[논문]서울지역 시간별 에어로솔 자료를 이용한 화학성분별 광학특성 및 직접 복사강제력의 시간 변화 분석

송상근; 손장호

doi:10.5572/kosae.2014.30.1.001

서울지역 시간별 에어로솔 자료를 이용한 화학성분별 광학특성 및 직접 복사강제력의 시간 변화 분석
Temporal Variations in Optical Properties and Direct Radiative Forcing of Different Aerosol Chemical Components in Seoul using Hourly Aerosol Sampling 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.30 no.1, 2014년, pp.1 - 17

Abstract ▼ AI-Helper

Temporal variations of optical properties of urban aerosol in Seoul were estimated by the Optical Properties of Aerosols and Clouds (OPAC) model, based on hourly aerosol sampling data in Seoul during the year of 2010. These optical properties were then used to calculate direct radiative forcing during the study period. The optical properties and direct radiative forcing of aerosol were calculated separately for four chemical components such as water-soluble, insoluble, black carbon (BC), and sea-salt aerosols. Overall, the coefficients of absorption, scattering, and extinction, as well as aerosol optical depth (AOD) for water-soluble component predominated over three other aerosol components, except for the absorption coefficient of BC. In the urban environment (Seoul), the contribution of AOD (0.10~0.12) for the sum of OC and BC to total AODs ranged from 23% (spring) to 31% (winter). The diurnal variation of AOD for each component was high in the morning and low in the late afternoon during the most of seasons, but the high AODs at 14:00 and 15:00 LST in summer and fall, respectively. The direct negative radiative forcing of most chemical components (especially, $NO_3{^-}$ of water-soluble) was highest in January and lowest in September. Conversely, the positive radiative forcing of BC was highest in November and lowest in August due to the distribution pattern of BC concentration.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 기존의 에어로솔 자료보다 훨씬 고해상도인 시간별 에어로솔 자료를 이용하여 도시 에어로솔의 성분별 광학특성과 복사강제력의 시간별 변화를 정량적으로 분석한 것에 큰 의의가 있다. 그러나 여전히 지표에서 샘플링한 에어로솔은 대기 상층의 에어로솔을 정확하게 포함하지 못하기 때문에 향후 풍부하고 다양한 측정∙분석자료 (에어로솔 연직분포 등)를 확보한다면 보다 정확한 에어로솔 성분별 광학특성 및 복사효과를 산출할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 2010년 서울 광진구 구의동에서 측정한 시간별 에어로솔 자료와 광학모델(OPAC)을 이용하여 도시 에어로솔의 화학성분별 광학특성(흡수, 산란, 소산계수, AOD 등)과 직접 복사강제력의 시간 변화(월별 및 일별 등)를 살펴보았다. 연구목적을 위하여 도시 에어로솔을 4가지 성분(water-soluble, insoluble, BC, sea-salt)으로 분류하여 분석하였다.
본 연구에서는 에어로솔 화학성분별 광학특성을 분석하기 위하여 먼저 연구기간동안(2010년) 관측된 각성분별 농도 특성을 살펴보았다(표 1). 전반적으로 계절에 상관없이 4가지 성분 중에서 water-soluble이 가장 높게 관측되었으며, 그 다음으로 insoluble, BC, sea-salt 순서로 나타났다.

가설 설정

28~40 μm 사이)을 포함하며, 에어로솔의 광학특성은 입자형태가 구형이라는 가정하에 Mie 이론을 통해 계산된다. OPAC 모델은 에어로솔의 여러 성분들이 외부적으로 혼합되어 있는 것으로 가정하며, 이들 성분들의 기원을 기초로 하여 에어로솔 유형 (type: 도시, 사막, 대륙, 해양 에어로솔)을 결정하는 체계로 구성되어 있다. 한편, 각각의 에어로솔 성분 내에서는 서로 유사기원의 화학 조성물들(substances)이 내부적으로 혼합되어 구성되어 있는 것으로 가정한다(Hess et al.
또한 에어로솔 및 water clouds에 대해서는 61개 파장(0.25~40 μm 사이), ice clouds에 대해서는 67개 파장(0.28~40 μm 사이)을 포함하며, 에어로솔의 광학특성은 입자형태가 구형이라는 가정하에 Mie 이론을 통해 계산된다.
(1998)의 표 1c 참조). 또한 에어로솔의 질량 및 화학 조성의 연직분포는 경계층 고도(약 2 km) 내에서 일정한 것으로 가정하였다.
따라서 본 연구의 sea-salt 추정량은 선행 연구와 큰 차이를 보이지 않는 것으로 판단된다. 마지막으로 BC 성분은 상대습도의 증가에 따라 성장하지 않는 것으로 가정한다. 위에서 설명한 4가지 에어로솔 성분에 대해 요약하면 다음과 같다.
, 2004). 한편 Cl의 농도는 Cl/Na 당량비(=0.80, r=0.32)가 1에 근사하여해염기원으로 가정하였다. 그러나 도시의 인위적 오염원(소각, 연소 등)은 Cl 농도에 영향을 끼치기 때문에 sea-salt 에어로솔 총 질량농도는 다소 과대평가 되었으리라 추정된다.
OPAC 모델에서는 일부 성분 (water-soluble, sea-salt)에서만 이러한 현상을 고려한다. 한편 에어로솔 입경과 상대습도 사이의 관계는 단일함수(single function)로 가정하고 있어 같은 상대습도에서 건조 입자와 습한 입자는 서로 다른 입자크기를 가진다는 현상(hysteresis effect)을 고려하지 못한다. 또한 에어로솔 및 water clouds에 대해서는 61개 파장(0.
OPAC 모델은 에어로솔의 여러 성분들이 외부적으로 혼합되어 있는 것으로 가정하며, 이들 성분들의 기원을 기초로 하여 에어로솔 유형 (type: 도시, 사막, 대륙, 해양 에어로솔)을 결정하는 체계로 구성되어 있다. 한편, 각각의 에어로솔 성분 내에서는 서로 유사기원의 화학 조성물들(substances)이 내부적으로 혼합되어 구성되어 있는 것으로 가정한다(Hess et al., 1998). 여기서 외부혼합은 서로 다른 성분의 입자사이에는 물리적 혹은 화학적 상호작용이 없음을 의미한다.

제안 방법

본 측정소는 구의정수사업소(구의아리수 정수센터)의 중간에 위치하며, 주위에는 주거지역, 공원, 강 등이 인접해 있다. PM_2.5의 분석은 네덜란드 Applikon Analytical B.V회사에서 제작된 Online Analyzer (MARGA, 모델 ADI 2080)를 이용하여 수행되었으며, BC 및 OC의 질량농도는 Thermal/Opticaltransmittance Carbon Aerosol Analyzer (Sunset Laboratory Inc.에서 제작)를 통해 분석되었다. MARGA 시스템은 1시간 간격으로 주요 수용성 무기이온 및 관련 미량기체 농도를 측정하기 위하여 이용되었으며, 99.
등), insoluble, BC (혹은 soot), sea-salt, mineral dust, sulfate droplets로 분류하여 각각의 광학특성을 산출할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 본 연구에서는 mineral dust의 주요 성분인 알루미늄(Al), 규소(Si), 철(Fe) 등이 측정되지 않았고 sulfate droplets의 자료 부족으로 인해 6가지 중에서 4가지 성분(water-soluble, insoluble, BC, sea-salt)에 대하여 각각의 광학특성을 분석하였다. 이전 연구에 의하면(Lee et al.
특히, 에어로솔 화학성분별 그리고 시간별 에어로솔 자료를 이용한 광학특성 분석 및 복사강제력 산출에 관한 연구는 전무하다. 따라서 본 연구에서는 2010년 서울에서 측정된 시간별 에어로솔 자료와 광학모델(OPAC: Optical Properties of Aerosols and Clouds)을 이용하여 에어로솔 성분별(water-soluble, insoluble, BC, sea-salt) 광학특성의 시간 변화를 분석하고, 이를 이용한 복사강제력과 기온의 변화를 산출하였다.
041을 적용하였다. 또한 water-soluble 을 1차 무기 에어로솔(PIA: K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺), 2차 무기 에어로솔(SIA: SO₄^2- , NO₃^- , NH₄⁺), 그리고 수용성 OC로 보다 세분화 하였다. Na⁺, Cl^- , 그리고 해수의 다른 주요 이온들은 water-soluble로부터 분리하여 sea-salt 성분으로 따로 분류하였다.
본 연구에서는 OPAC 모델을 수행하여 4가지 화학성분에 대한 전체 광학두께(AOD: aerosol optical depth, τ)도 계산하였다.
본 연구에서는 OPAC 모델의 결과를 검증하기 위하여 MODIS 및 선포터미터(Sun photometer)의 월별 AOD를 이용하여 비교분석하였다(그림 2). MODIS AOD는 한반도 중부지역을 통과하는 1°×1°해상도의 관측값이고, 선포터미터 AOD는 NASA AERONET (Aerosol Robotic Network, http://aeronet.
본 연구에서는 대상지역 에어로솔 화학성분별 AOD와 복사강제력(RF)의 일변화(diurnal variation) 특성을 4계절로 구분하여 살펴보았다. 그림 3은 하루 중 낮 동안의 AOD 변화를 나타내는데, 계절별 일출과 일몰시간을 고려하여 봄, 가을철은 6~18시, 여름철은 5~19시, 겨울철은 8~17시까지로 정하였다.
본 연구에서는 2010년 서울 광진구 구의동에서 측정한 시간별 에어로솔 자료와 광학모델(OPAC)을 이용하여 도시 에어로솔의 화학성분별 광학특성(흡수, 산란, 소산계수, AOD 등)과 직접 복사강제력의 시간 변화(월별 및 일별 등)를 살펴보았다. 연구목적을 위하여 도시 에어로솔을 4가지 성분(water-soluble, insoluble, BC, sea-salt)으로 분류하여 분석하였다. 전반적으로 4가지 에어로솔 성분 중에서 water-soluble의 광학특성(흡수, 산란, 소산계수, AOD)이 가장 큰 기여도를 보였다(BC의 흡수계수를 제외하고는).
두 번째, water-soluble 에어로솔은 일반적으로 1차 배출에 의해 형성되거나 혹은 기체와 입자 사이의 전환과정에 의해서 2차적으로 형성된다. 즉 water-soluble은 SO₄^2- , NO₃^- , NH₄⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, 그리고 수용성 OC와 같은 주요 무기이온을 포함하여 7가지 성분들로 구성되며, 일부 성분은 해염(sea-salt) 및 비해염(non-sea-salt (NSS)) water-soluble 성분으로 세분화하였다. 4가지 NSS 성분인 NSS-SO₄^2- , NSS-K⁺, NSS-Mg²⁺, NSS-Ca²⁺의 질량농도는 다음의 관계식, [ion]_obs-[Na]×(Na⁺에 대한 이온의 질량비)에 의해서 계산되었다.
이러한 OC와 BC의 광학특성은 도시환경에서 그들의 농도 상승과 함께 부분적으로 BC의 높은 흡수율이 원인인 것으로 추정된다. 한편, 에어로솔 흡습성과 광학특성과의 관계를 살펴보기 위해 4가지 성분 중 water-soluble과 sea-salt 성분에 대하여 상대습도 90% 경우의 광학특성을 추가적으로 계산하였다. 상대습도 70% 경우와 비교하여, water-soluble 성분은 최소 1.

대상 데이터

본 연구에 이용된 자료는 2010년 1년간(1월 1일~12월 31일) 서울시 광진구 구의동 (127°05.44′, 37°32.40′, 그림1)에 위치한 유해대기 및 산성강하물 측정 등을 포함한 종합대기측정소에서 관측한 매시간 에어로솔 및 관련자료(PM2.5와 관련 이온 및 기체성분의 질량농도)이며, 이를 기반으로 에어로솔 화학성분별 시간규모의 광학특성, 복사강제력 및 기온 변화를 산출하였다.
5와 관련 이온 및 기체성분의 질량농도)이며, 이를 기반으로 에어로솔 화학성분별 시간규모의 광학특성, 복사강제력 및 기온 변화를 산출하였다. 본 측정소는 구의정수사업소(구의아리수 정수센터)의 중간에 위치하며, 주위에는 주거지역, 공원, 강 등이 인접해 있다. PM_2.
gov/) 프로그램에서 제공하는 관측값이다. 선포터미터 AOD 는 연구기간(2010년)과 연구대상지역(서울)에 해당 하는 자료를 구할 수 없는 관계로 본 연구기간과 일치하면서 도시지역인 광주의 AOD 자료를 이용하였다. 전반적으로 OPAC AOD가 MODIS AOD보다는 다소 높게 예측(회귀직선 기울기 1.
본 연구에서는 OPAC 모델을 수행하여 4가지 화학성분에 대한 전체 광학두께(AOD: aerosol optical depth, τ)도 계산하였다. 운량 분율(N) 자료는 우리나라 기상청(http://www. kma.go.kr/weather/observation/currentweather.jsp)으로부터 얻었다. 상향 산란된 복사 분율(β)은 β=(1-g/2) /2 (Sagan and Pollack, 1967)의 근사관계를 이용하여 계산하였으며, 이때 g는 비대칭 변수(asymmetry parameter)로서 OPAC 수행을 통해 얻어진다.

이론/모형

본 연구에서 도시 대기상단(TOA: Top of the Atmosphere)에서 에어로솔이 직접 복사강제력(RF)에 미치는 영향을 평가하기 위하여 Charlson et al.(1992)의해 제시된 그리고 Chylek and Wong (1995)에 의해 수정된 다음의 방정식을 이용하였다.
본 연구에서는 에어로솔의 광학특성 (소산, 산란, 흡수계수 등)을 산출하기 위하여 광학모델인 OPAC 프로그램을 이용하였다. OPAC 모델에 대한 자세한 설명은 Hess et al.
상향 산란된 복사 분율(β)은 β=(1-g/2) /2 (Sagan and Pollack, 1967)의 근사관계를 이용하여 계산하였으며, 이때 g는 비대칭 변수(asymmetry parameter)로서 OPAC 수행을 통해 얻어진다.
여기서 각 성분별 광학특성을 산출하기 위해 OPAC 모델의 입력자료로 이용된 에어로솔 성분별 수밀도(number density)는 단일 입자의 질량농도를 이용하여 4가지 성분에 대해 각각 계산되었다(Hess et al. (1998)의 표 1c 참조). 또한 에어로솔의 질량 및 화학 조성의 연직분포는 경계층 고도(약 2 km) 내에서 일정한 것으로 가정하였다.

성능/효과

4가지 에어로솔 성분별 광학두께 (AOD, aerosol optical depth)의 특성을 살펴보면, 다른 광학특성(산란 및 흡수계수 등)과 마찬가지로 water-soluble의 AOD가 가장 높았으며(0.32~0.37), 이 중에서 SIA 의 AOD는 전체 성분의 AOD에 약 56% (겨울)에서 66% (봄)에 이르기까지 상당히 큰 기여를 한 것으로 나타났다. 또한 OC의 AOD는 0.
이러한 차이는 OPAC 계산의 입력자료로 이용된 에어로솔 농도가 선포터미터 관측시의 농도보다 높았기 때문인 것으로 여겨진다. OPAC 계산에 이용된 연구기간(2010년)과 같은 기간 내 선포터미터 관측일에 해당하는 에어로솔 농도변화를 환경부 PM₁₀ 질량농도를 통해 확인한 결과 AOD가 높게 나타난 날들은 대부분 PM₁₀ 질량농도 역시 높게 나타났다. 이외에도, OPAC AOD와 MODIS 및 선포터미터 AOD 사이의 상관계수 (r)는 각각 0.
각 성분별 AOD의 월변화를 보면(표 3), 전체 성분 중에서 가장 탁월한 water-soluble의 AOD는 1월에 가장 높았고 9월에 가장 낮게 나타났다. Water-soluble 중에서 SIA의 AOD는 1월에 가장 높았고(0.
70%의 상대습도는 OPAC 모델 내에서 적용된 8가지 상대습도 중 하나로서 연구기간동안의 평균(약 66%)에 가장 가까운 값을 선택한 것이다. 결과적으로 본 연구에서는 에어로솔 흡습성에 따른 광학특성과 복사강제력의 산출은 고려하지 않은 셈이다. 전반적으로 water-soluble 성분의 산란, 흡수, 소산계수가 가장 높은 수치를 나타냈다(BC의 흡수계수 제외).
반면 여름철 음의 복사강제력은 14시에 최고치를 나타내며 가을철에는 이른 아침부터 점차 증가하다가 15시에 정점에 도달하였다. 그리고 각 시간대별 음의 복사강제력에 가장 크게 기여하는 성분은 water-soluble이었으며(특히 NO₃^- ), 나머지 성분들은 매우 작게 나타났다.
2 W m^-2로 최고치를 나타내며 가을철에는 이른 아침부터 점차 증가하다가 15시에 최고 약 -11 W m^-2까지 도달하였다. 그리고 각 시간대별 음의 복사강제력에 가장 크게 기여하는 성분은 water-soluble이었으며(특히 NO₃^- , 그림 5), 나머지 성분들은 무의미할 정도로 매우 작은 기여도를 보였다. 반면, BC는 가을철 높은 농도의 영향으로 인해 양의 복사강제력이 나타났으며, 다른 시간대와 비교하여 오전시간대에 최고치가 예측되었다.
(2009)에 의하면, 비록 BC의 질량농도가 water-soluble 성분보다 약 4배 정도 낮음에도 불구하고, BC 소산계수는 water-soluble 성분만큼 중요하다는 결과가 밝혀진 바 있다. 대조적으로, insoluble과 sea-salt 성분의 소산계수는 전체의 약 1.2%와 3% 미만으로 각각 산출되었다. 표 1과 2를 통해, 에어로솔 성분별 산란, 흡수, 소산계수의 변화는 각 성분별 농도변화에 의해 결정되는 것을 알 수 있었다.
, 2011; Park and Kim, 2004). 두 번째, water-soluble 에어로솔은 일반적으로 1차 배출에 의해 형성되거나 혹은 기체와 입자 사이의 전환과정에 의해서 2차적으로 형성된다. 즉 water-soluble은 SO₄^2- , NO₃^- , NH₄⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, 그리고 수용성 OC와 같은 주요 무기이온을 포함하여 7가지 성분들로 구성되며, 일부 성분은 해염(sea-salt) 및 비해염(non-sea-salt (NSS)) water-soluble 성분으로 세분화하였다.
그러나 여름과 가을철은 오전시간대는 물론 오후시간대의 14시와 15시에도 각각 높게 추정되었다. 또 다른 AOD 일변화 특징으로 가을철은 이른 오전부터 시작하여 15시까지 점차 증가하다가 그 이후로 감소하는 패턴을 보였으며, 나머지 계절(봄, 여름, 겨울)은 오전에 점차 증가하다가 오후에 서서히 감소하는 패턴이 나타났는데, 이는 에어로솔 질량농도의 일변화에 기인한 것으로 추정된다.
반면, BC는 가을철 높은 농도의 영향으로 인해 양의 복사강제력이 나타났으며, 다른 시간대와 비교하여 오전시간대에 최고치가 예측되었다. 또 다른 AOD 일변화 특징으로는 봄, 여름, 겨울철의 AOD는 오전에는 점차 증가하다가 오후에는 서서히 감소하는 패턴을 보였으나, 가을철은 아침부터 시작하여 오후 3시까지 점차 증가하다가 그 이후로 감소하는 패턴이 나타났다. 이는 에어로솔 질량농도의 일 변화 패턴과 유사하게 나타나(본문에 나타내지 않음)각 성분별 에어로솔 AOD는 질량농도에 매우 유관한 것으로 볼 수 있다.
Water-soluble 성분과 마찬가지로, BC와 OC의 AOD 또한 계절별 대부분 오전 9~10시경에 정점에 이르렀고(예외로, 여름철 OC는 14시경에 정점), 약 오후 3~4시에 최저치를 보였다(예외로, 여름철 OC 는 12시경에 최소). 또한 BC 및 OC AOD의 합이 전체 성분의 AOD에 미치는 기여도는 최저 23% (봄)에서 최고 31% (겨울)까지 차지하였다. 이러한 BC AOD 의 시간별 변화는 BC 복사강제력의 시간별 변화와 거의 유사한 패턴을 보였다(그림 4).
Watersoluble 중에서 SIA의 산란, 흡수, 소산계수는 1월에 가장 높았고(특히, NO₃^-의 큰 기여로 인해) 2월에 가장 낮게 나타났다. 또한 water-soluble 중에서 PIA와 OC의 산란, 흡수, 소산계수는 SIA에 비해 상대적으로 낮은 수치를 보였으나 sea-salt 성분보다는 매우 높은 편이었다. 한편, water-soluble, insoluble, sea-salt의 산란계수는 흡수계수보다 훨씬 높게 나타나 이로 인해 소산계수가 증가된 것으로 볼 수 있다.
Water-soluble 성분의 시간별 AOD는 봄, 여름, 겨울철의 오전시간대(9~11시)에 정점을 나타낸 반면, 가을철에는 아침부터 점차 증가하다가 오후 3시경에 최고치에 이르렀다(그림 3). 또한 water-soluble의 AOD가 전체 성분의 AOD에 미치는 기여도가 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로 BC, insoluble 또는 sea-salt 순서로 나타났다. 예를 들어, 전체 성분의 AOD에 미치는 water-soluble의 기여도는 약 82~85%를 차지하였다.
즉, 전체 성분별 복사효과는 1월에 가장 큰 음의 복사강제력이 나타났고 9월에 가장 작게 나타났다. 또한 성분별 광학특성과 마찬가지로 전체 성분 중에서 water-soluble의 복사효과가 가장 큰 기여도를 차지하였으며, 그 중에서 NO₃^-의 음의 복사강제력이 가장 크게 기여한 것으로 나타났다. 한편, BC의 복사효과는 모든 성분별 월변화 분포와 달리 11월에 가장 큰 양의 복사강제력을 보였으며, 8월에 가장 낮게 나타났다.
, 2009). 본 연구의 대상지역(서울)에서도 전체 성분의 흡수계수(평균 11.7 Mm^-1 (봄)~15.8 Mm^-1 (가을))에 대한 BC 흡수계수 (평균 7.4 Mm^-1 (봄)~12.0 Mm^-1 (가을))의 기여는 최소 63% (봄)에서 최대 76% (가을철) 이르기까지 높게 나타났다.
한편, 에어로솔 흡습성과 광학특성과의 관계를 살펴보기 위해 4가지 성분 중 water-soluble과 sea-salt 성분에 대하여 상대습도 90% 경우의 광학특성을 추가적으로 계산하였다. 상대습도 70% 경우와 비교하여, water-soluble 성분은 최소 1.01배(흡수계수)에서 최대 1.8배(산란계수), sea-salt 성분은 최소 1.1배(AOD)에서 최대 1.7배(소산계수) 높게 산출되어 상대습도 증가에 의해 두 성분의 흡습성이 증가하는 것을 알 수 있었다. 그러나 유의할 점은 본 연구의 모의에서 동일한 상대습도(70%)가 적용되어 시간에 따른 상대습도의 변화를 모의하지 못한다.
전반적으로 4가지 에어로솔 성분 중에서 water-soluble의 광학특성(흡수, 산란, 소산계수, AOD)이 가장 큰 기여도를 보였다(BC의 흡수계수를 제외하고는). 에어로솔 성분별 광학특성의 변화는 일반적으로 각 성분별 질량농도의 변화에 의해서 결정되므로 4가지 성분 중에서 water-soluble의 농도가 높은 봄철과 겨울철에 광학특성이 가장 탁월하였으며(특히 봄철은 4월, 겨울철은 1월), BC는 높은 농도를 나타낸 가을철에 상대적으로 높은 값을 보였다(특히 9월). 이외에도, BC 흡수계수는 water-soluble 성분에 비해 상대적으로 높게(약 1.
상대습도는 다른 세 계절에 비해 여름철에 가장 높은 수치를 보였다. 연구기간동안 에어로솔 농도 분석을 살펴본 결과, 에어로솔의 광학특성은 다른 계절에 비해 봄철에 가장 뚜렷하고 클 것으로 예상 되며, 또한 상대습도가 높은 여름철에도 흡습성장이 활발한 NSS-SO₄^2- 및 NO₃^- 등의 SIA에 의해 다소 높은 값이 나타날 것으로 예상된다. 4가지 성분 중에서 water-soluble 이온, OC, BC의 농도분포에 대한 자세한 분석은 Shon et al.
2 μg m^-3 )에 가장 높은 농도를 보였다. 연구기간동안의 기상요소 특성을 보면(표 1), 기온과 일사는 계절 특성상 여름철에 최고값이 관측되었으며, 풍속은 봄철에 가장 강하게 나타났다. 상대습도는 다른 세 계절에 비해 여름철에 가장 높은 수치를 보였다.
연구목적을 위하여 도시 에어로솔을 4가지 성분(water-soluble, insoluble, BC, sea-salt)으로 분류하여 분석하였다. 전반적으로 4가지 에어로솔 성분 중에서 water-soluble의 광학특성(흡수, 산란, 소산계수, AOD)이 가장 큰 기여도를 보였다(BC의 흡수계수를 제외하고는). 에어로솔 성분별 광학특성의 변화는 일반적으로 각 성분별 질량농도의 변화에 의해서 결정되므로 4가지 성분 중에서 water-soluble의 농도가 높은 봄철과 겨울철에 광학특성이 가장 탁월하였으며(특히 봄철은 4월, 겨울철은 1월), BC는 높은 농도를 나타낸 가을철에 상대적으로 높은 값을 보였다(특히 9월).
선포터미터 AOD 는 연구기간(2010년)과 연구대상지역(서울)에 해당 하는 자료를 구할 수 없는 관계로 본 연구기간과 일치하면서 도시지역인 광주의 AOD 자료를 이용하였다. 전반적으로 OPAC AOD가 MODIS AOD보다는 다소 높게 예측(회귀직선 기울기 1.18)된 반면, 선포터미터 AOD보다는 약간 낮게(기울기 0.92) 예측되었다. 또한 선포터미터 AOD는 MODIS와 달리 주로 봄, 가을철에 OPAC AOD보다 낮게 산출되었다.
본 연구에서는 에어로솔 화학성분별 광학특성을 분석하기 위하여 먼저 연구기간동안(2010년) 관측된 각성분별 농도 특성을 살펴보았다(표 1). 전반적으로 계절에 상관없이 4가지 성분 중에서 water-soluble이 가장 높게 관측되었으며, 그 다음으로 insoluble, BC, sea-salt 순서로 나타났다. Water-soluble 중에서는 무엇보다도 SIA 농도가 PIA와 OC 농도에 비해 최소 2배(겨울)에서 최대 18배(겨울)까지 높게 관측되었다.
)의 월별 분포를 나타낸다. 전반적으로 전체 에어로솔 성분에 대한 복사효과는 1월에 가장 큰 음의 복사강제력(평균 -5.9 W m^-2 )이 나타났고 9월에 가장 작은 음의 복사강제력(평균 -0.6 W m^-2 )이 나타났다. 화학성분별로 보면, 전체 중에서 가장 큰 영향을 미치는 water-soluble의 경우 1월에 가장 큰 음의 복사강제력(약 -28.
또한 에어로솔 각 성분별 복사효과의 일변화도 성분별 광학특성(예, AOD)의 변화 패턴과 유사하였다. 전체 성분에 대해 봄철과 겨울철에는 음의 복사강제력이 오전시간대에 최고치를 보이다가 오후시간대에 다소 감소하는 경향이 나타났다. 반면 여름철 음의 복사강제력은 14시에 최고치를 나타내며 가을철에는 이른 아침부터 점차 증가하다가 15시에 정점에 도달하였다.
001 Mm^-1 ) 제외하였다. 즉, 도심에서 BC 는 상대적으로 적은 농도임에도 불구하고 흡수계수를 증가시키면서 소산계수를 증가시키는 것을 알 수 있었다. BC 흡수계수의 월별 분포에서, 가을철 BC의 고농도로 인해 9월에 가장 높았고 봄철 낮은 농도로 인해 3월에 가장 낮게 나타났다(표 1과 3).
Water-soluble 중에서는 무엇보다도 SIA 농도가 PIA와 OC 농도에 비해 최소 2배(겨울)에서 최대 18배(겨울)까지 높게 관측되었다. 특히 SIA의 NO₃^- 농도가 NSS-SO₄^2- 및 NH₄⁺ 농도에 비해 탁월하게 높게 나타났다. 이는 1999년 서울지역에서 관측된 결과 즉, NO₃^-가 SO₄^2- 및 NH₄⁺보다 높은(각각 1.
6배) 추정되었다. 특히 도시환경에서 주요 인위적 성분인 BC와 OC의 AOD 합은 전체 성분 AOD의 약 23% (봄)에서 31% (겨울)까지 기여하는 것을 알 수 있었다. 각 성분별 AOD의 일변화는 계절 대부분 오전시간대에 높고 늦은 오후시간대에 낮은 분포를 보였다.
이러한 BC AOD 의 시간별 변화는 BC 복사강제력의 시간별 변화와 거의 유사한 패턴을 보였다(그림 4). 한편, BC와 OC AOD의 합이 전체 AOD에 미치는 상대적인 기여도는 오전에 최고를 보인 반면, water-soluble의 AOD는 상대적으로 오후에 최고 기여도가 나타났다. 각 에어로솔 성분별로 AOD의 최고 기여도가 다른 이유는 배출강도의 패턴 및 배출 시간 등이 서로 다르기 때문인 것으로 추정할 수 있다.
그리고 water-soluble 중에서는 NO₃^-의 음의 복사 강제력이 가장 크게 기여한 것으로 나타났다. 한편, insoluble과 BC 성분은 양의 복사강제력이 나타났는데, BC가 insoluble에 비해 최소 두 자릿수(100배) 이상 높은 수치를 보였다. BC의 복사효과는 전체 에어로솔 성분에 대한 월별 분포와 달리 11월에 가장 큰 양의 복사강제력(평균 6.

후속연구

본 연구는 기존의 에어로솔 자료보다 훨씬 고해상도인 시간별 에어로솔 자료를 이용하여 도시 에어로솔의 성분별 광학특성과 복사강제력의 시간별 변화를 정량적으로 분석한 것에 큰 의의가 있다. 그러나 여전히 지표에서 샘플링한 에어로솔은 대기 상층의 에어로솔을 정확하게 포함하지 못하기 때문에 향후 풍부하고 다양한 측정∙분석자료 (에어로솔 연직분포 등)를 확보한다면 보다 정확한 에어로솔 성분별 광학특성 및 복사효과를 산출할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에어로솔 입자가 미치는 영향은 무엇인가?	대기 중 에어로솔은 온실기체에 의한 지구온난화와 달리 일반적으로 냉각화에 영향을 주고 있으며, 직∙간접적으로 지구열수지를 교란시켜 기후에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 에어로솔 입자는 직접적으로 태양복사를 산란하고 지구 표면의 적외선을 흡수하기도 하고(Charlson et al., 1992), 구름의 알베도 증가(Twomey 효과 혹은 1차 간접효과)나 구름의 수명 변화(Albrecht 효과 혹은 2차 간접효과)등에 의한 간접효과를 통해 지구 대기의 복사 평형에 영향을 준다 (Rosenfeld, 2000; Albrecht, 1989; Twomey, 1974). 또한 에어로솔 성분 중에서 수용성에어로솔 (water-souble aerosol)은 음의 복사강제력 (RF: radiative forcing)을 야기시켜 지구 냉각화의 원인이 되는 반면, 화석연료의 불완전 연소나 소각 등에 의해 발생하는 검댕(Soot 혹은 BC (black carbon))은 태양복사를 흡수하는 성질이 있어 온난화 효과를 일으킨다(IPCC, 2007).
	수용성에어로솔의 특징은 무엇인가?	, 1992), 구름의 알베도 증가(Twomey 효과 혹은 1차 간접효과)나 구름의 수명 변화(Albrecht 효과 혹은 2차 간접효과)등에 의한 간접효과를 통해 지구 대기의 복사 평형에 영향을 준다 (Rosenfeld, 2000; Albrecht, 1989; Twomey, 1974). 또한 에어로솔 성분 중에서 수용성에어로솔 (water-souble aerosol)은 음의 복사강제력 (RF: radiative forcing)을 야기시켜 지구 냉각화의 원인이 되는 반면, 화석연료의 불완전 연소나 소각 등에 의해 발생하는 검댕(Soot 혹은 BC (black carbon))은 태양복사를 흡수하는 성질이 있어 온난화 효과를 일으킨다(IPCC, 2007). 특히 BC는 눈과 얼음에 침적될 때 알베도를 감소시키고 대기의 열을 흡수하여 지구온난화에 영향을 준다.
	검댕이 지구온난화에 영향을 주는 메커니즘은 무엇인가?	또한 에어로솔 성분 중에서 수용성에어로솔 (water-souble aerosol)은 음의 복사강제력 (RF: radiative forcing)을 야기시켜 지구 냉각화의 원인이 되는 반면, 화석연료의 불완전 연소나 소각 등에 의해 발생하는 검댕(Soot 혹은 BC (black carbon))은 태양복사를 흡수하는 성질이 있어 온난화 효과를 일으킨다(IPCC, 2007). 특히 BC는 눈과 얼음에 침적될 때 알베도를 감소시키고 대기의 열을 흡수하여 지구온난화에 영향을 준다. 이외에도, 황사와 같은 에어로솔은 단파복사(태양복사)를 산란시켜 냉각화, 장파복사(지구복사)를 흡수하여 온난화 역할을 하기도 한다(IPCC, 2007).

참고문헌 (37)

Albrecht, B.A. (1989) Aerosols, cloud microphysics, and fractional cloudiness, Science, 245, 1227-1230.

상세보기
Bae, M.S. (2011) Seasonal estimation of organic mass to organic carbon (OM/OC ratio), Proceedings of 49th meeting of Korean Society for Atmospheric Environment.
Charlson, R.J., S.E. Schwartz, J.M. Hales, R.D. Cess, J.A. Coakley, Jr., J.E. Hansen, and D.J. Hofmann (1992) Climate forcing by anthropogenic aerosols, Science, 255, 423-430.

상세보기
Chubarova, N.Y., M.A. Sviridenkow, A. Smirnov, and B.N. Holben (2011) Assessments of urban aerosol pollution in Moscow and its radiative effects, Atmospheric Measurement Techniques, 4, 367-378.

상세보기
Chylek, P. and J. Wong (1995) Effect of absorbing aerosols on global radiative budget, Geophysical Research Letters, 22, 929-931.

상세보기
Heo, J.-B., P.K. Hopke, and S.-M. Yi (2009) Source apportionment of $PM_{2.5}$ in Seoul, Korea, Atmospheric Chemistry and Physics, 9, 4957-4971.

상세보기
Hess, M., P. Koepke, and I. Schult (1998) Optical properties of aerosols and clouds: the software package OPAC, Bulletin of the American Meteorological Society, 79(5), 831-844.

상세보기
Huebert, B.J., T. Bates, P.B. Russell, G. Shi, Y.J. Kim, K. Kawamura, G. Carmichael, and T. Nakajima (2003) An overview of ACE-Asia: Strategies for quantifying the relationship between Asian aerosols and their climatic impacts, Journal of Geophysical Research, 108, D23, 8633, doi:10.1029/2003JD003550.

상세보기
IPCC (2007) IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007-The Physical Science Basis, Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA
Kim, B.-G., Y.-J. Kim, and S.-H. Eun (2008) An analysis of aerosol optical properties around Korea using AERONET, Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, 24(6), 629-640. (in Korean with English abstract)

원문보기 상세보기
Kim, J., B.-C. Choi, A. Jefferson, and K.-C. Moon (2003) Aerosol light scattering and absorption measured at Gosan, Korea in Spring of 2001, Journal of Korean Meteorological Society, 39(2), 239-250. (in Korean with English abstract)
Kim, J., S.-C. Yoon, S.-W. Kim, F. Brechtel, A. Jefferson, E.G. Dutton, K.N. Bower, S. Cliff, and J.J. Schauer (2006) Chemical apportionment of shortwave direct aerosol radiative forcing at the Gosan super-site, Korea during ACE-Asia, Atmospheric Environment, 40, 6718-6729.

상세보기
Kim, N.K., Y.P. Kim, and C.-H. Kang (2011) Long-term trend of aerosol composition and direct radiative forcing due to aerosols over Gosan: TSP, $PM_{10}$ , and $PM_{2.5}$ data between 1992 and 2008, Atmospheric Environment, 45, 6107-6115.

상세보기
Lee, S., Y.S. Ghim, S.-W. Kim, and S.-C. Yoon (2008) Seasonal variations of chemical composition and optical properties of aerosols at Seoul and Gosan, Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, 24(4), 470-482. (in Korean with English abstract)

원문보기 상세보기
Lee, S., Y.S. Ghim, S.-W. Kim, and S.-C. Yoon (2009) Seasonal characteristics of chemically apportioned optical properties at Seoul and Gosan, Korea, Atmospheric Environment, 43, 1320-1328.

상세보기
Moon, K.J., S.M. Park, J.S. Park, I.H. Song, S.K. Jang, J.C. Kim, and S.J. Lee (2011) Chemical characteristics and source apportionment of $PM_{2.5}$ in Seoul metropolitan area in 2010, Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, 27, 711-722. (in Korean with English abstract)

원문보기 상세보기
Nakajima, T., S.-C. Yoon, V. Ramanathan, G.-Y. Shi, T. Takemura, A. Higurashi, T. Takemura, K. Aoki, B.-J. Sohn, S.-W. Kim, H. Tsuruta, N. Sugimoto, A. Shimizu, H. Tanimoto, Y. Sawa, N.-H. Lin, C.-T. Lee, D. Goto, and N. Schutgens (2007) Overview of the atmospheric brown cloud east Asian regional experiment 2005 and a study of the aerosol direct radiative forcing in east Asia, Journal of Geophysical Research, 112, D24S91, doi:10.1029/2007JD009009.

상세보기
Park, S.S. and Y.J. Kim (2004) $PM_{2.5}$ particles and size-segregated ionic species measured during fall season in three urban sites in Korea, Atmospheric Environment, 38, 1459-1471.

상세보기
Penner, J.E., R.E. Dickinson, and C.A. O'Neill (1992) Effects of aerosol from biomass burning on the global radiation budget, Science, 256, 1432-1434.

상세보기
Pilson, M.E.Q. (1998). An Introduction to the Chemistry of the Sea. Prentice Hall, New Jersey. 431 pp.
Poschl, U. (2005) Atmospheric Aerosols: composition, transformation, climate and health effects, Angewandte Chemie International Edition, 44, 7520-7540.

상세보기
Praveen, P.S., T. Ahmed, A. Kar, I.H. Rehman, and V. Ramanathan (2012) Link between local scale BC emissions in the Indo-Gangenic Plains and large scale atmospheric solar absorption, Atmospheric Chemistry and Physics, 12, 1173-1187.

상세보기
Quinn, P.K., D.J. Coffman, T.S. Bates, E.J. Welton, D.S. Covert, T.L. Miller, J.E. Johnson, S. Maria, L. Russell, R. Arimoto, C.M. Carrico, M.J. Rood, and J. Anderson (2004) Aerosol optical properties measured on board the Ronald H. Brown during ACE-Asia as a function of aerosol chemical composition and source region, Journal of Geophysical Research, 109, D19S01, doi:10.1029/2003JD004010.

상세보기
Ramachandran, S. and S. Kedia (2010) Black carbon aerosols over an urban region: Radiative forcing and climate impact, Journal of Geophysical Research, 115, D10202, doi:10.1029/2009JD013560.

상세보기
Rosenfeld, D. (2000) Suppression of rain and snow by urban and industrial air pollution, Science, 287, 1793-1796.

상세보기
Sagan, C. and J. Pollack (1967) Anisotropic nonconservative scattering and the clouds of Venus, Journal of Geophysical Research, 72, 469-477.

상세보기
Seinfeld, J.H. and S.N. Pandis (2006) Atmospheric Chemistry and Physics-From Air Pollution to Climate Change. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons.
Shon, Z.-H., K.-H. Kim, S.-K. Song, Y.-Z. Chae, C.G. Park, and K. Jung (2012a) Fractionation of secondary organic carbon in aerosol in relation to the trafficborne emission of semivolatile organic compounds, Atmospheric Environment, 50, 225-233.

상세보기
Shon, Z.-H., K.-H. Kim, S.-K. Song, K. Jung, N.J. Kim, and J.-B. Lee (2012b) Relationship between water-soluble ions in $PM_{2.5}$ and their precursor gases in Seoul megacity, Atmospheric Environment, 59, 540-550.

상세보기
Shon, Z.-H., S. Ghosh, K.-H. Kim, S.-K. Song, K. Jung, and N.-J. Kim (2013) Analysis of water-soluble ions and their precursor gases over diurnal cycle, Atmospheric Research, 132-133, 309-321.

상세보기
Singh, S., K. Soni, T. Bano, R.S. Ranwar, S. Nath, and B.C. Arya (2010) Clear-sky direct aerosol radiative forcing variations over mega-city Delhi, Annales Geophysicae, 28, 1157-1666.

상세보기
Taha, H. (1997) Urban climates and heat island, albedo, evapotranspiration, and anthropogenic heat, Energy and Buildings, 25, 99-103.

상세보기
Turpin, B.J. and H.-J. Lim (2001) Species contributions to $PM_{2.5}$ mass concentrations: Revisiting common assumptions for estimating organic mass, Aerosol Science and Technology, 35, 602-610.

상세보기
Twomey, S. (1974) Pollution and the planetary albedo, Atmospheric Environment, 8, 1251-1256.

상세보기
Yoon, S.-C., J.-G. Won, A.H. Omar, S.-W. Kim, and B.-J. Sohn (2005) Estimation of the radiative forcing by key aerosol types in worldwide locations using a column model and AERONET data, Atmospheric Environment, 39, 6620-6630.

상세보기
Yu, H., Y.J. Kaufman, M. Chin, G. Feingold, L.A. Remer, T.L. Anderson, Y. Balkanski, N. Bellouin, O. Boucher, S. Christopher, P. DeCola, R. Kahn, D. Koch, N. Loeb, M.S. Reddy, M. Schulz, T. Takemura, and M. Zhou (2006) A review of measurement-based assessments of the aerosol direct radiative effect and forcing, Atmospheric Chemistry and Physics, 6, 613-666.

상세보기
Zhang, Q., J.L. Jimenez, M.R. Canagaratna, J.D. Allan, H. Coe, I. Ulbrich, M.R. Alfarra, A. Takami, A.M. Middlebrook, Y.L. Sun, K. Dzepina, E. Dunlea, K. Docherty, P.F. DeCarlo, D. Salcedo, T. Onasch, J.T. Jayne, T. Miyoshi, A. Shimono, S. Hatakeyama, N. Takegawa, Y. Kondo, J. Schneider, F. Drewnick, S. Borrmann, S. Weimer, K. Demerjian, P. Williams, K. Bower, R. Bahreini, L. Cottrell, R.J. Griffin, J. Rautiainen, J.Y. Sun, Y.M. Zhang, and D.R. Worsnop (2007) Ubiquity and dominance of oxygenated species in organic aerosols in anthropogenically-influenced Northern Hemisphere midlatitudes, Geophysical Research Letters, 34, L13801, doi:10.1029/2007GLO29979.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증