[논문]광주지역 미세먼지의 화학적 조성이 시정에 미치는 영향에 관한 연구

정선아; 임철수; 조미라; 이상보; 김정수; 신은상

doi:10.5668/jehs.2018.44.1.1

광주지역 미세먼지의 화학적 조성이 시정에 미치는 영향에 관한 연구
The Effect on Visibility of the Chemical Composition of Fine Particles in the Gwangju Area 원문보기

韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, v.44 no.1, 2018년, pp.1 - 14

정선아 (국립환경과학원 기후대기연구부 대기환경연구과) , 임철수 (국립환경과학원 기후대기연구부 대기환경연구과) , 조미라 (국립환경과학원 기후대기연구부 대기환경연구과) , 이상보 (국립환경과학원 기후대기연구부 대기환경연구과) , 김정수 (국립환경과학원 기후대기연구부 대기환경연구과) , 신은상 (동남보건대학교 바이오환경보건과)

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: The purpose of this study is to investigate the main cause of visibility impairment by analyzing the contributions of the light extinction coefficient of major air pollution components and the change of the light extinction coefficient by relative humidity. Methods: The characteristics of the light extinction coefficient calculated by the photochemical method using fine particle component data measured in 2015 in the Gwangju area were examined. Results: The extinction efficiency per unit mass of $PM_{2.5}$ particles was $4.5m^2/g$ and that of $PM_{10-2.5}$ particles was $0.6m^2/g$. This difference indicates that most of the visibility impairment in Gwangju was caused by $PM_{2.5}$ particles. When visibility was poor, the contribution of ammonium sulphate and ammonium nitrate was significantly increased. Relative humidity was also a major cause of visibility decay. The influx of air currents in Gwangju was mostly caused by the long distance movement of pollutants emitted from the eastern part of China. Ammonium sulphate and ammonium nitrate, which are hygroscopic secondary contaminants, were the main causative agents of visibility impairment. Conclusions: Ammonium sulphate and ammonium nitrate were the main causative agents of visibility impairment in Gwangju. The influx of air currents in Gwangju was mostly caused by the long distance movement of pollutants emitted from the eastern part of China.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Sampling location of Honam area intensive air pollution monitoring station in Gwangju.
표 Table 1. Formula of Koschmeider's
그림 Fig. 2. Correlation between measured bext and reconstructed b_ext from IMS_95 equation.
표 Table 2. Composite variables for visibility impairing aerosol composition in this study
그림 Fig. 3. Time series of measured light extinction coefficient and reconstructed light extinction coefficient from IMS_95.
그림 Fig. 4. Relationship between the visual range and the mass concentration.
그림 Fig. 5. Hourly and monthly variations of light extinction coefficient.
그림 Fig. 6. Hourly and monthly variations of relative humidity.
그림 Fig. 7. Hourly and monthly variations of PM_2.5 concentration.
그림 Fig. 8. Hourly and monthly variations of SO₄^2-, NO₃^-, NH₄⁺ concentration.
그림 Fig. 9. Hourly and monthly variations of organic carbon, elemental carbon concentration.
표 Table 3. Light extinction budgets of aerosol components during 2015
표 Table 4. Light extinction budgets and physical properties of aerosol for each case
그림 Fig. 10. Light extinction budgets of aerosol components for best20%, middle20% and worst20% case.
그림 Fig. 11. Scatter plots for reconstructed b_ext and PM_2.5 concentration with relative humidity.
그림 Fig. 12. Results of air flow cluster analysis using backward trajectory.
그림 Fig. 13. Light extinction budgets of aerosol components for Cluster 1~5.
표 Table 5. Light extinction budgets and physical properties of aerosol for each case

AI 본문요약
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문제 정의

최근 호흡기계 및 심혈관계 등 국민건강에 밀접한 영향을 미치는 미세먼지에 대한 관심이 높아짐에 따라 대기오염의 가장 보편적인 체감지표인 시정 분석의 중요성이 커지고 있다. 따라서 본 연구에서는 재구성된 빛 소멸계수를 바탕으로 광주지역 시정장애 현상의 주요 원인인자를 파악하고 기류유입에 따른 대기오염물질들의 화학적 조성 변화가 빛 소멸계수 및 시정거리에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
본 연구는 대기오염 주요 성분별 빛 소멸계수 기여율과 상대습도에 따른 빛 소멸계수의 변화를 분석함으로써 시정장애 현상의 주요 원인인자를 파악하고자 하였다. 또한 기류분석을 통한 군집별 대기 오염물질의 화학적 조성 변화가 광주지역 시정장애 현상에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 2015년 1월부터 12월까지 광주광역시에 위치한 호남권 대기오염 집중측정소에서 측정한 미세먼지 성분자료를 이용하여 광·화학적 방법으로 산출된 빛 소멸계수 및 미세먼지 화학적 조성의 특징을 살펴보았다.
본 연구는 광학적 방법으로 측정된 소멸계수와 소멸계수 산출 관계식에 의해 계산된 소멸계수의 비교를 통해 타당성을 살펴보았다. 그 결과 두 소멸계수 간의 결정계수는 0.
본 연구는 대기오염 주요 성분별 빛 소멸계수 기여율과 상대습도에 따른 빛 소멸계수의 변화를 분석함으로써 시정장애 현상의 주요 원인인자를 파악하고자 하였다. 또한 기류분석을 통한 군집별 대기 오염물질의 화학적 조성 변화가 광주지역 시정장애 현상에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.

제안 방법

Cho et al.(2016)의 연구와 동일한 방법으로 TSV(total spatial variance)가 급격히 변하는 시점을 바탕으로 군집의 수를 결정하는 총 공간 변동량 방법을 사용하였고,²⁰⁾ 본 연구에서는 총 5개의 군집이 선택되었다. Fig.
각 장비별 측정방법과 측정농도의 정확도 평가결과는 선행연구에 상세히 제시되어 있다.¹⁶⁾ 입자의 광학적 특성에 따른 빛 소멸계수 산출을 위해 빛 산란계수는 Nephelometer 3563 (TSI Scientific Inc., USA), 흡수계수는 Aethalometer AE31 (Magee Scientific Inc., USA)를이용하여 5분 간격으로 관측되었다.
7 범위가 적절하다 하였다.¹⁹⁾ 광학적 방법을 이용한 빛의 소멸계수 측정에서 언급한 것과 같은 이유로 총 소멸계수(b_ext) 산출식 (1)에 b_NO2를 포함시키지 않고 계산하였다.
, USA) 측정기로 매시간 측정 하였다. PM_2.5에 함유된 이온성분 농도는 Aerosol Ion Monitor (AIM)와 URG-9000D(URG Corporation, USA)를 이용하였고 탄소 성분농도(유기탄소, 원소탄소)는 Semi-continuous carbon filed analyzer(Sunset Laboratory Inc., USA)를 이용하였으며, 금속성분 농도는 Xact-Series 620 (Cooper Environmental Services, USA)을 이용하여 1시간 간격으로 채취 및 분석하였다. 각 장비별 측정방법과 측정농도의 정확도 평가결과는 선행연구에 상세히 제시되어 있다.
75이고 기울기는 1을 나타내어 양호한 상관관계를 보여주었다. 또한 실시간 성분 분석 자료를 토대로 조성별 빛 소멸계수 기여도 및 기류분석을 통한 군집별 빛 소멸계수 기여도등 광주지역 시정 특성을 분석하였다. 그 결과 전체 측정 기간 동안 광 소멸계수 기여도가 약 58%를 차지한 흡습성을 띄는 황산암모늄(NHSO)과 질산암모늄(NHNO)이 광주 지역 시정장애에 가장 큰 영향인자로 분석되었다.
기체 등)과 2차 대기오염물질(황산암모늄, 질산암모늄, 유기물 등)로 구분한다. 본 연구에서는 선행연구들이 제안한 입경분포를 고려하지 않은 소멸관계식 중 측정된 총 소멸계수(bext)의 절대값을 가장 근사하게 모사한¹⁷⁾ IMS_95 식 (1)로부터 화학적 조성에 따른 빛의 소멸계수를 계산하였고 사용된 화합물의 구성 관계식은 Table 2와 같다. 황산이온과 질산이온에 몰상관계수 1.
시정장애 현상은 대기오염물질들의 입경분포와 조성에 크게 좌우 되므로 화학적 조성의 빛 소멸계수기여도를 분석하였다.
앞에서 분류하였던 시정수준이 나쁜 Worst20%를 저시정(10.3 km)으로 정의하고 저시정일 때 기류유입에 따른 대기오염물질들의 화학적 조성 변화, 소멸계수 및 시정거리의 변화를 살펴보았다. 역궤적 자료를 바탕으로 하는 군집(Cluster)분석을 실시하였다.
3 km)으로 정의하고 저시정일 때 기류유입에 따른 대기오염물질들의 화학적 조성 변화, 소멸계수 및 시정거리의 변화를 살펴보았다. 역궤적 자료를 바탕으로 하는 군집(Cluster)분석을 실시하였다. Cho et al.
이를 위해 2015년 1월부터 12월까지 광주광역시에 위치한 호남권 대기오염 집중측정소에서 측정한 미세먼지 성분자료를 이용하여 광·화학적 방법으로 산출된 빛 소멸계수 및 미세먼지 화학적 조성의 특징을 살펴보았다.
)의 합으로 이루어졌다. 입자상 산란계수(b_sp)는 nephelometer로 측정한 산란계수를이용하였고, 입자상흡수계수(b_ap)는 aethalometer로 측정한 흡수계수를 이용하였다.¹⁷⁾ 또한, Hodkinson(1966) 이론에 따라 NO2 가스 농도로부터 산출한 빛의 흡수계수(3.
입자의 화학적 특성에 따른 빛 소멸계수 산출을 위해 PM₁₀과 PM_2.5의 질량농도는 베타선 흡수방법을 이용한 BAM 1020 (MetOne lns., USA) 측정기로 매시간 측정 하였다. PM_2.
본 연구에서는 선행연구들이 제안한 입경분포를 고려하지 않은 소멸관계식 중 측정된 총 소멸계수(bext)의 절대값을 가장 근사하게 모사한¹⁷⁾ IMS_95 식 (1)로부터 화학적 조성에 따른 빛의 소멸계수를 계산하였고 사용된 화합물의 구성 관계식은 Table 2와 같다. 황산이온과 질산이온에 몰상관계수 1.38과 1.29를 각각 곱하여 황산암모늄(NHSO로 표기함)과 질산암모늄(NHNO로 표기함)를 계산하였고, 유기탄소성분 농도에 경험상수 k값을 곱하여 유기물(OMC)은 계산되어진다. 선행연구에서 사용한 식 (2)를¹⁷⁾ 이용하여 산출된 값 1.

대상 데이터

본 연구의 시료채취 및 분석은 광주광역시 북구 오룡동에 위치한 호남권대기오염집중측정소(35.23oN,126.85oE) 3층 옥상(지면으로부터 약 13.5 m)에서2015년 1월 1일부터 12월 31일까지 수행되었다. 그러나 11월 4일부터 12월 16일까지 탄소장비 고장으로 그 기간 동안 데이터는 사용하지 않았다.
일정 기간 동안 호남권대기오염집중측정소(35.23^oN,126.85oE)에 유입되는 공기의 흐름을 살펴보기 위하여 미국해양대기국(NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration)에서 제공하고 있는HYSPLIY (Hybrid Single Particle Lagrangian Trajectory) 모델을 이용하여 역궤적을 계산하였고²⁰⁾ REANALYSIS 자료를 사용하였으며 모사시간은 72시간, 초기 고도는 100 m로 설정하였다.

데이터처리

연구결과 중 인자별 빛 소멸계수의 기여도 분석은 IMS_95 식 (1)로부터 계산되어진 빛의 총 소멸계수를 100으로 놓고 각각의 인자에 의해 계산되어진 빛 소멸계수가 차지하는 비를 기여도로 계산하였다.

이론/모형

빛의 총 소멸계수(b_ext) 산출은 Koschmeider(1924)이 제안한 공식(Table 1)에 의하여 입자와 가스의 산란계수(b_scat) 및 흡수계수(b_abs)의 합으로 이루어졌다. 입자상 산란계수(b_sp)는 nephelometer로 측정한 산란계수를이용하였고, 입자상흡수계수(b_ap)는 aethalometer로 측정한 흡수계수를 이용하였다.

성능/효과

1226×10^-4/m)를 이용하여 가스상에 의한 빛의 소멸계수를 산출 한다.¹⁸⁾ 그러나 NO₂ 가스 농도로부터 산출한 빛의 흡수계수에 의한 총 소멸효과의 기여율은 약 5% 정도로 매우 작다 하였고,^9,11) 본 연구기간 동안 측정한 NO₂ 가스 농도의 신뢰성 부족으로 총 소멸계수(b_ext) 산출식에서 가스상 흡수계수(b_ag)를 포함시키지 않아 본 연구에서 산출된 총 소멸계수는 약간 과소평가 되었다.
시정(Visibility)이란 대기가 가시광선을 통해 투명하게 비치는 정도로써 수치적으로 정량화 한 것이다.²⁾ 각종 대기오염물질로 인하여 인체에 대한 직접적인 유해성의 증대는 물론이고, 대기 오염도의 증가에 따라 미세먼지에 함유된 탄소성분,황산염, 질산염 성분 등과 같은 입자상 화학성분들에 의한 빛의 흡수와 산란효과에 의한 시정거리의 감소를 초래하여 시계와 밀접하게 관련된 활동에 영향을 받게 된다.³⁾ 따라서 대기오염과 관련된 시정거리 감소현상은 환경문제로 부각되고 있다.
⁹⁾ 흡습성을 지닌 황산염과 질산염은 대기 중 수분으로 인한 응축 성장을 통해 빛을 산란시켜 연무 생성 등에 기여하며 시정장애 현상에 영향을 미친다.²⁾ 예로서 도심지역에서 황산염은 아침에 연무를 발생시켜 도시의 시정거리 감소의 주원인이 되기도 하였으며, 미국 동부지역에서의 악시정의 발생은 높은 습도에서 고농도의 황산염이 발생했을 때 흔히 발생한다고 알려져 있다.^2,10) 또한 경주 국립공원의 시정거리 변화를 관측한 결과, 황산염 입자가 시정장애 현상의 가장 큰 원인인자로 분석 되었고,¹¹⁾ 광주시의 시정장애 현상은 미세탄소성분의 기여율이 가장 큰 것으로 분석되었다.
시정장애에 영향을 미치는 주요 인자로 알려진 황산염, 질산염, 탄소성분의 시간 및 월 변화 추이를 살펴보면 SO₄^2-는 광화학 산화반응에 의해 2차적으로 생성되는 것으로 선행연구결과와 동일하게 기온이 높고 햇빛이 강할수록 높게 나타나 하루 중 낮 시간대와 여름철에 높은 농도를 나타내었다.²²⁾ 반면 NO₃^-는 NO₂의 반응으로 생성된 HNO₃ 가스가 기온이 낮을 때 대부분 입자상으로 존재한다는 선행 연구 결과같이 하루 중 아침과 저녁 시간대에는 높은 농도를 낮 시간대에는 낮은 농도를 나타냈으며 또한, 3월에 높고 8월에는 낮은 농도를 나타내었다.²³⁾ 미세탄소입자(OC,EC)는 자동차 통행량의 증가로 출퇴근 시간에 높은 농도를 야간 접지역전층 형성 및 난방연료 사용 증가로 저녁시간대 농도가 증가한다는 선행 연구 결과와 유사한 추이 변화를 보여주었으며²⁴⁾ 겨울철에 높은 농도를 나타내었다.
²²⁾ 반면 NO₃^-는 NO₂의 반응으로 생성된 HNO₃ 가스가 기온이 낮을 때 대부분 입자상으로 존재한다는 선행 연구 결과같이 하루 중 아침과 저녁 시간대에는 높은 농도를 낮 시간대에는 낮은 농도를 나타냈으며 또한, 3월에 높고 8월에는 낮은 농도를 나타내었다.²³⁾ 미세탄소입자(OC,EC)는 자동차 통행량의 증가로 출퇴근 시간에 높은 농도를 야간 접지역전층 형성 및 난방연료 사용 증가로 저녁시간대 농도가 증가한다는 선행 연구 결과와 유사한 추이 변화를 보여주었으며²⁴⁾ 겨울철에 높은 농도를 나타내었다.
^7,8) 시정장애 현상에 영향을 미치는 대기오염물질은 크게 황산염, 질산염, 탄소입자, 지각성분 및 조대입자라 하였다.⁹⁾ 흡습성을 지닌 황산염과 질산염은 대기 중 수분으로 인한 응축 성장을 통해 빛을 산란시켜 연무 생성 등에 기여하며 시정장애 현상에 영향을 미친다.²⁾ 예로서 도심지역에서 황산염은 아침에 연무를 발생시켜 도시의 시정거리 감소의 주원인이 되기도 하였으며, 미국 동부지역에서의 악시정의 발생은 높은 습도에서 고농도의 황산염이 발생했을 때 흔히 발생한다고 알려져 있다.
Table 4는 시정 수준별 대기 오염물질의 조성 및 소멸계수를 나타내었다. Best20%일 때 총 소멸계수(bext)는 55.0 Mm^-1, Middle20%일 때 총 소멸계수(b_ext)는 117.8 Mm-1, Worst20%일 때 총 소멸계수(bext)는 381.3 Mm^-1으로 시정이 악화 될수록 총 소멸계수(b_ext)는 증가하는 것으로 조사되었다. 또한, 미세입자(PM_2.
PM2.5 농도와 시정거리는 PM2.5가 약 20 μg/m3 이하에서 시정거리의 급격한 증가를 약 40 μg/m3 이상에서는 시정거리의 감소가 둔해지는 비선형적 음의 상관관계를 나타내었다.
2는 Nephelometer와 Aethalometer로 측정된 총 소멸계수(b_ext)와 화학성분에 따른 빛의 소멸관계식 IMS_95에서 산출된 총 소멸계수(b_ext)간의 상관관계를 나타낸 그림이다. 결정계수는 0.75로 비교적 양호한 상관관계를 나타내었으며 기울기는 500 Mm^-1이하의 총 소멸계수(b_ext)에서 거의 1을 나타내었다. 하지만 총 소멸계수(b_ext)가 500 Mm^-1 이상으로 증가할수록 기울기가 급격히 낮아지는 경향을 보였는데 이는 선행연구 결과와 매우 유사 하였고,¹⁷⁾ 이때의 PM_2.
계절별로 살펴보면 겨울철에는 기온이 낮고 난방연료 사용 증가 등으로 질산암모늄(NHNO)과 미세탄소입자(OMC &EC)들의 빛 소멸계수 기여도가 각각 30.8%, 29.6%로 높았고, 봄철에는 황사의 영향으로 토양성분(FS)과 조대입자(CM)의 빛 소멸계수 기여도가 각각 2.0%, 9.6%로 다른 계절에 비해 높았으며 여름철에는 습도가 높고 기온이 높아 활발한 광화학 산화반응으로 황산암모늄(NHSO)의 빛 소멸계수 기여도가 47.1%로 매우 높게 조사되었다.
그 결과 전체 측정 기간 동안 광 소멸계수 기여도가 약 58%를 차지한 흡습성을 띄는 황산암모늄(NHSO)과 질산암모늄(NHNO)이 광주 지역 시정장애에 가장 큰 영향인자로 분석되었다. 광주지역 기류 유입은 군집 1과 2가 전체의 약 54%로 중국으로부터 오염물질의 장거리 이동이 대부분을 차지하였고 모든 군집에서 흡습성 2차 오염물질인 황산암모늄과 질산암모늄의 광 소멸계수기여도가 63% 이상으로 조사되어 광주 지역 시정장애를 유발시킨 가장 주요한 원인 물질인 것으로 분석되었다. 또한, 대기 중 시정장애가 심할수록 총 PM₁₀ 질량 중 입자크기가 상대적으로 더 작은 PM_2.
군집 1은 PM2.5 질량농도가 63.6 μg/m3으로 가장 높은 값을 나타내었으며 오염물질의 장거리 이동에 따른 2차 오염 물질 황산암모늄(NHSO)과 질산암모늄(NHNO)의 빛 소멸계수 기여도가 각각 35.8, 35.5%로 높게 조사되었다.
군집 3은 군집 2와 PM2.5 질량농도 및 총 빛 소멸계수가 거의 비슷하였지만 주로 겨울철에 발생하여 질산암모늄(NHNO) 및 미세탄소입자(OMC & EC)의 빛 소멸계수 기여도가 상대적으로 크게 조사되었다.
12와 같이 군집 1은 중국의 동쪽 지역인 산둥성 및 상하이 지역에서 광주지역으로 유입되었고 총 시료의 24%를 차지하였고 군집 2는 주로 우리나라 서해상에서 광주지역으로 유입되었고 총 시료의 30%를 차지하였다. 군집 3은 중국의 동북부 지역과 북한 지역 등을 거쳐 광주지역으로 유입되는 역궤적으로 구성 되었고 총 시료의 10%를 차지하여 광주지역은 군집 1,2,3과 같이 북서쪽에서 유입되는 기류가 대부분인 것을 알 수 있었다. 군집4는 주로 우리나라의 남쪽 지역과 동쪽 지역에서 내륙을 거쳐 광주지역으로 유입되는 것으로 총 시료의 26%를 차지하였다.
본 연구는 광학적 방법으로 측정된 소멸계수와 소멸계수 산출 관계식에 의해 계산된 소멸계수의 비교를 통해 타당성을 살펴보았다. 그 결과 두 소멸계수 간의 결정계수는 0.75이고 기울기는 1을 나타내어 양호한 상관관계를 보여주었다. 또한 실시간 성분 분석 자료를 토대로 조성별 빛 소멸계수 기여도 및 기류분석을 통한 군집별 빛 소멸계수 기여도등 광주지역 시정 특성을 분석하였다.
또한 실시간 성분 분석 자료를 토대로 조성별 빛 소멸계수 기여도 및 기류분석을 통한 군집별 빛 소멸계수 기여도등 광주지역 시정 특성을 분석하였다. 그 결과 전체 측정 기간 동안 광 소멸계수 기여도가 약 58%를 차지한 흡습성을 띄는 황산암모늄(NHSO)과 질산암모늄(NHNO)이 광주 지역 시정장애에 가장 큰 영향인자로 분석되었다. 광주지역 기류 유입은 군집 1과 2가 전체의 약 54%로 중국으로부터 오염물질의 장거리 이동이 대부분을 차지하였고 모든 군집에서 흡습성 2차 오염물질인 황산암모늄과 질산암모늄의 광 소멸계수기여도가 63% 이상으로 조사되어 광주 지역 시정장애를 유발시킨 가장 주요한 원인 물질인 것으로 분석되었다.
모든 군집에서 황산암모늄과 질산암모늄의 빛 소멸계수 기여도가 63% 이상으로 매우 높게 조사되어 흡습성 2차 오염물질인 황산암모늄과 질산암모늄이 시정장애의 주요한 원인 물질로 작용한 것으로 사료된다. 기류분석 결과 광주지역의 시정 장애 현상은 외부로부터 유입되어 장거리 이동 중 대기 변환 과정을 통하여 생성 되어진 흡습성 2차 오염물질의 증가 현상과 국지적으로 배출된 오염물질이 높은 상대습도 조건에서 변화된 흡습성 2차 오염물질의 증가 등이 복합적으로 결합되어 나타나는 것으로 사료된다.
5 입자에 의해 발생되고 있음을 알 수 있었다. 또한 1차 오염물질인 원소탄소(EC)에 의한 빛 흡수계수의 기여도는 약 8% 미만으로 광주지역 시정장애현상은 빛을 산란시키는 물질들에 의해 발생되고 있음을 알 수 있었다. 이는 시정장애현상이 주로 빛의 파장역에 가까운 0.
)는 가장 높게 나타났다. 또한, 낮 시간대에 높은 혼합고로 상대적으로 낮은 미세입자의 질량농도와 햇빛이 강해져 기온이 높아지면서 낮은 상대습도로 총 소멸계수(b_ext)는 점차 낮아지다 저녁 시간대 다시 증가하는 경향을 보였다. 시정장애에 영향을 미치는 주요 인자로 알려진 황산염, 질산염, 탄소성분의 시간 및 월 변화 추이를 살펴보면 SO₄^2-는 광화학 산화반응에 의해 2차적으로 생성되는 것으로 선행연구결과와 동일하게 기온이 높고 햇빛이 강할수록 높게 나타나 하루 중 낮 시간대와 여름철에 높은 농도를 나타내었다.
또한, 미세입자(PM2.5) 질량농도는 Best20%일 때 12.2 μg/m3, Middle20%일 때 28.0 μg/m3, Worst20%일 때 56.0μg/m3으로 시정이 악화 될수록 증가하는 것으로 조사되었고, 상대습도 역시 Best20%일 때 54%, Middle20%일 때 65%, Worst20%일 때 81%로 시정이 악화 될수록 증가하였다.
0배 증가하는 것으로 나타나 광주지역 시정거리의 감소 또는 악화시키는 가장 주요한 원인 물질은 흡습성 입자인 질산암모늄과 황산암모늄이라 판단 할 수 있다. 또한, 상대습도는 Best20%에서 Worst20%로 시정이 악화됨에 따라 약 51% 증가하는 것으로 나타나 시정장애의 주요한 원인 인자로 작용한 것으로 판단된다.
광주지역 기류 유입은 중국 동쪽 지역에서 배출된 오염물질의 장거리 이동에 의한 군집 1과 2가 대부분을 차지하였다. 모든 군집에서 황산암모늄과 질산암모늄의 빛 소멸계수 기여도가 63% 이상으로 매우 높게 조사되어 흡습성 2차 오염물질인 황산암모늄과 질산암모늄이 시정장애의 주요한 원인 물질로 작용한 것으로 사료된다. 기류분석 결과 광주지역의 시정 장애 현상은 외부로부터 유입되어 장거리 이동 중 대기 변환 과정을 통하여 생성 되어진 흡습성 2차 오염물질의 증가 현상과 국지적으로 배출된 오염물질이 높은 상대습도 조건에서 변화된 흡습성 2차 오염물질의 증가 등이 복합적으로 결합되어 나타나는 것으로 사료된다.
5가 대기 중에 더 많이 있음을 나타내는 것이며, 호흡기 및 심혈관에 더 깊숙이 침투하여 건강에 영향을 미칠 수 있음을 간접적으로 알 수 있다. 시정 수준별 대기 오염물질의 조성 및 소멸계수를 살펴보면 Best20%를 기준으로 Best20%과 Worst20%로 시정이 악화됨에 따라 b_ext는 2.1배, 6.9배 증가하였다. 또한 미세입자(PM2.
0배 소폭 증가하여 시정장애는 주로 미세입자에 의하여 유도되는 것으로 사료된다. 시정 수준별각 조성의 빛 소멸계수에 대한 기여도를 살펴보면 시정이 좋을수록 토양성분(FS), 원소탄소입자(EC), 조대입자(CM)의 빛 소멸계수 기여도가 상대적으로 크게 나타났고, 시정이 악화 될수록 흡습성의 2차 생성 물질인 황산암모늄(NHSO)의 기여도는 1.4배, 2.0배, 질산암모늄(NHNO)의 기여도는 1.9배, 4.0배 증가하는 것으로 나타나 광주지역 시정거리의 감소 또는 악화시키는 가장 주요한 원인 물질은 흡습성 입자인 질산암모늄과 황산암모늄이라 판단 할 수 있다. 또한, 상대습도는 Best20%에서 Worst20%로 시정이 악화됨에 따라 약 51% 증가하는 것으로 나타나 시정장애의 주요한 원인 인자로 작용한 것으로 판단된다.
시정장애 현상의 원인을 좀 더 자세히 알아보기 위해 시정수준이 좋은 상위 20%를 Best20%, 시정의 중앙값을 기준으로 20% 범위를 Middle20%, 시정수준이 나쁜 하위 20%를 Worst20%로 분류 분석하였다. Table 4는 시정 수준별 대기 오염물질의 조성 및 소멸계수를 나타내었다.
유기물 입자(OMC)의 기여도는 Best20%일 때 22%, Middle20%일 때 25% Worst20%일 때 14%로 시정이 보통일 때 가장 높게 조사되었고 시정이 나쁠 때 기여도가 감소하는 것으로 조사되었다. 원소 탄소(EC)의 기여도는 Best20%일 때 10%, Middle20%일 때 9% Worst20%일 때 5%로 악화 될수록 감소하는 것으로 조사되었다.
황산암모늄(NHSO)과질산암모늄(NHNO)의 기여도가 각각 Best20%일 때 20%, 9%, Middle20%일 때 28%, 16% Worst20%일 때 38%, 35%로 시정이 악화 될수록 증가하는 것으로 조사되었다. 유기물 입자(OMC)의 기여도는 Best20%일 때 22%, Middle20%일 때 25% Worst20%일 때 14%로 시정이 보통일 때 가장 높게 조사되었고 시정이 나쁠 때 기여도가 감소하는 것으로 조사되었다. 원소 탄소(EC)의 기여도는 Best20%일 때 10%, Middle20%일 때 9% Worst20%일 때 5%로 악화 될수록 감소하는 것으로 조사되었다.
이러한 결과들로부터 보건학적인 측면에서 볼 때 시정장애가 높을수록 입자 크기가 상대적으로 더 작은 PM_2.5가 대기 중에 더 많이 있음을 나타내는 것이며, 호흡기 및 심혈관에 더 깊숙이 침투하여 건강에 영향을 미칠 수 있음을 간접적으로 알 수 있다. 시정 수준별 대기 오염물질의 조성 및 소멸계수를 살펴보면 Best20%를 기준으로 Best20%과 Worst20%로 시정이 악화됨에 따라 b_ext는 2.
Table 3은 전체 측정 기간 동안 각 조성별 빛 소멸계수 기여도를 나타낸 것이다. 전체 측정 기간 동안 흡습성을 띄는 황산암모늄(NHSO)과 질산암모늄에 큰 영향인자임을 알 수 있었다. 계절별로 살펴보면 겨울철에는 기온이 낮고 난방연료 사용 증가 등으로 질산암모늄(NHNO)과 미세탄소입자(OMC &EC)들의 빛 소멸계수 기여도가 각각 30.
총 PM₁₀ 질량 중 PM_2.5 입자가 차지하는 비율은 약 62.5%로 나타났지만 빛 소멸계수에 대한 기여도는 약 85% 이상인 것으로 분석 되었고, 입자의 단위 질량당 소멸효율(extinction efficiency) 또한 PM_2.5입자는 4.5 m²/g, PM_10-2.5 입자는 0.6 m²/g로 미세입자의 소멸효율이 조대입자보다 약 8배 정도 높게 조사되었다. 이것으로 광주지역 시정장애현상은 대부분 PM_2.
총 소멸계수(bext)의 시간별 추이는 Fig. 6의 상대습도 시간별 추이와 매우 유사하게 나타났으며 총 소멸계수(bext) 의 월 변화 추이는 Fig. 7~9의 미세입자의 질량농도 및 각성분별 질량농도의 월 변화 추이, 특히 SO42-의 농도 변화 추이와 매우 유사하게 나타났다.
하루 중 시간대별 총 소멸계수(b_ext)를 살펴보면 밤과 새벽 시간대에 대기의 안정과 지표냉각에 의한 야간 역전층이 형성됨으로써 상대적으로 높은 미세입자의 질량농도와 높은 상대습도로 총 소멸계수(b_ext)는 가장 높게 나타났다. 또한, 낮 시간대에 높은 혼합고로 상대적으로 낮은 미세입자의 질량농도와 햇빛이 강해져 기온이 높아지면서 낮은 상대습도로 총 소멸계수(b_ext)는 점차 낮아지다 저녁 시간대 다시 증가하는 경향을 보였다.
10에서 시정 수준별 각 조성의 빛 소멸계수에 대한 기여도를 분석하였다. 황산암모늄(NHSO)과질산암모늄(NHNO)의 기여도가 각각 Best20%일 때 20%, 9%, Middle20%일 때 28%, 16% Worst20%일 때 38%, 35%로 시정이 악화 될수록 증가하는 것으로 조사되었다. 유기물 입자(OMC)의 기여도는 Best20%일 때 22%, Middle20%일 때 25% Worst20%일 때 14%로 시정이 보통일 때 가장 높게 조사되었고 시정이 나쁠 때 기여도가 감소하는 것으로 조사되었다.

후속연구

5가 시정장애에 85% 이상 영향을 미치며, 이는 호흡기 및 심혈관계에 더 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 본 연구의 결과는 광주지역의 실시간 시정장애 원인 파악함으로써 시정 개선방안 마련의 기초 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 하지만 향후 에어로졸의 입경분포별 성분 분석을 통하여 광주 지역 대기질에 가장 적합한 소멸계수 산출 관계식의 도출이 필요하며, 시정거리 변화를 유발시키는 영향 인자 추정의 정확성을 높이기 위해 지속적인 정도관리와 장기간에 걸친 측정 자료의 축적이 필요할 것으로 사료된다.
본 연구의 결과는 광주지역의 실시간 시정장애 원인 파악함으로써 시정 개선방안 마련의 기초 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 하지만 향후 에어로졸의 입경분포별 성분 분석을 통하여 광주 지역 대기질에 가장 적합한 소멸계수 산출 관계식의 도출이 필요하며, 시정거리 변화를 유발시키는 영향 인자 추정의 정확성을 높이기 위해 지속적인 정도관리와 장기간에 걸친 측정 자료의 축적이 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세먼지가 국민들의 건강에 밀접한 영향을 미친다고 볼 수 있는 이유는?	최근 푸른 하늘과 맑은 공기 등 대기환경 질의 중요성에 대한 인식이 커지면서 일기예보와 같이 매일매일 국내뿐만 아니라 중국 등 국외지역으로부터 발생된 미세먼지에 대한 예보 현황에 국민들이 관심을 기울이게 되었으며, 미세먼지는 더 나아가 사회적인 문제로 대두되고 있다. 더욱이 이러한 미세먼지는 농도 증가 시 호흡기계 및 심혈관계 질환 환자의 의료기관 이용이 증가한다는 연구결과도 발표되어 국민들의 건강에 밀접한 영향을 미치고 있다.1)
	시정(Visibility)이란 무엇인가?	일반적으로 보통 사람들이 대기 오염도를 느낄 수 있는 중요한 체감지표 중의 하나로서 시정거리의 감소를 들 수 있다. 시정(Visibility)이란 대기가 가시광선을 통해 투명하게 비치는 정도로써 수치적으로 정량화 한 것이다.2) 각종 대기오염물질로 인하여 인체에 대한 직접적인 유해성의 증대는 물론이고, 대기 오염도의 증가에 따라 미세먼지에 함유된 탄소성분,황산염, 질산염 성분 등과 같은 입자상 화학성분들에 의한 빛의 흡수와 산란효과에 의한 시정거리의 감소를 초래하여 시계와 밀접하게 관련된 활동에 영향을 받게 된다.
	대기오염과 관련된 시정(Visibility)거리 감소 현상에 주목해야 하는 이유는?	시정(Visibility)이란 대기가 가시광선을 통해 투명하게 비치는 정도로써 수치적으로 정량화 한 것이다.2) 각종 대기오염물질로 인하여 인체에 대한 직접적인 유해성의 증대는 물론이고, 대기 오염도의 증가에 따라 미세먼지에 함유된 탄소성분,황산염, 질산염 성분 등과 같은 입자상 화학성분들에 의한 빛의 흡수와 산란효과에 의한 시정거리의 감소를 초래하여 시계와 밀접하게 관련된 활동에 영향을 받게 된다.3) 따라서 대기오염과 관련된 시정거리 감소현상은 환경문제로 부각되고 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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