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문제 정의
- , 2007; 한지현 등 2013). 따라서 본 연구에서는 2014년 1월부터 12월까지 1년간의 1시간 간격 준실시간 분석으로 탄소성 입자의 농도 특성 및 계절 별, 시간별 특성을 파악하여 향후 수도권 지역 탄소성 입자 농도 저감을 위한 대기질 관리의 과학적인 근거자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
- PM2.5 질량농도의 경우 β-ray 흡수법을 사용하는 BAM 1020(MetOne Ins., U.S.A)으로 측정하였고, PM2.5 내 탄소성분 농도는 Semi-continuous OCEC analyzer(Sunset Lab., U.S.A)로 측정하였다.
- 교체 후 최소 12시간 동안 HEPA 필터를 장착하여 산출된 배경농도 데이터를 상·하위 값을 제외하고 75%의 평균을 산출하여 측정 데이터의 배경농도로 처리하였다.
- )에서 2014년 1월 1일부터 12월 31일까지 1 시간 간격으로 초미세먼지의 질량 및 탄소성분을 실시간 모니터링하였다. 다만, 수도권 지역의 탄소성분 농도에 대한 연구를 진행함에 있어서 불광동에 위치한 수도권측정소가 수도권 전지역을 대표할 수 있는지에 대한 제약점이 따르지만, 환경부에서 측정소를 설립할 당시 권역을 대표할 수 있는 지점을 선정하였기 때문에 지역 대표성은 확보하고 있는 것을 전제로 연구를 진행하였다.
- 4 μg/m3 이다. 또한 시료유입구 전단에 디누더를 장착하여 가스상 탄소에 대한 영향을 제거하였으며, 입자상 탄소의 영향을 다루기 때문에 강우 시 데이터는 무효처리하였다.
- 로 산화되었다 할지라도 시간이 지남에 따라 여지가 오염되어 레이저의 투과도가 저하되는 문제가 발생한다. 이를 위해 초기 레이저 값과 측정시의 레이저 투과율을 이용하여 레이저 보정 계수(laser correction factor)를 산출하는데, 이 값이 0.88 이하가 되면 여지의 교체가 권장되므로(Yu et al., 2009), 본 연구에서는 보정계수가 0.88이 되면 여지를 교체하였다. 교체 후 최소 12시간 동안 HEPA 필터를 장착하여 산출된 배경농도 데이터를 상·하위 값을 제외하고 75%의 평균을 산출하여 측정 데이터의 배경농도로 처리하였다.
- 교체 후 최소 12시간 동안 HEPA 필터를 장착하여 산출된 배경농도 데이터를 상·하위 값을 제외하고 75%의 평균을 산출하여 측정 데이터의 배경농도로 처리하였다. 장비의 교정은 Sucrose 표준시료를 사용하여 매월 수행하였고, 3단계 농도수준에 대해 검량선의 결정인자를 0.99 이상으로 유지하였다. 이 장비의 측정 농도 범위는 0 ~ 40 μg/m3 이며, 검출한계는 0.
대상 데이터
- 국립환경과학원에서 운영 중인 서울시 은평구 불광동에 위치한 수도권 대기오염집중측정소에서 2014 년 1월부터 12월까지 탄소성분 및 PM2.5질량농도를 연속 측정하였다. 서울 불광동의 OC와 EC의 평균농도는 각각 4.
- 본 연구를 위해 서울시 은평구 불광동에 위치한 수도권 대기오염집중측정소(37° 36‘N, 126° 56’E, 67 m a.s.l.)에서 2014년 1월 1일부터 12월 31일까지 1 시간 간격으로 초미세먼지의 질량 및 탄소성분을 실시간 모니터링하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 사용한 SOCEC 장비는 TOT법을 사용하며 분석 절차는 다음과 같다. 시료를 PM2.
성능/효과
- 계절별 특징을 살펴보면, 1) 여름철은 난방 시 배출되는 1차 배출원의 감소와 남동풍의 우세로 인한 동북아시아의 영향력 감소, 장마철 강우에 의한 세정 효과 등의 영향으로 OC와 EC의 농도가 사계절 중 가장 낮은 수준을 보였으며, OC와 EC의 상관성 역시 가장 낮은 수준을 보여 탄소배출원 및 배출특성이 다양하다는 것을 시사했다. 또한, OC와 EC의 결정계수 회귀식에서 절편이 사계절 중 가장 높고, OC/EC 의 비 역시 가장 높은 것으로 나타나 EC의 배출 없이 2차 생성 OC가 상당 부분 발생한 것으로 추정된다.
- 또한, OC와 EC의 결정계수 회귀식에서 절편이 사계절 중 가장 높고, OC/EC 의 비 역시 가장 높은 것으로 나타나 EC의 배출 없이 2차 생성 OC가 상당 부분 발생한 것으로 추정된다. 2) 겨울철은 강한 북서풍의 영향으로 아시아대륙의 오염물질이 빠르게 이동하여 우리나라에 직접적으로 영향을 줌과 동시에 국내의 난방연료 연소와 같은 1차적인 배출 증가에 의한 영향으로 OC와 EC 농도가 가장 높은 수준을 나타냈으며, OC와 EC의 상관성 역시 가장 높은 수준을 보여 비교적 동일한 배출특성을 가지는 배출원의 영향을 받은 것을 시사했다. 3) 가을 철은 대기가 정체되고, 청명한 대기 상태가 유지되어 2차 입자 생성이 유리한 조건과 함께 사계절 중 가장 낮은 EC 농도로 인해 여름철 다음으로 높은 OC/EC 비를 나타내었다.
- 2) 겨울철은 강한 북서풍의 영향으로 아시아대륙의 오염물질이 빠르게 이동하여 우리나라에 직접적으로 영향을 줌과 동시에 국내의 난방연료 연소와 같은 1차적인 배출 증가에 의한 영향으로 OC와 EC 농도가 가장 높은 수준을 나타냈으며, OC와 EC의 상관성 역시 가장 높은 수준을 보여 비교적 동일한 배출특성을 가지는 배출원의 영향을 받은 것을 시사했다. 3) 가을 철은 대기가 정체되고, 청명한 대기 상태가 유지되어 2차 입자 생성이 유리한 조건과 함께 사계절 중 가장 낮은 EC 농도로 인해 여름철 다음으로 높은 OC/EC 비를 나타내었다. 4) 봄철은 황사와 같은 고농도 사례가 빈번히 발생하여 가장 낮은 OC와 EC의 함량비와 중국의 산업지역 및 주거지역에서 장거리 이동된 EC 의 영향으로 가장 낮은 OC/EC 비를 나타냈다.
- 3) 가을 철은 대기가 정체되고, 청명한 대기 상태가 유지되어 2차 입자 생성이 유리한 조건과 함께 사계절 중 가장 낮은 EC 농도로 인해 여름철 다음으로 높은 OC/EC 비를 나타내었다. 4) 봄철은 황사와 같은 고농도 사례가 빈번히 발생하여 가장 낮은 OC와 EC의 함량비와 중국의 산업지역 및 주거지역에서 장거리 이동된 EC 의 영향으로 가장 낮은 OC/EC 비를 나타냈다.
- 계절별 일변동 경향을 분석해보면, 출·퇴근시간인 아침과 저녁에 OC, EC 농도 모두 증가하는 경향을 보였다.
- 따라서 중국 북동부지역의 산업지역이나 아시아대륙의 사막, 고원지대 등에서 불어오는 강한 북서풍 계열의 바람이 우세한 봄철에 PM2.5 50 μg/m3 이상이 6시간 이상 지속된 고농도 사례가 연간 총 68회중 28회로 가장 빈번히 발생(41.2%)하였다.
- 8%로 남동풍이 우세하였다. 또한 여름에 연강수량의 55.6%에 해당하는 강우가 집중적으로 내렸으며, 풍속은 봄에 가장 강한 것으로 나타났다. 따라서 중국 북동부지역의 산업지역이나 아시아대륙의 사막, 고원지대 등에서 불어오는 강한 북서풍 계열의 바람이 우세한 봄철에 PM2.
- 계절별 특징을 살펴보면, 1) 여름철은 난방 시 배출되는 1차 배출원의 감소와 남동풍의 우세로 인한 동북아시아의 영향력 감소, 장마철 강우에 의한 세정 효과 등의 영향으로 OC와 EC의 농도가 사계절 중 가장 낮은 수준을 보였으며, OC와 EC의 상관성 역시 가장 낮은 수준을 보여 탄소배출원 및 배출특성이 다양하다는 것을 시사했다. 또한, OC와 EC의 결정계수 회귀식에서 절편이 사계절 중 가장 높고, OC/EC 의 비 역시 가장 높은 것으로 나타나 EC의 배출 없이 2차 생성 OC가 상당 부분 발생한 것으로 추정된다. 2) 겨울철은 강한 북서풍의 영향으로 아시아대륙의 오염물질이 빠르게 이동하여 우리나라에 직접적으로 영향을 줌과 동시에 국내의 난방연료 연소와 같은 1차적인 배출 증가에 의한 영향으로 OC와 EC 농도가 가장 높은 수준을 나타냈으며, OC와 EC의 상관성 역시 가장 높은 수준을 보여 비교적 동일한 배출특성을 가지는 배출원의 영향을 받은 것을 시사했다.
- 이후 특별법을 근거로 2005년 11월에 ‘제 1차 수도권 대기환경 관리 기본 계획’을 마련하여 대기환경 개선 대책을 꾸준히 추진하였으며, 그 결과 서울시 미세먼지 연평균 농도는 2001년 71 μg/m3 의 수준에서 2013년 44 μg/m3 로 크게 낮아졌다고 보고하였다(환경부, 2014). 본 연구 기간의 수도권 PM2.5 평균농도는 여름철 서울에서 선행된 연구 결과를 제외하면 가장 낮은 수준으로 나타났으며, OC와 EC의 농도 수준 또한 비교적 낮은 수준을 보였다. 하지만, PM2.
- 5질량에 대한 함량비는 가장 높은 것으로 나타났다. 봄철의 경우 앞서 언급한 바와 같이 황사와 같은 고농도 사례가 빈번히 발생하여 가장 높은 PM2.5농도를 나타내었으며, 그에 따라 PM2.5중 가장 낮은 OC, EC 함량비를 보였다. OC/EC 비는 2015년 봄철 고농도사례에 대한 선행연구의 결과와 같이 중국의 산업지역 및 주거지역에서 장거리 이동된 EC의 영향으로 가장 낮은 수준을 보였다(이영재 등, 2015).
- 서울 불광동의 OC와 EC의 평균농도는 각각 4.1 ± 2.7, 1.6 ± 1.0 μg/m3 수준을 보였으며, OC/EC 비의 경우 교통수단에 의한 배출이 많은 수도권지역의 특징으로 인해 다른 지역에서 선행된 연구결과들과 비교 시 다소 낮은 수준인 2.9 ± 2.7로 나타났다.
- 총 탄소성 분(TC, TC = OC + EC)은 PM2.5의 14.4 ~ 21.2%를 차지했으며, PM2.5중 OC와 EC의 함량비(mass fraction)는 각각 0.13 ± 0.06, 0.05 ± 0.03으로 나타났다.
- 03으로 나타났다. 탄소성분의 연평균 결과에 대한 상대표준 편차는 EC에 비하여 OC가 약 3.4% 높게 나타났다. 이유를 살펴보면, 첫째, EC는 연소과정에서의 1차 생성이 주 발생원이지만, OC는 EC와 같은 연소과정만 아니라 식물, 토양 및 해양 기원의 1차적 발생 요인과 2차적인 광화학반응으로 생성된 SOC 등 그 발생원이 다양하기 때문인 것으로 사료되며,(Szidat et al.
후속연구
- 그러나 OC와 EC의 농도가 오후 시간대에 증가하는 시간이 계절별로 다르게 나타났는데, 여름철은 다른 계절보다 늦은 시간인 20시 이후에 농도가 올라가고, 겨울철은 이른 시간인 20시 이전에 피크를 보였다. 이는 계절에 따른 일몰 시간의 차이로 인해 퇴근시간이 여름에는 조금 더 늦게, 겨울에는 일찍 이뤄지기 때문으로 추정되나 확실한 원인을 파악하기 위해서는 추가적인 분석이 필요하다. 여름철 일변동 경향의 또 다른 특징은 오전에 OC 농도가 높아지는 시점인데, 다른 계절은 출근시간인 08시부터 10시 사이에 피크를 이루는 반면, 여름철은 보다 늦은 시간인 정오시간대(12 ~ 15시)에 높은 농도를 나타냈다.
- 이러한 오염물질 중지구의 복사 평형에 영향을 주어 전 지구적인 기후변화를 야기하는 탄소성분의 효율적인 저감을 위해서는 배출원 및 특징을 파악하는 것이 우선시 되어야할 것이다. 이번 연구를 통해 수도권 지역 탄소성분의 배출특성 및 계절별 특징, 농도 수준을 파악하고, 대기질 개선 정책의 효과적인 수립을 위한 과학적인 기초자료의 제공이 가능할 것으로 판단된다.
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