초록 ▼

우리나라 수도권 지역은 전국 면적의 12%에 불과하지만 면적에 비해 높은 인구 밀도와 산업시설의 집중 및 자동차 증가 등으로 인하여 대기오염도가 심각한 수준에 이르렀다. 특히, 1995년 오존경보제가 도입된 이후,오존주의보 발령횟수는 지속적으로 증가하고 있으며, 서울 지역에 국한되어 있던 발령지역은 수도권을 비롯한 부산, 대구 등의 대도시로 확산되고 있는 실정이다(조용성 외, 2005). 오존과 같은 2차 대기오염물질의 경우 생성 기작이 복잡하고 관측이 어려워 대기질 관리 정책의 수립 및 환경영향평가 등을 위해서한 대기질 농도예측,

우리나라 수도권 지역은 전국 면적의 12%에 불과하지만 면적에 비해 높은 인구 밀도와 산업시설의 집중 및 자동차 증가 등으로 인하여 대기오염도가 심각한 수준에 이르렀다. 특히, 1995년 오존경보제가 도입된 이후,오존주의보 발령횟수는 지속적으로 증가하고 있으며, 서울 지역에 국한되어 있던 발령지역은 수도권을 비롯한 부산, 대구 등의 대도시로 확산되고 있는 실정이다(조용성 외, 2005). 오존과 같은 2차 대기오염물질의 경우 생성 기작이 복잡하고 관측이 어려워 대기질 관리 정책의 수립 및 환경영향평가 등을 위해서한 대기질 농도예측, 영향평가 등에 대기질 모델이 많이 이용되고 있다.
최근에는 Model-3/CMAQ (Community Multiscale Air Quality), CAMx (Comprehensive Air quality Model, with eXtensions) 등의 복잡한 수치모델이 많이 활용되고 있다. 그러나 수치 모델들은 정교한 물리·화학 과정을 모사하기 위해 복잡하고 연계된 화학반응속도식 등이 포함되며, 사용자는 이들에 대한 충분한 이해가 요구되고 있다. 또한 모델링 결과의 정확성과 신뢰성을 높이기 위한 입력 자료의 준비과정이 매우 복잡해졌으며, 최근의 대기질 모델링은 기상 및 배출량 자료의 복잡성이 커져 이를 준비하는 데에도 상당한 노력이 요구되고 있다. 현재 국내에서는 대기질 모델 입력용 배출량자료는 대기정책지원시스템(CAPSS)의 배출량 자료를 대부분 활용하고 있으며, 매년 배출량자료의 신뢰성을 향상하기위한 방안이 시행되고 있다.
그러나 선행 연구에서 이동오염원 및 휘발성 유기화합물의 배출량 자료의 오차가능성과 신뢰성을 높일 필요가 있다는 의견이 있으며(Pierson et al., 1990; Fujita et al., 1992; Vivanco et al., 2006), 특히 일사량에 의한 광화학 반응으로 생성되는 오존의 경우, 오존 생성에 기여하는 NOx와 VOCs 등의 배출이 주로 자동하 등 이동오염원으로 배출량 산정에 많은 오차를 나타낼 가능성이 매우 크다고 발표하고 있다. 또한, 오염물질별 배출량이 오존 생성에 미치는 영향이 비선형적이며 복합적임에 따라 다양한 관련 연구가 필요하다는 연구결과가 많이 제시되고 있다. 따라서 광화학 수치모델을 이용한 대기질 모사의 신뢰성을 향상 시키기 위해서는 입력 자료의 신뢰성 제고와 검증이 반드시 필요하다. 이에 본 연구에서는 고농도 오존사례를 토대로 오존전구물질인 NOx와 VOCx 배출량 조정에 따른 모델링 오존예측결과의 민감도 분석을 통하여 오존예측 결과의 신뢰성 향상 방안을 제시하고자 하였다.

Abstract ▼

The objective of this was to simulate surface ozone concentration and to examine sensitivity of the simulation according to the changes in emission aounts, by using MM5-SMOKE-CMAQ system. More reliable and correct input data are required to obtain more reasonable simulation results. Within the input

The objective of this was to simulate surface ozone concentration and to examine sensitivity of the simulation according to the changes in emission aounts, by using MM5-SMOKE-CMAQ system. More reliable and correct input data are required to obtain more reasonable simulation results. Within the input data, emission exhaust from motor vehicles is the main source of most ozone precursors being emitted into the atmosphere (Moe, 2006). Due to the considerable inconsistency in emission inventories, specially line sources, we modified official emission of volatile organic gas (VOCs) and nitrogen oxides (Nox) using an observation-based approach (Vivanco et al., 2006) before evaluating ozone concentrations.
The approach requires CO emission value to be reasonably accurate. For that, we modified the existing CO concentration figure of the official emission inventory to increase fivefold for SMOKE. Ratios of NOx/carbon monoxide (CO) and VOCs/CO were calculated from ambient measurements taken in the early morning hours (07~08LST) during May and August of 2005. As a result, emission ratios of NOx and VOCs of line source were controlled at 0.8 times and 4 times of the conventional levels, respectively. CO concentration simulated with the controlled CO emission(CASE1) was similar to the observed data. There was a strong correlation beteen predictions of CASE1 and observations. However, present NOx emission was suitable for
predicting NOx concentration, as compared to the controlled figure.
NOx concentration of CMAQ model system obtained with the controlled CO and NOx emissions(CASE2) was underestimated, as compared with the observation. Among VOC, Toluene and Ethylene species obtained with controlled CO and VOCs emission(CASE3) got closer to the observations. NOx concentration based on modified CO, NOx and VOCs emissions (CASE4) was underestimated but Toluene and Ethylene simulations were similar to the observation. The 95 percentil ozone CASE4 scenario was suitalbe for predicting actual ozone concentration. And in Seoul and Gyeonggi, strong correlation between predictions by CASE4 scenario and observations indicated that controling CO, NOx and VOCs emission is necessary. On the other han, NOx and VOCs emissions were modified, but NOx and VOCs species were still not enough to predict actual air quality. Therefore, it is necessary to improve chemical and temporal profiles of SMOKE and chemical mechanism of CMAQ system while achieving accurate emission amounts at the same time.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 9
• 그림목차 ... 12
• 표목차 ... 17
• Abstract ... 20
• I. 서론 ... 22
• II. 연구 내용 및 방법 ... 23
• 1. 국내·외 연구동향 ... 23
• 가. 국내 연구동향 ... 23
• 나. 국외 연구동향 ... 25
• 2. 대기질 예측·평가시스템 ... 26
• 가. 기상모델 ... 27
• 나. 배출모델(SMOKE) ... 28
• 다. 대기질 모델 ... 31
• 3. 수도권 배출량 및 오존 농도 현황 ... 34
• 가. 2005년도 수도권지역 배출량 현황 ... 34
• 나. 오존 농도 현황 ... 38
• 4. 모델링 수행 조건 ... 41
• 가. 사례일 선정 ... 41
• (1) 2005년 수도권지역 고농도 오존 발생일 ... 41
• (2) 사례일 선정 ... 43
• 나. 모델링 수행 조건 ... 47
• (1) 기상모델 수행 조건 ... 47
• (2) SMOKE 및 대기질 모델 수행 조건 ... 51
• 5. 모델링 시나리오 선정 ... 60
• 가. CO 배출량 조정 시나리오 도출 ... 61
• 나. NOx 및 VOCs 배출량 조정 시나리오 도출 ... 62
• 6. 결과 분석 방법 ... 65
• III. 연구 결과 ... 70
• 1. 모델링 정합도 분석 ... 70
• 가. 기상장 수치모의 결과 ... 70
• 나. 배출 모델 결과 ... 78
• 다. 대기질 예측 결과 ... 82
• 2. 시나리오별 모델링 결과 분석 ... 94
• 가. CO 배출량 조정에 따른 결과 분석 ... 95
• (1) CO 배출량 조정에 따른 CO 예측 결과 ... 97
• (2) CO 배출량 조정에 따른 오존 예측 결과 ... 101
• 나. CO 및 NOx 배출량 조정에 따른 결과 분석 ... 105
• (1) CO 및 NOx 배출량 조정에 따른 NOx(NO+NO2) 예측 결과 ... 108
• (2) CO 및 NOx 배출량 조정에 따른 오존 예측 결과 ... 111
• 다. CO 및 VOCs 배출량 조정에 따른 결과 분석 ... 115
• (1) CO 및 VOCs 배출량 조정에 따른 Toluene 및 Ethylene 농도 예측 결과 ... 118
• (2) CO 및 VOCs 배출량 조정에 따른 오존 농도 예측 결과 ... 120
• 라. CO, NOx 및 VOCs 배출량 조정에 따른 결과 분석 ... 124
• (1) CO, NOx 및 VOCs 배출량 조정에 따른 NOx 농도 예측 결과 ... 127
• (2) CO, NOx 및 VOCs 배출량 조정에 따른 Toluene 및 Ethylene 농도 예측 결과 ... 131
• (3) CO, NOx 및 VOCs 배출량 조정에 따른 오존 농도 예측 결과 ... 133
• 3. 시나리오별 오존 결과 비교 분석 ... 137
• 가. 각 시나리오별 오존 결과 분석 ... 137
• 나. 오존 농도를 이용한 지역별 군집 패턴 분석 ... 140
• IV. 결론 ... 145
• 참고문헌 ... 148
• 부록 ... 153