[국내논문]태풍 내습 시 강수에 의한 대기오염물질 (PM10, NO2, CO, SO2)의 농도 변화 분석 Effect of the Rainfall during Typhoon Periods on the Variation of Concentration of Ambient Air Pollutants (PM10, NO2, CO, SO2) in the Korean Peninsula원문보기
This study has analyzed the concentration variation of four air pollutants ($PM_{10}$, $NO_2$, CO, and $SO_2$) during the typhoon periods over 10 years (2002~2011). In this study, 10 typhoon events which had rainfalls in Korean Peninsula were selected during the stud...
This study has analyzed the concentration variation of four air pollutants ($PM_{10}$, $NO_2$, CO, and $SO_2$) during the typhoon periods over 10 years (2002~2011). In this study, 10 typhoon events which had rainfalls in Korean Peninsula were selected during the study period. The analysis was performed using the observation data of both the air pollutants and rainfall. In order to examine and compare the concentrations of the air pollutants between normal periods and typhoon periods, we have obtained monthly average concentrations from July to September and daily average concentrations during typhoon periods. For the period from July to September, 34% of the total rainfalls can be explained by typhoons, and the concentration of air pollutants during the typhoon period was lower than the normal period. In addition, the concentration variations of the pollutants during the typhoon period were analyzed according to two categories: differences in the concentrations between the day before and the day of the typhoon (Case 1) and between the day before and after the typhoon (Case 2). The results indicated that the reduction rate of $PM_{10}$, $NO_2$, CO, and $SO_2$ was 30.1%, 17.9%, 11.6%, 9.7% (Case 1) and 22.8%, 21.0%, 9.0%, 8.0% (Case 2), respectively. This result suggested that air quality was significantly improved during the typhoon period than after the typhoon period by the rainfall.
This study has analyzed the concentration variation of four air pollutants ($PM_{10}$, $NO_2$, CO, and $SO_2$) during the typhoon periods over 10 years (2002~2011). In this study, 10 typhoon events which had rainfalls in Korean Peninsula were selected during the study period. The analysis was performed using the observation data of both the air pollutants and rainfall. In order to examine and compare the concentrations of the air pollutants between normal periods and typhoon periods, we have obtained monthly average concentrations from July to September and daily average concentrations during typhoon periods. For the period from July to September, 34% of the total rainfalls can be explained by typhoons, and the concentration of air pollutants during the typhoon period was lower than the normal period. In addition, the concentration variations of the pollutants during the typhoon period were analyzed according to two categories: differences in the concentrations between the day before and the day of the typhoon (Case 1) and between the day before and after the typhoon (Case 2). The results indicated that the reduction rate of $PM_{10}$, $NO_2$, CO, and $SO_2$ was 30.1%, 17.9%, 11.6%, 9.7% (Case 1) and 22.8%, 21.0%, 9.0%, 8.0% (Case 2), respectively. This result suggested that air quality was significantly improved during the typhoon period than after the typhoon period by the rainfall.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
특히 한반도에 영향을 끼치는 태풍의 경우 대부분 강수를 동반하므로 태풍 기간 및 태풍의 영향 전후에 대기오염물질의 농도가 어떻게 변화하는 지에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 최근 10년간 한반도에 영향을 준 태풍의 영향기간 내 강수와 태풍 전후의 대기오염물질의 농도 변화를 통해 태풍에 동반된 강수에 의한 세정효과를 분석하고자 하였다.
본 연구는 최근 10년간 한반도에 영향을 준 태풍에 수반된 강수로 인한 세정효과에 초점을 맞춰 대기질 개선을 정량적 측면에서 분석하였다는 데에 의의가 있다. 또한 최근 이슈가 되고 있는 미세먼지의 경우 여름철에도 고농도 현상 발생할 가능성이 제기되고 있어 여름철 대기질 관리를 함에 있어 활용될 수 있으며, 향후 태풍의 사회경제적 가치평가 연구를 하기 위한 기초 자료로써 재난적 성격이 강한 태풍의 부정적인 측면이 아닌 긍정적인 기능에 대한 인식을 전환시킬 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 2002년부터 2011년까지 전국 강수를 동반한 10개의 한반도 영향 태풍을 선정하고, 국립환경과학원의 대기오염 자동측정망 자료와 기상청의 강수량 관측 자료를 이용해 강수에 따른 태풍 전후의 대기 중 오염물질의 농도 저감율을 분석하였다. 한반도 영향 태풍 시즌인 7월부터 9월까지 강수량의 34%가 태풍에 의한 것이었으며, 태풍기간의 대기오염물질 농도가 월별 대기오염물질 농도에 비해 낮게 나타났고, 태풍기간 내 강수와 대기오염물질 농도 감소 사이의 상관관계는 PM10이 -0.
제안 방법
선정된 태풍 전후의 대기오염물질(PM10, NO2, CO, SO2) 농도는 태풍 영향기간 전날, 영향기간, 영향기간 다음날에 대한 전국 평균값으로 식(1)과 같이 2개의 경우에 대해 대기오염물질의 농도변화를 살펴보았다. ΔC1은 태풍 기간과 태풍기간 전날에 대한 대기오염물질의 농도 차이이고, ΔC2는 태풍기간 다음날과 전날의 대기오염물질의 농도 차이이다.
전국적인 강수를 동반한 한반도 영향 태풍에 대해 영향기간 전후의 PM10, NO2, CO, SO2 농도 변화를 살펴보았다. 기술의 편의상 연구 방법에서 설명한 태풍의 영향기간과 영향기간 전날 전국 평균 농도의 차이 (ΔC1)를 Case 1로 태풍의 영향기간 다음날과 영향기간 전날의 전국 평균 농도 차이(ΔC2)를 Case 2로 한다.
대상 데이터
2002년부터 2011년까지 태풍백서(KMA, 2011a)와 2011년 태풍분석 보고서(KMA, 2012)를 통해 조사한 한반도에 영향을 끼친 태풍 중에 한반도에 간접적인 영향을 주었거나 영향기간 및 영향기간 전후에 전국 강수의 불연속성을 보인 태풍을 제외한 총 10개의 태풍을 선정하였다(표 1). 여기서 전국 강수의 정의는 태풍의 영향기간 내에 90% 이상의 지점(43개 지점)에 강수가 있을 때로 한다.
에 대해 연구개시일로부터 최근 10년간인 2002년부터 2011년까지 측정소의 이전, 신설, 폐쇄 등이 없이 관측의 연속성을 지닌 118개 지점의 1시간 평균 자료에 대해 분석하였다(그림 1(a)). 대기오염측정망의 결측에 의한 오차를 줄이고 통계자료의 신뢰성을 위해 통계처리 시 1시간 평균 자료를 이용하여 일평균을 계산하였으며, 유효측정비율 75% 이상인 자료만 대상으로 하였다(NIER, 2011).
또한 태풍의 영향기간 동안 강수량도 2002년부터 2011년까지 기간에 대해 기상청의 전국 기상관측소에서 관측한 자료를 사용하였으며, 전국 강수량은 도서지역을 제외한 육지의 대표적인 45개 기상관측지점(1981년 이후 연속적으로 관측된 지점)과 제주 지역의 3개 기상관측 지점 자료를 평균하여 사용하였다(그림 1(b)).
본 연구에서 대기오염물질 농도 변화 분석에 사용한 자료는 환경부 국립환경과학원의 도시대기측정망으로 측정항목 중에 입자상 물질인 PM10과 가스상 물질인 NO2, CO, SO2에 대해 연구개시일로부터 최근 10년간인 2002년부터 2011년까지 측정소의 이전, 신설, 폐쇄 등이 없이 관측의 연속성을 지닌 118개 지점의 1시간 평균 자료에 대해 분석하였다(그림 1(a)). 대기오염측정망의 결측에 의한 오차를 줄이고 통계자료의 신뢰성을 위해 통계처리 시 1시간 평균 자료를 이용하여 일평균을 계산하였으며, 유효측정비율 75% 이상인 자료만 대상으로 하였다(NIER, 2011).
성능/효과
, 1994). 제13호 태풍 SHANSHAN (그림 7(b))는 태풍의 영향기간 동안 전국적으로 강수를 동반하며 농도가 감소하였으나 강수가 동해안 쪽에 집중되면서 강수가 끝난 뒤 서해안과 남해안을 따라 농도가 증가하여 전국 평균 농도가 태풍 영향 전보다 상승한 것으로 나타났다.
의 경우, 한반도 영향 태풍시즌인 7월, 8월, 9월에 농도가 일 년 중 낮게 나타났으며, 겨울철에 점점 증가하여 황사의 영향을 많이 받는 3월과 4월에 농도가 가장 높았다. 그 결과 태풍영향기간 동안의 농도는 태풍이 없었던 달에 비해 7월에 21.3%, 8월에 13%, 9월에 36.5%가 낮은 것으로 나타났다. 이는 Park et al.
태풍기간 중 강수와 대기오염물질 농도와의 관계를 조사한 결과, 대부분의 태풍에서 영향기간 내에는 강수에 의해 대기질이 개선되었다. 그러나 강수가 끝난 뒤 바로 농도가 증가하는 경향을 보였으며, 태풍 기간 다음날에도 강수가 계속된 경우에는 태풍기간보다 더 많은 농도 감소를 보여 강수량이 많고, 강수의 지속시간이 길수록 대기 오염 물질의 농도가 더 감소하였다. 또한 PM10의 경우, 강수가 끝난 직후 수도권과 대도시를 중심으로 농도가 증가하거나 서해상에서 다가오는 기압골의 영향을 받은 사례에서 농도가 더 높아졌고, NO2와 CO는 자동차 등록대수와 통행량이 많은 대도시를 위주로 농도가 높아졌으며, SO2는 고기압 하에서 낮은 풍속일 때 고농도현상이 발생하는 것을 확인하였다.
그러나 강수가 끝난 뒤 바로 농도가 증가하는 경향을 보였으며, 태풍 기간 다음날에도 강수가 계속된 경우에는 태풍기간보다 더 많은 농도 감소를 보여 강수량이 많고, 강수의 지속시간이 길수록 대기 오염 물질의 농도가 더 감소하였다. 또한 PM10의 경우, 강수가 끝난 직후 수도권과 대도시를 중심으로 농도가 증가하거나 서해상에서 다가오는 기압골의 영향을 받은 사례에서 농도가 더 높아졌고, NO2와 CO는 자동차 등록대수와 통행량이 많은 대도시를 위주로 농도가 높아졌으며, SO2는 고기압 하에서 낮은 풍속일 때 고농도현상이 발생하는 것을 확인하였다.
42로 NO2를 제외한 다른 오염물질에서 음의 상관관계를 보였다. 또한 대기오염물질의 농도변화를 기간별(Case 1: 태풍의 영향기간, Case 2: 태풍기간 다음날)로 나누어 분석한 결과, 강수의 영향이 있는 Case 1이 강수가 끝난 후의 Case 2보다 대기오염물질의 농도가 더 낮았으며, 대기오염물질의 농도 감소율은 PM10, NO2, CO, SO2 순으로 나타났다.
8%)에 비해 2배 이상의 감소율을 보였다. 연료가 불완전연소를 할 때 발생하는 CO와 연료의 연소과정에서 황 성분이 산화되어 발생하는 SO2의 월평균 농도 추이에서도 한반도 영향 태풍 시즌이 낮고 겨울철에 높은 경향을 보였으나, CO의 태풍영향기간 동안의 7월 농도가 7월 월평균 농도보다 2.2% 더 높게 나타났다. 평균적으로 태풍영향기간에 PM10은 23.
태풍기간 중 강수와 대기오염물질 농도와의 관계를 조사한 결과, 대부분의 태풍에서 영향기간 내에는 강수에 의해 대기질이 개선되었다. 그러나 강수가 끝난 뒤 바로 농도가 증가하는 경향을 보였으며, 태풍 기간 다음날에도 강수가 계속된 경우에는 태풍기간보다 더 많은 농도 감소를 보여 강수량이 많고, 강수의 지속시간이 길수록 대기 오염 물질의 농도가 더 감소하였다.
2% 더 높게 나타났다. 평균적으로 태풍영향기간에 PM10은 23.7%, NO2는 17%, CO는 4.4%, SO2는 12.3% 정도 농도가 낮게 나타났으며, 태풍영향기간 동안 PM10의 농도 감소가 큰 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 2002년부터 2011년까지 전국 강수를 동반한 10개의 한반도 영향 태풍을 선정하고, 국립환경과학원의 대기오염 자동측정망 자료와 기상청의 강수량 관측 자료를 이용해 강수에 따른 태풍 전후의 대기 중 오염물질의 농도 저감율을 분석하였다. 한반도 영향 태풍 시즌인 7월부터 9월까지 강수량의 34%가 태풍에 의한 것이었으며, 태풍기간의 대기오염물질 농도가 월별 대기오염물질 농도에 비해 낮게 나타났고, 태풍기간 내 강수와 대기오염물질 농도 감소 사이의 상관관계는 PM10이 -0.72, NO2가 0.5, CO는 -0.63, SO2는 -0.42로 NO2를 제외한 다른 오염물질에서 음의 상관관계를 보였다. 또한 대기오염물질의 농도변화를 기간별(Case 1: 태풍의 영향기간, Case 2: 태풍기간 다음날)로 나누어 분석한 결과, 강수의 영향이 있는 Case 1이 강수가 끝난 후의 Case 2보다 대기오염물질의 농도가 더 낮았으며, 대기오염물질의 농도 감소율은 PM10, NO2, CO, SO2 순으로 나타났다.
후속연구
본 연구는 최근 10년간 한반도에 영향을 준 태풍에 수반된 강수로 인한 세정효과에 초점을 맞춰 대기질 개선을 정량적 측면에서 분석하였다는 데에 의의가 있다. 또한 최근 이슈가 되고 있는 미세먼지의 경우 여름철에도 고농도 현상 발생할 가능성이 제기되고 있어 여름철 대기질 관리를 함에 있어 활용될 수 있으며, 향후 태풍의 사회경제적 가치평가 연구를 하기 위한 기초 자료로써 재난적 성격이 강한 태풍의 부정적인 측면이 아닌 긍정적인 기능에 대한 인식을 전환시킬 수 있을 것으로 기대된다.
Lim (2012)은 강수가 대기질에 미치는 영향이 강수의 강도, 지속시간, 풍속 등에 의해 변화한다고 밝힌 바 있으며, 지역적인 강수 및 강도의 차이에 의해서도 변화될 수 있다. 태풍에 의해 수반되는 요인 중에 강수 외에 강풍 또한 대기확산에 의한 대기질 개선에 기여 할 것으로 사료되며, 사전 태풍예보에 따른 교통량의 감소와 그 외의 산업활동의 제약에 따른 대기오염물질 발생량 자체가 저감되어 대기질이 개선되는 가능성도 있으나 영향을 배제한 채 평가하여 향후 이에 대한 연구를 추가하여 대기오염 물질의 농도에 어떠한 기상인자가 더 영향을 미치는 지에 대한 연구를 진행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대기 중의 입자상 및 가스상 오염물질들은 어떤 과정에 의해 대기 중에서 제거되는가?
대기오염물질(air pollutant)이란 사람이나 동물의 건강을 위협하고 식물이나 구조물에 해를 끼치며 환경을 유독화할 정도로 대기 중에 존재하는 고체, 액체, 혹은 기체 형태의 물질로 자연과 인간 활동으로 발생한다(Min and Min, 2008). 대기 중의 입자상 및 가스상 오염물질들은 강수, 안개 및 응축 등에 의한 습식침착(wet deposition)과 강수의 영향 없이 진행되는 중력침강, 확산, 관성충돌 등에 의한 건식침착(dry deposition)의 과정에 의해 대기 중에서 제거된다. 일반 적으로 습식침착은 대기 중 입자상 오염물질이 구름 내에서 응결핵(nuclei)으로 작용하여 오염물질이 제거되는 rainout 과정과 비 또는 눈 등의 강하 시 충돌, 간섭, 흡수 및 흡착과정에 의해 제거되는 washout (세정과정)으로 분류되고 대기 중에서 습식에 의하여 제거된 대기오염물질은 건식에 의한 침착량 보다 단시간 내 많은 양이 제거된다(Wesely and Hicks, 2000).
대기오염물질이란?
대기오염물질(air pollutant)이란 사람이나 동물의 건강을 위협하고 식물이나 구조물에 해를 끼치며 환경을 유독화할 정도로 대기 중에 존재하는 고체, 액체, 혹은 기체 형태의 물질로 자연과 인간 활동으로 발생한다(Min and Min, 2008). 대기 중의 입자상 및 가스상 오염물질들은 강수, 안개 및 응축 등에 의한 습식침착(wet deposition)과 강수의 영향 없이 진행되는 중력침강, 확산, 관성충돌 등에 의한 건식침착(dry deposition)의 과정에 의해 대기 중에서 제거된다.
2002년부터 2011년까지 전국 강수를 동반한 10개의 한반도 영향 태풍을 선정하여 태풍기간 중 강수와 대기오염물질 농도와의 관계를 조사한 결과는 무엇인가?
태풍기간 중 강수와 대기오염물질 농도와의 관계를 조사한 결과, 대부분의 태풍에서 영향기간 내에는 강수에 의해 대기질이 개선되었다. 그러나 강수가 끝난 뒤 바로 농도가 증가하는 경향을 보였으며, 태풍 기간 다음날에도 강수가 계속된 경우에는 태풍기간보다 더 많은 농도 감소를 보여 강수량이 많고, 강수의 지속시간이 길수록 대기 오염 물질의 농도가 더 감소하였다. 또한 PM10의 경우, 강수가 끝난 직후 수도권과 대도시를 중심으로 농도가 증가하거나 서해상에서 다가오는 기압골의 영향을 받은 사례에서 농도가 더 높아졌고, NO2와 CO는 자동차 등록대수와 통행량이 많은 대도시를 위주로 농도가 높아졌으며, SO2는 고기압 하에서 낮은 풍속일 때 고농도현상이 발생하는 것을 확인하였다.
참고문헌 (20)
Bhaskar, B.V. and V.M. Mehta (2010) Atmospheric particulate pollutants and their Relationship with Meteorology in Ahmedabad, Aerosol Air Qual. Res., 10, 301-315.
Chate, D.M., P.S.P. Rao, M.S. Naik, G.A. Momin, P.D. Safai, and K. Ali (2003) Scavenging of aerosols and their chemical species by rain, Atmos. Environ., 37, 2477-2484.
Jeon, B.I., Y.K. Kim, and H.W. Lee (1994) On the Characteristics of the $SO_2$ Concentration Variation in Pusan, Korea, J. KAPRA, 10(4), 245-251. (in Korean with English abstract)
Jeong, W.S. (2011) A study on characteristics of air quality in Gwang-ju area, Doctor's thesisat Chosun University, 166 pp. (in Korean with English abstract)
KMA (2011a) Typhoon White Book. National Typhoon Center of KMA, 345pp.
KMA (2011b) Analysis Report of Typhoon 2010, National Typhoon Center of KMA, 359 pp.
KMA(2012) Analysis Report of Typhoon 2011, National Typhoon Center of KMA, 299 pp.
Kwon, Y.S., D.W. Song, and K.H. Kang (1996) Studies on the Transportation and Wet Deposition of Air Pollutant ( $SO_{2}$ ) by Modeling and Precipitation Analysis in Wonju City, Anal. Sci. & Technol., 9(1), 98-106. (in Korean with English abstract)
Lee, T.J., D.H. Shin, J.H. Cho, J.Y. Baek, and D.S. Kim (2009) A study on air pollutant concentration change cause by precipitation using data of air pollution monitoring system for 1998-2007, Proceeding of the 49th Meeting of Korean Soc. Atmos. Environ., 506-507. (in Korean with English abstract)
Lim, D.Y., T.J. Lee, and D.S. Kim (2012) Quantitative estimation of precipitation scavenging and wind dispersion contributions for $PM_{10}$ and $NO_2$ using long-term air and weather monitoring database during 2000- 2009 in Korea, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 28(3), 325-347. (in Korean with English abstract)
Min, K.D. and G.H. Min (2008) Essentials of Meteorology, CENGAGE Learning, p. 301.
Mircea, M., S. Stefan, and S. Fuzzi (2000) Precipitation scavenging coefficient: influence of measured aerosol and raindrop size distributions, Atmos. Environ., 34, 5169-5174.
NIER (2011) Annual report of air quality in Korea 2011, National Institute of Environmental Research (NIER) of MOE, 444 pp.
OH, S.M. (2012) The washout effect of summertime rainfall on air pollutants( $O_3$ , CO, $NO_2$ , $SO_2$ , $PM_{10}$ ) over South Korea, Master's thesis at Ewha Womans University, 33 pp. (in Korean with English abstract)
Park, J.H., K.C. Choi, and Kasahara Mikio (1996) Characterization of Atmospheric Aerosols Scavenged by Rain Water, J. KAPRA, 12(2), 159-165. (in Korean with English abstract)
Park, J.K., B.S. Kim, W.S. Jung, E.B. Kim, and D.G. Lee (2006) Change in statistical characteristics of typhoon affecting the Korean Peninsula, Atmos. of Korean Meteorol. Soc., 16(1), 1-17. (in Korean with English abstract)
Park, S.M., K.J. Moon, J.S. Park, H.J. Kim, J.Y. Ahn, and J.S. Kim (2012) Chemical characteristics of ambient aerosol during Asian Dusts and high PM episodes at Seoul intensive monitoring site in 2009, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 28(3), 282-293. (in Korean with English abstract)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.