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문제 정의
- 둘째, 꽃가루 농도와 기상요소의 관련성과 꽃가루 농도의 분포를 살펴보았다. 마지막으로 수종에 따른 꽃가루 관측시기를 통한 개화일수와 저온누적도의 관계식을 도출하여 꽃가루의 주요 위해 요소인 개화일수를 예측 하고자 하였다.
- 세계적으로 기후변화에 의한 온난화 현상과 대기오염증가와 아울러 알레르기 유발성 꽃가루의 증가로 천식, 비염, 결막염 등 알레르기 질환 환자가 급증하고 있다. 본 연구에서는 꽃가루 농도의 변화에 따른 영향을 체계적으로 표준화하기 위하여 한국의 꽃가루 특성을 분석하였다. 관측된 꽃가루는 1998~2010년(단, 2006년은 제외)의 알레르기를 일으키는 소나무, 수목류(소나무 제외), 잡초류를 서울, 부산, 대구, 광주, 강릉, 제주지역을 중심으로 분석하였다.
- 본 연구에서는 최근 12년간 관측된 꽃가루 농도를 이용하여 한국의 알레르기를 일으키는 꽃가루 농도 특성을 분석하고 기상요소를 통한 개화기간의 예측식을 개발하였다. 대도시에서의 꽃가루 농도는 장기적으로 점점 증가 할 것으로 판단되며, 기후변화에 따른 꽃가루 농도의 증가추세 지속성을 감시 및 진단할 필요가 있다.
- 본 연구의 목적은 다음과 같이 세 가지 측면에서 꽃가루에 대한 기상조건의 영향을 알아보는 것이다. 첫째, 관측된 꽃가루 농도 변화의 장기적인 경향성을 살펴보았다.
제안 방법
- 수종은 상대적으로 꽃가루 농도가 높은 소나무, 참나무, 돼지풀을 대상으로 개화기간을 산출하고, 회귀모형을 통하여 개화기간을 예측하고자 하였다. 개화기간은 1년을 주기로, 전체 꽃가루 농도의 10%가 관측되는 날과 90%가 관측되는 날의 차이로부터 계산하였다. 꽃가루 개화시기와 개화종료시기의 선택을 10% 수준으로 정한 것은 꽃가루가 대체적으로 많이 발생하는 기간을 보다 안정적으로 판정하기 위함이다.
- X-11 자기회귀 누적이동평균과정은 계절조정(seasonal adjustment)에서 많이 사용되는 이동평균법과 같이 시계열 자체가 가지고 있는 추세나 계절성, 불규칙한 성분을 분해하는 방법으로 이동평균과정에서 자료의 양끝에서 결측값이 생기는 단점을 보완한 방법이다(Cho and Sohn, 2009). 관측된 일별 꽃가루 농도는 소나무, 소나무를 제외한 수목류, 잡초류, 총 꽃가루 농도 월별 합으로 4가지의 경우로 구분하여 분석하였다. 분석기간은 꽃가루 농도의 결측이 많이 발생한 2006년을 제외한 1998~2010년이다.
- 기상요소에 따른 꽃가루 농도 분포를 파악하기 위하여 꽃가루 주요 개화시기에 따라 수목류 4, 5월, 잡초류 9, 10월로 구분하여 기상요소와 상관분석을 실시하였다. 수목류와 잡초류의 시기를 분류한 것은 주로 수목류는 봄철, 잡초류는 가을철에 집중적으로 발생하기 때문이다(Park et al.
- 또한 인공신경망모형(Artificial neural network model)으로 폴란드 자작 나무 꽃가루의 평균개수를 예측하였다(Puc, 2012). 기상요소와 꽃가루 농도의 관계를 규명하기 위하여 기온, 강수량, 습도와의 상관관계를 분석하였다(Gioulekas et al., 2004; Stennett and Beggs, 2004; Green et al., 2004; Makra et al., 2006). 한편 개화기간의 변화를 보기 위하여 꽃가루의 개화시작과 종료를 꽃가루 농도의 일정한 비율(개화: 5%, 종료: 95%)에 도달 하는 날로 계산하여 그 변화를 살펴보았다(Sabariego et al.
- 최근에는 다음과 같이 다양한 통계방법을 이용하여 기상요소에 따른 꽃가루농도의 변화를 예측하는 연구가 많이 수행되었다. 꽃가루 알레르기 환자와 의사에게 대기 중 꽃가루의 농도를 다중회귀모형으로 예측하여 꽃가루 농도를 제공하거나(Laaidi, 2001), 분위수회귀식(Makra and Matyasovzky, 2011)과 1차 자기회귀 모형(Matyasovzky and Makra, 2011)을 이용하여 돼지풀 농도를 예측 및 평가하였다. 또한 인공신경망모형(Artificial neural network model)으로 폴란드 자작 나무 꽃가루의 평균개수를 예측하였다(Puc, 2012).
- 지역별로는 꽃가루 농도와 기상요소는 서로 다른 상관관계를 가진다. 꽃가루농도에 영향을 주는 기상요소 중 저온누적도와의 관계를 이용하여 꽃가루 개화기간의 예측식을 도출하였다. 분석결과로부터 수목류의 경우, 충분히 낮은 기온이 만족되면, 개화기간이 줄어드는 결론을 얻었다.
- 첫째, 관측된 꽃가루 농도 변화의 장기적인 경향성을 살펴보았다. 둘째, 꽃가루 농도와 기상요소의 관련성과 꽃가루 농도의 분포를 살펴보았다. 마지막으로 수종에 따른 꽃가루 관측시기를 통한 개화일수와 저온누적도의 관계식을 도출하여 꽃가루의 주요 위해 요소인 개화일수를 예측 하고자 하였다.
- , 2008). 분석에 사용된 기상요소는 평균기온, 적산온도, 최저기온, 최고기온, 일교차, 강수량, 습도, 강수량, 강수지속시간, 7일 일조시간, 풍속이다.
- 개화일수는 평균적으로 소나 무 25일, 참나무 23일, 돼지풀 50일로 수목류가 잡초류보다 짧다. 사용된 단순회귀모형은 모형의 가정을 만족하기 위하여 저온누적도와 꽃가루 농도 자료에 로그변환을 하였다.
- , 2009) 회귀모형을 구축하였다. 수종은 상대적으로 꽃가루 농도가 높은 소나무, 참나무, 돼지풀을 대상으로 개화기간을 산출하고, 회귀모형을 통하여 개화기간을 예측하고자 하였다. 개화기간은 1년을 주기로, 전체 꽃가루 농도의 10%가 관측되는 날과 90%가 관측되는 날의 차이로부터 계산하였다.
- 저온요구도는 휴면아를 휴면에서 깨어나게 할 수 있는 저온 및 시간의 관계로 넓은 지역에서 낮은 기온이 충분히 만족될 경우 지역간 차이가 해소됨으로써 개화기간이 짧게 집중될 수 있다. 이러한 특징을 바탕으로 개화기간과 저온누적도의 회귀모형을 통하여 꽃가루의 개화일수를 시험적으로 예측하였다. 개화일수는 평균적으로 소나 무 25일, 참나무 23일, 돼지풀 50일로 수목류가 잡초류보다 짧다.
- ‘조심’ 이상의 꽃가루 농도는 소나무 500개 이상, 참나무 50개 이상, 돼지풀 20개 이상 등으로 수종별 알레르기 위험 꽃가루 농도가 각기 다르다(National Institute of Meteorological Research, 2008). 저온누적도는 당해 꽃가루가 발생하기 전 해 겨울의 영하기온을 누적하여 계산하였다.
- 본 연구의 목적은 다음과 같이 세 가지 측면에서 꽃가루에 대한 기상조건의 영향을 알아보는 것이다. 첫째, 관측된 꽃가루 농도 변화의 장기적인 경향성을 살펴보았다. 둘째, 꽃가루 농도와 기상요소의 관련성과 꽃가루 농도의 분포를 살펴보았다.
- , 2006). 한편 개화기간의 변화를 보기 위하여 꽃가루의 개화시작과 종료를 꽃가루 농도의 일정한 비율(개화: 5%, 종료: 95%)에 도달 하는 날로 계산하여 그 변화를 살펴보았다(Sabariego et al., 2012).
대상 데이터
- 본 연구에서는 꽃가루 농도의 변화에 따른 영향을 체계적으로 표준화하기 위하여 한국의 꽃가루 특성을 분석하였다. 관측된 꽃가루는 1998~2010년(단, 2006년은 제외)의 알레르기를 일으키는 소나무, 수목류(소나무 제외), 잡초류를 서울, 부산, 대구, 광주, 강릉, 제주지역을 중심으로 분석하였다. 꽃가루는 지난 12년간 서울을 포함한 대도시 지역에서는 장기적으로 증가하고 있으며, 앞으로도 장기적으로 증가할 것으로 판단된다.
- 꽃가루 농도는 기상청에서 1997년 이후 전국 7개지점(서울, 구리, 강릉, 대구, 광주, 부산, 제주)에서 대한소아알레르기호흡기학회와 함께 공동 관측하였다. 꽃가루는 Burkard trap 채집기를 이용하여 7일 간격으로 수집하여 한양대학교 의과대학 구리병원에서 판독하였다(Park et al.
- 관측된 일별 꽃가루 농도는 소나무, 소나무를 제외한 수목류, 잡초류, 총 꽃가루 농도 월별 합으로 4가지의 경우로 구분하여 분석하였다. 분석기간은 꽃가루 농도의 결측이 많이 발생한 2006년을 제외한 1998~2010년이다. 소나무는 알레르기 유발성은 낮은 것으로 평가되나 우리나라의 주된 수종이며, 가장 많은 꽃가루를 발생시기 때문에 수목류와 분리하여 분석에 포함하였다.
이론/모형
- 꽃가루 농도의 장기적인 변동을 분석하고자 X-11 자기회귀 누적이동평균과정(X-11 Auto Regressive Integrated Moving Average: X-11 ARIMA)의 장기추세분석방법을 사용하였다.
- 꽃가루 알레르기 환자와 의사에게 대기 중 꽃가루의 농도를 다중회귀모형으로 예측하여 꽃가루 농도를 제공하거나(Laaidi, 2001), 분위수회귀식(Makra and Matyasovzky, 2011)과 1차 자기회귀 모형(Matyasovzky and Makra, 2011)을 이용하여 돼지풀 농도를 예측 및 평가하였다. 또한 인공신경망모형(Artificial neural network model)으로 폴란드 자작 나무 꽃가루의 평균개수를 예측하였다(Puc, 2012). 기상요소와 꽃가루 농도의 관계를 규명하기 위하여 기온, 강수량, 습도와의 상관관계를 분석하였다(Gioulekas et al.
성능/효과
- 개화기간과 저온누적도의 관계를 통하여 개화일수 예측식을 도출하여 충분히 추운 날씨로부터 저온요구도가 만족되면, 그에 따라 꽃가루 관측기간이 줄어드는 것을 확인하였다. 보통 과수는 가을에 휴면을 시작하여 서서히 깊은 휴면상태로 되는데 특정한 온도시간(thermal time)을 경험하면 이듬해 봄에 휴면에서 완전히 깨어난다.
- 이러한 특징을 바탕으로 개화기간과 저온누적도의 회귀모형을 통하여 꽃가루의 개화일수를 시험적으로 예측하였다. 개화일수는 평균적으로 소나 무 25일, 참나무 23일, 돼지풀 50일로 수목류가 잡초류보다 짧다. 사용된 단순회귀모형은 모형의 가정을 만족하기 위하여 저온누적도와 꽃가루 농도 자료에 로그변환을 하였다.
- 지역적인 차이로 강릉 지역을 제외한 모든 지역에서 기온과 꽃가루의 농도는 상관관계가 있으며, 다른 기상요소에 있어서는 지역별로 다른 경향을 보였다. 또한 수종별로 비교하였을 때, 9월의 잡초류는 수목류보다 기온의 상관관계가 높으며 7일 일조시간과도 관계가 높았다. 소나무의 경우는 다른 기온 요소에 비해 적산온도에 큰 상관관계를 보였다.
- 꽃가루농도에 영향을 주는 기상요소 중 저온누적도와의 관계를 이용하여 꽃가루 개화기간의 예측식을 도출하였다. 분석결과로부터 수목류의 경우, 충분히 낮은 기온이 만족되면, 개화기간이 줄어드는 결론을 얻었다. 이 모형에 의한 결과로부터 알레르기 유발 꽃가루의 유행시기변화를 생물계절모형으로 예측 가능함을 판단할 수 있다.
- 기상조건에 따라 식물의 개화시기가 결정되고 꽃가루의 농도가 크게 영향을 받으므로 기상요소와 꽃가루 농도의 관계는 매우 중요하다. 상관분석결과, 유의수준 0.1에서 소나무와 소나무를 제외한 수목류의 경우, 4월은 기온(평균기온, 적산온도, 최저기온, 최고기온)과 양의 상관관계가 있으며(Table 2), 5월은 기온과 상관관계가 있으나 4월과 반대로 음의 상관관계를 가진다. 이는 꽃가루의 농도는 4월에 증가하다가 5월에 꽃이 지면서 꽃가루는 점차 감소하나 기온은 계속 증가하기 때문이다(Table 3).
- 분석결과로부터 수목류의 경우, 충분히 낮은 기온이 만족되면, 개화기간이 줄어드는 결론을 얻었다. 이 모형에 의한 결과로부터 알레르기 유발 꽃가루의 유행시기변화를 생물계절모형으로 예측 가능함을 판단할 수 있다.
- 이는 평균기온이 낮아져도 적산온도는 증가하므로, 적산온도와 꽃가루 농도의 음의 상관관계는 평균기온과 꽃가루 상관관계와 같은 의미로 해석할 수 있다. 지역적인 차이로 강릉 지역을 제외한 모든 지역에서 기온과 꽃가루의 농도는 상관관계가 있으며, 다른 기상요소에 있어서는 지역별로 다른 경향을 보였다. 또한 수종별로 비교하였을 때, 9월의 잡초류는 수목류보다 기온의 상관관계가 높으며 7일 일조시간과도 관계가 높았다.
- 대도시에서의 꽃가루 농도는 장기적으로 점점 증가 할 것으로 판단되며, 기후변화에 따른 꽃가루 농도의 증가추세 지속성을 감시 및 진단할 필요가 있다. 한국의 꽃가루 농도와 기상요소는 매우 큰 관계가 있으며 수종에 따라 비슷한 기상조건에 도달 하였을 때 꽃가루 농도가 증가한다고 결론지을 수 있다.
후속연구
- 그리고 기후변화 완화 정책과 연관된 지속가능발전수단에 의해 전 세계의 온실가스 배출량은 수십 년 동안 계속해서 증가할 것으로 예상되었다(IPCC, 2007). 그러므로 기후변화에 대비한 기상영향에 따른 꽃가루의 변화특성연구가 필요하다.
- 이러한 농작물이나 특정 식물의 개화모형 개발뿐만 아니라 알레르기 꽃가루의 개화기간 예측모형을 개발함으로써 알레르기 꽃가루에 대한 피해를 줄이는 국가적인 정책을 제시할 수 있다. 더불어 개화기간 예측 결과와 함께 꽃가루 농도에 영향을 미치는 기상요소를 이용한 확률적인 꽃가루 분석 모형을 개발할 수 있다.
- 앞으로 기후변화의 적응능력이 낮은 사람들에 대해 각종 전염병 및 알레르기 질환이 확산되면, 기후변화의 부정적인 영향을 감소하기 위한 적응조치가 요구될 것이다. 이 적응능력에 부응하고자 알레르기 유발 꽃가루 변화의 영향평가에 관한 표준화된 체계 구축이 필요하다.
- 066으로 매우 낮으나, 저온누적도와 알레르기 꽃가루 개화기간의 관계가 설명이 가능하다는 데 의의가 있다. 앞으로 또 다른 생물계절학의 특성을 반영하여 알레르기 꽃가루의 개화기간을 예측한다면, 더 높은 예측력을 기대 할 수 있다.
- 본 연구에서 모든 꽃가루 변화특성을 통계학적인 방법으로 적용하여 단순화하는 데에는 어려움이 있으나, 알레르기 꽃가루 영향평가 시스템을 구축하기 위하여 꽃가루의 특성을 분석 하는 것은 큰 의의가 있다. 이를 위하여 생물계절학과 관련한 전반적인 자료의 확보와 대기 중의 꽃가루 확산과 같은 복잡한 과정을 반영한 연구가 함께 이루어져야 할 것이다.
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