초록 ▼

여수와 순천, 광양지역에는 2006년 5차례, 2007년 22차례에 걸쳐 오존주의보가 내려져 우리나라 지역에서 광화학오염이 매우 심각한 지역으로 파악되고 있다. 광양만 지역의 대기질 연구의 어려움으로서는 첫째 복잡한 지형과 이에 따른 복잡한 풍계를 들 수 있으며 둘째로는 광양제철의 질소산화물 다량 배출과 여수산단의 휘발성 유기화합물 다량 배출 등 다양한 오염물질의 배출의 공간 분포가 매우 큰 편차를 나타낸다. 셋째로 고려해야만 하는 것은 오존과 오존 전구물질의 축적과 상공 분포의 복잡성과 중국 등 타 지역으로부터 장거리수송의 영향(

여수와 순천, 광양지역에는 2006년 5차례, 2007년 22차례에 걸쳐 오존주의보가 내려져 우리나라 지역에서 광화학오염이 매우 심각한 지역으로 파악되고 있다. 광양만 지역의 대기질 연구의 어려움으로서는 첫째 복잡한 지형과 이에 따른 복잡한 풍계를 들 수 있으며 둘째로는 광양제철의 질소산화물 다량 배출과 여수산단의 휘발성 유기화합물 다량 배출 등 다양한 오염물질의 배출의 공간 분포가 매우 큰 편차를 나타낸다. 셋째로 고려해야만 하는 것은 오존과 오존 전구물질의 축적과 상공 분포의 복잡성과 중국 등 타 지역으로부터 장거리수송의 영향(이종범, 2008)이다.
광양만권을 대상으로 최근 이 지역에서 빈번히 발생하는 고농도 오존 현상과 관련하여 상층기상 및 지상기상을 관측하여 국지적인 기상특성을 분석하고 기상모델의 평가 및 개선에 활용한다. 또한 광양만 지역의 고농도 오존의 발생의 시공간적인 특징과 발생 시의 기상조건을 파악한다. 그리하여 어느 배출원의 어떤 물질이 어떻게 이동 확산되고 어떻게 반응하여 어디에서 고농도가 나타나는가 하는 오존 고농도발생 mechanism을 밝히는 것이 목적이다.
또한 광화학 측정을 수행하고 산출된 자료는 광화학 정상 상태 및 광화학적인 특성해석(대기 중 거동파악 및 농도현황파악), 광화학 오염 모델의 입력 자료로 제공하는 것과 동시에 모델이 산출하는 결과와 비교를 통해 광양만 지역의 광화학오염 현상을 규명 할 수 있다. 이를 통해 우리나라 대기질의 개선과 관리에 효율적이고 유용한 자료의 산출을 위한 전구물질의 해석을 통해 자연적, 인위적 배출량의 영향을 정량적으로 평가하고자 한다. 이로써 광양만 지역을 중심으로 지속 상승하고 있는 하절기 오존오염의 저감을 위해 중·장기적이고 종합적인 대책 수립에 기여할 수 있으며, 오존의 생성과정 및 저감 메커니즘을 규명하여 우리나라 여건에 맞는 효과적이고 효율적인 오존저감대책을 수립·추진할 수 있다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 5
• 차례 ... 13
• 표 차례 ... 17
• 그림차례 ... 18
• Ⅰ. 서론 ... 31
• 1. 연구의 필요성 ... 31
• 2. 연구목표 ... 36
• Ⅱ. 연구내용 및 방법 ... 37
• 1. 광양만 지역의 오존오염의 일반적 특징 ... 37
• 2. 오존 및 오존 전구물질 집중측정 ... 37
• 2.1 오존 전구물질 측정 항목 ... 40
• 2.1.1 PAN 과 NO2 측정 ... 41
• 2.1.2 VOCs 측정 ... 42
• 2.1.3 NOy 측정 ... 42
• 3. 존데 등을 활용한 기상관측방법 ... 43
• 3.1 상층오존측정방법 ... 43
• 3.1.1 관측 장소 및 기간 ... 43
• 3.1.2 관측 장비 ... 45
• 3.1.2.1 Tethersonde System ... 45
• 3.1.2.2 Ozonesonde ... 47
• 3.1.3 관측 사항 ... 47
• 3.2 지상기상 측정 및 상측기상측정 ... 49
• 4. 광화학 모델을 이용한 광양만 모사 ... 54
• 4.1 MM5 1차년 기상모델 ... 54
• 4.1.1 PSU/NCAR-MM5 ... 54
• 4.1.2 초기경계자료 ... 54
• 4.1.3 지형고도 자료 ... 55
• 4.1.4 지표면 자료 ... 56
• 4.1.5 연안 도심 구조물자료 (GIS) ... 56
• 4.1.6 고해상도 해수면 온도 자료 ... 57
• 4.1.7 QuikSCAT 위성 자료 ... 59
• 4.1.8 지상 및 상층 관측자료의 자료 동화 ... 60
• 4.1.8.1 지상관측자료의 영향반경 특성 분석 ... 61
• 4.1.8.2 지상관측자료의 동화강도 특성 분석 ... 61
• 4.2 WRF 모델 개요 및 구성 ... 62
• 4.2.1 모델개요 ... 62
• 4.2.2 WRF의 격자체계 ... 64
• 4.2.3 초기 및 경계 자료 ... 66
• 4.2.4 지형 ... 66
• 4.2.5 토지 이용도 ... 68
• 4.2.6 지면모델의 개요 및 적용 ... 72
• 4.2.6.1 지면모델의 개요 ... 72
• 4.2.6.2 지면모델의 적용 ... 73
• 4.2.6.3 위성자료의 활용 ... 74
• 4.3 CMAQ 모델 적용 ... 77
• 4.3.1 CMAQ의 개요 ... 77
• 4.3.2 배출량 산정 ... 78
• 4.3.2.1 인위적 배출량 산정 ... 78
• 4.3.2.2. 자연적 배출량 산정 ... 81
• 4.4 모델 실행 ... 82
• 4.4.1 WRF 기상모델의 실행 ... 82
• 4.4.2 CMAQ 모델의 실행 ... 83
• Ⅲ. 연구결과 및 고찰 ... 88
• 1. 광양만 지역의 오존오염의 일반적 특징 ... 88
• 1.1 고농도 오존의 변화 특성 ... 88
• 1.1.1 고농도 오존의 연도별 변동성 ... 88
• 1.1.2 고농도 오존의 월별 변동성 ... 92
• 1.2 고농도 오존 발생 분포 분석 ... 94
• 1.2.1 고농도 사례일 선정 ... 94
• 1.2.2 고농도 사례별 빈도 ... 96
• 1.2.3 고농도 사례별 풍계분석 ... 98
• 1.2.3.1 N case ... 98
• 1.2.3.2 S case ... 99
• 1.2.3.3 A case ... 101
• 1.3 2007년과 2009년의 기상조건의 특성 비교 ... 102
• 2. 오존 및 오존 전구물질 집중 측정 ... 109
• 2.1 2009년 묘도 측정결과 ... 109
• 2.2 골약동 측정소 시계열 분석 ... 113
• 2.3 진상면 측정소 시계열 분석 ... 133
• 2.4 측정 지역 비교 ... 150
• 2.5 일변화 특성 ... 154
• 2.5.1 기상 일변화 ... 154
• 2.5.2 NO, NO2, NOz, NOy ... 158
• 2.5.3 O3, CO, SO2, PM10 일변화 ... 163
• 2.5.4 HNO3, HONO, PAN, H2O2 일변화 ... 168
• 2.5.5 VOCs 일변화 ... 173
• 2.6 VOCs의 거동 ... 177
• 2.6.1 VOCs 의 오존생성 기여율 산정 ... 179
• 2.6.2 PMF 모델을 이용한 배출원 평가 ... 183
• 2.6.3 배출원 기여도 ... 192
• 2.7 오존 에피소드 ... 193
• 2.8 NOx와 VOCs 제한인자 해석 ... 215
• 3. 존데 등을 활용한 기상 관측 ... 226
• 3.1 상층오존 결과(2009년) ... 226
• 3.1.1 고농도 오존 발생 사례 ... 226
• 3.1.1.1 2009년 5월 20일 ... 226
• 3.1.1.2 2009년 5월 25일 ... 228
• 3.1.1.3 2009년 5월 26일 ... 231
• 3.1.1.4 2009년 6월 1일 ... 234
• 3.1.1.5 2009년 6월 5일 ... 236
• 3.1.1.6 2009년 6월 16일 ... 239
• 3.1.2 고농도 오존이 관측된 사례 ... 241
• 3.1.2.1 2009년 5월 19일 ... 241
• 3.1.2.2 2009년 6월 17일 ... 243
• 3.2 1차년 고농도 오존 사례 ... 248
• 3.2.1 측정자료 해석 ... 248
• 3.2.2 Episode기간 분석 ... 253
• 3.2.2.1 5월 20일 사례분석 ... 254
• 3.2.2.2 5월 25일 사례분석 ... 257
• 3.2.2.3 2009년 5월 26일 사례분석 ... 260
• 3.2.2.4 2009년 6월 1일 사례분석 ... 261
• 3.2.2.5 2009년 6월 5일 사례분석 ... 264
• 3.2.2.6 6월 16일 사례분석 ... 267
• 3.3 2차년 기상집중측정 결과 ... 269
• 3.3.1 측정 결과 ... 271
• 3.3.2 2차년 고농도 오존 사례 ... 282
• 3.3.2.1 6월 3일 ... 282
• 3.3.2.2 6월 4일 ... 285
• 3.3.2.3 6월 5일 ... 290
• 4. 광화학모델링을 이용한 광양만 모사 ... 294
• 4.1 MM5 기상장 결과 ... 294
• 4.1.1 고농도 분포패턴별 기상장 모델링 결과 ... 294
• 4.1.2 고해상도 해수면 온도 차이에 따른 기상장 결과 ... 298
• 4.1.3 고해상도 지표면 차이에 따른 기상장 결과 ... 302
• 4.1.4 자료동화의 동화 강도에 따른 기상장 결과 ... 307
• 4.2 WRF모델의 평가 ... 322
• 4.3 배출량 자료검증 모사 결과 ... 325
• 4.3.1 휘발성 유기물질 ... 325
• 4.3.2 일반 대기물질 ... 330
• 4.3.3 모사결과를 이용한 배출량 수정 ... 336
• 4.3.3.1 수직 재분배에 따른 농도변화 ... 336
• 4.3.3.2 경계조건에 의한 영향 ... 340
• 4.3.3.3 자연 발생적 휘발성 유기물질에 의한 영향 ... 343
• 4.3.3.4 주요 휘발성 유기물질 배출원에 대한 화학종 재분배 ... 348
• 4.4 CMAQ 모델의 O3 농도 모사 ... 353
• 4.5 모델링을 통한 외부영향 ... 360
• 4.5.1 장거리 이동 영향 ... 360
• 4.5.2 국지영향에 대한 정량적 기여도 추정 ... 364
• 4.5.2.1 원인물질별 기여도 분석 ... 364
• 4.5.2.2 공단별 기여도 분석 ... 366
• 4.5.2.3 주요 업종별 기여도 분석 ... 373
• 5. 고농도 오존 발생 메카니즘 규명 및 오존 저감 대책 ... 376
• 5.1 고농도 오존발생원인 규명 ... 376
• 5.1.1 HYSPLIT Model결과 ... 376
• 5.1.2 CMAQ 모델을 이용한 원인규명 ... 379
• 5.1.2.1 CMAQ 수평분포 결과 ... 379
• 5.1.2.2 광양지역의 PA분석 결과 ... 387
• 5.1.2.3 남해안 지역의 PA분석결과 ... 393
• 5.2 오존 저감목표 달성에 필요한 배출저감율 산정 ... 397
• 5.2.1 광양만 지역 배출특성 ... 397
• 5.2.2 오존 개선을 위한 배출량 저감산정 ... 400
• Ⅳ. 결론 ... 404
• 1. 오존오염의 일반적인 특징 ... 404
• 2. 배출량 산정 ... 404
• 3. 기상모델과 광화학모델의 평가 및 개선 ... 405
• 4. 집중측정기간의 광화학지시종 측정 및 분석 ... 406
• 5. 집중측정기간의 고농도오존 현상 종합 분석 ... 407
• 6. 주변의 오존 생성과 광양만지역에서의 오존 파괴 ... 408
• 7. 주요 물질별, 공단별 업종별 기여도 분석 ... 408
• 8. 광양만 오존 저감방안 ... 409
• 9. 제언 ... 410
• Ⅴ. 참고문헌 ... 411