초록 ▼

1. 연구범위
▶ 미세먼지의 물리화학적 특성 파악을 위한 집중 모니터링
▶ 시정현상 파악을 위한 시정측정
▶ 배출원 Finger Printer 작성
▶ 미세먼지 수용모델 운용
▶ 에어로졸 생성모델
▶ 미세먼지 저감 비용 편익 및 위해성 분석
2. 주요연구내용
▶ 미세먼지의 물리화학적 특성 파악을 위한 집중 모니터링
수도권지역에 서울 전농동, 인천 용현동의 슈퍼사이트(super site) 2지점과 강화도 석모리, 서울 방이동, 양평 국수리의 일반 측정소 3지점을 운영한다. 2005년

1. 연구범위
▶ 미세먼지의 물리화학적 특성 파악을 위한 집중 모니터링
▶ 시정현상 파악을 위한 시정측정
▶ 배출원 Finger Printer 작성
▶ 미세먼지 수용모델 운용
▶ 에어로졸 생성모델
▶ 미세먼지 저감 비용 편익 및 위해성 분석
2. 주요연구내용
▶ 미세먼지의 물리화학적 특성 파악을 위한 집중 모니터링
수도권지역에 서울 전농동, 인천 용현동의 슈퍼사이트(super site) 2지점과 강화도 석모리, 서울 방이동, 양평 국수리의 일반 측정소 3지점을 운영한다. 2005년 겨울, 봄에 집중측정을 40 일간 수행한다. 슈퍼사이트는 미세먼지와 관련되어진 가능한 모든 항목을 집중적으로 측정 및 분석한다. 또한, 집중측정항목과 더불어 총 100일간 연속측정을 병행하여 실시간 시정, 이온성분, 탄소 성분을 모니터렁한다. 일반 측정소는 겨울과 봄에 집중측정기간 중 각각 10일씩 측정하였다.
▶ 미세먼지 및 시정 측정
1) PMlO, PM2.5의 질량을 측정하고, PM2.5 / PM2.5의 황산염(sulfate), 질산염(nitrate), 탄소(carbon), 빛 흡수율(light absorption), 산란(light extinction)을 측정하여 시정에 대한 특성을 조사하여 체감 대기오염도인 시정감소 현상의 특징을 파악하였다.
2) PM2.5 중의 수용성이온성분과 탄소성분(OC와 EC) 을 1 시간 간격으로 연속 측정하여 일변동특성을 살펴보았으며, 시정 변화와 비교 분석하였다.
3) 가스의 기준오염물질 중 입자생성에 모델에서 많이 다루고 있는 중요한 변수인 를 연속 측정하고, ADS(Annular denuder system)을 이용하여 반응성 가스인 를 측정하였다.
4) 측정기간 동안 일단위로 채취된 입자상 물질은 질량, 이온성분, 탄소성분, 금속성분이 각각 분석되었다. 슈퍼사이트(supersite)에 측정소를 배치하여 l시간 단위로 기준성 물질을 모니터링 하였다.
5) 1, 2차 년도의 연구결과를 토대로 수도권 시정장애 현상의 원인을 규명하기 위한 분석이 진행되었으며, 시정모델의 개선 및 시정산정프로그램의 활용이 도입되었다.
▶ 측정항목의 현황 파악
1 차년도에는 수도권지역의 미세먼지 현황을 파악하는데 연구의 역량을 집중하였다. 미세먼지 관련 항목의 측정 분석 결과, 계절별로는 여름철의 농도가 일반적으로 낮았으며 그 원인은 여름철 강우와 같은 기상효과의 영향이 많이 작용한 것으로 파악된다, 그리고 겨울철이 제일 높은 농도를 나타내어 연료의 사용량과 밀접한 관련을 나타내었다. 2차년도의 집중측정은 비교적 1차년도에 비해 강수일수의 포함빈도가 현저하게 감소되어 보다 양질의 자료를 축적할 수 있었으며, 각 계절별 특수한 상황의 Episode 기간을 포함하고 있어 최근 수도권지역 미세먼지의 고농도현상을 다양한 시각에서 분석할 수 있었다. 3차년도에는 1, 2차년도의 시행착오를 토대로 보다 심층적인 측정ㆍ분석을 하였다. 또한 화학성분의 재해석을 통해 unknown 부분의 범위를 축소하였고, 연속측정항목과 집중측정항목에 대한 비교분석을 하였다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 참여연구진 ... 4
• 요약문 ... 5
• 제목 차례 ... 15
• I. 연구개요 ... 33
• 1. 연구목적 및 필요성 ... 33
• 2. 연구 내용 및 범위 ... 34
• 3. 연구체계 ... 35
• II. 미세먼지 ... 39
• 1. 측정개요 ... 39
• 1.1 측정지점 ... 39
• 1.2 측정기간 및 항목 ... 41
• 1.3 측정방법 ... 44
• 1.3.1 PM10, PM2.5 ... 44
• 1.3.2 MOUDI(Micro Orifice Uniform Deposit Impactor) ... 45
• 1.4 화학성분 분석방법과 QA/QC ... 46
• 1.4.1 이온성분 ... 46
• 1.4.2 탄소성분 ... 57
• 1.4.3 원소성분 ... 63
• 2. 연속측정 ... 70
• 2.1 이온성분 ... 70
• 2.1.1 연속측정의 필요성 및 연구목적 ... 70
• 2.1.2 분석 ... 71
• 2.1.3 측정결과의 요약 ... 80
• 2.1.4 결론 및 추후과제 ... 89
• 2.2 탄소성분 ... 91
• 2.2.1 연구의 배경 및 목적 ... 91
• 2.2.2 측정 개요 ... 91
• 2.2.3 결과 및 고찰 ... 94
• 3. 집중측정 ... 102
• 3.1 가스상, 입자상 물질의 농도변화 ... 102
• 3.2 성분분석결과 및 고찰 ... 110
• 3.2.1 PM10과 PM2.5 농도 ... 110
• 3.2.2 PM10과 PM2.5중의 이온성분 ... 120
• 3.2.3 PM10과 PM2.5중의 탄소성분 ... 128
• 3.2.4 PM10과 PM2.5중의 원소성분 ... 132
• 3.2.5 가스상 물질(HNO₃,HC1, NH₃)의 농도 특성 ... 145
• 3.3 입경별 질량 및 화학적 조성 ... 148
• 3.3.1 입경별 질량 농도 ... 148
• 3.3.2 입경별 화학성분 특성 ... 151
• 3.4 미세먼지 화학조성특성 ... 157
• 3.4.1 화학성분의 재구성 방법 ... 157
• 3.4.2 측정결과의 해석 ... 161
• 3.4.3 미세먼지의 중량농도와 각 화학성분 합의 비교 ... 168
• 4. 참고문헌 ... 169
• III. 시정 분야 ... 179
• 1. 연구의 배경 및 목표 ... 179
• 1.1 연구의 배경 ... 179
• 1.2 연구 목표 및 추진 계획 ... 180
• 2. 연구 현황 ... 182
• 2.1 국외 연구 현황 ... 182
• 2.2 국내 연구 현황 ... 183
• 3. 측정 개요 ... 185
• 3.1 측정 장소 및 일정 ... 185
• 3.2 측정 항목 ... 186
• 4. 분석 방법 ... 188
• 4.1 소멸계수 관계식의 개선 ... 188
• 4.2 시정장애 원인 물질의 화학적 구성 ... 189
• 5. 결과 및 고찰 ... 191
• 5.1 분석 데이터의 선정 ... 197
• 5.2 에어로졸 농도와 화학적 조성 ... 198
• 5.3 시정장애 현상에 대한 에어로졸의 광학적 특성 ... 208
• 5.4 빛소멸계수와 시정장애 주요 오염물질 간의 일변화 ... 210
• 6. 시정 산정프로그램의 검정 ... 214
• 6.1 분석 이론 ... 216
• 6.2 시정의 산정 및 영상 모사 ... 221
• 7. 시정 산정프로그램을 활용한 미세먼지 저감대책 및 환경기준 검토 ... 226
• 8. 대도시 시정변화의 지속적 감시 네트워크 구현방안 ... 227
• 9. 결론 ... 228
• 10. 참고문헌 ... 230
• IV. 미세먼지 모델링 ... 235
• 1. 연구의 배경 및 목적 ... 235
• 2. CMAQ 기반 3차원 에어로졸 모델 개발 ... 236
• 3. 모형 입력 자료 생성 ... 238
• 3.1 모사구간 설정 ... 238
• 3.2 모사기간 설정 ... 239
• 3.2.1 겨울사례 기상 및 대기오염 특성 ... 240
• 3.2.2 여름사례 기상 및 대기오염 특성 ... 244
• 3.3 배출량 ... 248
• 3.4 초기 조건 및 경계조건 ... 250
• 4. MM5을 이용한 기상장 모사 ... 251
• 4.1 MM5 모형 모사 방법 및 정확성 검토 ... 251
• 4.2 모사기간 중 지역규모 바람장 ... 257
• 5. CMAQ-MADRID 모형 모사 ... 263
• 5.1 미세먼지의 중장거리 이동 ... 263
• 5.2 수도권 미세먼지 거동 특성 ... 268
• 5.3 모형모사결과 검증 ... 276
• 6. 참고문헌 ... 283
• V. 배출원 구성물질 성분비의 개발 ... 284
• 1. 연구목적 및 필요성 ... 284
• 1.1 연구배경 및 목적 ... 284
• 1.2 연구내용 ... 285
• 1.3 실험내용 ... 286
• 1.3.1 시료채취방법 ... 286
• 1.3.2 분석항목 ... 288
• 2. 2004년 1차년도 측정결과 ... 289
• 2.1 무게농도 비 ... 289
• 2.2 구성 성분비 ... 289
• 2.3 타 연구와의 비교 ... 291
• 3. 2005년도 측정결과 ... 292
• 3.1 무게 농도비 ... 292
• 3.2 구성 성분비 ... 294
• 4. 배출원 구성물질 성분비 개발 ... 302
• 4.1 점오염원 ... 303
• 4.2 선오염원 ... 313
• 4.3 면오염원 ... 317
• VI. 수용 모델 ... 323
• 1. 연구배경 및 목적 ... 323
• 2. 수용방법론의 국ㆍ내외 연구현황 ... 324
• 2.1 국외 연구 현황 ... 324
• 2.2 국내 연구 현황 ... 326
• 3. 수용 방법론 ... 327
• 3.1 수용방법론 ... 327
• 3.2 PMF (positive Matrix Factorization) 방법론 ... 328
• 3.3 CMB (Chemical Mass Balance) 방법론 ... 330
• 4. 연구지역 현황 ... 332
• 4.1 위치 및 지리적 조건 ... 332
• 4.2 연구지역 배출원 현황 ... 333
• 4.3 기상 현황 ... 337
• 5. PMF 모델링 결과 ... 341
• 5.1 PMF 수행을 위한 자료처리 (Data Treatment) ... 341
• 5.2 PMF 모델링을 위한 입력조건의 결정 ... 345
• 5.3 PMF 모델링에 의한 오염원의 확인 ... 347
• 5.3.1 최적 인자의 추출 및 오염원의 검증 ... 347
• 5.3.2 오염원의 확인 ... 355
• 5.4 오염배출원별 정량적 기여도의 추정 ... 365
• 5.4.1 PMF에 의한 오염원 기여도의 추정 ... 365
• 5.4.2 PMF에 의한 계절별 오염원 기여도의 비교 ... 371
• 6. CMB 모델링 결과 ... 379
• 6.1 오염원 공선성 시험에 입각한 오염원 분류표 개발 ... 379
• 6.1.1 SVD기법에 의한 미세먼지 및 미세분진의 오염원분류표 검증 ... 379
• 6.1.2 오염원 분류표의 작성 ... 383
• 6.2 오염배출원의 기여도 산정 ... 386
• 6.2.1 CMB 모델링 과정의 유효성 검증 ... 386
• 6.2.2 CMB 모델에 의한 배출원 기여도 추정 ... 389
• 6.2.3 계절별 오염원 기여도의 산정 ... 394
• 7. PMF와 CMB 모델링 결과 비교 ... 400
• 7.1 두 모델간 오염원 기여도의 비교 ... 400
• 7.2 모델간의 비교 평가 ... 403
• 8. 결론 ... 404
• 9. 참고문헌 ... 406
• VII. 미세먼지 저감을 위한 정책방향 ... 413
• 1. 미세먼지의 화학적 성분분석 ... 413
• 2. 수용모델의 오염원별 기여농도 추정 ... 413
• 3. 에어로졸 생성모델에 의한 방향성 예측 ... 414
• 4. 종합결론 ... 415