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문제 정의
- 본 연구에서는 부산지역에서 나타나는 국지 및 종관적 기상요소들과 미세먼지 농도와의 관련성을 찾아 미세먼지 농도 발생의 특징을 살펴보고자 하였으며, 이를 통하여 미세먼지 농도 발생에 대한 이해를 높이고자 하였다.
- 발생일로 정의하였으며, 이에 해당하는 사례일은 총 156일이었다. 여기서는 이들 고농도 발생일의 종관규모기류 패턴을 파악하기 위하여 역궤적 분석을 수행한 결과를 나타내었다. 역궤적 분석을 위해 미국의 NOAA/ARL에서 제공하는 HYSPLIT-4(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory)모델을 이용하였으며, 역궤적 분석에 사용된 기상 자료는 미국의 NCEP/NCAR(National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)의 GDAS(Global Data Assimilation System)를 사용하였다.
제안 방법
- 0°과 매 3시간의 해상도를 가지고 있으며, GDAS 자료를 사용한 HYSPLIT-4 모델을 이용하여 72시간 동안의 공기 이동경로를 분석하였다. 1차 대상일에 대한 역궤적 분석 결과를 이용하여 HYSPLIT-4 모델에서 제공하는 군집 분석을 실시하였으며 그 결과 3개의 특성을 가진 군집으로 기류를 분류할 수 있었다. 그 결과는 Fig.
- GDAS는 수평해상도 1.0°과 매 3시간의 해상도를 가지고 있으며, GDAS 자료를 사용한 HYSPLIT-4 모델을 이용하여 72시간 동안의 공기 이동경로를 분석하였다.
- 또한 강우 발생일에는 대기오염물질의 세정작용(Wash out)이 우세하여 초기 강우 이후에는 대기 중 미세먼지 농도가 현저히 낮게 나타나게 된다. 따라서 본 연구에서는 초기강우량을 5.0 mm로 설정하였으며, 일 누적강우량이 초기강우량인 5.0 mm 이상으로 발생한 날은 대상일에서 제외시켰다. 초기강우와 후속강우에 대한 이온성분특성을 살펴본 선행 연구에 따르면 5 mm 이상의 강우량에서 이온성분이 급격한 감소를 보이는 것으로 나타났으며(최 등, 1998), 강우로 인해 발생되는 비점오염 저감시설인 비점오염원저감시설 설치기준( 「수질 및 수생태계 보전에 관한 법률」 )에서도 최소 초기강우량을 5 mm 로 규정하고 있어 초기강우량을 5 mm로 보는 것이 적절하다고 판단된다.
- 본 연구에서 설정한 ‘저농도 발생일’은 2007년~2011년까지 황사발생일과 강수일(일 누적강수량이 5 mm 이상)을 제외한 부산지역 17개 측정소 시간별 PM10 농도 자료를 일평균한 PM10 농도에 대한 10% 분위수 이하의 PM10 농도가 나타난 날이며, ‘고농도 발생일’은 일평균한 PM10 농도에 대한 90% 분위수 이상의 PM10 농도가 나타난 날로 설정하였다.
- 이를 위해, PM10 농도 구간별 기상요소의 차이가 나타나는 지를 살펴보기 위하여 T검정과 분산분석을 실시하였으며, PM10 일평균 농도 분위수로 구간을 설정하였다. 본 연구에서 저농도 PM10 발생일은 2007년~2011년까지 황사발생일과 강수일(일 누적강수량이 5 mm 이상)을 제외한 부산지역 17개 측정소 시간별 PM10 농도 자료를 일평균한 PM10 농도에 대한 10% 분위수 이하의 PM10 농도가 나타난 날이며, 고농도 PM10 발생일은 일평균한 PM10 농도에 대한 90% 분위수 이상의 PM10 농도가 나타난 날로 설정하였다. 또한 구간별 분석을 위한 PM10 농도 구간은 0~25%, 25~50%, 50~75%, 75~100% 분위수로 선정하였다.
- 부산지역에서 기상요소들과 미세먼지 농도와의 관련성을 분석하기 위하여 2007년부터 2011년까지 총 5년간의 시간별 PM10 농도, 일평균 운량, 일최고기온, 일평균풍속, 일평균 상대습도, 일평균 현지기압, 일기압변화량, 지면에서의 풍향, 풍속, 날씨, 대기경계층 고도, 850 hPa 등압면에서의 풍향, 풍속을 사용하여 분석을 수행하였다. 이를 위해, PM10 농도 구간별 기상요소의 차이가 나타나는 지를 살펴보기 위하여 T검정과 분산분석을 실시하였으며, PM10 일평균 농도 분위수로 구간을 설정하였다.
대상 데이터
- 군집 1과 3는 중국 북부지역에서 발원하여 북서풍 계열의 바람을 타고 한반도로 유입되는 사례이며, 그 중 군집 3은 먼 거리에서 유입되고 있는 사례이다. 군집 2는 중국 화중 지역에서 서해안 상공을 거쳐 한반도로 유입된 사례이다. 정체성 종관 기상 상태와 관련된 군집은 나타나지 않은 것으로 봐서, 고농도 PM10 발생일의 대부분은 장거리 이동과 연관이 큰 것으로 판단된다.
- 1). 본 연구에서는 부산광역시 보건환경연구원에서 제공하고 있는 2007년~2011년까지 5년간의 시간별 PM10 농도 자료를 사용하였는데, 2012년 말 기준으로 운영되고 있는 19개 측정소 중 2011년~2012년에 신설된 대신동측정소와 수정동측정소는 분석에서 제외하고 총 17개 측정소의 자료를 사용하였다. 또한 5년간의 대상일 중 황사 발생일과 일 누적강수량 5.
- 분석에 사용된 기상요소는 일평균운량, 일최고기온, 일평균풍속, 일평균 상대습도, 일평균현지기압, 일기압변화량, 풍향, 풍속, 현천(현재 날씨), 대기경계층고도, 850 hPa 등압면의 풍향, 풍속이다. 이 중에서 대기경계층 고도와 850 hPa면 풍향 및 풍속은 NCEP/NCAR (National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research) 재분석 자료를 이용하였으며, 그 외 기상자료는 기상청 제공 AWS(Automatic Weather Station) 관측 자료를 이용하였다.
- 분석에 사용된 기상요소는 일평균운량, 일최고기온, 일평균풍속, 일평균 상대습도, 일평균현지기압, 일기압변화량, 풍향, 풍속, 현천(현재 날씨), 대기경계층고도, 850 hPa 등압면의 풍향, 풍속이다. 이 중에서 대기경계층 고도와 850 hPa면 풍향 및 풍속은 NCEP/NCAR (National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research) 재분석 자료를 이용하였으며, 그 외 기상자료는 기상청 제공 AWS(Automatic Weather Station) 관측 자료를 이용하였다. 종관기상의 영향을 살펴보기 위하여 850 hPa 등압면에서의 풍향, 풍속을 사용하였는데, 이것은 장거리 오염물질과 같은 지역 규모 대기 오염물질의 이동을 다룰 경우 하층 제트와 연관된 850 hPa 혹은 700 hPa 등압면이 중요한 것으로 알려져 있기 때문이다(김 등, 2007).
데이터처리
- 각 구간에 대한 기상요소들에 대하여 일원배치 분산분석(ANOVA)를 실시하였으며, 그 결과는 Table 2에 나타내었다. 결과를 살펴보면, 일평균운량, 일최고 기온, 일평균풍속, 일평균 상대습도, 일평균현지기압, 일기압변화량, 대기경계층 고도에서 신뢰수준 95%에서 유의확률이 유의수준 0.
- 군집 1에 해당하는 사례일은 전체 대상일 156일 중에서 76일, 군집 2는 69일, 군집 3은 11일로 나타났다. 각 군집별로 기상요소들의 차이가 나타나는지를 살펴보기 위하여 일원배치 분산분석(ANOVA)을 실시하였으며, 그 결과를 Table 5에 나타내었다. 결과를 살펴보면, 일평균운량, 일최고기온, 일평균 상대습도, 대기 경계층 고도가 신뢰수준 95%에서 유의확률이 유의수준 0.
- 다음으로 PM10 저농도 발생일과 고농도 발생일의 기상요소별 차이를 살펴보기 위하여 독립표본 T-검정을 실시하였으며, 그 결과를 Table 3에 나타내었다. PM10 저농도 발생일은 일평균 기준으로 10% 분위수에 해당하는 28.
- 본 연구에서 사용된 통계분석 중 T-검정이란 두 모집단의 평균의 차이 유무를 판단하는 통계적 검정 방법으로 “두 모집단의 평균 간의 차이는 없다”라는 귀무가설과 “두 모집단의 평균 간에 차이가 있다”라는 대립 가설 중에 하나를 선택하는 통계적 검정 방법이다(원과 정; 2005). 또한 PM10 농도 구간에 따라 기상요소의 차이가 발생하는 지를 살펴보기 위하여 분산 분석을 실시하였으며, PM10 농도 구간은 일평균한 PM10 농도(황사발생일과 일 누적강수량 5 mm이상 발생일 제외)에 대한 25% 분위수 이하, 25~50% 분위수, 50~75% 분위수, 75% 분위수 이상 농도 발생일로 나누었다. 분산분석(Analysis of Variance: ANOVA)은 k개의 표본들이 같은 분포를 갖는가를 검정하는 것으로 독립변수를 몇 개의 수준 또는 범주로 나누고 각 수준에 따라 나누어진 집단 간의 평균차를 검정하는 것이다.
- 또한 PM10 농도 구간에 따라 기상요소의 특징적 차이가 나타나는 지를 살펴보기 위하여 T-검정과 분산 분석을 SPSS 12.0K를 이용하여 실시하였다. 저농도와 고농도의 PM10 발생일에 있어 기상요소의 차이가 나타나는지를 살펴보기 위하여 T-검정을 실시하였다.
- 농도, 일평균 운량, 일최고기온, 일평균풍속, 일평균 상대습도, 일평균 현지기압, 일기압변화량, 지면에서의 풍향, 풍속, 날씨, 대기경계층 고도, 850 hPa 등압면에서의 풍향, 풍속을 사용하여 분석을 수행하였다. 이를 위해, PM10 농도 구간별 기상요소의 차이가 나타나는 지를 살펴보기 위하여 T검정과 분산분석을 실시하였으며, PM10 일평균 농도 분위수로 구간을 설정하였다. 본 연구에서 저농도 PM10 발생일은 2007년~2011년까지 황사발생일과 강수일(일 누적강수량이 5 mm 이상)을 제외한 부산지역 17개 측정소 시간별 PM10 농도 자료를 일평균한 PM10 농도에 대한 10% 분위수 이하의 PM10 농도가 나타난 날이며, 고농도 PM10 발생일은 일평균한 PM10 농도에 대한 90% 분위수 이상의 PM10 농도가 나타난 날로 설정하였다.
- 0K를 이용하여 실시하였다. 저농도와 고농도의 PM10 발생일에 있어 기상요소의 차이가 나타나는지를 살펴보기 위하여 T-검정을 실시하였다. 본 연구에서 설정한 ‘저농도 발생일’은 2007년~2011년까지 황사발생일과 강수일(일 누적강수량이 5 mm 이상)을 제외한 부산지역 17개 측정소 시간별 PM10 농도 자료를 일평균한 PM10 농도에 대한 10% 분위수 이하의 PM10 농도가 나타난 날이며, ‘고농도 발생일’은 일평균한 PM10 농도에 대한 90% 분위수 이상의 PM10 농도가 나타난 날로 설정하였다.
이론/모형
- 여기서는 이들 고농도 발생일의 종관규모기류 패턴을 파악하기 위하여 역궤적 분석을 수행한 결과를 나타내었다. 역궤적 분석을 위해 미국의 NOAA/ARL에서 제공하는 HYSPLIT-4(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory)모델을 이용하였으며, 역궤적 분석에 사용된 기상 자료는 미국의 NCEP/NCAR(National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)의 GDAS(Global Data Assimilation System)를 사용하였다. GDAS는 수평해상도 1.
성능/효과
- 1. 일평균 운량은 고농도 발생시 3.4, 저농도 발생 일시 5.4로 고농도 PM10 발생시 운량이 더 높게 나타났다.
- 2. 일최고기온은 고농도 발생시 19.5℃, 저농도 발생시 17.4℃로 나타나 고농도 발생시 최고기온이 더 높게 나타났으며, 일평균풍속은 저농도 발생시 3.7 m/s, 고농도 발생시 3.0 m/s로 고농도 발생시 일평균 풍속이 더 낮게 나타나, 저풍속에서 대기환기량이 감소할수록 미세먼지 농도가 높게 나타났다.
- 3. 일평균 현지기압은 일평균한 PM10 농도에 대한 50%이상 분위수를 나타낸 날에서 일평균 현지기압이 낮게 나타났으며, 일기압 변화량은 75% 분위수 이상 구간에서 다소 높게 나타났다. 그리고 대기경계층 고도는 고농도 발생시 692.
- 4. 저농도 구간에서는 지면에서 북풍 계열이 주풍향으로, 850 hPa 등압면에서는 서~북~동풍 계열로 풍향이 비교적 다양하게 나타났으며 고농도 구간에서는 지면에서 서풍 또는 남풍계열이 주풍향으로 나타났으며, 850 hPa 등압면 에서는 서풍계열이 뚜렷하게 우세한 것으로 나타나 PM10 농도가 높을 때에는 서쪽에서의 대기오염물질 장거리 수송이 명확한 것으로 나타났다.
- 일평균 PM10 25~50% 분위수 구간에서는, 지면에서는 북동북 방향이 주풍향으로 나타났지만 남동계열을 제외한 풍향이 비교적 다양하게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 850 hPa 등압면에서는 남~서~북 계열의 풍향이 나타났다. 50~75% 분위수 구간에서는, 지면에서는 남동계열의 풍향을 제외한 다양한 풍향에서, 특히, 서풍계열의 풍계가 높은 발생빈도를 보였고, 850 hPa 등압면에서는 서풍 및 북서계열이 우세한 것으로 나타났다. 즉, PM10 일평균 농도가 50% 분위수 이하 구간에서는 북동북 계열이 우세하였으며, PM10 일평균 농도가 50% 분위수 이상 구간에서는 남풍 내지는 서풍이 우세하였으며, 850 hPa 등압면에서는 서풍계열이 뚜렷하게 우세한 것으로 나타났다.
- 고농도 발생일은 서~남풍계열이 주풍향으로 나타났으며, 850 hPa 등압면에서는 서~북서계열이 나타났다. PM10 농도 구간별 풍향을 살펴보면, 일평균 PM10 25% 분위수 이하에서는 10% 분위수 이하 발생일과 큰 차이를 나타내지 않았으며, 지면에서는 북동계열이 주풍향으로 나타났고 850 hPa 등압면에서는 서~동풍으로 비교적 다양한 방향의 풍계가 나타났다. 일평균 PM10 25~50% 분위수 구간에서는, 지면에서는 북동북 방향이 주풍향으로 나타났지만 남동계열을 제외한 풍향이 비교적 다양하게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 850 hPa 등압면에서는 남~서~북 계열의 풍향이 나타났다.
- 각 구간에 대한 기상요소들에 대하여 일원배치 분산분석(ANOVA)를 실시하였으며, 그 결과는 Table 2에 나타내었다. 결과를 살펴보면, 일평균운량, 일최고 기온, 일평균풍속, 일평균 상대습도, 일평균현지기압, 일기압변화량, 대기경계층 고도에서 신뢰수준 95%에서 유의확률이 유의수준 0.005 보다 작게 나타나서, 통계적으로, PM10 농도 구간별로 유의한 차이가 있는 것으로 분석되었다.
- 각 군집별로 기상요소들의 차이가 나타나는지를 살펴보기 위하여 일원배치 분산분석(ANOVA)을 실시하였으며, 그 결과를 Table 5에 나타내었다. 결과를 살펴보면, 일평균운량, 일최고기온, 일평균 상대습도, 대기 경계층 고도가 신뢰수준 95%에서 유의확률이 유의수준 0.05보다 작아 군집별로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 반면 일평균 PM10 농도, 일평균풍속, 일평균 현지기압, 일기압변화량은 신뢰수준 95%에서 유의확률이 유의수준 0.
- 7 m/s 에 비해 약하게 나타났다. 구간별로는 25% 이하 구간이 3.5 m/s로 높게 나타났으며, 나머지 25% 이상에 해당하는 평균풍속은 구간별로 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 즉, 일평균 PM10 25% 이하 발생일의 평균풍속은 높게 나타났으며, 풍속이 높을수록 대기확산이 활발하여 PM10 농도 저감에 기여하고 있는 것으로 판단된다.
- 3 m 에 비해 낮게 나타났다. 구간별로는 일평균 25%이하 구간에서는 1032.6 m, 25~50% 960.6 m, 50~75% 882.6 m, 75%이상 에서는 778.9 m로 PM10 농도가 높을수록 대기경계층 고도가 낮은 것으로 나타났다. 대기경계층 고도는 하층대기안정도와 관련된 항목으로 대기안정도가 높아질수록 미세먼지 농도가 증가한다는 선행연구결과의 밀접한 연관이 있는 것으로 볼 수 있다(이 등, 2007).
- 일평균 현지기압은 일평균한 PM10 농도에 대한 50%이상 분위수를 나타낸 날에서 일평균 현지기압이 낮게 나타났으며, 일기압 변화량은 75% 분위수 이상 구간에서 다소 높게 나타났다. 그리고 대기경계층 고도는 고농도 발생시 692.9 m, 저농도 1094.3 m로 고농도 발생시 PBL 고도가 낮게 나타나, 대기안정도가 높아질수록 미세먼지 농도가 증가하였다.
- 따라서, 본 연구에서 고려한 일평균 현지기압과 일기압변화량만을 가지고 기압과 PM10 농도와의 관련성을 파악하는 것은 다소 무리가 있는 것으로 판단되며, 향후, 기압배치를 나타내는 일기도와 기압 관련 기상항목의 추가적인 분석이 필요할 것으로 사료된다. 다음으로 대기경계층 고도를 분석한 결과, 고농도 발생일의 평균 대기경계층 고도는 692.9 m로 저농도 발생일의 1094.3 m 에 비해 낮게 나타났다. 구간별로는 일평균 25%이하 구간에서는 1032.
- 8%)로 나타나, 일 누적 강수량 5 mm 정도의 강우가 발생하였다고 하여 반드시 PM10 농도가 낮아지는 것은 아니라고 할 수 있다. 다음으로 박무일을 대상으로 분석을 수행하였는데, 일평균 PM10 25% 분위수 이하에서 박무가 발생한 날은 총 392일 중 41일, 25~50% 구간에서는 392일 중 77일, 50~75% 구간에서는 391일 중 102일, 75% 이상 구간에서는 392일 중 175일이 박무가 나타난 것으로 조사되었다. 특히, 90% 분위수 이상의 구간에 해당하는 총 156일 중에서 79일이 박무가 발생한 날(50.
- 다음으로 연무 발생일을 살펴보면, 일평균 PM10 25% 분위수 이하에서 연무가 발생한 날은 총 392일 중 1일, 25~50% 구간에서는 392일 중 11일, 50~75%구간에서는 391일 중 40일, 75% 이상 구간에서는 392일 중 158일이 연무가 나타난 것으로 조사되었다. 특히 90% 분위수 이상에서는 구간 대상일 총 156일 중에서 87일, 즉 55.
- 7 hPa로 PM10 농도가 일평균 50% 이상 분위수를 나타낸 날에서 일평균 현지기압이 낮게 나타났다. 다음으로 일기압변화량을 분석한 결과, 고농도 발생일과 저농도 발생일의 평균 일기압변화량은 차이를 나타내지 않았으며, 분위수 구간별로는 75% 이상에서 1.328 hPa로 약간 높게 나타났다. 따라서 PM10 고농도 발생일의 경우에는 일평균 현지기압이 낮고, 일기압변화량이 크게 나타나는 것으로 분석되었다.
- PM10 저농도 구간에서 일최고기온이 낮게 나타나고 일평균 운량이 높게 나타난 것은 일 누적강수량 5 mm 이하의 강우의 효과인 것으로 판단되며, PM10 고농도 구간에서 일최고기온이 높게 나타나는 것은 강우 발생일이 적고 경계층 고도 및 일평균풍속 감소한 결과로 판단된다. 다음으로 일평균 상대습도를 분석한 결과, 25% 이하 구간에서는 59.3%, 25~50% 구간이 60.8%로 높게 나타났으며, 50~75% 구간이 56.9%, 75% 이상에서는 57.6%로 낮게 나타났다. PM10 고농도 발생일의 일평균 상대습도는 57.
- 이것은 저풍속에서 대기환기량이 감소하면서 미세먼지 농도가 증가함을 보인 선행 연구와 연관된 결과를 나타낸 것이다(신 등, 2007). 다음으로 일평균 현지기압 분석결과, 고농도 발생일의 평균 일평균 현지기압은 1015.3 hPa로 저농도 발생일의 1017.5 hPa에 비해 낮게 나타났다. 구간별로는 일평균 25%이하 구간에서는 1017.
- 다음으로 일평균풍속을 분석한 결과, 고농도 발생일의 평균 풍속은 3.0 m/s로 저농도 발생일의 평균풍속 3.7 m/s 에 비해 약하게 나타났다. 구간별로는 25% 이하 구간이 3.
- 8로 다소 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 다음으로 최고기온에 대하여 살펴본 결과, 고농도 발생일의 평균 최고기온은 19.5℃, 저농도 발생일은 17.4℃로 나타났다. 구간별로는 25%이하 구간이 17.
- 9 ㎛/㎥이상으로 발생한 날로 설정하였다. 독립 표본 T-검정 결과, 일평균 운량, 일최고기온, 일평균풍속, 일평균 현지기압, PBL 고도는 통계적으로 유의한 차이를 나타내었으나, 일평균 상대습도, 일기압변화량은 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 328 hPa로 약간 높게 나타났다. 따라서 PM10 고농도 발생일의 경우에는 일평균 현지기압이 낮고, 일기압변화량이 크게 나타나는 것으로 분석되었다. 기압은 기상을 결정하는 최소한의 요소로 대기조건들과 큰 상관관계를 가진다.
- 연무 발생일을 분석한 결과, 이동거리가 가장 먼 군집 3은 총 10일 중 4일(40%)에서 연무가 발생하였으며, 군집 1은 총 71일 중 39일(55%), 이동거리가 가장 짧은 군집 2는 총 64일 중 36일(61%)에서 연무가 발생한 것으로 나타났다. 따라서 이동거리가 가장 짧은 군집 2에서 박무와 연무 발생이 가장 빈번한 것으로 나타났다.
- 3은 PM10 농도 구간별 바람장미를 나타낸 그림이다. 먼저 저농도 발생일과 고농도 발생일을 살펴보면 저농도 발생일은 북~북동계열이 주풍향으로 나타났으며, 850 hPa 등압면에서는 북서~북동계열로 나타났다. 고농도 발생일은 서~남풍계열이 주풍향으로 나타났으며, 850 hPa 등압면에서는 서~북서계열이 나타났다.
- 7로 나타났다. 미세먼지 저농도 구간에 해당하는 10% 분위수 이하 구간은 PM10 28.4 ㎛/㎥이하로, 고농도 구간에 해당하는 90% 분위수 이상 구간은 PM10 77.9 ㎛/㎥이상으로 분석되었다.
- 05보다 작아 군집별로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 반면 일평균 PM10 농도, 일평균풍속, 일평균 현지기압, 일기압변화량은 신뢰수준 95%에서 유의확률이 유의수준 0.05보다 크게 나타나, 통계적으로, 군집별로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 또한 부산지역에서 맑은날을 대상으로 PM10을 분석한 결과 상대습도와 PM10 농도는 양의 상관관계를 나타내는 것으로 나타났다(김 등, 2007). 본 연구에서는 PM10 50% 이하 발생일에서는 상대습도가 높게 나타나 이는 초기강수(5 mm이하)의 영향으로 판단되며, 75% 이상에서의 상대습도가 57.6%로 50~75% 구간의 56.9% 대비 다소 높게 나타나 강우의 영향이 다소 배제된 상태에서는 PM10 농도가 다소 높게 나타날 때 상대습도도 높게 나타나는 것으로 보여진다. 또한 이후에 분석하고자 하는 Fig.
- 이동거리가 가장 먼 군집 3은 총 10일 중 1일이 박무 발생일이었고, 군집 1은 총 71일 중 34일, 이동거리가 가장 짧은 군집 2는 총 64일 중 38일에서 박무가 발생한 것으로 나타났다. 연무 발생일을 분석한 결과, 이동거리가 가장 먼 군집 3은 총 10일 중 4일(40%)에서 연무가 발생하였으며, 군집 1은 총 71일 중 39일(55%), 이동거리가 가장 짧은 군집 2는 총 64일 중 36일(61%)에서 연무가 발생한 것으로 나타났다. 따라서 이동거리가 가장 짧은 군집 2에서 박무와 연무 발생이 가장 빈번한 것으로 나타났다.
- 발생일에 대하여 HYSPLIT4 모델을 이용하여 군집분석을 수행한 결과, 중국 북부지역에서 발원한 기류(군집 1과 3)가 나타났으며, 중국 화중 지역에서 서해안 상공을 거쳐 한반도로 유입된 기류(군집 2)도 나타났다. 이 군집들간 PM10 농도 차이에 대한 유의성은 없었으며, 비교적 이동거리가 짧았던 군집 2에서 일평균 운량과 평균습도가 가장 높고, 그리고 대기경계층 고도가 가장 낮게 나타났다. 지면에서의 풍향은 남풍계열로 나타났으며, 850 hPa 등압면에서는 서풍 계열이 뚜렷하게 나타났다.
- 9는 군집별 날씨 상황을 나타낸 그림이다. 이동거리가 가장 먼 군집 3은 총 10일 중 1일이 박무 발생일이었고, 군집 1은 총 71일 중 34일, 이동거리가 가장 짧은 군집 2는 총 64일 중 38일에서 박무가 발생한 것으로 나타났다. 연무 발생일을 분석한 결과, 이동거리가 가장 먼 군집 3은 총 10일 중 4일(40%)에서 연무가 발생하였으며, 군집 1은 총 71일 중 39일(55%), 이동거리가 가장 짧은 군집 2는 총 64일 중 36일(61%)에서 연무가 발생한 것으로 나타났다.
- 이와 더불어, 고농도 PM10 발생일에 대하여 HYSPLIT4 모델을 이용하여 군집분석을 수행한 결과, 중국 북부지역에서 발원한 기류(군집 1과 3)가 나타났으며, 중국 화중 지역에서 서해안 상공을 거쳐 한반도로 유입된 기류(군집 2)도 나타났다. 이 군집들간 PM10 농도 차이에 대한 유의성은 없었으며, 비교적 이동거리가 짧았던 군집 2에서 일평균 운량과 평균습도가 가장 높고, 그리고 대기경계층 고도가 가장 낮게 나타났다.
- 5에서 나타난 강수는 5 mm 이하의 강수량을 나타낸 강수일을 의미한다. 일평균 PM10 25% 분위수 이하에 해당하는 분석 대상일 중에서 강수일은 이 구간에 해당하는 총 392일 중 109일이었으며, 25~50% 분위수 구간에서의 강수일은 총 392일 중 99일, 50~75% 분위수 구간에서는 총 391일 중 72일, 75% 이상 분위수 구간에서는 총 392일 중 54일이 일 누적강수량 5 mm 이하 발생일인 것으로 나타났다. 즉, 5 mm 이하의 적은 강수에서도 세정작용으로 인한 PM10 저감효과가 어느 정도 있는 것으로 나타났으며, PM10 75% 분위수 이상 구간에서도 일 누적 강수량 5 mm 이하 발생일이 54일(13.
- PM10 농도 구간별 풍향을 살펴보면, 일평균 PM10 25% 분위수 이하에서는 10% 분위수 이하 발생일과 큰 차이를 나타내지 않았으며, 지면에서는 북동계열이 주풍향으로 나타났고 850 hPa 등압면에서는 서~동풍으로 비교적 다양한 방향의 풍계가 나타났다. 일평균 PM10 25~50% 분위수 구간에서는, 지면에서는 북동북 방향이 주풍향으로 나타났지만 남동계열을 제외한 풍향이 비교적 다양하게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 850 hPa 등압면에서는 남~서~북 계열의 풍향이 나타났다. 50~75% 분위수 구간에서는, 지면에서는 남동계열의 풍향을 제외한 다양한 풍향에서, 특히, 서풍계열의 풍계가 높은 발생빈도를 보였고, 850 hPa 등압면에서는 서풍 및 북서계열이 우세한 것으로 나타났다.
- 7℃로 이동거리가 멀수록 최고기온이 낮은 것으로 분석되었다. 일평균 상대습도는, 군집 2에서 63.6%로 가장 높게 나타났으며, 군집 1은 52.2%, 군집 3은 47.1%로 나타나서, 이동거리가 가까울수록 일평균 상대습도가 높게 나타나는 결과를 보였다. 대기경계층 고도는 군집2에서 493.
- 일평균 PM10 25% 분위수 이하에 해당하는 분석 대상일 중에서 강수일은 이 구간에 해당하는 총 392일 중 109일이었으며, 25~50% 분위수 구간에서의 강수일은 총 392일 중 99일, 50~75% 분위수 구간에서는 총 391일 중 72일, 75% 이상 분위수 구간에서는 총 392일 중 54일이 일 누적강수량 5 mm 이하 발생일인 것으로 나타났다. 즉, 5 mm 이하의 적은 강수에서도 세정작용으로 인한 PM10 저감효과가 어느 정도 있는 것으로 나타났으며, PM10 75% 분위수 이상 구간에서도 일 누적 강수량 5 mm 이하 발생일이 54일(13.8%)로 나타나, 일 누적 강수량 5 mm 정도의 강우가 발생하였다고 하여 반드시 PM10 농도가 낮아지는 것은 아니라고 할 수 있다. 다음으로 박무일을 대상으로 분석을 수행하였는데, 일평균 PM10 25% 분위수 이하에서 박무가 발생한 날은 총 392일 중 41일, 25~50% 구간에서는 392일 중 77일, 50~75% 구간에서는 391일 중 102일, 75% 이상 구간에서는 392일 중 175일이 박무가 나타난 것으로 조사되었다.
- 50~75% 분위수 구간에서는, 지면에서는 남동계열의 풍향을 제외한 다양한 풍향에서, 특히, 서풍계열의 풍계가 높은 발생빈도를 보였고, 850 hPa 등압면에서는 서풍 및 북서계열이 우세한 것으로 나타났다. 즉, PM10 일평균 농도가 50% 분위수 이하 구간에서는 북동북 계열이 우세하였으며, PM10 일평균 농도가 50% 분위수 이상 구간에서는 남풍 내지는 서풍이 우세하였으며, 850 hPa 등압면에서는 서풍계열이 뚜렷하게 우세한 것으로 나타났다. 따라서 PM10 농도가 높을 때에는 서풍계열의 종관장이 우세한 것으로 나타나 서쪽에서 장거리 수송된 PM10이 영향을 미친 것으로 사료된다.
- 이동거리가 가장 짧은 군집 2는 지면에서 남풍이 주풍으로 나타났으며, 820 hPa 등압면에서는 서풍계열이 주풍향인 것으로 나타났다. 즉, 이동거리가 가장 긴 군집 3은 북풍과 서풍계열이 지면에서 우세하였고 유입방향은 군집 3과 유사 하나 이동거리가 군집 3에 비해 짧은 군집 1은 서풍계열이 지면에서 우세하였으며, 이동거리가 가장 짧은 군집 2는 남풍계열이 우세한 것으로 나타났다. 850 hPa 등압면에서는 Fig.
- 5 m/s로 높게 나타났으며, 나머지 25% 이상에 해당하는 평균풍속은 구간별로 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 즉, 일평균 PM10 25% 이하 발생일의 평균풍속은 높게 나타났으며, 풍속이 높을수록 대기확산이 활발하여 PM10 농도 저감에 기여하고 있는 것으로 판단된다. 이것은 저풍속에서 대기환기량이 감소하면서 미세먼지 농도가 증가함을 보인 선행 연구와 연관된 결과를 나타낸 것이다(신 등, 2007).
- 농도의 구간별 분포와 관련된 정보를 나타낸 표이다. 총 대상일에 대한 PM10 일평균 분위수를 분석한 결과, 0~25% 분위수 구간은 PM10 13.8~35.0 ㎛/㎥, 25~50% 분위수 구간은 PM10 35.0~44.7, 50~75% 분위수 구간은 PM10 44.8~60.8 ㎛/㎥, 75~100% 분위수 구간은 PM10 60.9~147.7로 나타났다. 미세먼지 저농도 구간에 해당하는 10% 분위수 이하 구간은 PM10 28.
- 특히 90% 분위수 이상에서는 구간 대상일 총 156일 중에서 87일, 즉 55.8%의 높은 비율로 연무현상이 나타나 고농도 PM10 발생일에는 박무와 마찬가지로 연무 현상이 깊은 관련이 있는 것으로 나타났지만, 연무의 경우, 50% 분위수 이하에서는 연무발생이 총 782일 중 12일(1.5%) 나타나서 일평균 PM10 50% 분위수 이하에서는 PM10 농도와 연무발생이 거의 연관이 없는 것으로 나타났다.
- 다음으로 박무일을 대상으로 분석을 수행하였는데, 일평균 PM10 25% 분위수 이하에서 박무가 발생한 날은 총 392일 중 41일, 25~50% 구간에서는 392일 중 77일, 50~75% 구간에서는 391일 중 102일, 75% 이상 구간에서는 392일 중 175일이 박무가 나타난 것으로 조사되었다. 특히, 90% 분위수 이상의 구간에 해당하는 총 156일 중에서 79일이 박무가 발생한 날(50.6%)로 나타나서, 고농도 PM10 발생일에는 박무 발생이 PM10의 고농도와 깊은 관련이 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는, 박무가 옅은 안개를 뜻하는데, 대기 중 부유하는 미세한 물방울이 대기오염물질을 흡수 흡착하면서 PM10 농도가 높아진 것으로 판단할 수 있다.
후속연구
- 농도간의 관련성을 좀 더 심층적으로 정량 분석하기 위해 일기도와 기타 기압관련 기상요소에 대한 분석 등을 이용한 추가 연구가 필요하다고 판단된다. 더불어, 고농도 PM10 발생 원인 및 위해성 평가에 필요한, PM10 장거리 수송 유형 또는 고농도 PM10 발생 유형에 따른 PM10 성분 분석 또한 필요하다고 사료된다.
- PM10 농도는 장거리 수송과 관련이 깊으므로 기압 변화의 경향과 기압변화량을 뜻하는 기압경향(pressure tendency)의 파악이 중요하다고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서 고려한 일평균 현지기압과 일기압변화량만을 가지고 기압과 PM10 농도와의 관련성을 파악하는 것은 다소 무리가 있는 것으로 판단되며, 향후, 기압배치를 나타내는 일기도와 기압 관련 기상항목의 추가적인 분석이 필요할 것으로 사료된다. 다음으로 대기경계층 고도를 분석한 결과, 고농도 발생일의 평균 대기경계층 고도는 692.
- 따라서, 향후에는, 본 연구에서 수행된 일평균 현지 기압 및 일기압 변화량 등에 관한 기압관련 기상요소와 PM10 농도간의 관련성을 좀 더 심층적으로 정량 분석하기 위해 일기도와 기타 기압관련 기상요소에 대한 분석 등을 이용한 추가 연구가 필요하다고 판단된다. 더불어, 고농도 PM10 발생 원인 및 위해성 평가에 필요한, PM10 장거리 수송 유형 또는 고농도 PM10 발생 유형에 따른 PM10 성분 분석 또한 필요하다고 사료된다.
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