[논문]이동 측정방법을 사용한 부산지역 주요 도로의 대기오염도 조사

도우곤; 정우식; 유은철; 곽진

doi:10.5322/jesi.2013.22.9.1199

이동 측정방법을 사용한 부산지역 주요 도로의 대기오염도 조사
An Investigation into Air Quality of Main Roads in Busan using Mobile Platform Measurement 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.22 no.9, 2013년, pp.1199 - 1211

도우곤 (부산광역시 보건환경연구원) , 정우식 (인제대학교 대기환경정보공학과, 대기환경정보연구센타) , 유은철 (부산광역시 보건환경연구원) , 곽진 (부산광역시 보건환경연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Mobile sources produce a significant fraction of total anthropogenic emissions in Korea and have harmful effects on air quality. Mobile emissions are intrinsically difficult to estimate due to complicated road networks and variations of traffic volume with location and time. To measure traffic pollutants with high temporal and spatial resolution under real conditions a mobile laboratory was designed. The mobile laboratory provide concentrations of $SO_2$, CO, NO, $NO_2$ and location coordinate value. This approach allowed for pollutant level measurements on many roads within short periods of time. In this study, on-road concentrations of $SO_2$, CO, NO and $NO_2$ were measured using mobile platform measurement along the 25 main roads in Busan to estimate the average air pollution level in short time difference. The measurements were conducted on favorable meteorological days from 2010 to 2012 and the overall concentrations of $SO_2$, CO, NO and $NO_2$ were 0.006, 0.8, 0.182 and 0.055 ppm respectively. The result showed that the concentration of CO, NO and $NO_2$ on road were twice, 18 times and 2.5 times higher than regional air quality monitoring sites mean in same period.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고정식 측정망의 형태로 운영하고 있는 대기오염 측정차량을 주행 중 측정이 가능하도록 시스템을 구성하고 비교적 짧은 시간에 부산지역의 25개 주요 도로상의 전반적인 대기오염도를 파악하기 위하여 도로상 주행차량의 이동속도와 동일하게 주행하면서 SO₂, CO, NO, NO₂ 농도를 측정하였다. 2010년부터 2012년까지 봄, 가을의 양호한 기상조건이 나타난 날을 대상으로 총 5회 측정을 실시하였으며 1회 측정 시 3-5일간에 걸쳐 25개 도로 전체를 측정하였다.
본 연구에서는 기존에 고정식으로 주로 사용하였던 대기오염 측정차량을 주행 중에도 측정이 가능하도록 일부 개조하여 비교적 짧은 시간에 넓은 범위의 도로망에 대한 전반적인 대기오염도를 파악하는 것이 가능하도록 하였다. 차량 지붕을 통과하여 수직으로 설치되어있는 공기시료의 투입부를 차량지붕과 수평한 방향으로 차량의 진행방향을 향하도록 설치하여(약 2.
2010년부터 2012년까지 봄, 가을의 양호한 기상조건이 나타난 날을 대상으로 총 5회 측정을 실시하였으며 1회 측정 시 3-5일간에 걸쳐 25개 도로 전체를 측정하였다. 이를 바탕으로 도로변 대기오염 측정소가 부족한 부산지역의 전반적인 도로변 대기오염물질 농도수준과 오염도가 높은 구간을 파악하여 도로 대기오염 저감정책 수립의 기초 자료를 확보하는 것을 목적으로 하였다.

제안 방법

연구대상기간인 2010년부터 2012년까지, 실제 측정을 수행한 당일의 기상조건은 Table 3과 같으며, 각 측정일의 일평균 기온, 일평균 풍속, 일평균 상대습도, 일평균 운량을 제시하였다. 2010년 하반기 측정은 11월 8, 10, 11, 12, 15일, 총 5일에 걸쳐 실시하였다. 2010년 하반기 측정일의 일평균 기온은 8.
4 km이다. 2010년 하반기부터 2012년 하반기 까지 반기별로 총 5회 측정을 실시하였으며 2010년 하반기는 11월 8일부터 15일 중 5일간, 2011년 상반기는 3월 14일부터 19일 중 5일간, 2011년 하반기는 9월 19일부터 10월 6일 중 4일간 측정을 하였다. 2012년에는 각각 4월 20일부터 26일 중 5일간, 9월 11일부터 13일간 측정을 실시하였다.
9로 나타나서 ‘쾌청’에서 ‘맑은’ 날씨의 양호한 기상조건이었다. 2011년 상반기 측정도 총 5일간 수행되었는데 3월 14일부터 17일까지, 그리고 19일에 실시하였으며 일평균 기온은 3.2℃ ~ 12.6 ℃ 의 범위였고, 일평균 풍속은 2.6 m/s ~ 4.6 m/s, 그리고 운량은 0 ~ 6.9로 비교적 쾌청하고 맑은 날씨의 기상조건이었다. 2011년 하반기 측정은 9월 19일부터 21일까지, 그리고 10월 6일에 총 4일간 실시하였다.
9로 비교적 쾌청하고 맑은 날씨의 기상조건이었다. 2011년 하반기 측정은 9월 19일부터 21일까지, 그리고 10월 6일에 총 4일간 실시하였다. 측정기간 동안 일평균 기온은 18.
9월 19일과 20일은 운량이 많아지면서 다소 흐린 날씨가 나타났지만 강우는 없었으며 기온과 풍속을 고려해 보면 도로변 오염도의 측정과 특성분석에 무리가 없을 것으로 판단하였다. 2012년 상반기 측정은 4월 20일과 23일부터 26일까지 총 5일간 실시하였다. 4월 20일과 25일에 운량이 높아지면서 흐린 날씨가 나타났지만 일평균 기온은 13.
2010년 하반기부터 2012년 하반기 까지 반기별로 총 5회 측정을 실시하였으며 2010년 하반기는 11월 8일부터 15일 중 5일간, 2011년 상반기는 3월 14일부터 19일 중 5일간, 2011년 하반기는 9월 19일부터 10월 6일 중 4일간 측정을 하였다. 2012년에는 각각 4월 20일부터 26일 중 5일간, 9월 11일부터 13일간 측정을 실시하였다. Fig.
2012년에는 각각 4월 20일부터 26일 중 5일간, 9월 11일부터 13일간 측정을 실시하였다. Fig. 1은 본 연구의 대상인 25개 주요 도로의 위치를 나타낸 그림이며 칼라 선으로 표시된 부분은 25개 주요 도로에서의 측정 구간을 나타낸 것으로 각각의 도로는 번호를 이용하여 구분되도록 하였다(Table 1). 원으로 표시된 부분은 도로변 대기오염 측정소 위치를 나타낸 것이다.
도로변 대기오염 측정소가 부족한 부산지역의 전반적인 도로 대기오염물질 농도수준을 파악하기 위해 대기오염 측정차량을 이용하여 부산지역 25개 주요 도로에서의 SO₂, CO, NO, NO₂ 농도를 직접 측정하였다. 2010년부터 2012년까지 봄, 가을의 양호한 기상조건이 나타난 날들을 대상으로 측정을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
연구대상기간인 2010년부터 2012년까지, 실제 측정을 수행한 당일의 기상조건은 Table 3과 같으며, 각 측정일의 일평균 기온, 일평균 풍속, 일평균 상대습도, 일평균 운량을 제시하였다. 2010년 하반기 측정은 11월 8, 10, 11, 12, 15일, 총 5일에 걸쳐 실시하였다.
5 m 높이) 본 측정차량에서 배출되는 대기오염물질의 영향을 최소화하였고 실시간 위치 정보 저장을 위하여 GPS 장치를 설치하였다(Bukowiecki 등, 2002; Pirjola 등, 2004). 주행 중 측정은 주변 교통량의 흐름과 동일한 속도를 유지하면서 시행하였고 최적의 상비 상태를 위하여 측정 시작 전 표준가스를 이용한 장비교정을 측정 당일마다 실시하였다. 측정항목은 SO₂, CO, NO, NO₂ 등 4개 항목이고 사용한 측정장비는 Table 2에 제시하였다.
본 연구에서는 기존에 고정식으로 주로 사용하였던 대기오염 측정차량을 주행 중에도 측정이 가능하도록 일부 개조하여 비교적 짧은 시간에 넓은 범위의 도로망에 대한 전반적인 대기오염도를 파악하는 것이 가능하도록 하였다. 차량 지붕을 통과하여 수직으로 설치되어있는 공기시료의 투입부를 차량지붕과 수평한 방향으로 차량의 진행방향을 향하도록 설치하여(약 2.5 m 높이) 본 측정차량에서 배출되는 대기오염물질의 영향을 최소화하였고 실시간 위치 정보 저장을 위하여 GPS 장치를 설치하였다(Bukowiecki 등, 2002; Pirjola 등, 2004). 주행 중 측정은 주변 교통량의 흐름과 동일한 속도를 유지하면서 시행하였고 최적의 상비 상태를 위하여 측정 시작 전 표준가스를 이용한 장비교정을 측정 당일마다 실시하였다.

대상 데이터

농도를 직접 측정하였다. 2010년부터 2012년까지 봄, 가을의 양호한 기상조건이 나타난 날들을 대상으로 측정을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
농도를 측정하였다. 2010년부터 2012년까지 봄, 가을의 양호한 기상조건이 나타난 날을 대상으로 총 5회 측정을 실시하였으며 1회 측정 시 3-5일간에 걸쳐 25개 도로 전체를 측정하였다. 이를 바탕으로 도로변 대기오염 측정소가 부족한 부산지역의 전반적인 도로변 대기오염물질 농도수준과 오염도가 높은 구간을 파악하여 도로 대기오염 저감정책 수립의 기초 자료를 확보하는 것을 목적으로 하였다.
부산지역의 전반적인 도로변 대기오염도를 파악하기 위하여 본 연구에서는 주요 도로 25개 노선을 선정 하였다. Table 1은 본 연구 대상인 25개 주요 도로와 각 도로별 측정기간을 나타낸다. 연구대상 도로중 가장 긴 구간은 ‘중앙로’로 측정구간은 22.
부산지역의 전반적인 도로변 대기오염도를 파악하기 위하여 본 연구에서는 주요 도로 25개 노선을 선정 하였다. Table 1은 본 연구 대상인 25개 주요 도로와 각 도로별 측정기간을 나타낸다.
도로변 대기오염 측정소는 구간 길이가 긴 ‘중앙로’ 변에 2개소가 위치해 있는데, 부산광역시 전역에 걸쳐 복잡하고 광범위하게 구성되어 있는 도로망의 전반적인 분포를 고려해 보면 도로변 측정소의 수가 절대적으로 부족한 것을 알 수 있다. 연구 대상인 25개 주요 도로는 부산지역의 주요 시가지를 연결하면서 넓은 범위에 걸쳐 고르게 분포하는 모습을 확인 할 수 있다. 따라서 이들 25개 구간의 측정을 통해 부산지역 전역에 걸쳐 있는 도로 대기오염도의 전반적인 특성을 파악하는데 충분할 것으로 판단된다.

성능/효과

1. 본 연구에서 직접 측정한 측정기간 전체의 도로상 대기오염물질 평균 농도는 SO₂가 0.006 ppm, CO가 0.8 ppm, NO가 0.182 ppm, NO₂가 0.055 ppm으로 나타났으며, 같은 기간 부산지역 19개 도시대기 측정소 평균과 비교하면 CO는 2배, NO는 약 18배, NO₂는 약 2.5배 높은 것으로 나타나서 차량에 의한 도로상 대기오염도 수준이 심각한 것을 알 수 있었다.
2. SO2 평균 농도는 ‘충장로’에서 0.011 ppm으로 가장 높은 것으로 나타났으며 다음으로 ‘번영로’와 ‘황령로’에서 0.01 ppm으로 높게 나타났다.
2010년부터 2012년까지 5회에 걸친 25 개 주요 도로의 구간별 대기오염도 측정결과 SO2의 경우 구간별로 농도 차이가 크게 나타나지는 않으나 부두와 인접한 ‘충장로’와 ‘번영로’, 그리고 ‘황령로’ 구간에서 높은 농도가 나타나고 있으며 CO의 경우, 같은 도로라도 차량의 지, 정체에 따라 농도 차이가 많이 나타나서 전 구간에 걸쳐 높은 농도가 측정되었다.
2010년부터 2012년까지 주요 도로에 대한 대기오염도를 측정한 결과, 전체 평균 농도는 SO₂가 0.006 ppm, CO가 0.8 ppm, NO가 0.182 ppm, NO₂가 0.055 ppm으로(Table 4), SO₂와 CO는 비교적 낮은 수준이었으나 NO와 NO₂는 다소 높은 것으로 나타났다. SO₂와 CO의 경우는 환경기준(SO₂ 1시간 평균 0.
3. 전체 측정기간에 대하여 오염도가 높았던 구간을 살펴보면 SO2의 경우 구간별로 농도 차이가 크게 나타나지는 않으나 ‘충장로’와 ‘번영로’의 부두와 인접한 구간과 ‘황령로’의 해안방향 구간에서 높은 농도가 나타났고, CO는 차량의 지, 정체에 따라 같은 도로라도 농도 차이가 많이 나타나면서 전 구간에 걸쳐 높은 농도가 나타났다.
도로별 CO 농도는 0.6 ppm ~ 1.2 ppm으로 같은 기간 도로변 대기오염 측정소 평균 0.6 ppm 보다는 다소 높은 것을 알 수 있으며 농도가 낮은 도로는 ‘동서고가로’(Fig. 1의 10번 도로)와 ‘공항로’(Fig. 1의 12번 도로)에서 0.6 ppm으로 나타났다.
연구 대상인 25개 주요 도로는 부산지역의 주요 시가지를 연결하면서 넓은 범위에 걸쳐 고르게 분포하는 모습을 확인 할 수 있다. 따라서 이들 25개 구간의 측정을 통해 부산지역 전역에 걸쳐 있는 도로 대기오염도의 전반적인 특성을 파악하는데 충분할 것으로 판단된다.
본 연구에서의 측정 결과를 같은 기간 부산지역의 도로변 대기오염 측정소 평균과 비교해보면, SO₂와 CO는 비슷한 수준을 보였으나 NO는 도로변 대기오염 측정소보다 약 3배정도 높은 결과를 보였고 NO₂도 도로변 대기오염 측정소보다 다소 높은 수준으로 나타났다. 이와 더불어, 같은 기간 부산지역 19개 도시대기 측정소 평균과 비교하면, 본 연구에서 수행한 주요도로 측정값이, CO는 2배, NO는 약 18배, NO₂는 약 2.
도 도로변 대기오염 측정소보다 다소 높은 수준으로 나타났다. 이와 더불어, 같은 기간 부산지역 19개 도시대기 측정소 평균과 비교하면, 본 연구에서 수행한 주요도로 측정값이, CO는 2배, NO는 약 18배, NO₂는 약 2.5배 높은 것으로 나타나서, 실제 부산의 도심지를 운행하는 차량에 의한 도로에서의 대기오염도의 수준이 심각한 수준이라는 것을 알 수 있다. NO의 경우 도로상을 주행하면서 측정한 본 연구에서의 측정 결과값과 도로변 대기오염 측정소에서의 결과값에 차이가 나타나는데, 이것은 부산광역시 전체에 설치된 도로변 대기오염 측정소가 2개소뿐이어서 교통량이 많은 지역의 측정 자료가 충분히 반영되지 못한 것과 자동차에서 배출되는 질소산화물은 대부분 NO의 형태로 배출이 되고 이후 주변으로 확산 되면서 빠른 시간 안에 NO₂로 변하기 때문에 도로변에 위치한 도로변 대기오염 측정소보다 도로 주행 중 측정하는 방법이 자동차에서 배출되는 NO를 직접적으로 평가할 수 있기 때문으로 판단된다(Chaney 등, 2011).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국가대기오염물질 배출량 자료에서 측정하고 있는 대기오염물질은 무엇인가?	즉, 사업장이나 가정에서 연료 사용으로 주로 배출되는 SO2, CO 같은 대기오염물질의 대기 중 농도는 과거와 비교하여 급격히 낮아지고 있으나, 자동차에서 주로 배출되는 NOx의 대기 중 농도는 최근 들어 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있다(부산 광역시 보건환경연구원, 2011). 국가대기오염물질 배출량 자료에 의하면, 2010년 현재 배출원별 대기오염 물질(CO, NOx, SOx, TSP(PM10), VOC, NH3) 배출량 중 도로이동오염원에 의한 배출량이 28.1%로써 다른 배출원들과 비교해 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 나타나, 대기오염 저감을 위해서는 도로이동오염원에 대한 대책이 필요한 것을 알 수 있다(국립환경과학원, 2012).
	NOx의 특징은 무엇인가?	자동차 배출가스에 포함된 입자는 대부분 나노미터 크기의 극미세 입자이므로 천식, 알레르기 등 인체 호흡기 및 기타 질환을 유발하는 원인 물질이 되며 NOx는 그 자체로써 독성을 가지고 있기도 하지만, 그보다 더욱 중요한 것은 탄화수소류와의 광화학 반응에 의한 고농도 O3 생성의 주요한 원인이 되기도 한다는 점이다. 이것은, 대부분의 대도시에서는 도로변 인근을 중심으로 상업 또는 주거지역이 위치해 있기 때문에 도로와 인접한 환경에서 생활하는 사람들이 자동차에서 배출되는 대기오염물질에 의해 건강에 심각한 위협을 받을 수 있다는 것을 의미한다.
	도로변 대기오염 측정소의 한계점은 무엇인가?	고정된 위치에서 운영 되는 도로변 대기오염 측정소에서 SO2, NOx, O3, CO, PM10 등의 대기오염물질을 실시간으로 측정하고 있지만 복잡한 도로망과 자동차 대수의 증가에 따른 교통량 증가추세에 비하여 그 수가 매우 부족한 실정이다. 또한 한 장소에 고정되어 운영되는 형태를 가지고 있기 때문에, 도심지 전체에 걸쳐 복잡하고 광범위하게 형성되어 있는 도로망에 대한 측정이 거의 불가능하다. 따라서 기존의 고정된 대기오염 측정소와 달리 도로변 대기오염도의 실시간 측정을 위하여 대기오염 측정장비를 차량에 장착하고 이동하면서 측정이 가능한 대기오염 측정차량의 운영은 넓은 지역의 도로변 대기오염도를 짧은 시간에 파악하는데 매우 효과적이다 할 수 있다.

참고문헌 (9)

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상세보기
Chaney, A.M., Cryer, D.J., Nicholl, E.J., Seakins, P.W.. NO and NO₂ interconversion downwind of two different line sources in suburban environments. Atmospheric environment, vol.45, no.32, 5863-5871.

상세보기
Harrison, R.M., Yin, J., Tilling, R.M., Cai, X., Seakins, P.W., Hopkins, J.R., Lansley, D.L., Lewis, A.C., Hunter, M.C., Heard, D.E., Carpenter, L.J., Creasey, D.J., Lee, J.D., Pilling, M.J., Carslaw, N., Emmerson, K.M., Redington, A., Derwent, R.G., Ryall, D., Mills, G., Penkett, S.A.. Measurement and modelling of air pollution and atmospheric chemistry in the U.K. West Midlands conurbation: Overview of the PUMA Consortium project. The Science of the total environment, vol.360, no.1, 5-25.

상세보기
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Pirjola, L., Lahde, T., Niemi, J.V., Kousa, A., Ronkko, T., Karjalainen, P., Keskinen, J., Frey, A., Hillamo, R.. Spatial and temporal characterization of traffic emissions in urban microenvironments with a mobile laboratory. Atmospheric environment, vol.63, 156-167.

상세보기
Pirjola, L., Parviainen, H., Hussein, T., Valli, A., Hämeri, K., Aaalto, P., Virtanen, A., Keskinen, J., Pakkanen, T.A., Mäkelä, T., Hillamo, R.E.. “Sniffer”—a novel tool for chasing vehicles and measuring traffic pollutants. Atmospheric environment, vol.38, no.22, 3625-3635.

상세보기
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Westerdahl, Dane, Fruin, Scott, Sax, Todd, Fine, Philip M., Sioutas, Constantinos. Mobile platform measurements of ultrafine particles and associated pollutant concentrations on freeways and residential streets in Los Angeles. Atmospheric environment, vol.39, no.20, 3597-3610.

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10.5194/acp-9-1-2009

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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