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대기갈색연무(Atmospheric Brown Cloud; ABC)는 화석연료(fossil fuel)와 생체소각(biomass burning) 등 자연적․인위적으로 발생한 에어로졸과 그 전구물질(예, SO2, NO2, VOCs) 그리고 대류권 오존 등으로 이루어진 대기오염 띠를 지칭하는 것으로 지면 근처에 국한되어 나타나는 기존 대기오염과는 달리 대류권 하층뿐만 아니라 중․상층에도 존재한다. 중국에서 빈번히 발생하는 대기갈색연무는 상승한 후 장거리 수송되는 경우가 많기 때문에 우리나라에 영향을 미치는 월경성 대기 에어로졸의 주된 원인

대기갈색연무(Atmospheric Brown Cloud; ABC)는 화석연료(fossil fuel)와 생체소각(biomass burning) 등 자연적․인위적으로 발생한 에어로졸과 그 전구물질(예, SO2, NO2, VOCs) 그리고 대류권 오존 등으로 이루어진 대기오염 띠를 지칭하는 것으로 지면 근처에 국한되어 나타나는 기존 대기오염과는 달리 대류권 하층뿐만 아니라 중․상층에도 존재한다. 중국에서 빈번히 발생하는 대기갈색연무는 상승한 후 장거리 수송되는 경우가 많기 때문에 우리나라에 영향을 미치는 월경성 대기 에어로졸의 주된 원인이 된다. 유엔환경계획(United Nations Environment Programme; UNEP)은 2008년 「대기갈색연무: 아시아 지역 분석 보고서(Atmospheric Brown Clouds: Regional assessment report with focus on Asia), 2008」를 통해 서울, 방콕, 베이징, 뉴델리, 상하이 등 13개 대도시를 대기갈색연무의 위험지역(ABC hotspot)으로 경고하면서, 대기갈색연무가 기후, 건강, 농업, 물수지 등 환경에 심각한 영향을 미치고 있어 이에 대한 감시와 영향 분석을 통한 대응 방안 수립이 시급함을 강조하였다. 그러나 동아시아 지역의 경우 이러한 연구가 미진한 실정이다.
2011년 8월 25일부터 9월 8일까지 수행된 집중 관측 기간 동안 고산 슈퍼사이트는 대체로 깨끗한 편이었다. 집중관측 기간 동안 PM10, PM2.5, PM1.0 질량 농도는 각각 25.0±8.1 μg m-3, 15.9±6.5 μg m-3과 10.9±5.7 μg m-3로 측정되었다. 전체 샘플링 기간 동안 탄소성 에어로졸의 농도를 살펴보았을 때 유기탄소(OC)는 0.99부터 5.92 μgC m-3사이로 나타났고, 평균농도는 3.0±0.9 μgC m-3였다. 원소탄소(EC)는 0.0～2.4 μgC m-3로 나타났고, 평균 농도는 0.5±0.4 μgC m-3였다. 수용성 유기탄소(WSOC)는 0～2.3 μgC m-3 사이 값을 나타내었고, 평균값은 0.7±0.4 μgC m-3을 나타내었다. 원소탄소 추적 방법으로 추산된 이차 유기오염물질(secondary organic aerosol, SOA) 농도는 1.2±0.6 μgC m-3으로 산정되었고, 2011년 8월 29일부터 9월 8일까지 SOA의 총 유기탄소에 대한 기여도는 36.8%였다. 기류의 경로는 4일간의 역궤적 기류 분석을 기반으로 하여 동해상에서 유입된 기류, 해양성 기류와 대륙성 청정기류로 분류되었다. 동해상에서 유입된 기류의 영향을 받을 때 탄소성 에어로졸의 농도가 높게 나타났는데 이것은 지역적인 연소의 영향으로 보여진다. 평균적으로, 동해상에서 유입된 기류의 영향을 받는 동안 SOC의 총 유기탄소에 대한 기여도는 최대 47.9%로 나타났고, 이것은 거의 대부분 광산화과정으로부터 발생된 것으로 보인다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• 차례 ... 9
• 제 1 장 과업의 수행과 성취 ... 26
• 제 1 절 기술 개발의 필요성 ... 26
• 제 2 절 과업수업 진행 ... 33
• 제 3 절 성취 현황 요약 ... 35
• 1. 대기갈색연무의 화학조성 상시/집중 측정 및 종합적인 특성 분석 ... 35
• 가. 연구 방법 ... 35
• 나. 주요 결과 ... 36
• 2. 대기갈색연무 광학변수의 상시 모니터링 및 계절 변동성 분석 ... 37
• 가. 연구 방법 ... 37
• 나. 주요 결과 ... 37
• 3. 동북아 ABC의 물리/화학/광학적 특성과 배출원 및 이동경로 분석 ... 38
• 가. 연구 방법 ... 38
• 나. 주요 결과 ... 38
• 4. 동아시아 유기에어로졸이 ABC 형성과 동아시아 기후에 끼치는 영향산정 ... 39
• 가. 연구 방법 ... 39
• 나. 주요 결과 ... 39
• 5. 동북아 hot spot에서 ABC의 복사강제력 산정 ... 40
• 가. 연구 방법 ... 40
• 나. 주요 결과 ... 40
• 6. 동북아 ABC와 CO2의 복사강제력 산정 및 비교 ... 41
• 가. 연구 방법 ... 41
• 나. 주요 결과 ... 42
• 제 2 장 세부과업 상세 진행내용 ... 44
• 제 1 절 대기갈색연무의 화학 조성 상시/집중 측정 및 종합적인 특성 분석 ... 44
• 1. 입자상 유기탄소, 수용성 유기탄소, 원소탄소의 집중 및 상시 모니터링 ... 44
• 2. 측정 장소 및 관측 항목 ... 47
• 3. 측정 방법 ... 50
• 가. 준 실시간 탄소 분석기(Semi-continuous carbon analyzer) ... 50
• 나. 액체 입체화 포집기 - 총 유기탄소 분석기(PILS-TOC analyzer) ... 50
• 다. 실시간 미량 일산화탄소 분석기(Continuous trace level CO gas analyzer) ... 52
• 라. 고유량 공기 포집기(HI-VOL PM2.5 sampler) ... 53
• 마. 레보글루코산(Levoglucosan) 분석 ... 54
• 4. 전년도 측정 결과 ... 56
• 가. 2009년도 측정 결과 요약 ... 56
• 나. 2010년도 측정 결과 요약 ... 60
• 5. 2011년 관측 결과 ... 70
• 가. 기상조건 ... 70
• 나. 집중 관측 결과(모니터링 데이터) ... 72
• 다. 기류를 통해 본 탄소성 성분 분석 ... 74
• 라. 고농도 유기탄소 사례 ... 75
• 마. 이차 유기탄소 추정 ... 77
• 바. 탄소열광학 그래프를 활용한 탄소성 에어로졸의 특성 분석 ... 77
• 사. 기류 종류에 따른 OC와 EC의 상관관계 ... 79
• 아. 2011년 집중 측정 요약 ... 80
• 6. 전년도 결과 통합 요약 ... 82
• 7. 집중관측 통한 입경별 미세먼지의 농도 및 화학적 조성 ... 88
• 가. 입자상 유기탄소, 원소탄소의 측정 방법 ... 88
• 8. 집중관측 통한 입경별 미세먼지의 농도 및 화학적 조성의 특징 ... 95
• 가. 입경별 미세먼지의 농도 특성 ... 95
• 나. 입경별 미세먼지의 화학적 조성특성 ... 96
• 다. 사례별 특성 ... 100
• 제 2 절 대기갈색연무 광학변수의 상시 모니터링 및 계절 변동성 분석 ... 102
• 1. 대기갈색연무의 산란계수, 흡수계수, 소산계수 및 단산란 알베도 ... 102
• 2. 대기갈색연무의 입경별 수농도 ... 110
• 3. 대기갈색연무의 연직분포 ... 116
• 4. 대기갈색연무의 광학두께, 기주 적분된 단산란 알베도 및 옹스트롬 지수 ... 126
• 5. 대기갈색연무의 계절 변동성 ... 128
• 제 3 절 동북아 ABC의 물리/화학/광학적 특성과 배출원 및 이동경로 분석 ... 131
• 1. 남아시아 대비 동북아 대기갈색연무의 특성 ... 131
• 2. 동북아 대기갈색연무의 이동경로 분석 ... 136
• 제 4 절 동아시아 유기에어로졸이 ABC 형성과 동아시아 기후에 미치는 영향 산정 ... 144
• 1. 대기화학모델(GEOS-Chem)의 이차 유기 에어로졸 모의 방법 개선: Volatiltity Basis Set(VBS) ... 144
• 가. 모델에서의 이차 유기 에어로졸 모의 및 two-product 방법 ... 144
• 나. VBS 방법 ... 145
• 2. VBS 방법을 적용한 이차 유기 에어로졸 농도의 관측과의 비교 및 검증 ... 146
• 가. 2009년 ... 146
• 나. 2010년 ... 149
• 3. ACE-Asia 관측 자료와의 수직 분포 비교 ... 153
• 4. 계절별 이차 유기 에어로졸의 전체 유기 에어로졸에 대한 기여도와 배출원별 이차 유기 에어로졸 분석 ... 156
• 5. 동아시아에서의 이차 유기에어로졸의 복사 강제력 추산과 기후효과 분석 ... 158
• 제 5 절 동북아 hot spot에서 ABC의 복사강제력 산정 ... 161
• 1. 복사전달모델 및 지상관측자료의 활용 ... 161
• 2. 에어로졸 직접 복사강제력 산출 및 분석 ... 167
• 제 6 절 동북아 ABC와 CO2 복사강제력 산정 및 비교 ... 176
• 1. 에어로졸 관측자료에서 BC와 OM의 성분 분리 ... 176
• 2. Data ... 177
• 가. MODIS(MODerate Imaging Spectro-radiometer) 데이터 ... 177
• 나. MISR(Multi-angle Imaging Spectro-Radiometer) 데이터 ... 178
• 다. AERONET(AErosol RObotic NETwork) ... 178
• 라. 에어로졸 기후학(Aerosol climatology) ... 179
• 3. 관측자료 assimilation(동화) ... 179
• 가. AOD(λR) ... 179
• 나. SSA(λR) ... 180
• 다. AAE(β) ... 180
• 4. 관측자료 분석 ... 181
• 5. 경험적으로 구해진 BC AOD와 OM AOD ... 186
• 6. Monte-Carlo Aerosol Cloud Radiation 모델링 ... 187
• 7. 복사강제력 결과 ... 187
• 제 3 장 세부수행계획상 목표 달성 ... 192
• 제 4 장 참고문헌 ... 193