[논문]이어도 해양종합과학기지에서의 3차원 바람성분에 따른 에어로솔 수 농도 변동 특성

박성화; 장상민; 이동인; 정운선; 정종훈; 정성아; 정창훈; 김경식; 김경익

doi:10.14191/atmos.2012.22.1.097

이어도 해양종합과학기지에서의 3차원 바람성분에 따른 에어로솔 수 농도 변동 특성
The Variation of Aerosol Number Concentrations in Relation with 3D Wind Components in the Ieodo Ocean Research Station 원문보기

대기 = Atmosphere, v.22 no.1, 2012년, pp.97 - 107

박성화 (부경대학교 지구환경공학연협동과정) , 장상민 (부경대학교 환경대기과학과) , 이동인 (부경대학교 환경대기과학과) , 정운선 (부경대학교 환경대기과학과) , 정종훈 (부경대학교 환경대기과학과) , 정성아 (부경대학교 환경대기과학과) , 정창훈 (경인여자대학 보건의료관리과) , 김경식 (부경대학교 물리학과) , 김경익 (경북대학교 천문대기과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

To investigate variation of aerosol number concentration at each different size with three-dimensional (3D) wind components in ocean area, aerosol particles and 3D wind components were measured in the Ieodo Ocean Research Station, which is located to 419 km southwest from Marado, the southernmost island of Korea, from 25 June to 8 July 2010. The Laser Particle Counter (LPC) and ultrasonic anemometer were used to measure the size of aerosol particles and 3D wind components (zonal (u), meridional (v), and vertical (w) wind) respectively. Surface weather chart, NCEP/NCAR reanalysis data and sounding data were used to analyze the synoptic condition. The distribution of aerosol number concentration had a large variation from bigger particles more than 1.0 ${\mu}m$ in diameter by wind direction during precipitation. In the number concentration of aerosol particles with respect to the weather conditions, particles larger than 1.0 ${\mu}m$ in size were decreased and sustained to the similar concentration at smaller particles during precipitation. The increase in aerosol number concentration was due to the sea-salt particles which was suspended by southwesterly and upward winds. In addition, the aerosol number concentration with vertical wind flow could be related with the occurrence and increasing mechanism of aerosol in marine boundary layer.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 실제 강수 전·후의 수 시간 동안 해상의 고정점에서의 3차원 바람성분과 에어로솔 수 농도 변동에 관한 연구를 위하여 이어도 해양 종합과학기지에서 종관기상상태와 라디오존데, 3차원 바람성분, 에어로솔 수 농도 관측을 실시하였으며, 강수 시스템의 이동에 따른 에어로솔의 변동과 수 농도 분포특성을 알아보았다.
본 연구에서는 하계 동중국해역에서 발달하는 강수 시스템에 따라 변동하는 해양성 에어로솔 수 농도 분포 특성을 알아보기 위하여 2010년 6월 25일부터 7월 8일 까지 이어도 종합해양과학기지에서 집중기상관측과 에어로솔 수 농도 관측을 실시하였다.

가설 설정

대기 중 에어로솔은 크기 범위가 매우 폭 넓어 수 농도를 적절히 표현하기 위해서는 일반적으로 대수적 방법으로 입자의 크기 분포를 표현하게 된다. 이때 측정된 에어로솔은 동일한 광학적 성질을 가진 구형의 물질로 구성됨을 가정하였다.

제안 방법

(w)를 측정하였고, Laser Particle Counter를 이용하여 0.3 µm에서 5 µm 이상의 6개 채널의 입경별 수 농도를 측정하였다.
2010년 7월 2일 한반도 중부지역 서해상에 존재하는 강한 저기압을 동반한 전선이 남쪽으로 이동하면서 7월 3일 06시에 이어도 종합해양과학기지를 포함한 동중 국해역에 영향을 미쳤고, 이어도 종합해양과학기지에서는 7월 3일 00시 50분부터 12시 20분까지 약 10.2 mm 의 누적 강수량을 기록하였다 (Fig. 2).
2010년 7월 3일 01시부터 21시까지 3회에 걸쳐 라디오존데를 비양하여 고층기상관측을 실시하였고, 관측된 고도별 풍향, 풍속, 기온과 노점온도를 Fig. 4(a)~(c)에 나타내었다.
3차원 풍향·풍속계 (Ultrasonic Anemometer, R. M. Young Company, USA Model: 81000)를 이용하여 수평·수직풍을 측정하였다.
이어도 해양종합과학기지는 지리적으로 원거리 해상에 위치 하고 있으며, 또한 태양열과 풍력을 주 에너지원으로 이용하는 무인기지로 국지적인 오염원이 없는 청정 지역에 설치되어 배경 대기의 특성을 정확히 파악할 수 있는 이점이 있다. 관측기간 동안 지상의 기상상태를 파악하기 위하여 자동기상관측장비 (Automatic Weather System (AWS), Vaisala, Finland, Model: WXT520)를 설치하여 매 1분 간격으로 기온, 습도, 풍향, 풍속을 관측하였고 0.1 mm와 0.5 mm 전도형 우량계를 이용하여 매 1분마다 강수량을 측정하였다. 종관기상상태는 지상 일기도와 NCEP/NCAR 재분석자료를 이용하였고, 고층기상상태는 라디오존데 (GRAW, Germany, Model: DFM-06)를 이용하여 시간에 따른 고도별 기온, 습도, 기압, 풍향 및 풍속 등의 고해상도 연직자료를 관측, 분석하였다.
에어로솔 분석을 위해서 레이저 입자 계수기 (Laser Particle Counter, KANOMAX, Japan, Model: KR-12A)를 이용하여 2.83l min−1의 유량으로 매 10분 간격으로 입경 별 에어로솔 샘플링을 실시하였다.
에어로솔 수 농도 분포는 LPC, 지상 기상상태는 AWS와 우량계, 종관 상태는 지상 일기도와 NCEP/NCAR 재분석자료, Ultrasonic anemometer를 이용하여 동서풍, 남북풍, 그리고 수직풍을 조사하였으며 얻어진 결과는 다음과 같다.
종관기상상태는 지상 일기도와 NCEP/NCAR 재분석자료를 이용하였고, 고층기상상태는 라디오존데 (GRAW, Germany, Model: DFM-06)를 이용하여 시간에 따른 고도별 기온, 습도, 기압, 풍향 및 풍속 등의 고해상도 연직자료를 관측, 분석하였다.

대상 데이터

점오염원이 없는 해상지역에서 여름 강수시 대기 중 에어로솔의 직경별 수 농도 변동특성을 파악하기 위하여 2010년 6월 25일부터 7월 8일까지 제주도 남쪽 마라도에서 남서쪽으로 149 km, 일본의 도리시마에서 서쪽으로 276 km, 중국의 칭타오로부터 북동쪽으로 247 km 떨어진 곳에 위치한 이어도 해양종합과학기지 (높이 36 m, 북위 32°07', 동경 125°10')에서 기상관측과 에어로솔 수 농도 관측을 실시하였다 (Fig. 1).

성능/효과

8(c), Fig. 9(c))는 강수시 남풍과 상승류, 북풍과 약한 하강류가 나타났을 때 상대적으로 높은 농도가 나타났으며, 비 강수시에는 남북풍의 영향보다는 상승류가 나타났을 때 상대적으로 높은 농도의 분포가 나타났다. 따라서 강수시 축적모드 에어로 솔의 수 농도 분포는 2 m s⁻¹ 이하의 서풍과 남풍, 그 리고 상승류가 함께 나타날 때 높은 수 농도 분포를 보였고, 비 강수시에는 1 m s⁻¹ 이하의 약한 상승류에서 상대적으로 높은 수 분포를 보였다.
강수시에 동서풍과 남북풍에 따른 축적모드 에어로솔의 분포는 2 m s−1 이상의 서풍과 남풍이 탁월할 때 0.5 cm−3 이하의 낮은 수 농도의 분포가 나타났다.
강수시에 동서풍수직풍에 따른 축적모드 에어로솔의 분포는 2m s −1 이하의 서풍이 나타날 때에는 상승류와 함께 상대적으로 높은 농도의 값이 나타났고, 2 m s−1 이상의 서풍이 나타날 때에는 전체적으로 수직풍이 0 m s−1 에 가깝게 나타나거나 음의 값과 함께 0.5 cm−3 이하의 낮은 농도가 분포하였다.
고층관측결과, 풍속은 약 12.5 km 고도에서 최대 약 14 m s−1 로 나타났고, 이후 약 6.5 km에서 5 m s−1 이하로 나타났으며 다시 고도에 따라서 증가하는 흐름이 나타났다.
11(a), (b)). 남북풍과 수직풍에 따른 에어로솔 분포는 강수시와 비 강수시 모두 남풍과 하강류가 나타날 때 공통적으로 낮은 농도 분포를 보였다. 그러나 강수시에는 남풍과 상승류, 북풍과 하강류가 나타날 때 높은 농도 분포를 보이고, 비 강수시에는 상승류에 따라 높은 농도가 나타났다 (Fig.
두 번째 강수 시간인 06시 30분부터 10시까지 서풍은 평균 1.8 m s−1 로 나타났고, 남북풍은 두 번째 강수 초기인 06시 30분부터 07시 30분까지는 북풍, 07시 30분부터 11시 50분까지는 남풍, 그리고 11시 50분 이후에는 다시 북풍이 나타났다.
따라서 강수시 조대모드 에어로솔의 수 농도 분포는 2 m s−1 이하의 서풍과 상승류, 북풍과 1m s −1 이하의 약한 하강류가 나타날 때 높은 수 농도 분포가 나타났고, 비 강수시에는 북풍과 1 m s−1 이하의 약한 상승류에서 상대적으로 높은 수 농도 분포가 나타났다.
따라서 강수시 축적모드 에어로 솔의 수 농도 분포는 2 m s−1 이하의 서풍과 남풍, 그 리고 상승류가 함께 나타날 때 높은 수 농도 분포를 보였고, 비 강수시에는 1 m s−1 이하의 약한 상승류에서 상대적으로 높은 수 분포를 보였다.
따라서 비 강수 시 1.0 µm 이상의 에어로솔 수 농도는 하강류에서 상승 류로 변하고, 상승류의 강도가 강해질 때 높은 수 농도가 나타났고, 상승류에서 하강류로 변하거나, 하강류가 강하게 나타날 때 낮은 수 농도가 나타났다.
그러나 비 강수 시에는 동서풍과 남북풍의 영향보다는 1 m s⁻¹이하의 약한 상승류가 나타날 때 상대적으로 높은 수 농도 분포를 보였다. 따라서, 외해지역에서의 3차원 바람 성분에 따른 에어로솔 수 농도 변동 조사 결과, 독립된 해상에서의 대기 중 에어로솔 수 농도 증감은 수평 바람성분뿐 아니라 연직 바람성분의 변동에 의해서도 수 농도 분포가 크게 다르게 나타나는 것으로 사료된다.
본 분석기간에서는 서해상에 존재하는 저기압을 동반한 장마전선이 남하함에 따라 서해상의 저기압과 북 태평양의 고기압의 영향으로 이어도 종합해양과학기지를 포함한 동중국해역에 약 10 mm의 강수량을 기록하였다. 라디오존데 관측을 통해 강수시스템의 이동에 따라 강수 전에서 강수가 진행되는 시간까지 1 km 이하의 하층에서 수평 기온경도와 한랭이류가 시간에 따라서 강하게 나타났고, 특히 강수 중에는 고도에 따라 한랭이류와 온난이류가 반복적으로 나타났다. 강수 후에는 약 1 km 이하의 하층에서 기온 경도와 한랭이류가 점차 약해지는 특성이 나타났다.
본 분석기간에서는 서해상에 존재하는 저기압을 동반한 장마전선이 남하함에 따라 서해상의 저기압과 북 태평양의 고기압의 영향으로 이어도 종합해양과학기지를 포함한 동중국해역에 약 10 mm의 강수량을 기록하였다. 라디오존데 관측을 통해 강수시스템의 이동에 따라 강수 전에서 강수가 진행되는 시간까지 1 km 이하의 하층에서 수평 기온경도와 한랭이류가 시간에 따라서 강하게 나타났고, 특히 강수 중에는 고도에 따라 한랭이류와 온난이류가 반복적으로 나타났다.
비 강수 시 1.0 µm 이상의 에어로솔 수 농도는 하강류에서 상승류로 변하고, 상승류의 강도가 강해질 때 높은 수 농도가 나타났고, 상승류에서 하강류로 변하거나, 하강류가 강하게 나타날 때 낮은 수 농도가 나타났다.
비 강수시 에어로솔의 분포는 강수시의 에어로솔 분포와 비교하여 낮은 농도분포를 보였으며, 약 2 m s−1 부근의 서풍에서 높은 수 농도 분포가 나타났다 (Fig.
약 2.87 km 고도에서 서풍에서 북서풍으로 변하면서 풍속은 4.2 m s−1 까지 감소하였으며, 이후 10 km 까지의 고도에서 약 10 m s−1 의 북동풍이 나타났고, 습수는 3.3℃로 나타났다.
전체적으로 에어로솔 수 농도 분포는 0.3~10 µm 범위에서 입자의 크기가 증가함에 따라 수 농도가 감소하였고, 강수 중과 후에 수 농도의 변동이 크게 나타났다.
하강류에서 상승류로 변함에 따라 모든 에어로솔 입자의 수 농도가 증가하였고, 상승류에서 하강류로 변함에 따라 다시 감소하였다. 첫 번째 강수 후인 02시부터 06시 20분까지 서풍이 시간에 따라 약해졌고, 남풍이 크게 증가하였다. 04시 20분에 남풍에서 북풍으로 급격히 변하였고 이후 06 시 20분까지 북풍에서 남풍으로 변하였다.
3 m s ⁻¹의 하강류가 나타났다. 하강류에서 상승류로 변함에 따라 모든 에어로솔 입자의 수 농도가 증가하였고, 상승류에서 하강류로 변함에 따라 다시 감소하였다. 첫 번째 강수 후인 02시부터 06시 20분까지 서풍이 시간에 따라 약해졌고, 남풍이 크게 증가하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에어 로솔이란 무엇인가?	대기 중에 자연 및 인위적으로 발생된 먼지나 여러 종류의 화학물질들로 구성된 작은 입자를 총칭하여 에어 로솔이라 한다 (Willeke and Baron, 1993). 에어로솔은 모래폭풍과 화산활동과 같은 자연적 과정이나 산업활동으로 인한 화석연료의 연소와 같은 인위적 요인에 의해 발생하고 생성원인이 다양하고 물리화학적 특성이 서로 다를 뿐만 아니라 시공간적으로도 매우 복잡한 특성을 보인다 (Carlson and Caverly, 1997; Duce et al.
	에어로솔은 어떤 요인에 의해 발생하나요?	대기 중에 자연 및 인위적으로 발생된 먼지나 여러 종류의 화학물질들로 구성된 작은 입자를 총칭하여 에어 로솔이라 한다 (Willeke and Baron, 1993). 에어로솔은 모래폭풍과 화산활동과 같은 자연적 과정이나 산업활동으로 인한 화석연료의 연소와 같은 인위적 요인에 의해 발생하고 생성원인이 다양하고 물리화학적 특성이 서로 다를 뿐만 아니라 시공간적으로도 매우 복잡한 특성을 보인다 (Carlson and Caverly, 1997; Duce et al., 1980; Dutton et al.
	에어로솔은 어떤 과정을 통해 지구 대기에 매우 중요한 역할을 하나요?	, 1998). 또한 입자의 크기가 0.001~100 µm로 광범위하며, 기상학적으로 태양 에너지의 유입을 차단시키는 직접 효과뿐 아니라 태양복사를 흡수 또는 산란시키고, 구름의 형성과정에서 응결핵으로 작용하는 등의 간접 효과를 통하여 지구 대기의 복사과정에서 매우 중요한 역할을 한다 (Seinfeld and Pandis, 1998; 김지영과 최병철, 2002; IPCC, 1995). 대기 중 에어로솔의 크기 분포에 대한 정보는 에어로솔 복사 강제력을 산출하고 기후변화에 미치는 영향을 평가하는 데 중요한 역할을 한다는 많은 보고가 있다 (Penner et al.

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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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