[논문]대기배경지역 에어로졸의 입경별 수농도 연속 측정

강창희; 허철구

doi:10.5322/jes.2012.21.4.535

대기배경지역 에어로졸의 입경별 수농도 연속 측정
Continuous Measurements of Size Separated Atmospheric Aerosol Number Concentration in Background Area 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.21 no.4, 2012년, pp.535 - 543

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The aerosol number concentration have measured with an aerodynamic particle sizer spectrometer(APS) at Gosan site, which is known as background area in Korea, from January to September 2011. The temporal variation and the size distribution of aerosol number concentration have been investigated. The entire averaged aerosol number concentration in the size range 0.25~32.0 ${\mu}m$ is about 252 particles/$cm^3$. The number concentration in small size ranges(${\leq}0.5{\mu}m$) are very higher than those in large size ranges, such as, the number concentration in range of larger than 6.5 ${\mu}m$ are almost zero particles/$cm^3$. The contributions of the number concentration to PM10 and/or PM2.5 are about 34%, 20.1% and 20.4% in the size range 0.25~0.28 ${\mu}m$, 0.28~0.30 ${\mu}m$ and 0.30~0.35 ${\mu}m$, respectively, however, the contributions are below 1% in range of larger than 0.58 ${\mu}m$. The monthly variations in the number concentration in smaller size range(<1.0 ${\mu}m$) are evidently different from the variations in range of larger than 1.0 ${\mu}m$, but the variations are appeared similar patterns in smaller size range(<1.0 ${\mu}m$), also the variations in range of larger than 1.0 ${\mu}m$ are similar too. The diurnal variations in the number concentration for smaller particle(<1.0 ${\mu}m$) are not much, but the variations for larger particle are very evident. Size-fractioned aerosol number concentrations are dramatically decreased with increased particle size. The monthly differences in the size-fractioned number concentrations for smaller size range(<0.7 ${\mu}m$) are not observed, however, the remarkable monthly differences are observed for larger size than 0.7 ${\mu}m$.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 인위적인 발생원의 직접적인 영향을 배제할 수 있는 배경지역에서의 에어로졸 수농도를 장기간 동안 연속 측정함으로써 대기 에어로졸의 장기적인 변화 특성을 파악하고 인체 및 기후변화에 미치는 영향을 종합적으로 평가하는데 유용한 기초자료를 확보하고자 하였다.
인위적인 발생원의 직접적인 영향을 배제할 수 있는 배경지역에서의 에어로졸 수농도 현황을 파악하고 변화추이를 알아보기 위하여 배경지역으로 알려져 있는 제주도 고산관측소에서 2011년 1월부터 9월까지 에어로졸 수농도를 연속측정한 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

고산관측소에서 측정된 수농도 데이터는 'TCP/IP to COM Port'를 사용하여 메모리 카드에 저장하고, ‘Cat 5 cable'을 통하여 컴퓨터에 5분 간격으로 저장하였다.
1～1,500 μg/m³이며, 총 32-channel로 측정이 가능한 시스템이다. 그리고 Grimm 사에서 개발한 프로그램을 이용하여 수농도를 PM10, PM2.5, PM1.0 질량농도로의 환산도 가능하다. APS 장비는 2010년 3월 24일에 제주도 고산관측소 현장에 설치하여 연속적으로 실시간 측정 중에 있으나, 본 연구에서는 2011년 1월부터 10월까지(단, 6월에는 측정장비 정비로 인해 결측되었음.
고산관측소에서 측정된 수농도 데이터는 'TCP/IP to COM Port'를 사용하여 메모리 카드에 저장하고, ‘Cat 5 cable'을 통하여 컴퓨터에 5분 간격으로 저장하였다. 그리고 현장 컴퓨터와 연구실의 컴퓨터를 인터넷 라인으로 연결하여 원격관측이 가능할 수 있도록 시스템을 구성하였다.
이 APS 장비는 광산란으로 입자의 개수와 크기 분포를 측정하는 방식이다. 레이저 광원을 에어러솔 입자에 조사하고, 측방에서 산란광의 크기와 빈도를 검출하여 수농도를 측정하며, 장치의 구성은 광원인 반도체 레이저, 분진과 레이저가 교차되는 Sensing 쳄버, 흡입공기 유량을 일정하게 유지하는 펌프로 이루어졌다.

대상 데이터

0 질량농도로의 환산도 가능하다. APS 장비는 2010년 3월 24일에 제주도 고산관측소 현장에 설치하여 연속적으로 실시간 측정 중에 있으나, 본 연구에서는 2011년 1월부터 10월까지(단, 6월에는 측정장비 정비로 인해 결측되었음.)의 측정결과를 이용하였다. 고산관측소에서 측정된 수농도 데이터는 'TCP/IP to COM Port'를 사용하여 메모리 카드에 저장하고, ‘Cat 5 cable'을 통하여 컴퓨터에 5분 간격으로 저장하였다.
본 연구를 수행한 제주도는 중국과 일본의 중앙에 위치하고 있고 한반도와 약 100 km, 중국 상하이와 500 km, 일본 규수와는 250 km 정도 떨어진 청정지역이다. 그리고 대륙에서 장거리 이동되는 오염물질들의 특성을 파악하는데 아주 유리한 지형적 조건을 갖추고 있다.

이론/모형

본 연구에서 에어로졸 수농도 측정을 위해 사용한 APS (Aerodynamic Particle Sizer Spectrometer)는 광산란법 분광기 (Grimm Aerosol Technik GmbH & Co., model #179, Germany)로써 야외 현장용 미세분진 연속측정 수분제어시스템 (Grimm Aerosol Technik GmbH & Co., model #365, Germany)을 부착하여 사용하였다.

성능/효과

1.0 ㎛ 보다 작은 에어로졸의 수농도는 입경이 커짐에 따라 급격히 감소하다가 1.0 ∼ 2.0 ㎛ 구간에서는 완만한 감소를 보이며, 2.0 ∼ 2.5 ㎛ 구간에서 약간 증가하는 경향을 나타내고 2.5 ㎛ 보다 큰 입자 구간에 서는 미세입자와 유사한 입경분포를 나타내며 월별로 다소 다른 입경분포특성을 보였다.
1.0 ㎛ 보다 작은 입경 구간에서는 2월이 가장 높고 점차 낮아져 7월에 가장 낮으며 그 이후에는 약간 상승하는 경향을 보인 반면 1.0 ㎛ 보다 큰 입경 구간에서는 5월과 8월의 월평균 수농도가 다른 달에 비해 월등히 높은 특징적인 변화 양상을 보였다.
0 ㎛ 보다 큰 입경 구간에서는 5월과 8월의 월평균 수농도가 다른 달에 비해 월등히 높은 특징적인 변화 양상을 보였다. 또한 한낮 시간대의 농도가 야간 보다 낮은 일 중 경시변화를 보이는데, 1.0 ㎛ 보다 큰 입자 구간에서 상대적 농도 차이가 더욱 크게 나타났다.
본 연구 기간 동안 측정된 0.25 ∼ 32 ㎛ 크기 범위의 에어로졸 수농도 전체평균은 252.36 particles/㎝3이며 수농도의 대부분은 0.5 ㎛ 이하의 미세입자 농도가 차지하고 6.5 ㎛ 이상의 조대입자 구간 평균 수농 도는 거의 0에 가까울 정도로 낮았다.
본 연구 기간 동안 측정된 0.25 ∼ 32 ㎛ 크기 범위의 에어로졸 수농도 전체평균은 252.36 particles/㎝3이며 이를 입경 구간별로 정리해 나타낸 Fig. 2에서 보면 0.25 ∼ 0.28 ㎛, 0.28 ∼ 0.30 ㎛, 0.30 ∼ 0.35 ㎛, 0.35 ∼ 0.40 ㎛, 0.40 ∼ 0.45 ㎛ 구간의 평균 수농도는 각각 85.6, 50.7, 51.6, 36.1, 13.9 particles/㎝3로써 수농도의 대부분은 0.5 ㎛ 이하의 미세입자 농도가 차지하며 0.65 ㎛ 이상 입자 구간의 평균 수농도는 1 particles/㎝3 이하이고 6.5 ㎛ 이상의 조대입자 구간 평균 수농도는 거의 0에 가까울 정도로 낮았다.
6에서 보면 거의 모든 입경 범위에서 한낮 시간대의 평균 농도가 다른 시간대의 평균 농도 보다 상대적으로 낮은 값을 한 밤 중의 농도가 높은 경향을 보였다. 시간별 농도의 절대적 차이는 1.0 ㎛ 이하의 미세입자 구간에서 크게 나타나지만 이 구간에서 시간별 상대적 농도 차이가 두 배 이상 나타나는 경우는 없는 반면 1.0 ㎛ 보다 큰 입자 구간에서는 전체적인 농도 자체가 낮아 절대적 차이는 크지 않지만 상대적 농도 차이는 수 배 이상 나타나는 특징을 관찰할 수 있었다. 대기 중 에어로졸 수농도의 시간에 따른 일 중 변화는 그 지역의 발생기원의 특성이 직접적으로 반영되는 것으로 알려져 있다(Vyziene 와 Girgzdys, 2009; Bigi 와 Ghermandi, 2011).
에어로졸 수농도의 월별 변동 경향은 1.0 ㎛를 경계로 이보다 작은 입경 구간에서는 2월이 가장 높고 점차 낮아져 7월에 가장 낮으며 그 이후에는 약간 상승하는 경향을 보인 반면 1.0 ㎛ 보다 큰 입경 구간에서는 5월과 8월의 월평균 수농도가 다른 달에 비해 월등히 높은 특징적인 변화 양상을 보였다. 또한 한낮 시간대의 농도가 야간 보다 낮은 일 중 경시변화를 보이는데, 1.
58 ㎛ 이상의 입경 구간 기여율은 1%에도 미치지 못하는 결과를 보였다. 이 결과로 미루어 볼 때 0.5 ㎛ 이하의 미세입자가 질량농도에 미치는 영향은 극히 미미하지만 수농도는 거의 대부분을 차지함을 알 수 있다.
입경 구간별 기여 율을 보면 0.25 ∼ 0.28 ㎛ 입경 구간의 기여율이 약 34%를 차지하고 0.28 ∼ 0.30 ㎛ 구간과 0.30 ∼ 0.35 ㎛ 구간은 약 20%로 비슷한 값을 보이며, 0.35 ∼ 0.40 ㎛, 0.40 ∼ 0.45 ㎛ 구간의 기여율은 각각 약 14%와 6%를 차지하는 반면 0.58 ㎛ 이상의 입경 구간 기여율은 1%에도 미치지 못하는 결과를 보였다.

후속연구

대기배경지역 대기 중 에어로졸 수농도 특성을 명확히 규명하기 위해서는 앞으로 장기적인 관측 자료를 지속적으로 확보하고 수농도 변화에 영향을 미치는 인자에 대한 종합적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
그리고 대륙에서 장거리 이동되는 오염물질들의 특성을 파악하는데 아주 유리한 지형적 조건을 갖추고 있다. 따라서 이 지역의 에어로졸 측정 결과는 대기 에어로졸의 장기적 변화를 예측하고 동북아지역에서 장거리 이동되는 에어로졸의 영향을 평가하는데 아주 유용한 자료로 활용될 수 있다. 특히 본 연구를 수행한 고산관측소(33°17ʹN,126°10ʹE, 제주특별자치도 제주시 한경면 고산리 소재 수월봉)는 Fig.
0 ㎛ 보다 큰 입경 구간에서의 월평균 수농도 값 차이는 1 particles/㎝³를 넘지 않았다. 본 연구는 현황 관측에 중점을 두고 수행됨에 따라 이와 같은 특징적인 월별 에어로졸 수농도 변동 특성에 대해 명확한 이유를 밝힐 수 없었으나 앞으로 장기적인 관측 자료를 지속적으로 확보하고 배경지역에서 에어로졸 수농도 변화에 영향을 미치는 인자에 대한 종합적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제주도가 에어로졸의 영향을 평가하는 지역으로 선정된 이유는?	본 연구를 수행한 제주도는 중국과 일본의 중앙에 위치하고 있고 한반도와 약 100 km, 중국 상하이와 500 km, 일본 규수와는 250 km 정도 떨어진 청정지역이다. 그리고 대륙에서 장거리 이동되는 오염물질 들의 특성을 파악하는데 아주 유리한 지형적 조건을 갖추고 있다. 따라서 이 지역의 에어로졸 측정 결과는 대기 에어로졸의 장기적 변화를 예측하고 동북아지역에서 장거리 이동되는 에어로졸의 영향을 평가하는데 아주 유용한 자료로 활용될 수 있다. 특히 본 연구를 수행한 고산관측소 (33°17ʹN,126°10ʹE, 제주특별자치도 제주시 한경면 고산리 소재 수월봉)는 Fig.
	APS는 무엇인가?	본 연구에서 에어로졸 수농도 측정을 위해 사용한 APS (Aerodynamic Particle Sizer Spectrometer)는 광산란법 분광기 (Grimm Aerosol Technik GmbH & Co., model #179, Germany)로써 야외 현장용 미세분진 연속측정 수분제어시스템 (Grimm Aerosol Technik GmbH & Co.
	환경대기 중에 부유하는 에어로졸은 무엇에 영향을 끼치는가?	환경대기 중에 부유하는 에어로졸은 발생 또는 생성과정에 따라 입자의 크기, 모양 및 화학적 조성 등이큰 차이를 보이며, 인체 건강과 산업 활동에 영향을 줄 뿐만 아니라 가시도 및 기후변화에도 많은 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 특히, 에어로졸의 크기는 대기 중에서의 거동, 건강 및 기후변화에 미치는 영향을 이해하고 평가하는데 중요한 인자로 작용하는 것으로 알려져 있다(김과 최, 2002; Vyziene 와 Girgzdys, 2009; Sharma 등, 2003).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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