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(The) influence of trans-boundary air pollutants from neiboring countries on the PM air quality in Korea
주변 국가들로부터 이동해 오는 대기오염물질이 한국의 대기질에 미치는 영향 연구

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Authors
이승민
Advisor
허창회
Major
자연과학대학 지구환경과학부
Issue Date
2013-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
미세먼지한국중국발원지역월경성 오염물질기상 조건
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 지구환경과학부, 2013. 8. 허창회.
Abstract
서울시에서는 대기질을 개선하기 위해 천연가스버스 도입, 자동차 배출저감장치 부착, 연료 질 개선 등 지난 수 년 간 다각적인 노력을 기울인 결과, 직경 10 ㎛ 이하인 미세먼지(PM10)의 경우 그 농도가 약 70 ㎍㎥ 이었던 2000년대 초에 비해 2012년 기준 약 50 ㎍㎥ 까지 개선되는 성과를 거두었다. 그러나 여전히 선진국의 대도시에 비해서는 상당히 높은 수준이며 대기환경기준(일평균 미세먼지 농도 100 ㎍㎥ 미만)을 초과하는 PM10 고농도 현상 역시 빈발하고 있다. 본 연구에서는 최근 서울 지역에서 PM10 고농도 현상이 나타났던 사례를 중심으로 대기오염물질의 발원지역과 이동 경로를 조사하여 외부적 영향의 기여도를 파악하는 한편, 관련된 기상장을 분석하여 대기오염물질의 장거리 이동을 유발하고 고농도 현상을 유지시키는 기상 조건을 밝히고자 하였다.
2001년부터 2008년까지의 기간 동안 PM10 고농도 현상이 발생한 총 254일에 대하여 기류 역궤적 분석을 수행하여 고농도 PM10의 발원 지역과 이동 경로를 분석한 결과, PM10 고농도 사례는 외부에서 이동해온 대기오염물질의 영향을 받은 사례(176일)와 국지적인 배출에 의해 발생한 사례(78일)로 분류되었다. 외부의 미세먼지 발원 지역은 주로 인위적 에어러솔의 배출이 많은 공업 지역 및 대도시가 위치한 중국 북동부 지역과 자연적 에어러솔의 배출이 많은 고비 사막 주변이었다. 발원 지역에 따른 PM10 고농도 사례 타입 별로 기상장 합성 분석을 수행한 결과, 특정한 기압 배치와 이에 동반된 기류 패턴에 의해 발원 지역에서의 대기오염물질의 상승 및 이동, 한국 지역에서의 오염물질 낙하 및 축적 등이 이루어져 PM10 고농도 현상이 발생하는 것으로 추정된다.
PM10 고농도 현상의 발생 및 유지 기작을 더욱 면밀하게 파악하기 위하여 최근의 대기질 개선에도 불구하고 이례적으로 오랜 기간 유지되었던 2008년 10월의 PM10 고농도 사례에 대하여 지상 및 원격 관측 자료 분석, 기류 역궤적 분석 및 발원 지역의 PM10 농도 변화 분석, 대기 확산 모델링 분석 등을 수행하였다. 위성으로부터 관측된 에어러솔 광학 두께의 수평 분포 자료와 에어러솔 및 구름의 연직 분포 자료, 기류 분석 결과를 통해 중국 지역으로부터 한국 지역으로의 에어러솔의 이동을 관찰할 수 있었고, 종관 일기도 분석과 하층 대기 안정도 분석을 통해 특정한 기압 패턴과 이에 동반된 기류의 흐름이 발원 지역에서의 에어로솔의 상승 및 이동, 한국 지역에서의 안정적인 하층 대기 조건을 형성하여 PM10 고농도 현상의 발생 및 유지에 결정적인 역할을 하는 것으로 파악되었다. 관측 자료 분석에 의해 밝혀진 월경성 오염물질의 이동과 PM10 고농도 현상 유지 기작은 기류 역궤적 모델링 및 대기 확산 모델링을 통해서도 확인되었다. 본 연구에서 논의한 한국 지역에서 발생한 PM10 고농도 현상의 발원 지역과 이동 경로 및 관련 기상장에 대한 연구 결과들은 미세먼지 배출 조절 정책 및 대기오염물질의 장거리 이동에 대한 동아시아 국가들의 협력에 과학적인 근거가 될 것으로 기대한다.
To improve air quality in Seoul, the city government has been bidding to curb emission of particulate matters in the past few years. However, the concentration of PM10 (particle matters with diameter < 10 ㎛) in Seoul is still high and frequently exceeds the daily environmental control standard of 100 ㎍㎥. The present thesis examines the origin of and favorable meteorological conditions for high concentrations of PM10 in Seoul, Korea, in conjunction with systematic PM10 pathways.
First, high-PM10 episodes, defined as days in which the 24-h mean PM10 exceeds 100 ㎍㎥, occurred 254 times during the period 20012008. Based on back trajectory and clustering analyses, the background sources of the high PM10 in Seoul are categorized as external (176 episodes) and internal sources (78 episodes). The primary external sources include the industrial areas in north eastern and central eastern China and the Gobi desert. The ratio of external to internal sources varies strongly according to the season, with highs in winter and spring and lows in summer. A composite analysis of meteorological factors for high-PM10 episodes with respect to the two sources (i.e., external and internal) suggests that an anomalous high pressure over Korea accompanied by an anomalous low pressure over the source regions favors both upper level transport from the external source regions and the local accumulation of atmospheric PM10 in Seoul.
Next, the extraordinarily long-lasting episode of high concentrations of PM10 in Seoul, Korea over the period October 16-20, 2008 is closely examined. Satellite retrievals showed pronounced transport of aerosols from China to the Korean peninsula prior to the high-PM10 episode. The updraft of air pollutants from the source region in China, transport by westerlies, and subsequent descent to Seoul metropolitan regions are examined in the context of horizontal and vertical airflows. The connection between PM10 concentration over the Chinese source region and the Seoul target area is verified by wind back trajectory analysis. The meteorological conditions favorable for maintenance of the high PM10 levels are investigated through the analysis of weather maps and low-level stability. Air pollutant migration from China to Korea is verified by California Puff dispersion modeling.
Finally, extraordinarily long-lasting high-PM10 episodes in recent years are additionally examined. Commonly, the migratory anticyclone aroused by terrain characteristics in China causes the high-PM10 level in source regions. The air pollutants moves from source regions to Korea with the migratory anticyclone and induced westerly. Movement of pressure patterns and relevant wind flow changes may play crucial role in the transport of pollutant matters from source regions to Korea.
Language
English
URI
http://hdl.handle.net/10371/121194
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Appears in Collections:
College of Natural Sciences (자연과학대학)Dept. of Earth and Environmental Sciences (지구환경과학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._지구환경과학부)
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