• 대한원격탐사학회지
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• 제37권2호
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• pp.321-335
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• 2021

미세먼지 (PM10) 및 초미세먼지 (PM2.5)는 인체에 흡수 가능하여 호흡기 질환 및 심장 질환과 같이 인체건강에 악영향을 미치며, 심각할 경우 조기 사망에 영향을 줄 수 있다. 전 세계적으로 현장관측기반의 모니터링을 수행하고 있지만 미 관측지역에 대한 대기질 분포의 공간적인 한계점이 존재하여 보다 광범위한 지역에 대한 지속적이고 정확한 모니터링이 필요한 상황이다. 위성기반 에어로졸 정보를 사용함으로써 이러한 현장 관측자료의 한계점을 극복할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 위성 및 모델자료를 활용하여 2019년도에 대해 한 시간 단위의 지상 PM10 및 PM2.5 농도를 추정하였다. GOCI 위성의 관측영역을 포함하는 동아시아 지역에 대해 트리 기반 앙상블 방법을 사용하는 Boosting 기법인 GBRTs (Gradient Boosted Regression Trees)와 LightGBM (Light Gradient Boosting Machine)을 활용하여 모델을 구축하였다. 또한, 기상변수 및 토지피복변수의 사용유무에 따른 모델의 성능을 비교하기 위해 두 가지 festure set으로 나누어 테스트하였다. 두 기법 모두 주요 변수인 AOD (Aerosol Optical Depth), SSA (Single Scattering Albedo), DEM (Digital Eelevation Model), DOY (Day of Year), HOD (Hour of Day)와 기상변수 및 토지피복변수를 함께 사용한 Feature set 1을 사용하였을 때 높은 정확도를 보였다. Feature set 1에 대해 GBRT 모델이 LightGBM에 비해서약 10%의 정확도 향상을 보였다. 가장 정확도가 높았던 기상 및 지표면 변수를 포함한 Feature set1을 사용한 GBRT기반 모델을 최종모델로 선정하였으며 (PM10: R2 = 0.82 nRMSE = 34.9%, PM2.5: R2 = 0.75 nRMSE = 35.6%), 계절별 및 연평균 PM10 및 PM2.5 농도에 대한 공간적인 분포를 확인해본 결과, 현장관측자료와 비슷한 공간 분포를 보였으며, 국가별 농도 분포와 계절에 따른 시계열 농도 패턴을 잘 모의하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권7호
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• pp.391-402
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• 2017

근래에 미세먼지가 대기환경 관련하여 이슈가 되고 있으며, 초미세먼지의 효과적인 집진을 위하여 대용량화가 용이한 여과집진기가 상업적으로 사용될 수 있는지에 대한 평가가 필요하다. 실험실 규모의 여과집진 장치를 제작하여, PTFE 재질의 부직포 여과백 또는 PTFE membrane이 코팅된 PTFE 재질의 부직포 여과백에서의 미세먼지 집진특성을 파악하기 위하여 집진실험을 수행하였다. 실험 변수로 여과속도, 투입 먼지 농도, 입도분포가 다른 먼지 종류 등을 사용한 실험에서, 여과속도가 낮을수록, 먼지 투입농도가 높을수록, 평균입도가 클수록 집진효율이 높았으며, 여과속도가 높고, 먼지 투입농도가 높을수록 압력손실이 높게 나타났다. Pore size가 상대적으로 작은 PTFE membrane이 코팅된 여과백을 사용한 경우, 코팅이 되지 않은 여과백을 사용한 경우에 비하여 집진효율이 높고, 표면여과에 따른 포집 먼지층 저항계수가 낮아져 압력손실이 낮게 나타났다. PTFE membrane이 코팅된 여과백을 사용하여 off-line 탈진을 수행할 경우, 적정 여과속도 범위 내에서 $PM_{2.5}$에 대한 집진효율이 99.99% 이상으로 매우 높게 유지됨에 따라, 여과집진기를 사용하여 초미세먼지를 효과적으로 집진할 수 있음을 확인하였다.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제15권1호
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• pp.37-44
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• 2019

본 연구에서는 국내에서 가장 일반적인 유형의 주택으로서 3인 가구가 거주하는 공급면적 $117.69m^2$의 일반형 아파트를 측정 주택으로 선정하여 실증 측정을 진행하였다. 황사 발생이 포함된 3일 측정기간 동안 미세먼지 변화 특성을 관찰하여 분석하였다. 관측된 미세먼지($PM_{10}$)를 상대적으로 큰 먼지($PM_{10-2.5}$)와 초미세먼지($PM_{2.5}$)로 나누어 대기와 실내의 먼지의 농도변화를 분석하였다. 연구 결과로 재실자의 활동이 없는 외출이나 취침 기간에는 주택의 침기 특성을 확인할 수 있었다. 미세먼지 중 상대적으로 큰 $PM_{10-2.5}$ 크기 입자는 외기의 풍속이 5 m/s까지 증가하여 침기량이 증가해도 대기 농도 대비 실내 농도비가 7% 이하인 반면, $PM_{2.5}$의 경우 외기 속도가 5 m/s까지 증가하면 50% 이상으로 증가하였다. 황사가 심한 대기 상태에도 본 연구의 측정 주택의 경우 실내 $PM_{10-2.5}$는 시평균$15{\mu}g/m^3$로 대기 농도의 5% 수준으로 일상 조건과 비슷했다. 재실자의 활동이 있는 경우에는 미세먼지 중 초미세먼지를 제외한 상대적으로 큰 먼지는 자연환기와 실내 사람의 움직임과 같은 행동 영향이 지배적이었다. 실내 $PM_{10-2.5}$ 농도는 대기 농도가 낮은 경우에는 대기 농도의 약 50%를 차지하는 경우도 있었다. 재실자의 활동 중, 초미세먼지의 발생이 클 것으로 예상되는 굽기나 튀기기가 포함된 조리나 실내 흡연이 없었기 때문에, 재실자가 없는 경우와 마찬가지로 초미세먼지는 실내 농도가 실외 농도의 추이에 따라 함께 변동하는 양상을 보였다. 외부공기가 침기에 의해 창틈, 문틈으로 유입되는 과정에서 초미세먼지는 약 30~40% 정도가 제거되고 실내로 많은 비율이 유입되기 때문에 실외 초미세먼지의 실내에 대한 영향이 컸다. 본 연구의 분석 데이터는 측정이 이루어진 대표 주택에 해당하는 것으로, 새로 지어진 기밀 성능이 높은 신축 아파트나 침기가 상대적으로 클 것으로 예상되는 오래된 단독주택에서는 다른 특성이 나타날 것으로 예상되므로, 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다.

• Tuberculosis and Respiratory Diseases
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• 제55권6호
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• pp.570-578
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• 2003

배 경 : 황사는 주로 $10{\mu}m$이하의 미세먼지($PM_{10}$)로서 $PM_{10}$의 증가는 황사현상의 증가와 매우 밀접한 관련이 있다. $PM_{10}$은 그 크기로 보아 호흡기에 침착이 가능하고 따라서 호흡기 증상 및 폐기능에 영향을 미칠 수 있올 것으로 생각되나 아직 이에 대한 연구는 없었다. 이에 연구자들은 천식으로 확진된 환자를 대상으로 황사 기간 중에 $PM_{10}$을 포함한 대기오염물질이 호흡기증상 및 폐기능에 미치는 영향을 알아 보고자 하였다. 대상 및 방법 : 인천지역 거주자이고 천식으로 확진된 환자를 대상으로 2002년 3월 2일부터 6월 14일까지 매일 최소 2회 이상의 최대호기유속 측정, 속효성 기관지 확장제 사용회수, 야간 증상, 증상 점수, 설외활동량 등을 기록하였다. 또한 대기오염지수인 $PM_{10}$, $SO_2$, $NO_2$, $O_3$, 황사발생일, 기온 및 습도를 측정하여 이들과 최대호기유속 및 변동률, 증상과의 관련성, 야간 증상 및 속효성 기관지확장제 사용회수 등의 연관성을 분석하였다. 결 과 : 대상환자는 남자 31 명, 여자 33명으로 평균 연령은 $46.1{\pm}14.1$세, FEV1은 $2.2{\pm}0.9L$, FEV1%는 $71.5{\pm}24.9%$ 이었다. 연구 기간 중 황사 발생일은 총 14일이었으며, $PM_{10}$수치는 황사발생일에 $188.5{\pm}163.0{\mu}g/m^3$, 비황사발생일에 $60.1{\pm}19.9{\mu}g/m^3$로 황사 발생기간 동안에 높게 측정되었다(p<005). 일일 평균 $PM_{10}$이 높은 날에는 대상 환자의 오전 및 오후 최대 호기유속이 낮아지는 경향을 보였으며(p<0.05), 최대 호기유속 변화율이 증가하였고(p<0.05), 야간에 천식으로 인해 잠을 깨는 횟수가 증가하였다(p<0.05). 반면, 황사 기간 중에 $SO_2$, $NO_2$, $O_3$ 등 다른 대기오염지수와 증상 및 최대호기유속의 변화는 상관성이 없었다(p>0.05). CO는 황사와 관계없이 천식환자에서 최대 호기유속 변동률 및 평균 최대호기유속에 영향을 미치고 있었다(p<0.05). 결 론 : 황사 기간 중 증가하는 미세먼지 농도는 기관지 천식 환자의 호흡기 증상의 악화 및 폐기능의 저하를 초래할 수 있다.

• 한국환경보건학회지
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• 제40권1호
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• pp.10-16
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• 2014

Objectives: This pilot study assessed secondhand smoke (SHS) exposure in smoking and non-smoking nightclubs in Seoul, Korea by measuring the concentration of particulate matter smaller than $2.5{\mu}m$ ($PM_{2.5}$). Methods: This comparative study was conducted in three nightclubs in Seoul. While one non-smoking nightclub was measured on weekdays and weekends, different smoking nightclubs were measured on weekdays and weekends. The concentration of $PM_{2.5}$ was observed using a real-time monitor over an average of three hours. The number of people in the clubs was also estimated. Settled dust was collected in a smoking and a non-smoking nightclub and analyzed for NNK concentration. Results: The $PM_{2.5}$ concentration in the smoking nightclubs was higher than those found in the non-smoking nightclub by 26 times on weekdays and three times on weekends. Indoor $PM_{2.5}$ concentration was correlated with the number of people in the smoking nightclubs. Relatively high $PM_{2.5}$ concentration was observed in the non-smoking nightclub on weekends. NNK concentration in the smoking nightclub was 7 times higer than in the non-smoking nightclub. Conclusion: Smoking in nightclubs caused high $PM_{2.5}$ concentration. Although the non-smoking nightclub had a lower $PM_{2.5}$ concentration, $PM_{2.5}$ concentration on weekends was higher due to the smoking room. Complete prohibition of smoking in nightclubs can protect patrons from secondhand smoke exposure.

• Asian Journal of Atmospheric Environment
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• 제12권2호
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• pp.139-152
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• 2018

The urban model inter-comparison study (UMICS) was conducted in order to improve the performance of air quality models (AQMs) for simulating fine particulate matter ($PM_{2.5}$) in the Greater Tokyo Area of Japan. UMICS consists of three phases: the first phase focusing on elemental carbon (UMICS1), the second phase focusing on sulfate, nitrate and ammonium (UMICS2), and the third phase focusing on organic aerosol (OA) (UMICS 3). In UMICS2/3, all the participating AQMs were the Community Multiscale Air Quality modeling system (CMAQ) with different configurations, and they similarly overestimated $PM_{2.5}$ nitrate concentration and underestimated $PM_{2.5}$ OA concentration. Various sensitivity analyses on CMAQ configurations, emissions and boundary concentrations, and meteorological fields were conducted in order to seek pathways for improvement of $PM_{2.5}$ simulation. The sensitivity analyses revealed that $PM_{2.5}$ nitrate concentration was highly sensitive to emissions of ammonia ($NH_3$) and dry deposition of nitric acid ($HNO_3$) and $NH_3$, and $PM_{2.5}$ OA concentration was highly sensitive to emissions of condensable organic compounds (COC). It was found that $PM_{2.5}$ simulation was substantially improved by using modified monthly profile of $NH_3$ emissions, larger dry deposition velocities of $HNO_3$ and $NH_3$, and additionally estimated COC emissions. Moreover, variability in $PM_{2.5}$ simulation was estimated from the results of all the sensitivity analyses. The variabilities on CMAQ configurations, chemical inputs (emissions and boundary concentrations), and meteorological fields were 6.1-6.5, 9.7-10.9, and 10.3-12.3%, respectively.

• 한국환경보건학회지
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• 제36권4호
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• pp.294-305
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• 2010

This study estimated the health risk of heavy metals in particulate matter $(PM)_{2.5}$ in a Gwangyang industrial complex. The $PM_{2.5}$ containing heavy metal was collected from January to November, 2008 using a denuder air sampler and by IC (Ion Chromatograph). The risk assessment was performed in a four-step process; hazard identification, exposure assessment, dose-response assessment and risk characterization. In the hazard identification process, $Cr^{6+}$, Ni, As, and Pb were categorized as human carcinogens and probable human carcinogens, while Ti, Mn, Se, P, $Cr^{3+}$, Cu, and Zn were not classified as human carcinogens. It was found that the excess cancer risk by Central Tendency Exposure (CTE) of $Cr^{6+}$ and As in $PM_{2.5}$ was > $10^{-6}$, and the total excess cancer risk posed by carcinogen heavy metals in $PM_{2.5}$ was > $10^{-6}$. It was also determined that the total hazard index by CTE of non-carcinogen heavy metals in $PM_{2.5}$ was <1. Taken together, these results indicate a high cancer risk associated whit inhalation of heavy metal-containing$PM_{2.5}$ in industrial areas.

• 한국환경과학회지
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• 제31권1호
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• pp.61-76
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• 2022

In this study, surface particulate matter (PM_2.5) concentrations were calculated based on empirical equations using measurements of ceilometer backscatter intensities and meteorological variables taken over 19 months. To quantify the importance of meteorological conditions on the calculations of surface PM_2.5 concentrations, eight different meteorological conditions were considered. For each meteorological condition, the optimal upper limit height for an integration of ceilometer backscatter intensity and coefficients for the empirical equations were determined using cross-validation processes with and without considering meteorological variables. The results showed that the optimal upper limit heights and coefficients depended heavily on the meteorological conditions, which, in turn, exhibited extensive impacts on the estimated surface PM_2.5 concentrations. A comparison with the measurements of surface PM_2.5 concentrations showed that the calculated surface PM_2.5 concentrations exhibited better results (i.e., higher correlation coefficient and lower root mean square error) when considering meteorological variables for all eight meteorological conditions. Furthermore, applying optimal upper limit heights for different weather conditions revealed better results compared with a constant upper limit height (e.g., 150 m) that was used in previous studies. The impacts of vertical distributions of ceilometer backscatter intensities on the calculations of surface PM_2.5 concentrations were also examined.

• 한국대기환경학회지
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• 제30권5호
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• pp.449-460
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• 2014

Since the emergence of domestically produced automobiles in 1964, the number of automobiles in circulation in South Korea has increased constantly. With this rapidly increasing number of automobiles, automobile-induced environmental pollution has become an issue of great concern, especially with regard to air pollution. Of the carbon composites contained in automobile exhaust gas, PAHs are known to be carcinogenic and highly deleterious to humans and thus need to be urgently mitigated. To address this issue of PAHs, this study was conducted to estimate qualitative of particulate PAHs contained in carbon composites in automobile exhaust gas, by capturing all particulate matter discharged from the latter. To allow for differentiated analyses, the automobiles investigated were divided into 4 groups: gasoline vehicle, motocycle, diesel vehicle, and LPG vehicle. Samples were analyzed using two methods. First, in-depth analysis was performed on organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) composites with analysis parameters, using the Thermal Optical Transmittance Method (NIOSH 5040). Second, for the examination of particulate PAHs, GC/MSD was used to analyze the 16 PAH species specified by the Environmental Protection Agency (EPA). The analyses yielded the findings that diesel vehicles had the highest mass concentration ($2,007{\mu}g/m^3$), followed by motocycle ($1,066{\mu}g/m^3$), LPG vehicle ($392{\mu}g/m^3$), and gasoline vehicles ($270{\mu}g/m^3$). The highest carbon concentrations in total particulate matter by vehicle weight were produced from LPG vehicle (79.8%), followed by gasoline vehicle (77.4%), motocycle (69.8%), and diesel vehicle (59.1%).

• 대한원격탐사학회지
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• 제34권3호
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• pp.451-463
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• 2018

본 연구는 서울지역에서 2015년 1월부터 12월까지 정지궤도 천리안 위성(Communication Ocean and Meteorological Satellite, COMS) 해양 탑재체(Geostationary Ocean Color Imager, GOCI)의 에어로졸광학두께(Aerosol Optical Depth, AOD)로부터 지상 초미세먼지(Particulate Matter; $PM_{2.5}$) 농도를 추정하기 위한 계절별 경험/통계모델을 개발했다. 행성경계층고도(Planetary Boundary Layer Height, PBLH) 그리고 에어로졸 수직 비율(Vertical Ratio of Aerosol, VRA)을 사용한 두 가지 수직보정방법과 흡습성장계수(Hygroscopic growth factor, f(RH))로부터의 습도보정방법이 각각의 경험적 모델에 적용된 결과 AOD에 대한 수직 보정과 $PM_{2.5}$에 대한 지표 습도보정이 모델 성능 향상에 중요한 역할을 했다. AOD-$PM_{2.5}$ 사이에 관련이 있다고 알려진 기상인자들(온도, 풍속, 시정)을 추가적으로 사용하여 다중 선형 회귀모델을 구성한 결과 경험모델에 비해 $R^2$값이 최대 0.25 증가했다. 본 연구에선 AOD-$PM_{2.5}$ 모델의 계절별, 월별, 시간별 특성을 분석하고 계절별로 구분하여 모델을 구성한 결과 고농도 사례에서 과소평가 되던 경향이 개선됨을 알 수 있고 관측된 $PM_{2.5}$와 추정된 $PM_{2.5}$의 월 및 시간변동성은 서로 경향성이 일치했다. 따라서 정지궤도 위성 AOD를 이용하여 지상 $PM_{2.5}$ 농도를 추정한 본 연구의 결과는 향후 발사 예정인 GK-2A와 GK-2B에 적용 가능할 것으로 기대된다.