[국내논문]서울시 용산구 지역에 이산화황 농도의 시계열 변동과 영향인자 분석 The Analysis of Time Series of SO2 Concentration and the Control Factor in An Urban Area of Yongsan-gu, Seoul원문보기
서울특별시 용산구의 측정망에서 2004년부터 2013년간 관측한 대기질 자료를 중심으로 $SO_2$의 환경거동을 시간적 기준으로 다양한 관점에서 분석하였다. 이와 동시에 관측한 기타 대기오염물질들($PM_{2.5}$, $PM_{10}$, TSP, $CH_4$, CO, NO, $NO_2$, NOx, $O_3$, THC, NMHC)의 농도자료와 기상자료들과의 관계를 해석하는 방식으로 $SO_2$의 거동을 조사하였다. 10년간 측정한 용산구 지역에서 측정한 $SO_2$의 연간 평균농도는 대기환경기준치인 $20nmole\;mole^{-1}$보다 5배 정도 낮은 4.36-5.86(최저-최고) $nmole\;mole^{-1}$ 수준으로 나타났다. 이는 연간 평균농도가 관리기준치를 초과하는 성분들과 뚜렷하게 대조적인 양상을 보였다. 여러 가지 통계적 기법을 적용하여 $SO_2$의 배출량에 영향을 미치는 요인들을 파악하였다. 그리고 용산구에서 측정한 $SO_2$와 기타대기오염물질, 기상자료들의 경향성을 비교해보았다. $SO_2$은 온도 및 기타물질들에 대한 상관성이 있는 것으로 나타났다. 또한 본 연구의 결과에 의하면, $SO_2$은 다른 대기오염물질들에 비해 상대적으로 관리가 잘 이루어지고 있다는 것을 확인할 수 있다.
서울특별시 용산구의 측정망에서 2004년부터 2013년간 관측한 대기질 자료를 중심으로 $SO_2$의 환경거동을 시간적 기준으로 다양한 관점에서 분석하였다. 이와 동시에 관측한 기타 대기오염물질들($PM_{2.5}$, $PM_{10}$, TSP, $CH_4$, CO, NO, $NO_2$, NOx, $O_3$, THC, NMHC)의 농도자료와 기상자료들과의 관계를 해석하는 방식으로 $SO_2$의 거동을 조사하였다. 10년간 측정한 용산구 지역에서 측정한 $SO_2$의 연간 평균농도는 대기환경기준치인 $20nmole\;mole^{-1}$보다 5배 정도 낮은 4.36-5.86(최저-최고) $nmole\;mole^{-1}$ 수준으로 나타났다. 이는 연간 평균농도가 관리기준치를 초과하는 성분들과 뚜렷하게 대조적인 양상을 보였다. 여러 가지 통계적 기법을 적용하여 $SO_2$의 배출량에 영향을 미치는 요인들을 파악하였다. 그리고 용산구에서 측정한 $SO_2$와 기타대기오염물질, 기상자료들의 경향성을 비교해보았다. $SO_2$은 온도 및 기타물질들에 대한 상관성이 있는 것으로 나타났다. 또한 본 연구의 결과에 의하면, $SO_2$은 다른 대기오염물질들에 비해 상대적으로 관리가 잘 이루어지고 있다는 것을 확인할 수 있다.
The environmental behavior of $SO_2$ was investigated in terms of the factors affecting the temporal variabilities by analyzing the data sets obtained from the Yongsan district in Seoul from 2004 till 2013. To this end, the relationship between $SO_2$ and relevant parameters in...
The environmental behavior of $SO_2$ was investigated in terms of the factors affecting the temporal variabilities by analyzing the data sets obtained from the Yongsan district in Seoul from 2004 till 2013. To this end, the relationship between $SO_2$ and relevant parameters including particulate matters (such as $PM_{2.5}$, $PM_{10}$, and TSP (total suspended particulates)) and gaseous components ($CH_4$, CO, THC (total hydrocarbon), NMHC (non-methane hydrocarbon), NO, $NO_2$, NOx, and $O_3$) was investigated in several aspects. Over a decade, the annual mean concentrations of $SO_2$ varied in the range of $4.36-5.86nmole\;mole^{-1}$ (min-max) which was about five times lower than the regulation guideline set for the air quality management in Korea. In fact, this pattern greatly contrasts with some other air pollutants of which concentrations exceeded their guideline values significantly. According to our analysis, $SO_2$ was strongly correlated to the temperature and other relevant parameters. The overall results of this study confirm that the administrative regulation of $SO_2$ levels has been made effectively relative to other airborne pollutants.
The environmental behavior of $SO_2$ was investigated in terms of the factors affecting the temporal variabilities by analyzing the data sets obtained from the Yongsan district in Seoul from 2004 till 2013. To this end, the relationship between $SO_2$ and relevant parameters including particulate matters (such as $PM_{2.5}$, $PM_{10}$, and TSP (total suspended particulates)) and gaseous components ($CH_4$, CO, THC (total hydrocarbon), NMHC (non-methane hydrocarbon), NO, $NO_2$, NOx, and $O_3$) was investigated in several aspects. Over a decade, the annual mean concentrations of $SO_2$ varied in the range of $4.36-5.86nmole\;mole^{-1}$ (min-max) which was about five times lower than the regulation guideline set for the air quality management in Korea. In fact, this pattern greatly contrasts with some other air pollutants of which concentrations exceeded their guideline values significantly. According to our analysis, $SO_2$ was strongly correlated to the temperature and other relevant parameters. The overall results of this study confirm that the administrative regulation of $SO_2$ levels has been made effectively relative to other airborne pollutants.
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문제 정의
SO2의 시간적 변화추이를 파악하기 위해, 장기적 증 · 감 추이를 통계적으로 평가하고자 하였다.
또한 대기환경오염물질(가스, 먼지, 매연 및 악취)의 배출원은 4종(연간 오염물질배출량:2톤≤a<10톤, 1일 평균 폐수배출량: 50 m2≤a<200 m2)에 해당하는 시설 2개소, 5종(기타 배출시설 또는 소음진동 배출시설 사업장, 폐수배출량은 용수사용량을 기준)에 해당하는 시설 6개소로 총 8개소가 있다. 본 연구에서 위에 언급한 기본적인 정보를 바탕으로, 주 조사대상인 용산구 측정망에 대한 SO2의 오염상태를 조사하였다.
본 연구에서는 SO2의 시간적 분포특성을 파악하기 위해, SO2와 동시에 관측한 주요 대기오염물질들(미세먼지(PM2.5, PM10), 총 부유먼지(Total suspended particulates, TSP), CH4, CO, 일산화질소(NO), NO2, NOx, 오존(O3), 총 탄화수소(Total hydrocarbon, THC), 비메탄 탄화수소(Non-methane hydrocarbon, NMHC)의 농도와 기상요소를 측정하였다. 이를 위해, 서울특별시 용산구(GS: 37º 32'18''N, 126º 57'56''E) (Fig.
본 연구에서는 서울시 용산구의 대기오염측정망을 통해 2004년부터 2013년까지 관측한 주요관리대상 대기오염물질들의 시간대별 농도자료를 토대로, SO2의 배출특성을 다양한 관점에서 해석하고자 하였다. 특히, SO2와 동시에 측정한 대기오염물질 및 주변 기상자료를 동시에 비교 분석하는 방식으로 다양한 통계분석을 하였다.
본 연구에서는 서울특별시 용산구의 측정소를 중심으로 2004년부터 2013년까지 대기질에 큰 영향을 끼치는 대기오염물질 SO2의 시간적 분포추이를 동시에 관측한 대기질자료와 기상변수들을 토대로 경향성을 파악하고 이들의 농도분포에 영향을 미치는 요인들을 확인하고자 하였다. 서울지역의 SO2은 1989년부터 점차 줄어들었고, 최근 10년간 5-6 nmole mole−1 수준을 유지하고 있다.
농도를 관측하였다. 본 연구에서는 이들 기본자료를 일기준으로 전환하고, 이렇게 전환한 자료를 토대로 다양한 시간적 관점(월, 계절, 연간주기 등) SO2의 환경거동을 조사하고자 하였다. 이를 위해, 동시에 관측한 주요 기준성 대기오염물질 및 기상요소들에 대해서도 동일한 기준을 적용하여 분석을 실시하였다.
, 2014). 브라질과 중국의 자료들도 같은 해 용산구의 SO2 농도와 비교해 보았다. 2004년과 2005년 용산구 SO2의 연평균농도는 4.
제안 방법
를 측정한 선행연구에 대한 자료와 비교를 시도해 보았다. 1997년 7월부터 11월까지 한 달에 2회(초순과 하순) 간격으로 특정 지하철역(시청역, 강남역, 서울역, 혜화역, 을지로역)에서 파리로자닐린법을 통해 SO2의 농도를 측정하였다(Son and Jang, 1999). 이때, 평균 57.
SO2 및 기타 조사대상의 성분들은 각기 적절한 측정방법을 적용하여, 매 시간별 자료를 확보하였다. 본 연구에서 주 조사대상으로 선정한 SO2은 자외선 형광법에 기반을 둔 SA-633 Sulfur Dioxides Analyzer (SA-633, KIMOTO, Japan)를 사용하여 실시간 측정 하였다.
Hydrocarbon (HC) 성분은 수소이온화검출기법을 이용한 Hydrocarbon Analyzer (HA675, KIMOTO, Japan)을 이용하였다. 그리고 주변 외부기상요소도 각각의 측정장비를 통해 동시측정을 실시하였다(온도(Temperature, Temp), 습도(Relative humidity, RH: HMP45A, VAISALA, Finland), Ultraviolet (UV), 태양광 (LI200SZ, LICOR, USA), 풍속(Wind speed, WS: WM05103, RM.YOUNG, USA)) (Table 1).
0001로 통계적 신뢰성을 보였다(Table 5A). 다른 각도에서 SO2의 시간적 변화를 보기 위해, SO2자료를 매년도 별로 분리하여 분석에 적용하였다. 2005년도에는 Q값이 0.
01 이하로 SO2와 높은 상관성을 유지하는 것으로 나타났다(Table 6A). 또한, 이들 측정변수를 모두 개별 연도별로 자료를 나누는 방식으로, SO2와 다른 변수들과의 상관성을 비교해보았다(Table 6B). 이때, 절반 이상의 변수들이 SO2와 5년 이상 주기적으로 상관성이 나타났다.
3 L min−1의 유속으로 주입하여, 0-40℃ 범위내의 시료를 분석가능하다. 미세먼지 (PM2.5, PM10, TSP)를 측정하기 위해 베타선흡수방식을 이용하는 Thermo Scientific FH 62 C14 Continuous Particulate Monitor (FH62 C-14, TEC, USA)로 실시간 측정을 하였다. 측정 가능한 범위는 0-10,000 µm−3(1시간 평균기준)이며, 최소검출한계는 4 µm−3(1시간 평균기준)이다.
본 연구에서는 이들 기본자료를 일기준으로 전환하고, 이렇게 전환한 자료를 토대로 다양한 시간적 관점(월, 계절, 연간주기 등) SO2의 환경거동을 조사하고자 하였다. 이를 위해, 동시에 관측한 주요 기준성 대기오염물질 및 기상요소들에 대해서도 동일한 기준을 적용하여 분석을 실시하였다. 성분마다 총 기간의 평균치를 Table 2에 제시하였다.
자료를 분석하기에 앞서 시간단위로 측정한 자료 (24개 1 day−1)를 기반으로 평균값을 산출하여 일자료를 중심으로 기본적인 분석을 실시하였다.
의 배출특성을 다양한 관점에서 해석하고자 하였다. 특히, SO2와 동시에 측정한 대기오염물질 및 주변 기상자료를 동시에 비교 분석하는 방식으로 다양한 통계분석을 하였다.
대상 데이터
Fig 1. Geographical location of the Yongsan-gu (YS) district in Seoul, Korea.
및 기타 조사대상의 성분들은 각기 적절한 측정방법을 적용하여, 매 시간별 자료를 확보하였다. 본 연구에서 주 조사대상으로 선정한 SO2은 자외선 형광법에 기반을 둔 SA-633 Sulfur Dioxides Analyzer (SA-633, KIMOTO, Japan)를 사용하여 실시간 측정 하였다. 본 장비는 SO2를 0-1 µmole mole−1 범위 내에서 측정가능하고, 최소검출한계는 1 nmole mole−1에 해당한다.
본 연구의 조사대상인 용산구 지역에서는 2004년부터 2013년까지 10년간 매시간 단위로 SO2 농도를 관측하였다. 본 연구에서는 이들 기본자료를 일기준으로 전환하고, 이렇게 전환한 자료를 토대로 다양한 시간적 관점(월, 계절, 연간주기 등) SO2의 환경거동을 조사하고자 하였다.
이를 위해, 서울특별시 용산구(GS: 37º 32'18''N, 126º 57'56''E) (Fig. 1)의 측정소에서 2004년 1월부터 2013년 12월까지 10년 동안 자료를 수집하였다.
데이터처리
용산구에서 측정한 대기오염물질과 주요 환경변수 간의 통계적 유의성을 조사하기 위해, 상관분석을 실시하였다(Table 6). MK-test와 마찬가지로 변수들 간의 비교분석을 쉽게 월 단위 평균자료를 이용하여 분석하였다. 먼저 2004-2013년까지의 분석결과를 토대로 상관분석을 실시, 상대적으로 상관성이 강한 경우로 전체 136개의 비교 가능한 짝 중 88개로 64.
용산구에서 측정한 대기오염물질과 주요 환경변수 간의 통계적 유의성을 조사하기 위해, 상관분석을 실시하였다(Table 6). MK-test와 마찬가지로 변수들 간의 비교분석을 쉽게 월 단위 평균자료를 이용하여 분석하였다.
의 시간적 변화추이를 파악하기 위해, 장기적 증 · 감 추이를 통계적으로 평가하고자 하였다. 이를 위해 MK-test (Mann-Kendall trend test)를 기반으로월 단위로 확보한 오염물질 및 기상항목들에 대한 시간적 추이를 비교분석하였다(Table 5). SO2와 외부 기상요소 중 UV (Q (Sen’s slope, 변화추세)=0.
이론/모형
O3는 자외선광도법을 이용한 OA-683 Ozone Analyzer (OA-683, KIMOTO, Japan)로 측정하였다. Hydrocarbon (HC) 성분은 수소이온화검출기법을 이용한 Hydrocarbon Analyzer (HA675, KIMOTO, Japan)을 이용하였다. 그리고 주변 외부기상요소도 각각의 측정장비를 통해 동시측정을 실시하였다(온도(Temperature, Temp), 습도(Relative humidity, RH: HMP45A, VAISALA, Finland), Ultraviolet (UV), 태양광 (LI200SZ, LICOR, USA), 풍속(Wind speed, WS: WM05103, RM.
NOx성분은 화학발광법에 기반을 둔 NA-623(KIMOTO, Japan)를 이용하여 분석하였다. 측정범위는 0-1 µmole mole−1이고, 최소검출한계는 1 nmole mole−1부터 검출이 가능하다.
이외, CO성분은 비분산적외선흡수법을 이용한 NDIR gas analyzer (ZRF, FUJI, Japan)를 사용하였다. O3는 자외선광도법을 이용한 OA-683 Ozone Analyzer (OA-683, KIMOTO, Japan)로 측정하였다. Hydrocarbon (HC) 성분은 수소이온화검출기법을 이용한 Hydrocarbon Analyzer (HA675, KIMOTO, Japan)을 이용하였다.
8 L min−1이고, 0-40℃ 범위내의 시료를 분석가능하다. 이외, CO성분은 비분산적외선흡수법을 이용한 NDIR gas analyzer (ZRF, FUJI, Japan)를 사용하였다. O3는 자외선광도법을 이용한 OA-683 Ozone Analyzer (OA-683, KIMOTO, Japan)로 측정하였다.
성능/효과
본 연구에서 월 평균기준으로 SO2자료를 비교한 결과(Table 4)를 살펴보면, 주거지역에 해당하는 용산구 지역도 화석연료 사용 및 기상요건과 같은 변수에 민감하게 영향을 받는 것을 알 수 있다. 겨울철 (12-2월: 평균 −0.
3% 이상(9개 이상)의 상대적 상관성이 높은 것으로 나타났다 (Table 6C). 본 연구에서는 위의 결과로 SO2와 변수들의 상호간에 상관성이 높은 결과를 얻을 수 있었다. 또한, SO2와 다른 변수들의 상관성을 비교한 자료에서 (1) PM10, Temp, RH (P≤0.
05=8개)). 이 중 12개 변수들(양의 상관: PM2.5, PM10, TSP, CO, NO2, NOx, 음의 상관: O3, Temp, RH, UV, Solar)의 경우, p값이 0.01 이하로 SO2와 높은 상관성을 유지하는 것으로 나타났다(Table 6A). 또한, 이들 측정변수를 모두 개별 연도별로 자료를 나누는 방식으로, SO2와 다른 변수들과의 상관성을 비교해보았다(Table 6B).
후속연구
그에 반해, 같은 지역 내에서도 NO2와 PM10 같은 항목들은 각각의 대기환경기준치를 초과하는 경향성이 뚜렷하다. 이들 대기오염물질에 대한 배출량을 줄이기 위한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
오염 상태의 회복이 점점 한계점에 다다르고 있는 이유는?
현대 사회의 발전과 대기, 토양, 수질을 위시한 환경 시스템에는 많은 변화가 함께 나타나고 있다. 시간이 지나면 파괴된 환경도 자연스럽게 회복하기 마련이지만, 자연이 회복하는 속도보다 사람들에 의한 환경의 파괴속도가 더 빠르기 때문에 오염 상태의 회복은 점점 한계점에 다다르고 있다. 이를 조절하기 위해, 대기중 오염의 정도와 그에 대한 원인을 파악하는 것이 시급하다.
화석연료의 사용으로 어떠한 물질들이 발생하는가?
지금 인류에게 가스, 석탄, 석유등과 같은 화석연료는 가장 중요한 에너지자원이다. 이런 화석연료의 사용으로 인해, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 같은 대기오염물질들이 발생한다. 이러한 현상은 다시 스모그 현상, 산성비와 같은 심각한 환경문제들을 유발하는 것으로 알려져 있다(Choi et al.
대기오염물질은 무엇을 유발하는가?
이런 화석연료의 사용으로 인해, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 같은 대기오염물질들이 발생한다. 이러한 현상은 다시 스모그 현상, 산성비와 같은 심각한 환경문제들을 유발하는 것으로 알려져 있다(Choi et al., 2006).
참고문헌 (16)
Amancio, C.T. and Nascimento, L.F.C., 2012, Asthma and air pollutants: A time series study. Revista da Associacao Medica Brasileira, 58, 302-307.
Arden, C., Burnett, R.T., Thun, M.J., Calle, E.E., Krewski, D., Ito, K., and Thurston, G.D., 2002, Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution. The journal of the American Medical Association, 287, 1132-1141.
Bae, S.Y. and Kim, Y.P., 2003, The relative contribution of $SO_2$ -to-sulfate conversion processes over the metropolitan Seoul area. Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, 19, 451-465. (in Korean)
Cho, Y.S., 1991, Smog and health effects -A review of London smog of December, 1952-. Journal of Environmental and Sanitary Engineering, 6, 109-120. (in Korean)
Choi, H.J., Noh, D.W., and Cho, Y.S., 2006, Estimation of the marginal abatement costs for SOx of the electric utility industry using a distance function approach. Journal of Environmental Policy and Administration, 14, 195-215. (in Korean)
Evans, L.S. and Curry, T.M., 1979, Differential responses of plant foliage to simulated acid rain. American Journal of Botany, 66, 953-962.
Kim, H.S. and Chung, Y.S., 2007, Large-scale transport of air pollutants in the East Asian region: Satellite and ground observations. Journal of the Korean Earth Science Society, 28, 123-135. (in Korean)
Kim, K.H., 1996, The concentration of major atmospheric pollutants in Won Ju city, Korea during 1992-1994. Journal of the Korean Earth Science Society, 17, 437-447. (in Korean)
Koo, H.S. and Kim, H.D., 2004, Numerical simulation on the wind ventilation lane and air pollutants transport due to local circulation winds in Daegu districts. Journal of the Korean Earth Science Society, 25, 418-427. (in Korean)
Korean ministry of environment, 2014, Air environmental conservation act. Korean ministry of environment, Seoul, Korea, Attached 8, 1 p. (in Korean)
Koricheva, J., Roy, S., Vranjic, J.A., Haukioja, E., Hughes, P.R., and Hanninen, O., 1997, Antioxidant responses to simulated acid rain and heavy metal deposition in birch seedlings. Environmental Pollution, 95, 249-258.
Lee, Y.J., 1996, Umweltpolitische instrumente zur luftreinhaltung - Zur reduzierung der $SO_2$ -emissionen -. Journal of Environmental Policy and Administration, 4, 71-87. (in Korean)
National institute of environmental research, 2013, Annual report of air quality in Korea (2012). Supplement 1, Seoul, Korea, 1 p. (in Korean)
Seoul metropolitan government, 2012, Seoul statistical yearbook. Seoul metropolitan government, Seoul, Korea, 5 p. (in Korean)
Son, B.S. and Jang, B.K., 1999, Concentration of sulfur dioxide ( $SO_2$ ) of subway station in Seoul. The Korean journal of sanitation, 14, 17-23. (in Korean)
Zhou, N., Cui, Z., Yang, S., Han, X., Chen, G., Zhou, Z., Zhai, C., Ma, M., Li, L., Cai, M., Li, Y., Ao, L., Shu, W., Liu, J., and Cao, J., 2014, Air pollution and decreased semen quality: A comparative study of Chongqing urban and rural areas. Environmental Pollution, 187, 145-152.
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