[논문]부산지역 겨울철 고농도 미세먼지 발생일의 기상학적 특성

전병일

doi:10.5322/jes.2012.21.7.815

부산지역 겨울철 고농도 미세먼지 발생일의 기상학적 특성
Meteorological Characteristics of the Wintertime High PM10 Concentration Episodes in Busan 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.21 no.7, 2012년, pp.815 - 824

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The purpose of this study was to analyze the meteorological characteristics of wintertime high PM10 concentration episodes in Busan. $PM_{10}$ concentration has been reduced for the past four years and recorded near or exceeded 100 ${\mu}g/m^3$ (national standard of $PM_{10}$). High concentration episodes in Busan were 6 case, $PM_{2.5}/PM_{10}$ ratio was 0.36~0.39(mean 0.55). High $PM_{10}$ concentration occurred during higher air temperature, more solar radiation and sunshine, lower relative humidity, and smaller cloud amount. Synoptically, it also occurred when Busan was in the center or the edge of anticyclone and when sea breeze intruded. An analysis of upper air sounding showed that high $PM_{10}$ concentration occurred when surface inversion layer and upper subsidence inversion layer existed, and when boundary layer depth and vertical mixing coefficient were low. An analysis of backward trajectory of air mass showed that high $PM_{10}$ concentration was largely affected by long range transport considering that it occurs when air mass is intruded from China.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 배경에서 본 연구에서는 부산지역 최근 4년간 겨울철 일평균 100 ㎍/㎥(PM₁₀의 일평균 대기환경 기준)에 근접하거나 초과하는 고농도 미세먼지를 나타낸 날을 추출하고 그 사례의 발생원인을 기상학적으로 분석하여, 향후 부산시의 미세먼지와 관련된 대기질 관리대책 수립에 기여하고자 한다.

제안 방법

7은 부산지역 겨울철에 발생한 고농도 미세먼지 사례에 대한 공기를 추적하기 위해서 미국 해양기상청에 의해 개발된 HYSPLIT 모형을 사용하여 기류의 이동방향을 추적한 것이다(Draxler와 Rolph, 2012). 중국에서 발생한 대기오염물질의 경우 대략 4일 이내에 한반도에 도달하는 것으로 알려져 있으나, 본 연구에서는 부산지역에 영향을 미치는 공기괴의 궤적을 알아본다는 차원에서 역궤적의 모사시간을 72시간으로 하고 6시간 간격으로 하였다. 측정지점의 좌표는 부산지방기상청으로 위도 N35⁰ 06^'경도 E129⁰02^‘지점을 설정하였다.

대상 데이터

5으로서 17개 자동측정망(도로변 2개소 제외)에서 측정한 자료이다. 기상자료는 부산지방기상청의 일기상통계표, AWS(Automatic Weather Station) 관측자료, 지상일기도와 미국해양기상청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)에서 제공하는 backward trajectory, 대기경계 층고도, 대기확산계수 그리고 미국 와이오밍대학교에서 제공하는 Skew T-Log P 단열선도를 이용하였다. 부산지역의 겨울철 고농도 미세먼지 발생 사례 선정은 겨울철인 1월, 2월, 12월을 대상으로 부산지역 17개 지점에서 일평균 PM₁₀ 농도가 100 ㎍/㎥에 근접하거나 초과한 날로 하였다.
본 연구에 사용된 자료는 크게 미세먼지자료(PM₁₀, PM_2.5)와 기상자료로 나눌 수 있다. 미세먼지는 Fig.
기상자료는 부산지방기상청의 일기상통계표, AWS(Automatic Weather Station) 관측자료, 지상일기도와 미국해양기상청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)에서 제공하는 backward trajectory, 대기경계 층고도, 대기확산계수 그리고 미국 와이오밍대학교에서 제공하는 Skew T-Log P 단열선도를 이용하였다. 부산지역의 겨울철 고농도 미세먼지 발생 사례 선정은 겨울철인 1월, 2월, 12월을 대상으로 부산지역 17개 지점에서 일평균 PM₁₀ 농도가 100 ㎍/㎥에 근접하거나 초과한 날로 하였다.
측정지점의 좌표는 부산지방기상청으로 위도 N350 06'경도 E129002‘ 지점을 설정하였다.

성능/효과

1. 부산지역 겨울철에 일평균 PM10 농도가 대기환경기준인 100 ㎍/㎥에 근접하거나 초과한 사례는 6개이었고, PM2.5/PM10비는 0.36∼0.69(평균 0.55)이었다.
2. 고농도 미세먼지는 평상시 보다 높은 기온, 일사량, 일조시간 그리고 낮은 상대습도와 운량일 때 발생 하였고, 종관적으로 부산지방이 고기압의 중심부나 가장자리에 위치할 때와 남풍계열의 해풍이 유입하는 날에 발생하였다.
3. 대기상층을 분석한 결과, 고농도 미세먼지는 지표역전층과 상층역전층이 존재할 할 때 발생하였고 대기경계층고도와 대기확산계수가 작을 때 발생하였다.
4. 공기괴의 역궤적 분석 결과, 고농도 미세먼지는 중국내륙으로부터 공기괴가 유입될 때 발생하여 외부로부터의 장거리 수송에 의한 영향이 있는 것으로 나타났다.
고농도 미세먼지 사례 시 PM2.5/PM10비는 0.36∼0.69의 분포로 평균 0.55이었으며, 지역별로는 0.48∼0.62이었고, 해안지역인 태종대가 가장 높았으며 주거지역인 기장읍이 가장 낮았다.
62이었고, 해안지역인 태종대가 가장 높았으며 주거지역인 기장읍이 가장 낮았다. 고농도 미세먼지 사례별로 편차가 큰 것을 알았으며 지역별로는 큰 편차가 없었다. 2010년 12월 11일은 부산지역에 중국으로부터 수송된 약한 황사에 의해 영향을 받아 PM_2.
마지막으로 2012년 1월 9일∼10일의 경우는 첫째 날인 1월 9일 오후부터 급격히 농도가 계속 증가하여 다음날 정오까지 고농도 미세먼지를 유지하였다.
측정지점의 좌표는 부산지방기상청으로 위도 N35⁰ 06^'경도 E129⁰02^‘지점을 설정하였다. 여섯 사례 모두 중국으로부터 공기괴의 유입이 있었고 대부분 72시간 공기괴의 이동이 매우 짧아 중국 내륙에서 정체된 상태로 머물렀던 공기괴가 우리나라로 유입된 것으로 보인다. 따라서 고농도 미세먼지를 발생시킨 원인으로 중국의 북부지역과 중국 동부 공업지역으로부터 오염물질의 유입이 있었던 것으로 판단된다.
2월 12일에도 새벽부터 오전 11시 40분경까지 북동풍계열의 육풍이 불었고, 그 이후 남풍계열의 해풍이 야간 늦게까지 지속적으로 유입되었다. 해풍이 유입될 때 일시적으로 기온의 하강, 습도의 증가가 있었고 해풍이 유입될 때부터 풍속이 지속적으로 증가하였다. 그리고 2010년 12월 1일의 경우, 오전 9시부터 북동풍계열의 육풍이 갑자기 남풍계열의 해풍으로 바뀌었고 육풍에서 해풍으로 바뀔 때 풍속이 일시적으로 약화되었고 해풍으로 바뀐 후 풍속이 강해졌다.

후속연구

5. 향후 부산지역의 고농도 미세먼지 발생에 기여하는 기상학적 요소를 정량적으로 평가하거나 미세먼지농도에 미치는 국지적인 요인과 외부적인 요인을 체계적으로 분석하는 것이 요구된다.
5㎛미만의 초미세먼지의 양이 작았다는 것을 알 수 있다. 그리고 비교적 해안지역인 태종대에서 고농도 미세먼지가 발생할 때 PM_2.5이하의 초미세먼지 농도가 높다는 것은 향후 연구 해볼 가치가 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세먼지 오염도를 결정하는 요인에는 어떤 것들이 있는가?	미세먼지 오염도를 결정하는 요인은 크게 장거리 수송에 의한 외부유입, 내부 배출원에 의한 영향, 대기오염물질의 확산조건, 국지 및 종관적 기상조건, 지형 그리고 대기화학과정 등을 들 수 있다(서울시정개발 연구원, 2011; Chen 등, 2008). 특히 기상조건 중 풍향과 풍속은 오염물질의 확산에 중요한 인자이고 기온과 습도는 대기오염물질의 화학반응에 영향을 미치며, 이런 기상상태는 효과적인 대기질 관리정책 수립이나 대기오염에 의한 피해를 저감시키는 데에 유용하게 사용된다.
	고농도 미세먼지는 특히 어떤 상태가 결합되어 발생하는가?	우리나라의 미세먼지 농도는 봄철에 빈번하게 출현하는 황사 시에 가장 높게 나타나는 것이 일반적이나, 최근에는 중국으로부터 장거리 수송과 안정한 대기 상태에서 대기확산 억제로 인한 고농도 미세먼지 발생의 사례도 계절에 관계없이 자주 발생하고 있다(Lee와 Hills, 2003). 특히 이러한 현상은 지역적으로 풍부한 오염물질과 장거리수송 그리고 대기상태가 결합되어 발생한다. 겨울철이나 봄철의 경우는 10월 중순부터 3월 후반까지 아시아 대륙에 우세한 영향을 미치는 대륙성 고기압과 관련이 높고(Lee와 Hills, 2003), 겨울철의 고농도 미세먼지가 안정한 대기에서 박무와 같은 악시정과 함께 장기간 지속된다면 호흡기질환을 앓고 있는 환자들이나 노인성 환자에게는 치명적일 수 있다.
	미세먼지는 어떠한 특징이 있는가?	특히 기상조건 중 풍향과 풍속은 오염물질의 확산에 중요한 인자이고 기온과 습도는 대기오염물질의 화학반응에 영향을 미치며, 이런 기상상태는 효과적인 대기질 관리정책 수립이나 대기오염에 의한 피해를 저감시키는 데에 유용하게 사용된다. 미세먼지는 도시지역에서 시정장애를 유발하는 체감지표로 알려져 있으며, 천식과 같은 호흡기 질병, 폐기능 저하 등 인체에 위해성을 일으킨다(Dockery와 Pope, 1994). 대도시에서 겨울철의 고농도 오염은 일반적으로 거대 점오염원에서 배출되는 오염물질이나 자동차오염물질의 확산을 억제하는 안정한 대기에서 발생할 가능성이 높다(Lee와 Hills, 2003).

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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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