[논문]상세 국지 기류 분포를 고려한 부산 지역 내 미세 먼지 분포 특성

홍선화; 이순환

doi:10.5322/jesi.2017.26.12.1375

상세 국지 기류 분포를 고려한 부산 지역 내 미세 먼지 분포 특성
Characteristic of PM10 Distribution Related to Precise Local Wind Patterns in Busan Metropolitan Area 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.26 no.12, 2017년, pp.1375 - 1387

홍선화 (부산대학교 지구과학교육과) , 이순환 (부산대학교 지구과학교육과)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to investigate the $PM_{10}$ concentration trend and its characteristics over five different sub area in Busan from 2013 to 2015, data analysis with considering air flow distribution according to its topography was carried out using statistical methodology. The annual mean concentrations of $PM_{10}$ in Busan tend to decrease from $49.6{\mu}g/m^3$ in 2013 to $46.9{\mu}g/m^3$ in 2015. The monthly mean concentrations value of $PM_{10}$ were high during spring season, from March to May, and low during summer and fall due to frequent rain events. The concentration of $PM_{10}$ was the highest in five different sub-area in Busan. High concentration episodes over 90 percentile of daily $PM_{10}$ concentration were strongly associated with mean daily wind speed, and often occurred when the westerly wind or southwesterly wind were dominant. Regardless of wind direction, the highest correlation of $PM_{10}$ concentrations was observed between eastern and southern regions, which were geographically close to each other, and the lowest in the western and eastern regions blocked by mountains. Wind flow along the complex terrain in Busan is also one of the predominant factors to understand the temporal variation of $PM_{10}$ concentrations.

주제어

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문제 정의

본 연구는 부산지역 최근 3년 동안의 PM₁₀ 농도의 연변화의 경향성을 분석하고, 2015년 한 해 동안의 부산 지역의 지형에 따른 기류분포를 고려하여 대기오염측정소를 권역별로 나누어 지역별 미세먼지 농도의 특징을 비교하고, 고농도 발생일과 저농도 발생일의 기상 요건을 지역별로 비교하고자 한다.
본 연구에서는 부산지역을 대상으로 2013년부터 2015년까지 미세먼지 농도의 경향성을 분석하고, 부산의 지형에 따른 기류분포를 고려하여 2015년 한 해 동안의 지역별 미세먼지의 특징을 비교하였다.
황사와 같은 장거리 수송에 의한 외부 물질의 유입과 별개로 대도시에서 발생하는 미세먼지의 농도는 내부배출원에 의한 영향이나 종관 및 국지적인 기상조건, 지형 등의 영향을 받는다(Park and Kwon, 2006; Seoul Development Institute, 2011). 황사나 내부 배출원을 제외하면 미세먼지 농도에 가장 큰 영향을 주는 요인은 풍속, 풍향 등의 기상조건이라 볼 수 있으며(Shin et al., 2007; Kim et al., 2013), 본 연구에서는 2015년도 한 해를 대상으로 관측소별 저농도 발생일과 고농도 발생일의 기상 요인을 비교해 보았다.

제안 방법

부산시의 19개 도시대기측정소 중 기장과 정관을 제외한 17개의 관측소의 2015년도 자료를 이용하여 동부, 서부, 중부, 북부, 남부 지역 간의 시간별 PM₁₀농도의 상관관계를 구해 보았다(Fig. 6). 먼저 지역별 상관도(R²)는 0.
부산지역 19개의 도시대기 측정소 중 기장과 정관을 제외한 17개 도시대기 측정소를 지형을 고려하여 동부, 서부, 남부, 중부, 북부로 구분하여 지역별 미세먼지 평균 농도의 특징을 살펴보았다. 2013년부터 2015년 지역별 미세먼지 농도를 보면 학장동과 장림동을 포함한 서부지역의 연평균 PM₁₀ 평균 농도가 가장 높게 나타났으며, 대연동, 광안동, 좌동이 포함된 동부지역이 가장 낮게 나타났다.
반면 북태평양 고기압이 주요하게 작용할 경우와 종관풍이 약하게 나타날 때 해륙풍의 영향으로 바람은 주로 남풍 계열의 바람이 나타난다. 이 경우 지역별 미세먼지 농도의 상관성을 비교하였다. Fig.
지리적으로 근접한 남부지역과 동부지역 뿐만 아니라, 금정산의 동쪽에 위치하면서 주요한 골짜기를 따라 위치하는 남부-중부, 중부-북부 지역도 상관계수 관계가 높게 나타났다. 이는 지형에 의하여 형성된 바람길을 따라 오염 물질이 이동하면서 이들 농도가 유사하게 나타나기 때문으로 판단되어 청룡동과 전포동의 고농도일인 4월 25일의 중부-북부 지역을 잇는 전포동, 명장동, 부곡동, 청룡동의 시간에 따른 미세먼지 농도 변화를 살펴보았다(Fig.9).
특히 부산지역은 복잡한 산악과 해륙 분포에 따라 매우 복합적인 기류가 나타날 것으로 판단된다. 이러한 복잡 기류에 따른 미세먼지 분포 특성을 파악하기 위하여 산악 분포에 따라 동부, 서부, 중부, 북부, 남부의 5개권으로 구분하였다. Fig.
부산은 복잡한 해안선과 여러 개의 구릉성 산지들로 인하여 해양과 도심 내륙의 지형적 조건이 복잡하여 대기 오염에 영향을 미치는 국지순환 또한 다양하게 나타난다(Do and Jung, 2015). 이러한 지형에 따른 기류 분포를 고려하여 지역을 크게 동부, 서부, 중부, 북부, 남부로 구분하여 지역별 미세먼지의 특징에 대하여 분석하였다.

대상 데이터

금정산 - 백양산 - 구덕산의 동쪽 골을 중심으로 길게 도로가 형성되면 도시가 발달되어 있는데 이 골의 북쪽에 위치한 청룡동, 부곡동, 명장동을 북부지역, 그 아래 백양산의 동쪽 골에 위치한 연산동과 전포동을 중부지역, 구덕산 동쪽 골부터 연안에 위치한 수정동, 대신동, 광복동, 태종대를 남부지역, 그리고 황령산과 금련산, 장산의 동쪽에 위치하며 남동 연안과 인접한 광안동, 대연동, 좌동을 동부지역으로 설정하였다.
의 측정 자료는 2013년 1월부터 2015년 12월까지 3년간의 시간별 평균자료로 부산 지역 19개 도시대기측정소에서 측정한 자료를 사용하였다. 부산지역 전체 미세먼지 농도의 연변화와 월변화는 19개의 도시대기측정소의 자료를 모두 사용하였으며, 부산지역의 기류분포에 따른 미세먼지의 특징을 알기 위해 정관과 기장읍을 제외한 17개 도시대기측정망을 동부, 서부, 중부, 북부, 남부의 5개 권역으로 설정하였다. 유효 측정 자료는 24시간 중에서 70%(18시간)이상 측정한 자료, 월평균 자료는 30일 기준으로 20일 이상 관측된 자료, 연평균 자료는 12개월 중 9개월 이상의 자료가 존재할 때 이를 유효한 자료로 선택하였다(Jeon and Hwang, 2007).
, 1998). 분석에 사용한 기상요소는 기상청에서 제공하는 ASOS, AWS 관측자료를 이용하였다.
연구에 사용된 PM₁₀의 측정 자료는 2013년 1월부터 2015년 12월까지 3년간의 시간별 평균자료로 부산 지역 19개 도시대기측정소에서 측정한 자료를 사용하였다. 부산지역 전체 미세먼지 농도의 연변화와 월변화는 19개의 도시대기측정소의 자료를 모두 사용하였으며, 부산지역의 기류분포에 따른 미세먼지의 특징을 알기 위해 정관과 기장읍을 제외한 17개 도시대기측정망을 동부, 서부, 중부, 북부, 남부의 5개 권역으로 설정하였다.
부산지역 전체 미세먼지 농도의 연변화와 월변화는 19개의 도시대기측정소의 자료를 모두 사용하였으며, 부산지역의 기류분포에 따른 미세먼지의 특징을 알기 위해 정관과 기장읍을 제외한 17개 도시대기측정망을 동부, 서부, 중부, 북부, 남부의 5개 권역으로 설정하였다. 유효 측정 자료는 24시간 중에서 70%(18시간)이상 측정한 자료, 월평균 자료는 30일 기준으로 20일 이상 관측된 자료, 연평균 자료는 12개월 중 9개월 이상의 자료가 존재할 때 이를 유효한 자료로 선택하였다(Jeon and Hwang, 2007). 또한 인위적인 배출에 의한 영향만을 고려하기 위해 황사 발생일과 일누적강수량 5.

성능/효과

부산지역 19개의 도시대기 측정소 중 기장과 정관을 제외한 17개 도시대기 측정소를 지형을 고려하여 동부, 서부, 남부, 중부, 북부로 구분하여 지역별 미세먼지 평균 농도의 특징을 살펴보았다. 2013년부터 2015년 지역별 미세먼지 농도를 보면 학장동과 장림동을 포함한 서부지역의 연평균 PM₁₀ 평균 농도가 가장 높게 나타났으며, 대연동, 광안동, 좌동이 포함된 동부지역이 가장 낮게 나타났다. 서부지역의 연평균 PM₁₀ 평균 농도는 2013년 59.
대기환경오염으로 인한 피해가 증가함에 따라 환경정책기본법에서는 국민의 건강을 보호하고, 쾌적한 생활환경을 유지하기 위해 환경기준을 설정하였으며, 국가 차원에서 다양한 규제와 정책을 통하여 대기환경 개선을 위하여 노력하였다. 결과 아황산가스, 일산화탄소의 농도는 개선되었지만, 오존과 미세먼지의 오염도는 심각하여 여전히 대기환경기준을 달성하지 못하고 있다. 미세먼지는 2015년 기준으로 전국 253개의 대기오염측정소(유효측정소수는 253개)에서 연 평균 환경기준 달성률은 65.
관측소별 고농도 발생일과 저농도 발생일을 비교하면, 고농도 발생일의 평균 풍속은 저농도 발생일의 평균 풍속보다 낮게 나타났으며, 풍향은 서풍 또는 남서풍이 우세하였다. 또한 고농도 발생일과 저농도 발생일의 지역별 농도 차는 고농도 발생일의 지역별 미세먼지 농도의 편차가 더 크게 나타났다.
그림으로 제시하지 않았으나, 동풍이 불 때 지역적으로 인접한 동부와 남부가 상관관계가 가장 높게 나왔으며, 동부와 서부가 가장 낮게 나타났다. 남부와 북부는 R²=0.81로 비교적 상관관계가 높게 나타났으며, 중부지역의 경우 동부지역보다 서부지역과의 상관관계가 더 높게 나타났다.
관측소별 고농도 발생일과 저농도 발생일을 비교하면, 고농도 발생일의 평균 풍속은 저농도 발생일의 평균 풍속보다 낮게 나타났으며, 풍향은 서풍 또는 남서풍이 우세하였다. 또한 고농도 발생일과 저농도 발생일의 지역별 농도 차는 고농도 발생일의 지역별 미세먼지 농도의 편차가 더 크게 나타났다.
풍향에 관계없이 지역적으로 인접한 동부와 남부는 상관관계가 가장 높게 나타났으며, 반면에 금정산에 막혀 있는 서부와 동부는 상관관계가 가장 낮게 나타났다. 또한 서풍을 제외한 다른 풍향의 경우는 지역별 상관관계의 편차가 나타났으나, 서풍이 불 경우 전체적으로 높은 상관관계를 보임을 알 수 있다. 그림으로 제시하지 않았으나, 동풍이 불 때 지역적으로 인접한 동부와 남부가 상관관계가 가장 높게 나왔으며, 동부와 서부가 가장 낮게 나타났다.
7는 부산 지역 내 주요 오염원이 위치한 서부지역이 풍상측일 때 즉 서풍이 불 때의 지역별 미세먼지 농도의 상관관계를 나타낸 것이다. 서풍이 불 때는 다른 풍향에 비해 전체 지역적으로 상관관계가 높게 나타났으며, 동부와 남부가 상관관계가 가장 높게 나왔으며, 동부와 서부가 가장 낮게 나타났다. 따라서 종관풍인 편서풍이 지배적으로 작용할 경우 부산지역의 미세먼지 농도는 지역에 상관없이 높게 나타날 수 있음을 의미한다.
저농도 발생일은 관측소 별 일평균 농도를 기준으로 10% 분위수 이하에 해당하는 날로, 고농도 발생일은 90% 분위수 이상에 해당하는 날로 정의하였다. 일평균 풍속을 분석한 결과 고농도 발생일의 평균 풍속은 2.11 m/s로 저농도 발생일의 평균 풍속 2.44 m/s에 비해 낮게 나타났다. 풍속이 높을수록 대기의 확산이 활발하여 PM₁₀농도를 낮춘다고 보이며, 이는 풍속이 강할 때 대기의 확산이 활발하여 미세먼지 농도가 감소됨을 보인 선행 연구와 유사한 결과를 나타낸 것이다(Shin et al.
풍향에 따른 지역별 미세먼지 농도의 상관관계는 남풍과 동풍이 불 때는 동부와 남부의 상관관계가 가장 높고, 서부와 동부가 가장 낮았다. 중부지역은 다른 지역보다 서부와의 상관관계가 높게 나타났으며, 남부와 북부지역 간의 상관관계 또한 높게 나타났다. 서풍이 불 때는 다른 풍향에 비해 전체적으로 지역별 상관관계가 높게 나타났는데, 이는 종관풍인 편서풍이 지배적으로 작용할 경우 부산지역의 미세먼지 농도는 지역에 상관없이 높게 나타는 것으로 보인다.
지리적으로 근접한 남부지역과 동부지역 뿐만 아니라, 금정산의 동쪽에 위치하면서 주요한 골짜기를 따라 위치하는 남부-중부, 중부-북부 지역도 상관계수 관계가 높게 나타났다. 이는 지형에 의하여 형성된 바람길을 따라 오염 물질이 이동하면서 이들 농도가 유사하게 나타나기 때문으로 판단되어 청룡동과 전포동의 고농도일인 4월 25일의 중부-북부 지역을 잇는 전포동, 명장동, 부곡동, 청룡동의 시간에 따른 미세먼지 농도 변화를 살펴보았다(Fig.
지역에 따른 미세먼지 농도의 상관관계는 풍향에 상관없이 지리적으로 근접한 동부와 남부가 가장 높게 나타났으며, 금정산과 구덕산으로 막혀있는 서부와 동부가 가장 낮게 나타났다. 풍향에 따른 지역별 미세먼지 농도의 상관관계는 남풍과 동풍이 불 때는 동부와 남부의 상관관계가 가장 높고, 서부와 동부가 가장 낮았다.
지역에 따른 미세먼지 농도의 상관관계는 풍향에 상관없이 지리적으로 근접한 동부와 남부가 가장 높게 나타났으며, 금정산과 구덕산으로 막혀있는 서부와 동부가 가장 낮게 나타났다. 풍향에 따른 지역별 미세먼지 농도의 상관관계는 남풍과 동풍이 불 때는 동부와 남부의 상관관계가 가장 높고, 서부와 동부가 가장 낮았다. 중부지역은 다른 지역보다 서부와의 상관관계가 높게 나타났으며, 남부와 북부지역 간의 상관관계 또한 높게 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세먼지의 오염도를 결정하는 요인은?	미세먼지의 오염도는 주로 장거리 수송에 의한 외부유입, 기상과 대기화학과정, 대기오염물질의 확산조건, 내부 배출원, 지형조건 등에 의해 결정된다(Seoul Development Institute, 2011; Chen et al., 2008 ).
	대도시에서 발생하는 미세먼지의 농도는 어떠한 것에 영향을 받는가?	황사와 같은 장거리 수송에 의한 외부 물질의 유입과 별개로 대도시에서 발생하는 미세먼지의 농도는 내부배출원에 의한 영향이나 종관 및 국지적인 기상조건, 지형 등의 영향을 받는다(Park and Kwon, 2006; Seoul Development Institute, 2011). 황사나 내부 배출원을 제외하면 미세먼지 농도에 가장 큰 영향을 주는 요인은 풍속, 풍향 등의 기상조건이라 볼 수 있으며(Shin et al.
	우리나라의 대기환경기준 달성률은 어떠한가?	결과 아황산가스, 일산화탄소의 농도는 개선되었지만, 오존과 미세먼지의 오염도는 심각하여 여전히 대기환경기준을 달성하지 못하고 있다. 미세먼지는 2015년 기준으로 전국 253개의 대기오염측정소(유효측정소수는 253개)에서 연 평균 환경기준 달성률은 65.6%, 24시간 환경기준 달성률은 10.7%로 다른 대기오염물질들에 비하여 환경기준 달성률이 매우 낮은 것으로 나타났으며(National Institute of Environmental Research, 2015), 부산시의 경우도 PM10의 연간환경기준은 달성하였지만, 24시간 환경기준 초과 횟수는 19개의 도시대기측정소에서 145회로(Busan metropolitan city institute of health and environment, 2015) 나타났다.

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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].

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