The Statistical Identification of Airmass Characteristics during the Manna Loa Observatory Photochemistry Experiment

Mauna Loa (Hawaii)에서 관측된 대기질 특성의 통계적 분석

Hierarchical cluster and factor analyses were used to identify various influences on free tropospheric air samples at Mauna Loa Observatory in Hawaii during MLOPEX. The cluster analysis separated thirteen chemical and meteorological variables into three characteristic groups (1)clean air, (2)anthropogenically influenced air, (3)marine and volcanic influenced air. The cluster analysis results compared well with those of factor analysis. Six independent components were identified in factor analysis. We have related these components to (1)volcano influenced air, (2)stratosphere-like air, (3)boundary-layer air with recent anthropogenic influence, (4)photochemical haze, (5)marine boundary- layer air, and (6)modified marine tropospheric air. Excluding local influence, we could calculate the nighttime free tropospheric values for $O_3$(41$\pm$10 ppbv), HN $O_3$(94$\pm$45 pptv), N $O_3$$^{[-10]}$ (16$\pm$10 ppbv), S $O_4$$^{[-10]}$ (60$\pm$0 pptv), N $H_4$$^{＋}$(71$\pm$6 pptv), N $a^{＋}$(5$\pm$1 pptv), PAN(13$\pm$9 pptv), MeN $O_3$(3.5$\pm$1.5 pptv), 2-butyl N $O_3$(0.6$\pm$0.1 pptv), $H_2O$$_2$(1015$\pm$44 pptv), $C_2$C $l_4$(3.3$\pm$0.1 pptv), condensation nuclei(249$\pm$13c $m^{-3}$), and dew point(-8.5$\pm$5.3$^{\circ}C$) during this experiment..

40가지 이상의 대기중 화학성분과 기상조건이 1988년 5월과 6월 사이의 MLOPEX기간 동안 동시 측정되었다. MLOPEX의 기본 목표는 인간의 직접적 오염을 받지 않는 청정 대류권(free tropo-sphere)에 위치한 Mauna Loa(Hawaii) 관측소에서 대기중 여러 화학 물질들의 배경 농도들을 파악하고 그들의 상관관계를 규명하며, 그 결과를 광화학적 모델에 적응하여 모델의 적합성과 보완점을 이해하는 것이었다. 예상과는 달리 청정 대류권내에서도 상당히 복잡하고 다양한 농도의 변화를 보여 모델에 적용시킬 배경농도를 단순히 평균값으로 결정 하기에는 어려움이 있었다. 이 연구에서는 cluster와 factor 분석의 통계적 방법을 이용하여 MLOPEX 기간동안 관측소에 나타난 기단(airmass)의 특성을 분류하고, 그 중 청정대기를 대표할 수 있는 농도를 결정하는 것이다. cluster 분석방법은 13가지 분석변수(variable)들을 크게 3가지의 그룹; (1)상대적으로 깨끗하고 오래된 공기를 대표하는 변수들 (2)인위적인 오염을 지시하는 변수들 (3)주위 해양과 화산의 영향을 나타내는 변수들로 분리하였다. 또 factor분석에 의해서는 (1)화산 영향 대기 (2)성층권 대기 (3)오염된 대기경계층 공기(boundary-lay-er air) (4)광화학적 연무(haze) (5)해양성 대기경계층 공기 (6)해양성 청정공기들로 분류되었다. 이 결과를 가지고 계산한 Mauna Loa 관측소의 청정공기 배경농도와 조건값들은 다음과 같다. : $O_3$(41$\pm$10ppbv), HN $O_3$(94 $\pm$ 45pptv), N $O_3$$^{-}$(16 $\pm$ 10pptv), S $O_4$= (60 $\pm$ 0pptv), N $H_4$$^{＋}$ (71 $\pm$ 6pptv), $Na^{＋}$(5 $\pm$ 1pptv), PAN(13 $\pm$9pptv), MeN $O_3$(methyl nitrate, 3.5 $\pm$ 1.5pptv), 2- butyl N $O_3$(0.6$\pm$0.1pptv), $H_2O$$_2$(1015$\pm$44pptv), $C_2$C $l_4$(3.3$\pm$0.1pptv), 응결핵(249$\pm$13$cm^{-3}$), 이슬점온도(-8.5 $\pm$ 5.3$^{\circ}C$).