광주지역의 대기절 특성에 관한 연구

Abstract

1. 광주지방의 기후특징은 최근 5년간(2005~2009) 평균값을 과거 30년간 평균값(1971~2000)과 비교하여 기온은 14.3℃로 0.8℃가 상승, 강수일수는 156일로 33일이 증가, 황사일수는 9일로 4일 정도가 증가한 것으로 나타났으나, 반면에 평균습도는 67%로 5% 정도가 낮고, 강수량은 1,385 mm로 17 mm 정도 감소, 풍속은 1.9 m/s로 0.3 m/s가 감소, 눈일수는 29일로 3.3일 감소, 및 안개일수는 8일로 9일 감소하는 추세이다. 2. 2007년 기준, 광주시에서 인구 당 대기오염물질별 배출량은 CO가 11.0kg/인으로 가장 높았으며, 그 다음으로 VOC가 10.0kg/인, NOx가 10.0 kg/인 순으로 나타났다. 3. 광주시 대기오염물질의 공간적 분포는 이산화황은 측정소별로 비슷하게 분포되어 있으나, 이산화질소와 일산화탄소는 주월동, 충금동 및 농성동이 높게 분포하고, 오존과 미세먼지는 오선동과 건국동가 높게 나타났다. 4. 광주시 대기오염물질 시간농도에 따른 빈도수 분포를 살펴보면, 이산화황의 연평균농도 분포는 3.6~4.8 ppb이고 중앙값은 3 ppb, 이산화질소의 연평균농도 분포는 22.22~27.53 ppb이고 중앙값이 왼쪽으로 감소하는 추세로 나타났다. 일산화탄소의 연평균농도 분포는 0.58~0.86 ppm이고 중앙값은 0.5~0.7 ppm, 오존의 연평균농도 분포는 19.32~23.98 ppb이고 중앙값이 오른쪽으로 이동하는 추세이고, 미세먼지의 연평균농도 분포는 26.64~30.67 ㎍/㎥으로 중앙값이 오른쪽으로 이동하는 경향을 보였다. 5. 고농도 오존 발생일은 29일, 발생빈도는 253시간 발생하였다. 오존의 고농도에서 풍향은 남풍은 11%, 남남동풍은 17%, 남서풍은 10%, 서남서풍은 11%, 서풍은 7%로 2009년도 바람장미에서 나타난 것과 같은 경향을 보이고 있다. 6. 최근 5년간(2005~2009년) 기상현상이 미세먼지에 미치는 기여도를 산출한 결과, 맑은 날은 56.9~63.8%, 박무는 16.9~31.7%, 연무는 0~13.3%, 비는 6.0~6.9%, 황사는 2.9~6.7%, 눈은 1.5~3.8%로 나타났다. 7. 대기오염물질간 상관관계는 NO2와 CO의 상관관계계수(r)가 0.743으로 가 장 높게 나타났으며, SO2와 CO는 0.439로, SO2와 PM10은 0.403로 나타났 고, 오존과 NO2는 -0.516, 오존과 CO는 -0.438의 역상관관계로 나타났다. 한편 기상인자와 상관관계를 살펴보면 O3과 기온은 0.470, O3과 일사량이 0.448, O3과 풍속이 0.441로 나타났으나 오존과 CO는 -0.438의 역상관관계로 나타났고, 습도와 일사량도 -0.513 역상관관계로 나타났다. 8. 맑은 날과 강우 시 대기오염물질을 비교하면 이산화황은 0.8ppb(22.4%) 감소하였고, 이산화질소는 2.9ppb(14.3%)감소, 오존은 4.3ppb(16.2%) 감 소, 일산화탄소는 거의 변화가 없었고, 미세먼지는 13.7㎍/㎥(32.6%) 감 소한 것으로 나타났다. 대기오염물질 중 강우에 의해 가장 많은 감소율은 입자상물질인 미세먼지이며, 가스상 물질인 일산화탄소는 거의 변화가 없었 다. 9. 광주시 미세먼지 크기별 특성은 PM2.5/PM10비율은 0.44~0.62이며 2006년부터 매년 이 비율은 증가하는 추세에 있다. 2008년 전체 측정기간 동안의 광주시 PM2.5 평균농도는 30.4 ㎍/㎥으로, 미국과 유럽의 15~20 ㎍/㎥보다 약 1.5배 높은 것으로 나타났다. 반면에, 2008년도 광주시 PM2.5 평균농도는 2005년에 보고된 중국의 주요 대도시들의 PM2.5 평균농도인 105 ㎍/㎥보다는 매우 낮은 29% 수준인 것으로 나타났고, 기타 그 밖의 아시아 주요도시들과는 유사한 수준으로 나타났다. 10. PM2.5의 계절적 농도분포는 겨울철에 높고 여름에 낮은 특징을 보였으며, 봄이 가을보다 높은 특징이 나타났다. PM2.5의 주요 조성비는 이온성분이 52.1%(음이온 37.1%, 양이온 15.0%), 탄소성분이 49.4%(유기탄소물질 39%, 무기탄소 10.4%)를 차지하였고, 금 속성분이 약 4.8%로 나타났다. 11. PM2.5 구성 성분중 이온성분이 가장 큰 조성비를 차지하는 것으로 나타났다. PM2.5 전체 평균 30.4 ㎍/㎥ 중 이온성분은 음이온 성분 11.3 ㎍/㎥(37.1%), 양이온성분 4.6 ㎍/㎥(15.0%)로 나타났다. 이온성분 중 sulfate의 농도는 6.5 ㎍/㎥으로 가장 높으며 nitrate가 2.9㎍/㎥, ammonium이 2.3 ㎍/㎥로 조사되었다. 12. PM2.5 성분 중 탄소성분의 평균농도는 유기물질(Organic Matter, OM) 11.9㎍/㎥, 무기탄소(Element Carbon, EC) 3.2㎍/㎥이었다. 총 탄소(Total Carbon, TC)는 9.8㎍/㎥ 이었으며, OC/EC ratio는 2.7로 나타나 직접적인 배출원의 영향과 함께 대기 중에서 생성된 유기물질성분이 PM2.5에 포함된 것으로 나타났다. 13. 금속성분 조성 조사결과 분석대상 물질은 모두 22개 금속으로 PM2.5에서 비산먼지와 지각성분의 주요성분인 Al, Fe이 가장 높은 농도를 나타내 었다. 금속성분 중 주로 PM2.5 영역에 존재하는 것으로 알려진 As, Se, Co의 전체평균농도는 As:2.222 ng/㎥, Se:2.77 ng/㎥, Co:0.19 ng/㎥, V:2.76 ng/㎥로 나타났다. As과 Se의 경우 석탄화력 발전이 주요 배출 원 추적 인자로서 산업단지가 밀집한 지역에서 나타났다. 14. PM2.5 채취시료 화학성분 분석결과와 수용모델을 사용하여 배출원의 기여 율을 추정한 결과 황산암모늄 형태의 이차 에어로졸 배출원이 39.0%로 가장 높았고, 자동차 배출원(22.9%), 연료 연소(14.3%), 생체 연소 (11.8%), 폐기물 소각(9.9%), 토양입자(2.1%)순으로 기여도가 높았다. 탄소성분의 배출과 관련한 배출원의 기여율 합이 대부분으로 나타나 향 후 PM2.5 저감을 위해서는 탄소성분 배출원 확인 및 저감대책수립이 필요 할 것으로 판단된다.|This study is to analyze the meterological parameters for 5 years (from 2005 to 2009) in Gwang-ju, and then investigate the relationship between air quality and meterological parameters in Gwang-ju by means of evaluating the effects of meterological parameters on air quality. In particular, this study has investigated for the first time the composition components of PM2.5 monitored in Gwang-ju which were ions, organic and inorganic carbons, and heavy metals. Through understanding the characteristics of the air quality, this study can conclude the following. 1. The characteristics of the climate in Gwang-ju for a recent 5 years, compared to those for last 30 year period(1971~2000), indicated that the temperature was 14.3℃ at an average with increasing 0.8℃, rain day 156 days with increasing 33 days, and yellow sand event 9 days with increasing 4 days, while average humidity 67% with decreasing 5%, rain precipitation 1.385mm with decreasing 17mm, wind speed 1.9m/s with decreasing 0.3m/s, snow day 29 days with decreasing 3.3 days, and fog day 8 days with decreasing 9 days. 2. In the space distribution of air pollutants in Gwang-ju, sulfur dioxide(SO2) showed as having a pretty even distribution throughout Gwang-ju, while nitrogen dioxide and carbon mono-oxide were in higher distribution at Juwol-dong, Chunggeum-dong and Nongseung-dong than other air network monitoring locations and ozone and PM10 that at Ohsun-dong and KunKook-dong. Observing frequency distribution with the hourly concentration of air pollutants in Gwang-ju, an annual average concentration of sulfur dioxide was 3.6~4.8 ppb and median was 3 ppb, that of nitrogen dioxide 22.22~27.53 ppb and moving trend to the left, that of carbon mono-oxide 0.58~0.86 ppm and 0.5~0.7 ppm, that of ozone 19.32~23.98 ppb and moving trend to the right, that of PM10 26.64~30.67 ㎍/㎥ and moving trend to the right. 3. During a recent 5 year period, the level of contribution of weather patterns on PM10 in Gwang-ju was 56.9~63.8% when clear, 16.9~31.7% in mist, 0~13.3% when haze, 6.0~6.9% in rain, 2.9~6.7% in yellow sand, and 1.5~3.8% in snow. 4. The size characteristics of PM in Gwang-ju was 0.44~0.62 with the ratio of PM2.5/PM10 which was increased gradually since 2006. In 2008, the average concentration of PM2.5 was 30.4㎍/㎥ which was higher by 1.5 times than 15~20㎍/㎥ in U.S and Europe, while that of PM2.5 in Gwang-ju was lower by 29% than that 105㎍/㎥ reported in China in 2005. Furthermore, the level of PM2.5 in Gwang-ju was similar to those of other asian cities. 5. In the seasonal concentration distribution of PM2.5 in Gwang-ju, the levels during winter and spring were relatively higher than those during fall and summer. The main component ratio of PM2.5 was ion with 52.1%, carbon with 49.4%, and metal with 4.8%. 6. Among the main components of PM2.5, ionic substances had a majority with 30.4㎍/㎥, which composed negative ions 11.3㎍/㎥(37.1%) and positive ions 4.6㎍/㎥(15.0%). Sulfate concentration among ionic components was 6.5㎍/㎥, nitrate 2.9㎍/㎥, and ammonium 2.3㎍/㎥. 7. Among the main components of PM2.5, carbon substances had 11.9㎍/㎥ organic matter(OM) and 3.2㎍/㎥ element carbon(EC). Total Carbon(TC) was 9.8㎍/㎥ and OC/EC ratio was 2.7. These results suggested that direct emission and the secondary formed organic substances affected the formation of PM2.5. 8. In the metal component of PM2.5, 22 metals for target matters were analyzed and these main components were Al, Fe, As, Se, Co, and V in order of concentration. Among these metals, As and Se, major emission tracking factors for coal-fired power generation, were originated from industrial complexes. 9. Contribution rates of emission sources in Gwang-ju were estimated using a receptor model, 5~8 major emission sources were determined. Major emission sources and their contributions were identified using the analytical chemical composition of PM2.5 sampled from air monitoring sites between November 2008 and October 2009. This study showed that the highest contribution of emission source is associated with the secondary aerosol of sulfate ammonium at 39.0%, subsequent vehicle source 22.9%, fuel combustion 14.3%, biomass burning 11.8%, waste combustion 9.9%, and soil particle 2.1%. These results suggests that the contribution of emission sources related to carbon components is the majority. Therefore, the emission sources from carbon components be established for the reduction strategy of PM2.5 in the future.