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제주도 고산 대기중의 일산화탄소의 감시 및 진단연구 : A Study on Monitoring and Diagnosing Carbon Monoxide(CO) at Gosan, Jeju Island

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Authors

안길수

Advisor
김경렬
Major
지구환경과학부
Issue Date
2012-02
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 지구환경과학부, 2012. 2. 김경렬.
Abstract
우리가 숨 쉬는 대기의 오염 문제는 산업혁명 이후 급격한 석탄 연료의 사용으로 가속화 되었으며, 현재 대기환경과 관련하여 세계적으로 관심이 집중되고 있는 논제는 인위적으로 배출된 온실기체와 오염물질로 인해 야기되는 지구온난화와 같은 기후변화와 지구적 규모의 환경문제를 생각할 수 있다. 이러한 환경 문제를 야기 시키는 대기기체 중 일산화탄소는 대기의 질을 직 간접적으로 결정하는 오염물질로서 인간의 건강에 직접적으로 영향을 미치는 물질이다.
이러한 일산화탄소는 화석연료의 사용, 자동차등의 배기가스등 대부분 인간의 활동으로 인한 인위적 오염원으로부터 대기로 유입되며 또, 대기 중 lifetime이 약 1~2개월로 길어 Transport tracer의 역할을 하는 중요한 기체이다.
본 연구에서는 인간의 인위적인 활동으로 인해 대기로 배출되는 일산화탄소를 분석하기 위한 자동연속관측 시스템(Continuous In-situ measurements system)을 제주도 고산에 구축하였다. 일산화탄소의 연속관측 시스템은 비분산적외선 흡수법(NDIR)을 사용하는 일본 호리바 사의 APMA-370을 이용하였으며 측정 정밀도와 안정성을 높이기 위해 Zero, Sample, Span System을 각각 기기에 추가하였다. 측정 정밀성은 ±2ppb(20-min average)이내로 우수하고, 모든 측정 과정 및 시스템은 자동화 되어 원격조정이 가능하다.
2011년 1월부터 11월까지의 관측기간 중 제주도 고산의 일산화탄소의 평균농도는 201(±67)ppb로 나타났으며 일산화탄소의 주 소멸원인 OH radical 반응이 가장 활성화 되는 낮 시간대에 상대적으로 낮고 밤 시간대에 높은 일변화 양상을 대략적으로 볼 수 있었다.
AGAGE baseline 알고리즘을 통해 분석한 결과 관측기간 동안의 baseline은 약 162(±24)ppb, Pollution은 약 242(±73)ppb로 나타났으며 baseline은 약 51%, Pollution은 약 49%를 차지하였으며 마우나로아, 크리스마스섬에 비하여 높은 농도를 보이고 있었지만 일본의 리오리와는 매우 비슷한 배경농도 값을 보이고 있었다.
본 연구에서는 두 화합물 농도의 ratio는 두 화합물의 배출량의 ratio와 정비례 한다는 원리를 이용하여 중국의 이산화탄소의 배출량을 일산화탄소를 그 tracer로 사용하여1차적으로 계산하였다. 이를 위해 공기괴의 역궤적 분석을 실행하였으며, 관측기간 동안 중국으로부터 기인하는 공기괴는 주로 겨울과 봄에 빈번히 발생하였다. 이 시기에 중국으로부터 유입된 일산화탄소와 이산화탄소는 좋은 상관관계를 가지고 있었다(R2 =0.75).
이 시기의 일산화탄소의 source를 분석하기 위해 NOX와 SO2를 tracer로 사용하였지만 data의 부재로 인해 명확한 source를 구분 짖기는 어려움이 있었다. 이에 화석 연료 사용으로부터 배출되는 CH3Cl을 tracer로 사용한 결과 겨울과 봄철에 중국으로부터 유입되는 CO2와 CO의 ratio 값과 일치하는 결과를 얻었다. 이는 겨울과 봄철(1,2,3,4월)시기의 중국으로부터 고산에 유입되는 CO2 source는 Fossil fuel burning의 영향을 크게 받고 있음을 시사한다.
중국의 이산화탄소의 배출량은 8.65(8.02 ~10.50)Gt(Giga ton)으로 계산되었다. 이를 2011년 CDIAC(Carbon Dioxide Information Analysis Center)에서 발표한 2008년까지의 화석연료 사용에 의한 이산화탄소 배출량 자료와 비교하여 봤을 때 그 오차 범위 내에서 비슷한 수준을 보일 것으로 예상된다. 현재까지2011년 일산화탄소의 emission inventory가 구축되지 않아 정확한 이산화탄소의 배출량을 계산하진 못하였지만 향후 Top down 방식의 일산화탄소 emission inventory가 구축되면 더욱 정확한 배출량 계산이 가능 할 것이라 생각된다.
일산화탄소의 장기변동 특성 및 정확한 baseline값을 산출하고 또, 일산화탄소를 tracer로 하여 더욱 정확한 이산화탄소의 배출량 측정 연구를 위해서는 장기간의 체계적이고 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료되며, 본 연구를 통해 일산화탄소의 이해를 높이고 장기모니터링을 위한 기반을 제공함으로써 향후 연구에 많은 활용을 기대한다.
The Carbon monoxide(CO) holds interest from several perspectives: as a primary and secondary determinant of air quality, as playing a key role in regulating the oxidizing capacity of the atmosphere though reactions with the hydroxyl radical(OH), and as a tracer for combustion sources due to its relatively long atmospheric lifetime(1~2month). In this study continuous in-situ measurements of CO were established at Gosan, a remote background site located of Jeju Island, Korea. CO baseline concentrations at Gosan were 163(±26)ppb, determined using the AGAGE(Advanced Global Atmospheric Gases Experiments) baseline algorithm with 1 hour average data from January to December, 2011. In addition, the sources for Chinese emissions of CO2 are discussed of the basis of CO observations. Good correlation in the CO2/CO ratio is found from January to April, 2011, suggesting that CO2 emitted from China come from anthropogenic activities such as fossil fuel combustion.
The Finding established in this study will be especially useful in identifying future change in patterns of CO and CO2 source study in East Asia. More detailed researches are needed with long term measurements.
Language
kor
URI
https://hdl.handle.net/10371/155626

http://dcollection.snu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000001626
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