Ground-based in-situ measurements of aerosol optical properties at Gosan climate observatory have been analyzed to investigate the optical contribution of Asian dust and polluted particles on light absorption in springtime 2011. During the Asian dust episode, the contribution of Asian dust particle to aerosol absorption coefficient estimated about 45% at 370 nm and about 23% at 520 nm. Especially, black carbon in dust plume contributes about 48% to aerosol light absorption at 520 nm since the airmass are transported from the Gobi and inner Mongolia deserts, and this airmass comes across the northeastern coast of China, near the Shandong Peninsula. In pollution case, the contributions of dust particle and black carbon to aerosol absorption coefficient estimated about 41% and 11% at 370 nm, respectively. However, pollution case shows the highest light absorption of 48% for brown carbon at 370 nm, which indicates the significantly high mass concentration of organic carbon ($6.3{\pm}2.2{\mu}g\;m^{-3}$) in pollution plume can contribute to the increase of light absorption at near-UV spectral region.
In this study, light absorption of carbonaceous species in $PM_{2.5}$ was investigated using a dual-spot 7-wavelength Aethalometer(model AE33) with 1-min time interval between January 01 and September 30, 2017 at an urban site of Gwangju. During the study period, two Asian dust (AD) events occurred in April (AD I) and May (AD II), respectively, during which light absorption in total suspended particles was observed. Black carbon (BC) was the dominant light absorbing aerosol component at all wavelengths over the study period. Light absorption coefficients by aerosol particles were found to have 2.7~3.3 times higher at 370 nm than at 880 nm. This would be attributed to light absorbing organic aerosols, which is called brown carbon (BrC), as well as BC as absorbing agents of aerosol particles. Monthly average absorption ${{\AA}}ngstr{\ddot{o}}m$ exponent ($AAE_{370-950nm}$) calculated over wavelength range of 370~950 nm ranged from 1.10 to 1.35, which was lower than the $AAE_{370-520nm}$ values ranging from 1.19~1.68 that was enhanced due to the presence of BrC. The estimated $AAE_{370-660nm}$ of BrC ranged from 2.2 to 7.5 with an average of 4.22, which was fairly consistent to the values reported by previous studies. The BrC absorption at 370 nm contributed 10.4~28.4% to the total aerosol absorption, with higher contribution in winter and spring and lower in summer. Average $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ concentrations were $108{\pm}36$ and $24{\pm}14{\mu}g/m^3$ during AD I, respectively, and $164{\pm}66$ and $43{\pm}26{\mu}g/m^3$ during AD II, respectively, implying the greater contribution of local pollution and/or regional pollution to $PM_{2.5}$ during the AD II. BC concentration and aerosol light absorption at 370 nm were relatively high in AD II, compared to those in AD I. Strong spectral dependence of aerosol light absorption was clearly found during the two AD events. $AAE_{370-660nm}$ of both light absorbing organic aerosols and dust particles during the AD I and II was $4.8{\pm}0.5$ and $6.2{\pm}0.7$, respectively. Higher AAE value during the AD II could be attributed to mixed enhanced urban pollution and dust aerosols. Absorption contribution by the light absorbing organic and dust aerosols estimated at 370 nm to the total light absorption was approximately 19% before and after the AD events, but it increased to 32.9~35.0% during the AD events. In conclusion, results from this study support enhancement of the aerosol light absorption due to Asian dust particles observed at the site.
A sensitive method for the determination of total selenium in aerosol particles is described. The method involves dissolution of aerosol particles by $HNO_3-HClO_4$ mixed acids, pre-reduction of Se (VI) to Se (IV) by boiling hydrochloric acid, and hydride generation followed by atomic absorption detection. Dissolved Se (IV) in 4M hydrochloric acid is reacted with $NaBH_4$ to form $H_2Se$, which is subsequently collected in an U-tube cooled in liquid nitrogen. Upon the completion of $H_2Se$ generation, the collected $H_2Se$ is rapidly vaporized into a quartz cuvette burner by removing the U-tube from liquid nitrogen, atomized, and then detected by an atomic absorption spectrophotometer. The absolute sensitivity of the method is 0.49 ng/0.0044 Abs. The accuracy of the method evaluated by analyzing standard reference materials for urban aerosol is better than 10%. Analytical results for urban and rural aerosol particles are reported.
본 연구에서는 에어로졸의 종류에 따른 광흡수 특성을 표시할 수 있는 새로운 에어로졸 파라미터인 Modified Aerosol Factor(MAF)를 산출하였다. MAF는 AERONET의 선포토미터로부터 산출되는 4 파장(440, 675, 870 그리고 1020 nm)의 단산란알베도로부터 도출되었다. 에어로졸 종류에 단산란알베도 값이 파장 증가에 따라 다른 형태를 보이는 점으로부터 4파장의 단산란알베도를 이용하여 선형회귀분석을 수행하고 분석값의 기울기 값을 산출하였다. 먼지입자는 기울기 값이 양의 값을 보이고, 순수한 먼지입자 일수록 높은 값을 보였다. 다른 종류의 에어로졸이 혼합됨에 따라 기울기 값은 감소하였다. 먼지입자를 제외한 오염입자와 smoke 입자는 음의 값을 보였다. 광흡수 특성의 차이를 파악하기 위하여 1020 nm에서의 단산란알베도 값을 보정하였다. 보정된 단산란알베도와 기울기 값을 합하여 MAF를 도출하였다. MAF는 오염입자와 smoke 입자는 -1, 먼지입자는 1.5의 값을 보였으며, 서로 다른 에어로졸 종류별로 광흡수 특성이 높을수록 낮은 값의 분포를 보였다.
Temperature was considered to estimate the minimum detectable absorption coefficient of aerosol particles from photothermal spectroscopy. Light energy absorbed by subsequent emission from the aerosol results in the heating of the aerosol sample and consequently causes a temperature change as well as changes in thermodynamic parameters of the sample. This thermal effect is the basis of photothermal spectroscopy. Photothermal spectroscopy has several types of techniques depending on how the photothermal effects are detected. Photothermal interferometry traces the photothermal effect, refractive index, using an interferometer. Photoacoustic spectroscopy detects the photothermal effect, sound wave, using a microphone. In this study, it is suggested that the detection limit for photothermal spectroscopy can be influenced by the introduction of a slip correction factor when the light absorption is determined in a high temperature environment. The minimum detectable absorption coefficient depends on the density, the specific heat and the temperature, which are thermodynamic properties. Without considering the slip correction, when the temperature of the environment is 400 K, the minimum detectable absorption coefficient for photothermal interferometry increases approximately 0.3% compared to the case of 300 K. The minimum detectable absorption coefficient for photoacoustic spectroscopy decreases only 0.2% compared to the case of 300 K. Photothermal interferometry differs only 0.5% point from photoacoustic spectroscopy. Thus, it is believed that photothermal interferometry is reliably comparable to photoacoustic spectroscopy under 400 K.
Daily PM2.5 was collected during summer period in 2020 in Gwangju to investigate its chemical and light absorption properties. In addition, real-time light absorption coefficients were observed using a dual-spot 7-wavelength aethalometer. During the study period, SO42- was the most important contributor to PM2.5, accounting for on average 33% (10-64%) of PM2.5. The chemical form of SO42- was appeared to be combination of 70% (NH4)2SO4 and 30% NH4HSO4. Concentration-weighted trajectory (CWT) analysis indicated that SO42- particles were dominated by local pollution, rather than regional transport from China. A combination of aethalometer-based and water-extracted brown carbon (BrC) absorption indicated that light absorption of BrC due to aerosol particles was 1.6 times higher than that due to water-soluble BrC, but the opposite result was found in absorption Ångström exponent (AAE) values. Lower AAE value by aerosol BrC particles was due to the light absorption of aerosol BrC by both water-soluble and insoluble organic aerosols. The BrC light absorption was also influenced by both primary sources (e.g., traffic and biomass burning emissions) and secondary organic aerosol formation. Finally the ATR-FTIR analysis confirmed the presence of NH4+, C-H groups, SO42-, and HSO42-. The presence of HSO42- supports the result of the estimated composition ratio of inorganic sulfate ((NH4)2SO4) and bisulfate (NH4HSO4).
본 연구에서는 250 nm와 1100 nm 사이에 있는 10개의 파장에서의 에어로졸 광학 깊이를 이용하여 에어로졸의 크기분포를 역산하는 연구를 수행하였다. 10개의 파장은 주요 대기 가스의 흡수선과 밴드를 피한 파장을 찾아서 선택하였다. 태양의 스펙트럼을 얻기 위해서 태양 추적시스템과 분광기를 구축하고 자체적으로 장치를 검정하였다. 본 장치를 이용해서 총 광학 깊이를 구하고 가스의 흡수나 공기의 산란을 제거하여 에어로졸의 광학 깊이를 구했다. 이정점 분포를 지닌 에어로졸 크기 분포를 역산하는 알고리즘을 제안하였고, 장치를 통해서 구한 에어로졸의 광학 깊이를 이용하여 다양한 임의의 대기 조건에서 그 크기분포를 역산하고 비교하였다. 이를 통하여 본 연구에서 사용한 방법론과 장치들이 미지의 입자 크기 분포를 추출하는데 매우 유용할 것으로 판단하였다.
한국환경과학회 2003년도 International Symposium on Clean Environment
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pp.232-235
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2003
In general, the parameters of climate change include aerosol chemical compounds, aerosol optical depth, greenhouse gases(carbon dioxide, CFCs, methane, nitrous oxide, tropospheric ozone), ozone distribution, precipitation acidity and chemical compounds, persistent organic pollutants and heavy metals, radioactivity, solar radiation including ultra-violet and standard meteorological parameters. Over the last ten years, the monitoring activities of Korea regarding to the climate change have been progressed within the WMO GAW and ACE-Asia IOP programs centered at the observation sites of Anmyeon and Jeju Gosan islands respectively. The Greenhouse gases were pointed out that standard air quality monitoring techniques are required to enhance data comparability and that data presentation formats need to be harmonized and easily understood. Especially, the impact of atmospheric aerosols on climate depends on their optical properties, which, in turn, are a function of aerosol size distribution and the spectral reflective indices. Aerosol optical depth and single scattering albedo in the visible are used as the two basic parameters in the atmospheric temperature variation studies. The former parameter is an indicator of the attenuation power of aerosols, while the latter represents the relative strength of scattering and absorption by aerosols. For aerosols with weak absorption, surface temperature decreases as the optical depth increases because of the domination of backscattering. For aerosols with strong absorption, however, warming could occur as the optical depth increases. The objective of the study is to characterize the means, variability, and trends of Greenhouse gases and aerosol properties on a regional basis using data from its baseline observatories in Korea peninsula. A further goal is to understand the factors that control radiative forcing of the greenhouse and aerosol.
Er-doped sodiumborosilicate glass films for waveguides amplifier were fabricated by Aerosol Flame Deposition(AFD) method. Al2O3 was added to sodium borosilicate glass films to suppress the formation of crystalline phase and control the refractive index. the formation of crystalline phase was suppressed above Al2O3 of 6 wt%. As the amount of Al2O3 increased from 2 to 12 wt% the refractive index of glass films increased lineary from 1.4595 up to 1.4710. After the core of 77SiO2-15B2O3-8Na2O+6 wt%Al2O3+8wt%Er2O3 was coated on the buffer layer of 77SiO2-15B2O3-8Na2O+6 wt%Al2O3, the core was etched by reactive ion etching. The absorption spectrum of 3 cm waveguide amplifier showed two peaks of 1530 and 1550 nm.
To investigate the influence of pollution events on the chemical composition and formation processes of aerosol particles, 24-h integrated size-segregated particulate matter (PM) was collected during the fall season at an urban site of Gwangju, Korea and was used to determine the concentrations of mass, water-soluble organic carbon (WSOC) and ionic species. Furthermore, black carbon (BC) concentrations were observed with an aethalometer. The entire sampling period was classified into four periods, i.e., typical, pollution event I, pollution event II, and an Asian dust event. Stable meteorological conditions (e.g., low wind speed, high surface pressure, and high relative humidity) observed during the two pollution events led to accumulation of aerosol particles and increased formation of secondary organic and inorganic aerosol species, thus causing $PM_{2.5}$ increase. Furthermore, these stable conditions resulted in the predominant condensation or droplet mode size distributions of PM, WSOC, $NO_3{^-}$, and $SO{_4}^{2-}$. However, difference in the accumulation mode size distributions of secondary water-soluble species between pollution events I and II could be attributed to the difference in transport pathways of air masses from high-pollution regions and the formation processes for the secondary chemical species. The average absorption ${\AA}ngstr{\ddot{o}}m$ exponent ($AAE_{370-950}$) for 370-950 nm wavelengths > 1.0 indicates that the BC particles from traffic emissions were likely mixed with light absorbing brown carbon (BrC) from biomass burning (BB) emissions. It was found that light absorption by BrC in the near UV range was affected by both secondary organic aerosol and BB emissions. Overall, the pollution events observed during fall at the study site can be due to the synergy of unfavorable meteorological conditions, enhanced secondary formation, local emissions, and long-range transportation of air masses from upwind polluted areas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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