측함으로써 그 배출원을 추정하고 장거리 이동 오염물질의 영향을 파악할 필요가 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.