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Ⅳ. 연구 결과
BVOCs 농도는 온도가 높은 8월보다는 6월에 더 높았다. 태화산에서 측정된 침엽수와 활엽수의 광합성량(NPP, net primary production) 모두 6월에 가장 높았다. 이는 식생의 활동이 6월에 더 활발함을 의미하며 동북아시아 몬순의 영향으로 간주된다. BVOCs 농도가 높은 6월에 오후 시간 오존 또한 높게 관측되었다. 따라서 오존은 isoprene의 영향이 큰 것으로 나타났으며 그 영향은 박스모델 계산 결과 최대 15 % 정도에 이르렀다. 반면, 저녁시간에는 캐노피 아래에서 monoterpe

Ⅳ. 연구 결과
BVOCs 농도는 온도가 높은 8월보다는 6월에 더 높았다. 태화산에서 측정된 침엽수와 활엽수의 광합성량(NPP, net primary production) 모두 6월에 가장 높았다. 이는 식생의 활동이 6월에 더 활발함을 의미하며 동북아시아 몬순의 영향으로 간주된다. BVOCs 농도가 높은 6월에 오후 시간 오존 또한 높게 관측되었다. 따라서 오존은 isoprene의 영향이 큰 것으로 나타났으며 그 영향은 박스모델 계산 결과 최대 15 % 정도에 이르렀다. 반면, 저녁시간에는 캐노피 아래에서 monoterpenes은 농도가 크게 증가하였고 반대로 오존은 농도가 감소하여 monoterpenes는 오존의 소멸에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 오존과의 직접적인 반응보다는 nitrate radical과의 반응에 의한 것으로 판단되며 이럴 경우 다음날 오존의 농도에도 영향을 미치게 된다. 이에 대해서는 더 자세한 연구가 꼭 필요하다. 따라서 산림은 오존과 에어로졸의 생성 뿐 아니라 제거에도 기여하므로 산림에 의한 dry deposition 특성을 살펴보았다. 본 연구의 측정 자료를 기반으로 산출된 결과에 의하면 O₃은 식생의 활동이 가장 활발한 6월 dry deposition velocity가 1.8 m/s로 가장 컸으며 SO₂는 농도가 높았던 가을철에 가장컸다. 6월에 dry deposition에 의한 오존 소멸률은 2.4 ppbv/hr로 이는 ambient 농도의 약 10%에 이르는 것이다. 이 결과는 식생이 대기오염물질의 제거에 기여함과 더불어 이에 대한 상세한 기작을 이해하기 위한 연구가 필요함을 의미한다.
태화산에서 측정된 총 유기탄소(OC)중 SOC(secondary organic carbon)의 기여도와 BVOCs의 기여도를 추정하였다. 동북아시아의 경우 계절적 차이가 매우 크고 태화산과 같은 수도권에 위치한 산림지역의 경우 인위적인 기원과 자연적 기원 OC가 혼재하므로 기존에 널리 사용되는 방법을 적용하기에 적절하지 않은 것으로 판단되어 태화산에서 측정된 OC, EC, 기체상 물질들의 특성을 분석하여 적절한 산정 방법을 도출하였다. 산출된 SOC의 기여도는 15 ~ 17시에 가장 컸고 SOC/OC 비는 초여름 0.47, 늦여름 0.28, 가을 0.39, 겨울 0.41, 봄 0.51 이었다. 겨울은 식생의 영향이 가장 작고 광화학 활동도가 가장 낮은 시기이므로 태화산 지역에서 인위적 기원 SOC의 최대 기여도는 겨울철 약 41 % 정도로 추정된다. 반면 초여름(5 ~ 6월)은 식생의 활동이 가장 활발한 기간으로 오후 시간 isoprene 농도가 가장 높았을 때 OC의 농도가 가장 컸다. 일변화 없이 일정하게 유지되는 SOC를 모두 인위적 기원으로 가정하고 isoprene이 최대에 이른 17시에 증가한 SOC를 모두 BVOCs의 영향으로 가정할 때 자연적 기원의 SOC는 SOC의 31 %에 이르렀다. BVOCs가 에어로졸의 형성 및 성장 과정에 미치는 영향을 살펴보면, isoprene 배출과 그 산화 산물이 2차 유기입자의 성장에 기여함을 지시한다. 그러나 이 입자 성장은 측정 결과만으로 판단할 때 일반적으로 알려진 new particle formation 이 수반되지 않고 20 ~ 30 nm 크기에서 시작되어 BVOCs가 직접 유기에어로졸 생성과정에 기여를 했는지 또 seed 입자가 자연기원인지 인위적 기원인지 그리고 gas-to-particle 변환에 의해 생성된 것인지 직접 배출된 것인지는 향후 더 자세한 연구를 통해 규명되어야 한다.
태화산에서 측정된 자료를 이용한 박스모델 모사를 통해 오존과 에어로졸을 생성하는 산림대기의 광화학 특성을 이해하고자 하였다. 몇 가지 중요한 특성 중 하나는 HO_x 라디칼 분포, 특히 OH 농도가 초기 조건에 따라 크게 달라진 것이다. 또한 BVOCs 농도가 높은 오후에는 라디칼 소멸반응(HO₂ + HO₂ 또는 HO₂ + RO₂)이 리사이클링 반응(HO₂ + NO)보다 더 효율적이었다. RO₂는 특히 OVOCs(oxygenated VOCs)생성과 양의 상관성을 갖는 것으로 나타났다. 이는 예상되는 것보다 더 큰 OH 소멸과 SOC생성을 지시한다. 따라서 향후 BVOCs가 오존과 에어로졸 생성에 미치는 영향을 정량적으로 파악하기 위해서는 라디칼종에 대한 직접적인 측정이 꼭 필요하다.
2013년 태화산에서 측정된 기상자료(국립환경과학원)와 식생자료(서울대)를 기반으로 MEGAN 모델을 이용하여 BVOCs 배출량을 산정하였다. 산출된 태화산의 배출계수를 사용해 우리나라 전국 산림의 배출량을 산정하면 총 1,152,480 톤/년으로 CAPSS BVOCs 배출량의 약 2배에 해당한다. CAPSS는 약 10여년 전 산출되었으며 식생의 다양성과 특성(예: 수종)을 고려하지 않았으므로 직접적인 비교에는 불확실성이 크다. 하지만 이 결과는 BVOCs 배출량 산정에 MEGAN 모델의 활용이 상당히 긍정적임을 지시한다.
산림지역 대기질 특성 연구 워크숍이 개최되어 국외 연구자 3인과 국내연구자 4인이 관련 주제를 발표하였다. 연구 결과는 Atmospheric Physics and Chemistry에 논문으로 투고되어 심사를 위한 ACPD에 게재되었다.
연구의 궁극적 목표는 BVOCs의 오존과 미세먼지 생성과정을 이해하고 능력을 평가하는 것이다. 이를 위해 가장 먼저 1) 수종과 산림 특성별 BVOCs 배출 특성 파악이 필요하며 이를 기반으로 2) 타워 관측을 통해 BVOCs 배출량을 산정하고 동시에 3) 대기 중에서 일어나는 BVOCs 광화학 반응 규명하여 최종적으로 4) BVOCs의 오존과 미세먼지 생성에 미치는 영향을 파악한다. 이를 연구의 세부분야와 분야별로 필요한 단위연구로 나누어 단계별로 진행한다면 최종적으로 이들 결과를 활용하여 정책 수립이 가능할 것이다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• 목 차 ... 12
• 표 차례 ... 15
• 그림 차례 ... 17
• 부록 그림 차례 ... 20
• 1장. 연구의 필요성 ... 21
• 2장. 연구 목표 및 내용 ... 26
• 가. NO-NO2 conversion에 따른 BVOCs의 역할 및 NOx 측정의 분석 정확도 향상 방안 마련 ... 26
• 나. HONO와 OH chemistry를 통한 산림지역 광화학 메카니즘 이해 ... 26
• 다. 정확한 산림지역 오존 생성량 파악을 위해 vertical profile을 활용한 산림 흡착 오존량 파악 ... 27
• 라. BVOCs의 유기에어로졸 생성 기여도 파악 ... 27
• 마. 산림지역의 유기에어로졸의 질량농도 및 이온 성분 분석 ... 28
• 바. 산림지역 PM2.5 중 자연기원 유기탄소 기여도 파악 ... 28
• 사. 산림에 의해 발생하는 BVOCs의 배출량 산정방법 도출 ... 28
• 아. 1차, 2차, 3차 사업의 결과를 기반으로 향후 대기관측타워 활용방안 및 BVOCs 연구 관련 중장기 연구로드맵 마련 ... 28
• 3장. 연구 방법 ... 29
• 가. NO-NO2 conversion에 따른 BVOCs의 역할 및 NOx 측정의 분석 정확도 향상 방안 마련 ... 29
• 나. HONO와 OH chemistry를 통한 산림지역 광화학 메카니즘 이해 ... 29
• 다. 정확한 산림지역 오존 생성량 파악을 위해 vertical profile을 활용한 산림 흡착 오존량 파악 ... 30
• 라. BVOCs의 유기에어로졸 생성 기여도 파악 ... 31
• 마. 산림지역의 유기에어로졸의 질량농도 및 이온 성분 분석 ... 34
• 바. 산림지역 PM2.5 중 자연기원 유기탄소 기여도 파악 ... 35
• 사. 산림에 의해 발생하는 BVOCs의 배출량 산정방법 도출 ... 36
• 아. 1차, 2차, 3차 사업의 결과를 기반으로 향후 대기관측타워 활용방안 및 BVOCs 연구 관련 중장기 연구로드맵 마련 ... 37
• 자. HONO 분석 ... 37
• 차. PAN 분석 ... 38
• 4장. 연구 결과 및 내용 ... 39
• 4장 1절. 산림지역의 오존발생 원인 규명 ... 39
• 4.1.1. NO-NO2 conversion에 따른 BVOC의 역할 및 NOx 측정의 분석 정확도 향상 방안 마련 ... 42
• 4.1.2. HONO와 OH chemistry를 통한 산림지역 광화학 메카니즘 이해 ... 46
• 4.1.3. 산림지역의 BVOCs 특성 ... 54
• 4.1.4. 화학종 별 수직 농도 분포와 산림 흡착속도 ... 64
• 4장 2절. 산림지역의 BVOCs에 의한 유기에어로졸 생성 원인 규명 ... 73
• 4.2.1. 산림에서 발생하는 유기에어로졸의 특성 파악 ... 73
• 4.2.2. 산림지역의 유기에어로졸 생성 기여도 파악 ... 75
• 4.2.3. 산림지역 PM2.5 중 자연기원 유기탄소 기여도 파악 ... 79
• 4장 3절. 산림지역 대기질 특성 연구 워크샵 개최 ... 83
• 4.3.1. 발표내용 요약 ... 84
• 4.3.2. 태화산 워크샵 발표 ppt 세부자료 ... 87
• 4장 4절. 산림에 의해 발생하는 BVOCs의 배출량 산정방법 도출 ... 131
• 4장 5절. 1차, 2차, 3차 사업의 결과를 기반으로 향후 대기관측타워 활용방안 및 BVOCs 연구관련 중장기 연구로드맵 마련 ... 136
• 4장 6절. 국외학술지 투고 ... 171
• 5장. 결론 ... 174
• 참고문헌 ... 178
• 부록 ... 182
• 끝페이지 ... 192