Particulate sulfate in $PM_{2.5}$, sulfur dioxide ($SO_2$) and size-segregated aerosol particle number concentrations were measured at a site ($32^{\circ}19'N$, $129^{\circ}59'E$) on the southwestern Japan coast from 5 March to 10 April, 2010. Results show frequent episodic increases of sulfate and $SO_2$. Compared to the average concentration of sulfate $4.4{\pm}2.7\;{\mu}g\;m^{-3}$ in the whole observation period, episodic sulfate reached $10.5-20.1\;{\mu}g\;m^{-3}$. The variation of sulfate always synchronized with aerosol particles in the size range of $0.1-0.5 {\mu}m$, indicating the episodic sulfate was a consequence of the increase of the sub-micron particles. $SO_2$ did not have remarkable increase in any episodes of sulfate increase. During the passage of low pressure systems which loaded Asian dust in postfrontal air, concentrated sulfate appeared right behind the front but before dust arrival, suggesting the dominance of dust-free particulate sulfate. Weather and backward trajectory analyses revealed that air parcels with high sulfate passed eastern and northeastern China or Korean peninsula before arriving at the site. In contrast, those with high $SO_2$ passed an active volcano, Mt. Sakurajima, about 100 km in the south, suggesting the $SO_2$ was more likely from the volcanic emission. The ratio of sulfate to total sulfur compounds $({SO_4}^{2-})/({SO_4}^{2-}+SO_2)$ was 0.31-0.89 in continentally originated air while was 0.25-0.43 in the air having passed the volcano, showing more efficient conversions of $SO_2$ to sulfate in the air from the continent. The close dependence of the conversion on humidity in the continentally originated air was confirmed.
The present study was undertaken to evaluate the chemical characteristics of Asian dust (hereafter called "AD") particles with the aid of the most advanced micro-PIXE (Particle-induced X-ray emission) analytical technique. To this end, size-selected particles were sampled on a rural peninsula of Korea (Byunsan, 35.37N; 126.27E) during AD and non-AD periods in 2004. The coarse particle (> $2{\mu}m$) number density during an AD event were 170 times higher than those of the non-AD counterpart. The average net-count of silica in individual particles collected on AD event was roughly 11 times higher than that of non-AD counterpart. The X-ray net-counts of trace elements (Zn, Co, Mn, and V) were also considerably high in AD relative to the non-AD day. Particle classification based on the inter ratio analysis of elemental net-count suggests that a large portion of the coarse particles collected during AD event underwent chemical transformation to a certain degree. The visual interpretation of micro-PIXE elemental maps and elemental localization data in and/or on individual AD particles clarified the internal mixture of AD particles with sea-salt and artificial metallic particles.
This paper is focused on the comprehensive and detailed interpretation for the chemical transformation of individual Asian dust (hereafter called "AD") particles during long-range transport from source regions to receptor area. A multi-stage particle sampler was operated at a ground-based site in Taean, Korea directly exposed to the outflow of air masses from China during AD period in April 2003. Both quantitative and qualitative analyses for size-classified individual particles were carried out by a microbeam X-ray fluorescence (XRF) method and a microbeam Particle Induced X-ray Emission (micro-PIXE), respectively. Among major characteristic elements, the elemental masses of soil derived components, sulfur, and chloride varied as a function of particle size showing the monomodal maximum with a steeply increasing at 3.3-4.7 ${\mu}m$ particle size. Although the details on chemical composition of AD particle collected on a straight line from source area to our ground-based site are needed, a large amount of Cl coexisted in and/or on AD particles suggests that AD particles collected in the present study might be actively engaged in chemical transformation by sea-salt and other Cl containing pollutants emitted from the China's domestic sources. Through the statistical analyses it was possible to classify individual AD particles into six distinct groups. The internally mixed AD particles with Cl, which has various sources (e.g., sea-salt, coal combustion origin HCl, gaseous HCl derived from the adsorption of acids to sea-salt, and Cl containing man-made particles) were thoroughly fractionated by the elemental spectra drivened by the double detector system of micro-PIXE.
In order to examine the effects of micrometeorological and climatological influences on urban scale particulate air pollutants observed in Busan, power spectrum analysis was applied to the observed particulate matter with aerodynamic diameter ${\le}10{\mu}m$ ($PM_{10}$) for the period from 1991 to 2006. Power spectrum analysis has been employed to the daily mean $PM_{10}$ concentrations obtained at 13 sites to identify different scales of periodicities of $PM_{10}$ concentrations. The results show that, aside from the typical and well-known periodicities such as diurnal and annual variations caused by anthropogenic emission influences, another two significant peaks of power spectrum density were identified: 21 day and $3{\sim}4$ year of periodicities. Cospectrum analysis indicates that the intraseasonal 21 day periodicity are found to be negatively correlated with wind speed and surface pressure but shows consistently positive with relative humidity and temperature. This result implied that 21 day periodicity is presumably relevant to the secondary aerosol formation processes through the photochemical reaction that can be subsequently resulted from hygroscopic characteristics of aerosol formation. However, the interannual $3{\sim}4$ year of periodicity is found to have positive correlation with pressure, and negative with temperature and relative humidity, which is rather consistent with both characteristics of air mass during the Asian dust event and the occurrence frequency of Asian dust whose periodicities have been recorded inter-annually over the Korean peninsula.
In an effort to investigate the characteristics of synoptic meteorological conditions in association with long-range transport of haze phenomena occurred over Korea, we statistically classified characteristics of haze events into two types of haze: stagnant case and long-range transport case, based on the synoptic meteorological parameters, and analyze comparatively the characteristics of synoptic meteorological conditions for each case. The results showed that the occurrence frequency of stagnant case accounts for 64.5%, showing superiority of stagnant haze cases over the long-range transport case which occupies only 35.5% among total 67 cases for the period from 2000 to 2007. This result indicates that haze phenomena occurred over Korea has influenced by not only the emission in Korea by itself but long range transport effects originating from China inland. The synoptic condition on 850hPa level showed that, when stagnant case occurred, Korean peninsula was located under the effects of negative vorticity with the significantly weak wind speed and stable atmospheric condition. In contrast, long-range transport case shows positive vorticity and relatively strong wind speed over 850hPa level, especially with the location of high pressure system over the area of southwestern China. This location of high pressure system implies to induce the westerlies or northwesteries consistently due to its pressure gradient by itself. Also other comparative studies haze days (vs.) Asian dust days are carried out, and we found out that the patterns of long-range transport of haze phenomena in Korea shows similar to Asian dust case but the static stability condition indicates more stabilized atmospheric condition than dust phenomena.
Recently, particulate matter(PM) caused by internal factors such as industrialization and urbanization as well as external factors such as Asian dust is a serious problem in Korea. In particular, while the emission due to construction appears to be very serious among the internal factors, it is necessary to manage PM in consideration of the characteristics of construction sites. Accordingly, in this study, a PM management system suitable for construction sites was developed to reduce civil complaints caused by PM and to minimize damage to field workers and nearby residents by supporting the fine dust management system of the state and local governments. The factors to be considered when measuring PM due to the specificity of construction sites were considered, and the system components were developed based on the considerations. As a result, an IoT based construction site PM monitoring system (CPMS) that integrates each component was established.
Pohang is a well-known industrial city in Korea with a large steel-industrial complexes. The biggest environmental issue in the city is associated with fine particulate matter (hereinafter, $PM_{10}$). The concentration of $PM_{10}$ is generally dependent on the local emission sources and meteorological conditions. Iron and steel industrial complexes are likely serious pollution sources of $PM_{10}$ in Pohang. In this study, daily $PM_{10}$ data from a large database from the year of 2000 to 2012 were statistically analyzed, together with meteorological data. The average concentrations of $PM_{10}$ were evaluated according to the frequency of Asian dust, haze, mist, and fog. The number of days exceeding short-term standard for $PM_{10}$ were also examined, taking into consideration of weather conditions. It was found that the concentration of $PM_{10}$ was reduced about 18% to 26% because of precipitation. In addition, the effects of wind direction and wind speed on the $PM_{10}$ concentrations were investigated.
Measurement of the phosphorus concentration in aerosols in Beijing, which was a representative East Asian mega-city, was carried out. The optimum procedure for analyzing phosphorus in aerosols was found in this study. Recovery of phosphorus in environmental samples through the improved method was almost 100%. The concentration of phosphorus in TSP was $145{\pm}47\;ng/m^3$, with a seasonal variation showing high concentrations in winter and low concentrations in summer. The concentrations of phosphorus in $PM_{2.5}$ accounted for $35{\pm}6%$ of those in TSP, with no seasonal variations. The major source of phosphorus in aerosols in Beijing was soil dust, and additional sources of phosphorus in fine particles could be coal combustion and biomass burning.
2010년 11월 11-13일 한반도에 영향을 미쳤던 황사에 대해 WRF-Chem 모델을 이용하여 시뮬레이션 하였다. WRF-Chem 모델에서 미세먼지의 인위적 배출량은 RETRO 전구 배출량을 사용하였고, RADM2 화학 메커니즘과 MADE/SORGAM 에어로졸 스킴 및 GOCART 광물성 먼지 옵션을, 그리고 Fast-J 광해리 스킴을 선택하여 $PM_{10}$ 농도를 시뮬레이션 하였는데 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. WRF-Chem 모델 결과에 따른 $PM_{10}$ 농도의 공간적 분포와 연직 프로파일 분석결과 2010년 11월 11-13일에 우리나라에 영향을 미쳤던 황사는 강한 가을황사로 저기압의 발달로 인해 형성된 콤마구름 때문에 황사가 한랭전선 후면에서 갇혀 상공 2.5 km 이내에서 이동 및 유입됨을 알 수 있었다. 황사 발생 기간 동안 백령도와 서울의 기상청 관측 자료와 모델의 $PM_{10}$ 농도를 시계열로 분석한 결과 상관계수와 평균제곱근오차(RMSE)는 백령도의 경우 0.763과 $192.73{\mu}g/m^3$, 서울의 경우 0.725와 $149.68{\mu}g/m^3$로 나타났다. 미세먼지인 $PM_{10}$과 $PM_{2.5}$ 농도의 공간적 분포는 유사하였고 $PM_{2.5}$가 $PM_{10}$의 약 50% 정도로 나타났으며 이는 기상청 UM-ADAM 모델 결과와도 유사하였다. $PM_{10}$ 농도와 경계층 높이, 동서 성분 바람장의 공간적 분포는 유사성을 지니고 있어 두 개의 변수를 이용하여 $PM_{10}$의 농도를 예측하는 회귀 방정식을 구하고자 우리나라에 영향을 미쳤던 강한 가을 황사(2010년 11월 11-13일)와 봄 황사(2011년 3월 19-20일) 사례를 선정하였고, 통계 모델을 이용한 회귀식을 도출하였다.
The capital city of Himalayan Country Nepal, Kathmandu Valley is surrounded by consecutive high mountains, which limits the air distribution and mixing effects significantly. It in turn generates steady air flow pattern over a year except in monsoon season. The air shed in the Valley is easily trapped by the surrounded mountains and the inversion layer formulated as the cap. The $PM_{10}$ concentration was noticeably higher than the standard level (120 ${\mu}g/m^3$) in urban and suburban area of Kathmandu valley for all seasons except monsoon period. The Valley area experiences similar wind patterns (W, WWS, and S) for a year but the Easterly wind prevails only during the monsoon period. There was low and calm wind blows during the winter season. Because of this air flow structure, the air emission from various sources is accumulated within the valley air, high level of air pollution is frequently recorded with other air polluted cities over the world. In this Valley area, brick kilns are recognized as the major air pollution source followed by vehicles. Mostly Bull Trench Kiln (BKT), Hoffman Kiln and Vertical Shaft Brick Kiln (VSBK) are in operation for brick firing in Kathmandu valley where the fuels such as crushed coal, saw dust, and natural gas are used for processing bricks in this study. Tool for the Reduction and Assessment of Chemical and Other Environmental Impacts (TRACI) was used for screening and quantifying the potential impacts of air emission from firing fuels. The total Environmental Performance Score (EPS) was estimated and the EPS of coal was approximately 2.5 times higher than those of natural gas and saw dust. It is concluded that the crushed coal has more negative impact to the environment and human health than other fuel sources. Concerning the human health and environment point of view, alternative environment friendly firing fuel need to be used for brick industry in the kiln and the air pollution control devices also need to be applied for minimizing the air emissions from the kilns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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