[논문]연안 대도시 해풍 풍하측 계곡지역의 지표오존 분포 특성: 계절변화와 바람과의 관계

강재은; 오인보; 송상근; 김유근

doi:10.5322/jes.2012.21.2.153

연안 대도시 해풍 풍하측 계곡지역의 지표오존 분포 특성: 계절변화와 바람과의 관계
Characteristics of Surface Ozone in a Valley Area Located Downwind from Coastal Cities under Sea-breeze Condition: Seasonal Variation and Related Winds 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.21 no.2, 2012년, pp.153 - 163

강재은 (부산대학교 지구환경시스템학부) , 오인보 (울산대학교 환경보건센터) , 송상근 (부산대학교 지구환경시스템학부) , 김유근 (부산대학교 지구환경시스템학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The seasonal variations of ozone ($O_3$) concentrations were investigated with regard to the relationship between $O_3$ and wind distributions at two different sites (Jung Ang (JA): a semi-closed topography and Seo Chang (SC): a closed topography) within a valley city (Yangsan) and their comparison between these sites (JA and SC) and two non-valley sites (Dae Jeo (DJ) and Sang Nam (SN)) located downwind from coastal cities (Busan and Ulsan). This analysis was performed using the data sets of hourly $O_3$ concentrations, meteorological factors (especially, wind speed and direction), and those on high $O_3$ days exceeding the 8-h standard (60 ppb) during 2008-2009. In summer and fall (especially in June and October), the monthly mean values of the daily maximum $O_3$ concentrations and the number of high $O_3$ days at JA (and SC) were relatively higher than those at DJ (and SN). The increase in daytime $O_3$ concentrations at JA in June was likely to be primarily impacted by the transport of $O_3$ and its precursors from the coastal emission sources in Busan along the dominant southwesterly winds (about 5 m/s) under the penetration of sea breeze condition, compared to other months and sites. Such a phenomenon at SC in October was likely to be mainly caused by the accumulation of $O_3$ and its precursors due to the relatively weak winds under the localized stagnant weather condition rather than the contribution of regional transport from the emission sources in Busan and Ulsan.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

양산시 내에 위치한 대기질 측정망은 두 개 지점으로, 반개방형 계곡 내에 위치한 중앙(JA)지점과 폐쇄형 계곡 내에 위치한 서창(SC)지점이다. 또한 남동연안 해풍유입 방향과 지형을 고려할 때 중앙(JA)와 서창(SC)지점의 해풍유입시 풍상측에 위치할 가능성이 높은(Fig. 3 참조) 부산시의 대저(DJ)지점과 울산시의 상남(SN)지점의 자료가 비교를 위해 사용되었다. 대저(DJ)와 상남(SN)지점은 비계곡 지형에 있으며, 중앙 및 서창지점과 유사하게 각각 부산과 울산의 주요 배출원지역(공단지역 등)에서 형성된 오염공기괴의 이동 경로에 위치한다(이후 ‘비교지점’으로 표기, Fig.
본 연구를 통해 남동연안의 내륙 계곡분지 내 위치한 도시(양산시)에서의 지표오존농도의 계절변화 특성을 계곡의 지리/지형적 특성에 따른 농도변화와 바람과의 관계분석을 바탕으로 분석하였다. 양산시 내반 개방형 계곡에 위치한 중앙지점과 폐쇄형 계곡에 위치한 서창지점은 여름부터 가을까지(특히, 6월과 10월) 해풍발달시 풍상측 두 연안 대도시(부산과 울산) 내 비계곡 지형에 위치한 각각의 인근 비교지점(각각 대저와 상남)보다 대체로 높은 일최고 오존농도와 고농도 오존 발생빈도를 가져 연안 내륙 계곡지형 내 오존농도의 증가를 확인하였다.
본 연구에서는 남동연안의 해풍발달시 부산과 울산의 대도시 풍하측에 위치하는 양산시를 대상으로 내륙 계곡분지 지형 내 지표 오존농도의 분포 특징을 살펴보고, 인근 두 대도시로부터의 수송 영향을 바람 분석을 통해 진단하였다. 또한 대도시 풍하측 계곡지형의 영향을 보다 명확히 평가하기 위해 풍하측 비계곡 지형조건을 가진 지점과의 비교연구를 수행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 남동연안의 해풍발달시 부산과 울산의 대도시 풍하측에 위치하는 양산시를 대상으로 내륙 계곡분지 지형 내 지표 오존농도의 분포 특징을 살펴보고, 인근 두 대도시로부터의 수송 영향을 바람 분석을 통해 진단하였다. 또한 대도시 풍하측 계곡지형의 영향을 보다 명확히 평가하기 위해 풍하측 비계곡 지형조건을 가진 지점과의 비교연구를 수행하였다.
사용된 기상 및 대기질 자료의 기간은 대상지점 모두 분석에 유효한 수준의(75% 이상) 자료가 존재한 2008-2009년이다. 본 연구에서 적용한 고농도 오존발생일 기준은 현 우리나라 대기환경기준치이자 WHO 권고기준인 8시간 기준 60 ppb를 초과한 날로 정의하였다. 시간별 고농도 오존의 기준은 80 ppb 초과시로 하였으며, 이는 다수의 국내 오존연구에서 고농도 수준으로 적용된 바 있다(김, 2000; 하 등, 2006).
연안 내륙지역 해풍 풍하측의 지형조건 차이를 가진 지점 간에 뚜렷한 농도차와 고농도 발생차이를 가지며, 고농도 발생시 바람조건의 특성 차이를 보였던 6월(여름)과 10월(가을)을 대상으로 대표적인 고농도 사례를 선정하여 계곡지형 내 시간별 농도 및 기상요소의 변화 특성을 분석하였다.

대상 데이터

앞서 6월의 양산 내 두 지점의 오존농도 상승은 다소 강한 바람조건하에서 연안에 위치한 풍상측 오염원으로부터의 수송영향이 클 것으로 분석되었다. 따라서, 연안을 향한 반개방형 지형 내에서 해풍유입의 바람조건이 보다 빈번한 중앙(JA)지점의 고농도 오존일인 2009년 6월 13일을 해당월의 대표 사례일로 선정하였다.
본 연구에서 사용한 기상과 대기질 자료는 양산시와 인근 지역에 위치한 기상청 산하 AWS와 환경부 산하 대기질 측정망(Fig. 1)으로부터 얻어졌다. 양산시 내에 위치한 대기질 측정망은 두 개 지점으로, 반개방형 계곡 내에 위치한 중앙(JA)지점과 폐쇄형 계곡 내에 위치한 서창(SC)지점이다.
양산지역 내 10월의 오존농도 상승은 약한 풍속조건하에서 빈번하였으므로, 정체성 대기조건이 예상되며 폐쇄적 지형에 위치한 서창(SC)지점에서 고농도 오존이 지속된 2008년 10월 3-4일을 대표 사례일로 선정하였다.
연구 대상도시인 양산시는 Fig. 1에서 볼 수 있듯이 내륙 계곡지형 내에 발달된 도시로 북동쪽에는 주요 산업도시인 울산광역시, 남동쪽에는 다수의 인구가 밀집된 부산광역시, 남서쪽에는 중소산업단지가 위치한 김해, 북서쪽에는 비교적 청정지역인 밀양에 둘러싸여 위치하고 있다. 두 대도시 내 오존 전구물질인 NO_x와 VOCs 배출량 수준(1999-2006년 평균)은 양산시와 비교해 각각 부산은 12배와 9배, 울산은 12배와 20배에 이른다(국립환경과학원, 2011).

성능/효과

결론적으로 남동 연안 대도시 해풍 풍하측 계곡지역은 계절별 차이는 있으나 국지적 광화학 오존 생성 및 축적영향과 함께 해풍유입에 의한 두 연안 대도시내 오염공기괴의 이동영향이 예상되는 오존농도와 바람분포를 가졌다. 또한 계곡 지형의 특성에 따라 주풍향 및 풍속조건이 차이를 가지며, 이는 계곡 내 지표오존농도의 변화차이를 유발하는 주요 원인 중 하나로 설명된다.
대상지점의 고농도 오존 발생현황과 인근 지역과의 발생수준을 비교하기 위해 우리나라 남동부에 위치한 측정지점별 고농도 오존 발생빈도를 대상기간동안 조사한 결과, 연안 대도시인 부산과 울산은 전반적으로 배출원이 집중된 산업지역과 도심을 중심으로 발생빈도가 낮고 인근 외곽지역으로 높았다(해당결과 그림 미제시). 특히, 계곡 분지지형 내 위치한 연안 대도시 외곽 지점들에서 보다 높은 고농도 발생빈도가 나타났으며(최고 132일), 중앙(JA)과 서창(SC)지점 역시 각각 80일과 90일로 연평균 40일 이상의 높은 빈도를 가졌다.
특히, 4일의 경우 서창(SC)지점은 지속된 약한 풍속 조건하에서 인근 상남(SN)지점보다 약 30 ppb 높은 일최고농도값을 가졌다. 또한 해당일의 일최고농도값 발생시간은 6월 사례보다 빠른 14:00 LST로 대체로 일사량이 최대인 시간대이며, 일최대풍속 발생(15:00 LST) 이후 농도가 크게 감소하여 광화학 오존 생성에 의한 농도변화 모습을 확인할 수 있다. 또한 고농도 오존일 동안(3-4일) 상남(SN)지점으로부터의 풍향(북동풍)이 발달하지 않아 울산 연안 오염원으로부터의 오존 및 전구물질의 수송영향은 크지 않게 된다.
본 연구를 통해 남동연안의 내륙 계곡분지 내 위치한 도시(양산시)에서의 지표오존농도의 계절변화 특성을 계곡의 지리/지형적 특성에 따른 농도변화와 바람과의 관계분석을 바탕으로 분석하였다. 양산시 내반 개방형 계곡에 위치한 중앙지점과 폐쇄형 계곡에 위치한 서창지점은 여름부터 가을까지(특히, 6월과 10월) 해풍발달시 풍상측 두 연안 대도시(부산과 울산) 내 비계곡 지형에 위치한 각각의 인근 비교지점(각각 대저와 상남)보다 대체로 높은 일최고 오존농도와 고농도 오존 발생빈도를 가져 연안 내륙 계곡지형 내 오존농도의 증가를 확인하였다.
6월 고농도 오존일(10:00-17:00 LST)의 경우, 중앙 지점은 탁월한 남풍(88%)과 5 m/s 이상에서 시간별 고농도(80 ppb 이상)가 빈번히 발생되어 풍상측 기류 유입이 오존농도 증가와 밀접한 관련을 보였다. 연안으로부터 해풍이 발달된 고농도 사례에서 중앙지점은 풍상측 비계곡 비교지점보다 늦은 시간에 동일한 남풍조건하의 보다 강한 일최대 풍속(15:00 LST, 약 6 m/s)과 이후 16:00 LST에 보다 높은 일최고 농도값(+10 ppb)을 가졌다. 즉, 계곡 내 해풍유입으로 인해 남쪽 연안 대도시(부산 포함) 오염원들로부터의 오존 및 전구물질의 수송이 늦은 오후 농도상승에 기여한 것으로 분석된다.
14:00 LST의 수평분포에서 볼 수 있듯이 중앙(JA)지점의 강한 남서풍(5 m/s)은 연안에 위치한 풍상측의 다른 지점과 함께 발달되어 해풍 영향에 의한 바람분포임을 확인할 수 있다. 이후 16:00 LST(15:00 LST부터)에 중앙(JA)지점은 지속된 강한 남서풍의 해풍유입과 함께 오존농도가 증가하여 대저(DJ) 비교 지점을 포함한 인근 남서 풍상측 지점들보다 높은 오존농도값을 가졌다. 중앙(JA)지점의 일최고 오존농도가 나타난 16:00 LST의 풍속은 인근 지점들보다 강한 약 6 m/s로, 국지적으로 배출된 오존 전구물질들에 의한 광화학 오존생성 영향은 작아지게 된다.
대상지점의 고농도 오존 발생현황과 인근 지역과의 발생수준을 비교하기 위해 우리나라 남동부에 위치한 측정지점별 고농도 오존 발생빈도를 대상기간동안 조사한 결과, 연안 대도시인 부산과 울산은 전반적으로 배출원이 집중된 산업지역과 도심을 중심으로 발생빈도가 낮고 인근 외곽지역으로 높았다(해당결과 그림 미제시). 특히, 계곡 분지지형 내 위치한 연안 대도시 외곽 지점들에서 보다 높은 고농도 발생빈도가 나타났으며(최고 132일), 중앙(JA)과 서창(SC)지점 역시 각각 80일과 90일로 연평균 40일 이상의 높은 빈도를 가졌다. 이 빈도는 두 비교지점(대저(DJ) 74일, 상남(SN) 69일)보다 높아 내륙계곡 지역 내 기류정체 등의 영향이 예상된다.

후속연구

그러나 일반적으로 외부 수송영향은 계곡 내 고도에 따라 차이를 가지게 되므로, 보다 상세한 진단 및 평가를 위해 기상 및 대기질의 연직관측과 함께 복잡지형 및 지표상태와 상세 배출량이 고려된 3차원 광화학 수송모델을 통한 다양한 사례별 정량분석이 요구된다. 이러한 연구결과들은 지역적 규모 고농도 오염발생시의 대책 방안 및 향후 도시 간 대기환경 개선에 관한 정책 마련의 기초자료에 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지표부근 오존 농도에서 해풍유입의 역할은?	오존농도는 전구물질 배출과 수송, 축적 과정을 통해 일반적으로 배출원 풍하측에서 상대적으로 높게 나타난다(Derwent, 2000; Lin 등, 1996; NRC, 1991). 연안 대도시지역의 경우, 해풍유입은 오존 및 전구물질을 인근 내륙으로 수송시켜 풍하측(교외지역 포함)의 오존농도를 빈번히 상승시키는 중요한 역할을 한다(Liu와 Chan, 2002; Lu와 Turco, 1995). 해풍에 의한 풍하측 오존 고농도현상은 국외 여러 지역을 대상으로 한 연구에서 이미 많이 알려진 사실이다.
	지표부근에서의 오존이란?	지표부근 오존은 질소산화물(NOx)과 휘발성유기화합물(VOCs)등이 포함된 오염공기괴 내에서 광화학 반응으로 생성되는 대표적인 2차 대기오염물질이다. 오존농도는 전구물질 배출과 수송, 축적 과정을 통해 일반적으로 배출원 풍하측에서 상대적으로 높게 나타난다(Derwent, 2000; Lin 등, 1996; NRC, 1991).
	오존농도가 배출원 풍하측에서 높게 나타나는 이유는?	지표부근 오존은 질소산화물(NOx)과 휘발성유기화합물(VOCs)등이 포함된 오염공기괴 내에서 광화학 반응으로 생성되는 대표적인 2차 대기오염물질이다. 오존농도는 전구물질 배출과 수송, 축적 과정을 통해 일반적으로 배출원 풍하측에서 상대적으로 높게 나타난다(Derwent, 2000; Lin 등, 1996; NRC, 1991). 연안 대도시지역의 경우, 해풍유입은 오존 및 전구물질을 인근 내륙으로 수송시켜 풍하측(교외지역 포함)의 오존농도를 빈번히 상승시키는 중요한 역할을 한다(Liu와 Chan, 2002; Lu와 Turco, 1995).

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저자의 다른 논문 :

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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