바이오매스 연소 활동은 인위적 또는 자연적인 원인에 의하여 발생하며 연소과정에서 다량의 대기오염물질을 배출한다. 이 과정에서 발생한 온실가스와 대기 에어러솔은 대기환경 저해와 기후변화의 원인으로 알려져 있으나 바이오매스 연소 활동에 대한 감시와 대기환경에 미치는 영향을 파악하기가 쉽지 않다. 본 연구는 동북아 지역의 바이오매스 연소 활동의 현황과 대기환경에 미치는 영향을 평가하고자, 지구관측 위성인 Terra/MODIS 관측 자료를 이용하였다. 바이오매스 연소의 발생 원인은 매우 다양하지만, 주 연료가 공급되는 토지피복과 계절별 변화에 의존하므로, 본 연구에서는 지역별 토지피복과의 관련성과 시간에 따른 현황과 변화 패턴을 분석하였다. 그 결과, 가장 넓은 영역을 차지하고 있는 녹지대 또는 상록수림 지역에서의 발생수가 많았으며, 경작지에도 많은 발생횟수를 나타내었다. 그리고 대기 오염물질 중 하나인 대기 에어러솔의 상대적인 양을 나타내는 에어러솔 광학두께자료와 연소 자료와 비교결과는 두 산출물간 뚜렷한 연중 변화와 관련성이 있는 것으로 나타났다. 즉, 바이오매스 연소 활동이 지역 대기환경에 미치는 영향을 증명하였으며, 중국대륙에서 발생빈도가 증가하고 있어 지역 대기환경 및 기후변화에 영향을 줄 것으로 예상된다.
2003년 12월 '수도권 대기환경 개선에 관한 특별법'이 국회를 통과하면서, 서울을 포함한 수도권 대기에서 미세먼지 농도를 저감하는 것을 주요 목표로 하는 '수도권 대기환경관리 기본계획'이 수립되었다. 효과적인 미세먼지 저감 대책을 수립하기 위해서는 정확한 추이와 현황, 그리고 주요 기여원을 알아야만 한다. 이 연구에서는 2006년 9월까지 국내외 학술지와 학술대회 등에서 발표된 연구 결과를 종합적으로 검토, 분석하여 서울 대기의 미세먼지에 대해 (1)변화 추이를 파악하고, (2)농도에 영향을 미치는 주요 변수는 무엇인지를 찾고자 하였다. 아황산가스, 미세먼지 등의 대기환경기준물질 농도와 체감 대기오염의 지표인 시정의 지난 20여 년간의 변화를 검토한 결과 서울의 대기환경은 1990년 이후 개선되고 있음을 알았다. 그러나 서울의 미세먼지 관련 대기환경은 아직 우리나라 다른 대도시나 외국의 대도시에 비해 미세먼지 질량 농도나, 시정, 먼지의 화학조성 등 여러 면에서 나쁘다. 서울 대기의 미세먼지 농도에 영향을 미치는 주요 인자는 자체에서의 배출, 반응에 의한 생성, 외부로부터의 유입 세 가지이다. 현재의 측정 자료는 서울 대기의 미세먼지의 화학조성의 추이를 이해하기에 충분하지 않아, 외부로부터의 장거리이동과 반응에 의한 생성을 구분하기 힘들다. 그럼에도 불구하고, 측정 자료와 모사 결과를 종합하면 서울의 경우에는 배출과 외부로부터의 유입만큼이나 반응에 의한 생성의 영향이 큰 것으로 나타났다. 이는 서울의 미세먼지 농도를 줄이기 위해서는 직접 배출을 줄이는 것도 중요하지만, 광화학반응에 의한 생성과 외부에서의 유입을 줄이는 것도 중요함을 의미한다. 보다 효과적인 미세먼지 저감대책을 수립하기 위해서는 시공간적으로 대표성 있는 미세먼지 성분 분석 결과가 필요함을 다시 한 번 확인하였다.
The variation of the physicochemical properties of atmospheric aerosols in coexistence of the heavy Asian Dust and Haze observed from $15^{th}$ to $17^{th}$ March 2009 in Seoul was scrutinized through the mass and ion concentration observations and synoptic weather analysis. Although the ratio of PM1.0/PM10 was constant at 0.3 (which is typical during Asian Dust period in Korea) during the measurement period, both PM10 and PM1.0 mass concentrations were 3~6 times and 2~4 times higher than that of clear days, respectively. Water-soluble ion components accounted for 30~50% of PM10 and 50~70% of PM1.0 mass concentration. One of the secondary pollutants, $NO_3^-$ was found to be associated with $Ca^{2+}$ and $Na^+$ in coarse mode indicating that the aerosol derived from natural source was affected by anthropogenic pollutants. While the acidity of the aerosols increased in fine mode when the stagnation of weather patterns was the strongest (March $16^{th}$), the alkalinity increased in coarse mode when new air masses arrived with a southwestern wind after ending a period of stagnation (March $17^{th}$). In the selected case, SOR (Sulfur Oxidation Ratio, $nSO_4^{2-}/[nSO_4^{2-}+nSO_2]$) and NOR (Nitrogen Oxidation Ratio, $nNO_3^-/[nNO_3^-+nNO_2]$) values of ion components were higher than the general values during Asian Dust period. These results imply that dust aerosols could be mixed with pollutants transported from China even in heavy Asian Dust cases in Korea.
The real-time monitoring of radon ($^{222}Rn$) concentrations has been carried out to evaluate its ambient background concentration levels in Gosan site, Jeju Island between January 2001 and December 2004. In addition, the atmospheric TSP aerosols have been sampled, and their ionic and metallic components were analyzed to understand the characteristics of air pollution. The mean concentration of radon was $3,121{\pm}1,627\;mBq/m^3$, and the seasonal mean concentrations for spring, summer, fall and winter seasons were 2,898, 2,398, 3,571 and $3,646\;mBq/m^3$, respectively, The hourly concentrations have shown the highest value at 7 a.m. and the lowest value at 2 p.m. From the backward trajectory analyses, the radon concentrations have increased, when the air parcels were moved from the Chinese continent to Jeju area. On the other hand, they have decreased, when the air parcels from the North Pacific Ocean. In the analytical results of ionic species and metal elements of TSP aerosols, the concentrations of $nss-{SO_4}^{2-}$ and S were higher in June and March. Meanwhile, the concentrations of other anthropogenic species as well as soil components were mostly higher in March and April. On the basis of factor analysis, the TSP aerosols at Gosan area were largely influenced by soil sources, followed by anthropogenic sources and marine sources. From the result of backward trajectory analyses, the concentrations of $nss-{SO_4}^{2-},\;{NO_3}^-$, Al and Ca were mostly higher, when the air parcels moved from Chinese continent to Jeju area. On the other hand, their concentrations were lower, when the air parcels drifted from the North Pacific Ocean.
The chemical composition of $PM_{2.5}$ such as ${SO_4}^{2-},\;{NO_3}^-,\;Cl^-,\;{NH_4}^+,\;Ca^{2+},\;K^+,\;Na^+,\;Mg^{2+}$, OC, and EC and the concentrations of reactive trace gases including $O_3,\;CO,\;NOx,\;SO_2,\;and\;H_2O_2$ were measured at Gosan in Jeju Island during March $13{\sim}30$, as a part of the Atmospheric Brown Clouds-East Asian Regional Experiment 2005(ABC-EAREX2005). The average mass concentrations of $PM_{2.5}$ was 27.3 ${\mu}g/m^3$, of which OC showed the highest concentration as 4.22 ${\mu}g/m^3$ and nss ${SO_4}^{2-}$ was the second highest as 3.34 ${\mu}g/m^3$. During that period, average concentrations of CO and $O_3$ was about 300 ppbv and 56 ppbv, respectively. For the whole experiment, the correlations of CO with ${SO_4}^{2-}$ and EC were very good, which suggests that CO can be used as tracer for the formation of fine aerosols. Several pollution and dust episodes were identified by the enhancement of CO, OC, EC, nss ${SO_4}^{2-},\;or\;Ca^{2+}$ concentrations or their ratios. In conjunction with factor analysis, air trajectory analysis, and comparison with emission inventories, these results indicate the spring aerosols collected at Gosan was strongly influenced by Asian outflows.
대기 에어러솔은 대기중에 존재하는 미세입자로 인체 유해성을 지니고 있으며 기후변화에 있어서도 중요한 역할을 하는 변수로 알려져 있다. 게다가 대기 에어러솔의 주요 성분에 대한 정확한 평가는 환경에 미치는 영향에 있어서도 매우 중요하다. 이 때문에 지구관측 위성자료는 대기질 감시측면에서도 효과적인 수단으로 이용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 인공위성 관측 자료를 이용하여 전구적인 규모의 대기 에어러솔의 주요 성분별 분포변화를 알아보고자 MODIS 에어러솔 광학두께(AOT; Aerosol Optical Thickness)와 미세입자분율(FMF; Fine Mode Fraction), 그리고 TOMS 자외선 흡수성 에어러솔 지수(AAI; UV Absorbing Aerosol Index)를 이용하여 네 가지의 주요 에어러솔의 성분(먼지, 탄소성, 황산화물, 해염)을 구분할 수 있는 방법을 제시하였다. 여기서 얻어진 결과물을 검증하기 위하여 에어러솔 예측 모델자료와 각 격자별 자료로 선형회귀분석을 수행한 결과, 본 연구에서 산출된 결과물이 에어러솔의 성분별 전반적인 패턴을 잘 표현하는 것을 확인 할 수 있었다. 이렇게 주요 에어러솔 타입으로 구분된 위성자료의 사용은 대기질 감시뿐만 아니라 기후변화연구에 있어서도 도움을 줄 것으로 사료된다.
This study has developed a technique to divide the aerosol optical depth of the entire aerosol (${\tau}_{total}$) into the dust optical depth (${\tau}_D$) and the pollution particle optical depth (${\tau}_P$) using the AERONET sun/sky radiometer data provided in Version 3. This method was applied to the analysis of AERONET data observed from 2006 to 2016 in Beijing, China, Seoul and Gosan, Korea and Osaka, Japan and the aerosol optical depth trends of different types of atmospheric aerosols in Northeast Asia were analyzed. The annual variation of ${\tau}_{total}$ showed a tendency to decrease except for Seoul where observation data were limited. However, ${\tau}_D$ tended to decrease when ${\tau}_{total}$ were separated as ${\tau}_D$ and ${\tau}_P$, but ${\tau}_P$ tended to increase except for Osaka. This is because the concentration of airborne aerosols, represented by Asian dust in Northeast Asia, is decreased in both mass concentration and optical concentration. However, even though the mass concentration of pollution particles generated by human activity tends to decrease, Which means that the optical concentration represented as aerosol optical depth is increasing in Northeast Asia.
Atmospheric aerosols were collected by a High Volume Tape Sampler from March 1992 to December 1993 ar Korean, Cheju, Korea. The water soluble ion concentrations in aerosol were analyzed. The concentrations of cations (N $a^{+}$, $K^{+}$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, N $H_{4}$$^{+}$) were determined by an Inductively Coupled Plazma(ICP) or an Atomic Absorption Spectrometer(AAS), and those of anions (C $l^{[-10]}$ , N $O_{3}$$^{[-10]}$ , S $O_{4}$$^{2-}$) were analayzed by the capillary electrophoresis method. The $Ca^{2+}$, S $O_{4}$$^{2-}$ and N $O_{3}$$^{[-10]}$ concentrations in spring were higher than those in other seasons. The lowest concentrations of these elements were found in summer, largely due to scavenging by frequent rains. Especially the $Ca^{2+}$ concentration on April was three to four times higher than the annual mean concentration. The enrichment factor(E.F.) of each element was calculated. The annual mean E.F. values of the $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$ and C $l^{[-10]}$ in 1992 were the same as those in 1993 except $k^{+}$ and S $O_{4}$$^{2-}$. The correlation formula between all cations and anions for the whole period was Anions = 0.759 * Cations + 0.066.Cations + 0.066.
The current paper reports on the enhancement of O$_3$, CO, NO$_2$, and aerosols during the Asian dust event that occurred over Korea on 1 May 1999. To confirm the origin and net flux of the O$_3$, CO, NO$_2$, and aerosols, the meteorological parameters of the weather conditions were investigated using Mesoscale Meteorological Model 5(MM5) and the TOMS total ozone and aerosol index, the back trajectory was identified using the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model(HYSPLIT), and the ozone and ozone precursor concentrations were determined using the Urban Ashed Model(UAM). In the presence of sufficiently large concentrations of NO$\sub$x/, the oxidation of CO led to O$_3$ formation with OH, HO$_2$, NO, and NO$_2$ acting as catalysts. The sudden enhancement of O$_3$, CO, NO$_2$ and aerosols was also found to be associated with a deepening cut-off low connected with a surface cyclone and surface anticyclone located to the south of Korea during the Asian dust event. The wave pattern of the upper trough/cut-off low and total ozone level remained stationary when they came into contact with a surface cyclone during the Asian dust event. A typical example of a stratosphere-troposphere exchange(STE) of ozone was demonstrated by tropopause folding due to the jet stream. As such, the secondary maxima of ozone above 80 ppbv that occurred at night in Busan, Korea on 1 May 2001 were considered to result from vertical mixing and advection from a free troposphere-boundary layer exchange in connection with an STE in the upper troposphere. Whereas the sudden enhancement of ozone above 100 ppbv during the day was explained by the catalytic reaction of ozone precursors and transport of ozone from a slow-moving anticyclone area that included a high level of ozone and its precursors coming from China to the south of Korea. The aerosols identified in the free troposphere over Busan, Korea on 1 May 1999 originated from the Taklamakan and Gobi deserts across the Yellow River. In particular, the 1000m profile indicated that the source of the air parcels was from an anticyclone located to the south of Korea. The net flux due to the first invasion of ozone between 0000 LST and 0600 LST on 1 May 1999 agreed with the observed ground-based background concentration of ozone. From 0600 LST to 1200 LST, the net flux of the second invasion of ozone was twice as much as the day before. In this case, a change in the horizontal wind direction may have been responsible for the ozone increase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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