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문제 정의
- , 2013; Song and Shon, 2012a, b), 항공기 온실가스 배출에 따른 복사강제력 및 기온변화에 대한 연구는 전혀 수행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 국내 4곳의 국제공항(인천, 김포, 김해, 제주)에서 항공기 온실가스 배출에 따른 복사강제력의 시간(연간, 계절별, 월별) 변화를 분석하고, 이를 이용한 기온변화를 산출하여 그 특성을 살펴보았다. 또한 각 공항(지역)별 복사강제력 및 기온의 변화를 상호 비교하였다.
- 본 연구에서는 2009~2010년 동안 국내 대규모 공항(인천, 김포, 제주, 김해 공항)에서 항공기 온실가스(CO2, CH4, N2O) 배출자료를 이용하여 각 온실가스의 농도를 산정하였으며, 단순화된 복사강제력 계산식을 통해 4공항의 온실가스 배출이 복사강제력에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 복사강제력과 기온변화의 선형관계식을 이용하여 각 공항에서의 온실가스 배출에 따른 평균기온 변화를 분석하였다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 국내 4곳의 국제공항(인천, 김포, 김해, 제주)에서 항공기 온실가스 배출에 따른 복사강제력의 시간(연간, 계절별, 월별) 변화를 분석하고, 이를 이용한 기온변화를 산출하여 그 특성을 살펴보았다. 또한 각 공항(지역)별 복사강제력 및 기온의 변화를 상호 비교하였다.
- O) 배출자료를 이용하여 각 온실가스의 농도를 산정하였으며, 단순화된 복사강제력 계산식을 통해 4공항의 온실가스 배출이 복사강제력에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 복사강제력과 기온변화의 선형관계식을 이용하여 각 공항에서의 온실가스 배출에 따른 평균기온 변화를 분석하였다. 전반적으로 2년간(2009~2010년) 4공항 중 인천공항에서의 CO2 농도가 가장 크게 산출되었으며, 이를 통한 복사강제력 (평균 30.
-
표 1에서 복사강제력 계산식의 신뢰도(5% 이내)는 복사모델을 이용한 복사강제력 추정값의 비교 연구를 통하여 증명되었다(IPCC, 2007). 복사강제력 산출식에서, 각 공항별 항공기 배출에 의한 온실가스의 농도 변화는 배출량 추정값, 배출면적(공항면적), 경계층 높이(1 km), 월평균 풍속 자료를 이용하여 산출하였다. 공항관련 상세자료는 한국공항공사(KAC,
대상 데이터
- 복사강제력 산출식에서, 각 공항별 항공기 배출에 의한 온실가스의 농도 변화는 배출량 추정값, 배출면적(공항면적), 경계층 높이(1 km), 월평균 풍속 자료를 이용하여 산출하였다. 공항관련 상세자료는 한국공항공사(KAC, http://www.airport.co.kr/mbs/www/index.jsp)와 인천국제공항공사의 웹사이트 (http://www.airport.kr/) 정보를 참조하였다. 온실가스 농도는 정상상태에서의 농도를 산출하여 복사강제력 계산에 적용하였으며, 2009~2010년 동안 4 공항에서의 월평균 풍속은 각 공항의 항공기상관측 자료를 이용하였다(Korea Meteorological Administration (KMA), 2009, 2010).
- 온실가스 농도는 정상상태에서의 농도를 산출하여 복사강제력 계산에 적용하였으며, 2009~2010년 동안 4 공항에서의 월평균 풍속은 각 공항의 항공기상관측 자료를 이용하였다(Korea Meteorological Administration (KMA), 2009, 2010). 국내공항에서 항공기 배출에 의한 복사강제력 계산을 위한 국내의 온실가스의 배경농도는 안면도 기후변화감시센터의 2009~2010년 측정 자료를 사용하였다(http://www.climate.go.kr). 즉 CO2, CH4, N2O의 배경농도는 각각 393.
- 본 연구의 대상영역은 국내에 위치하고 있는 총 4곳의 국제공항인 인천, 김포, 부산, 제주공항을 대상으로 하였다. 이들 공항에서 항공기에 의해 배출되는 온실가스의 배출량은 선행연구(Song and Shon, 2012b)에 의해 산출되었으며, 온실가스 배출량 산정법 및 이들에 대한 상세한 고찰은 위 선행연구에 제시되어 있다.
- kr/
이론/모형
- 이는 항공기에서 배출되는 온실가스 농도변화에 의한 복사강제력 변화량을 산출하기 위하여 단순화된 식을 의미한다. 두 번째 및 세 번째 식의 상수 값은 각각 Shi (1992)와 Hansen et al. (1988)의 1차원 전구 평균 기상입력 자료를 바탕으로 산출 되었다. 그리고 아래 첨자 0은 온실가스의 배경농도를 나타낸다.
- 한국교통연구원(KOTI, 2009) 조사에 따르면, Tier 3의 방법이 실제 배출되는 지역을 잘 반영하여 보다 정확한 배출량 산출이 된다고 한다. 따라서 본 연구에서는 LTO 횟수(Tier 3)를 이용한 온실가스 배출량 산정법을 이용하였다. 이러한 항공기 LTO에 의한 오염물질 배출량은 기종별 운항모드에 따른 배출계수를 이용하여 산출할 수 있다.
- 복사강제력에 의한 평균기온의 변화는 핵심 변수인 복사강제력 ΔF와의 선형관계식을 이용하여 산출하였다(Lim et al., 2006; IPCC, 1990).
- 항공기가 직접 배출하는 온실가스(예, CO2, CH4, N2O)에 의한 복사강제력 산출은 Hansen et al. (1988)의 연구결과를 기초로 한 단순화된 방정식을 나타낸 IPCC (2007)의 식을 적용하였다(표 1).
성능/효과
- N2O 배출에 의한 복사강제력은 CO2의 복사강제력과 비교 시 수천배 정도 낮은 것으로 나타났다. 인천공항의 2년간 (2009~2010년) 월별 복사강제력은 1.
- 첫 번째 공식을 사용한 CO2 복사강제력 추정값은 두 번째 공식에 의한 복사강제력과는 약 7% 정도 낮은 값을 보인다. 두 번째 공식과 세 번째 공식에 의한 CO2의 복사강제력은 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 온실가스 중 CO2 배출에 따른 복사강제력을 살펴보면, 항공기 이∙착륙 빈도가 가장 높은 인천공항의 2009년도 월별 복사강제력은 22.
- 8 mW/m2). 두 번째로 이∙착륙 빈도가 높은 김포공항의 경우, 2009년도 월별 복사강제력은 17.0 (3월)~30.2 mW/m2 (9월)으로 추정되었으며 (연평균 값은 22.6 mW/m2), 2010년도는 2009년도와 거의 유사한 17.4 (3월)~29.6 mW/m2 (10월)의 범위를 나타내었다(연평균 값은 23.1 mW/m2). 2010년도 월별 복사강제력의 경우 인천경우와는 달리 10월이 가장 높고 3월이 가장 낮은 것으로 나타났다.
- 8℃)도 증가하는 것으로 제시되었다 (IPCC, 2013). 따라서 본 연구결과인 30 mW/m2의 항공부문 복사강제력 크기는 국내의 기후 변화 관점에서 관심을 가져야 하는 부분으로 판단된다. 또한 항공기로부터 CO2 배출에 의한 평균기온의 변화는 도시 대기의 BC에 의한 평균기온 변화 그리고 도시의 열섬효과와 비교해서도 상당히 작게 나타났다.
- 따라서 본 연구결과인 30 mW/m2의 항공부문 복사강제력 크기는 국내의 기후 변화 관점에서 관심을 가져야 하는 부분으로 판단된다. 또한 항공기로부터 CO2 배출에 의한 평균기온의 변화는 도시 대기의 BC에 의한 평균기온 변화 그리고 도시의 열섬효과와 비교해서도 상당히 작게 나타났다. 이것은 대상지역에서 산출된 온실가스의 배출량 차이에 기인한 것으로 사료되며, 향후 풍부하고 다양한 측정∙분석자료의 확보와 3차원 복사전달모델을 통한 수치모의 연구가 병행된다면 보다 정확한 온실가스에 따른 복사효과를 산출할 수 있을 것으로 기대된다.
- 반면 가장 작은 복사강제력 및 평균 기온변화는 김해공항에서 나타났다 (평균 17.3 mW/m2과 평균 0.013ºK).
- 5 W/m2로 보고되었다(Song and Shon, 2014b). 본 연구결과로부터 항공기에서 배출되는 CO2에 의한 복사강제력은 도시지역 BC의 복사강제력에 비해 매우 작은 것으로 사료된다.
- 6ºK로 보고되었다(Song and Shon, 2014b). 본 연구결과로부터 항공기에서 배출되는 CO2에 의한 평균 기온변화는 도시지역의 BC에 의한 평균 기온 변화와 비교하여 매우 작은 것으로 판단된다. 또한 이는 도시지역의 열섬효과(대구 4.
- 본 연구의 결과에서 추정된 항공기 온실가스 배출에 의한 복사강제력은 CO2의 경우 전지구 복사강제력과 유사하였지만, 도시 대기의 BC에 의한 복사강제력에 비해서는 매우 작은 값을 나타내었다. 한편 IPCC 5차 보고서에 따르면, 1750년 대비 2011년 총 복사강제력은 2.
- 이러한 차이는 국내 항공 여행객과 국제항공 여행객의 계절별 차이에 기인하였다. 세 번째로 이∙착륙 빈도가 높은 제주공항의 2009년도 월별 복사강제력은 14.8 (1월)~25.8 mW/m2 (5월)의 범위로 나타난 반면(연평균 값은 21.1 mW/m2), 2010년도는 2009년도보다 약간 높은 수치인 16.9 (12월)~30.0 mW/m2 (8월)으로 나타났다(연평균 값은 24.3 mW/m2). 4곳의 공항 중 이∙착륙 빈도수가 가장 낮은 김해공항의 2009년도 월별 복사강제력은 9.
- 두 번째 공식과 세 번째 공식에 의한 CO2의 복사강제력은 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 온실가스 중 CO2 배출에 따른 복사강제력을 살펴보면, 항공기 이∙착륙 빈도가 가장 높은 인천공항의 2009년도 월별 복사강제력은 22.0 (3월)~37.2 mW/m2 (9월)으로 추정되었으며 (연평균 값은 29.2 mW/m2), 월별 편차는 아주 작은 것으로 나타났다. 2010년도 월별 복사강제력은 2009년도 보다 약간 높은 수치인 23.
- 인천공항에서 가장 높은 배출특성을 보이고 CO2의 배출량은 6.52×105 ton/yr으로 김포공항보다 약 3.2배 높으며, CH4은 -1.353 ton/yr, N2O는 6.65 ton/yr를 나타내었다.
- 전반적으로 2년간(2009~2010년) 4공항 중 인천공항에서의 CO2 농도가 가장 크게 산출되었으며, 이를 통한 복사강제력 (평균 30.0 mW/m2) 및 평균 기온변화(평균 0.022ºK)도 가장 크게 나타났다.
- 전체 온실효과 측면에서 볼 때, CH4 배출에 대한 지구온난화 효과(100년간의 지구온난화지수 GWP100= 34)는 CO2 (GWP100=1)배출에 대한 효과에 비해 낮으나, 분자 한 개당 온난화 효과에서 볼 때 34배 정도 더 크다(IPCC, 2013). N2O (GWP100=298)의 경우는 CH4 분자 한 개당의 효과보다 더 크다(CO2의 약 300 배 정도) (IPCC, 2013).
- 최근 추세에서 항공 수송은 급격이 증가하여 철도 및 해운 수송에 근접하고 있는 실정이다. 즉, 철도 및 해운 수송은 감소 추세를 보이고 도로 수송은 답보 상태에 있는 것으로 나타난 반면, 수송수단 중 유일하게 항공 수송이 성장 추세를 보였다. 게다가, 1990~2006년 동안 교통수단별 최종 에너지 소비 경향에서 항공수단(JA-1유)의 연평균 증가율은 14.
후속연구
- 이것은 대상지역에서 산출된 온실가스의 배출량 차이에 기인한 것으로 사료되며, 향후 풍부하고 다양한 측정∙분석자료의 확보와 3차원 복사전달모델을 통한 수치모의 연구가 병행된다면 보다 정확한 온실가스에 따른 복사효과를 산출할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 후속 연구에서 복사강제력 산출 경험식에 이용되는 계수(상수 값)의 국내 적용 타당성에 대한 불확실성을 3차원 복사전달모델의 수치모의를 통해 추정할 수 있을 것으로 기대된다.
- 또한 항공기로부터 CO2 배출에 의한 평균기온의 변화는 도시 대기의 BC에 의한 평균기온 변화 그리고 도시의 열섬효과와 비교해서도 상당히 작게 나타났다. 이것은 대상지역에서 산출된 온실가스의 배출량 차이에 기인한 것으로 사료되며, 향후 풍부하고 다양한 측정∙분석자료의 확보와 3차원 복사전달모델을 통한 수치모의 연구가 병행된다면 보다 정확한 온실가스에 따른 복사효과를 산출할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 후속 연구에서 복사강제력 산출 경험식에 이용되는 계수(상수 값)의 국내 적용 타당성에 대한 불확실성을 3차원 복사전달모델의 수치모의를 통해 추정할 수 있을 것으로 기대된다.
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