Impacts of biogenic isoprene emission on ozone air quality in the Seoul metropolitan area

Abstract

본 연구에서는 종관 강제력이 약할 때 자연 발생 이소프렌 배출이서울 지역 오존 대기질에 미치는 영향과 자연 발생 이소프렌 배출과 도시풍의 상호작용이 서울 지역 오존 대기질에 미치는 영향을 서울대학교 도시 캐노피 모형과 결합된 WRF 모형과 CMAQ 모형을 이용하여 연구 하였다. 자연 발생 이소프렌 배출은 도시 지역의 일 최고 오존 농도를 37 ppb 증가시키며, 서울 지역에서 배출된 자연 발생 이소프렌보다 주변 지역에서 배출된 자연 발생 이소프렌이 도시의 오존 농도에 더 큰 영향을 준다. 도시풍이 잘 발달하고 자연 발생 이소프렌 배출이 있는 경우 낮 동안에는 화학 반응이 오존 농도에 가장 큰 영향을 준다. 이소프렌의 대기 중 체류 시간은 도시의 오존 농도에 직접적으로 영향을 줄 만큼 충분히 길지 않다. 따라서 이소프렌 대신 이소프렌으로부터 생성되는 MA_PAN이 주변 지역에서 배출된 자연 발생 이소프렌과 도시의 오존 사이를 연결시켜준다. 주변 지역에서 생성된 MA_PAN은 도시로 수송되어 오존을 만드는 다른 물질들로 분해된다. 도시풍은 도시의 오존 농도에 영향을 주는 중요한 기상 현상 중 하나다. 도시 지역과 공업 지역 토지 피복이 농경 지역으로 대체된 경우 도시풍은 뚜렷이 발달하지 않는다. 도시풍이 약해짐에 따라 도시 내부의 오존 농도는 전반적으로 약 10% 낮아지며 화학 반응이 도시의 오존 농도에 미치는 영향 또한 낮아진다. 이것은 주변 지역에서 도시로 유입되는 오존 전구체의 양이 줄어들기 때문에 발생한다. 본 연구 결과는 자연 발생 이소프렌이 도시의 오존 농도에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 알려준다.

The impacts of biogenic isoprene emission on ozone air quality and the effect of interaction between biogenic isoprene emission and urban breeze circulation on ozone air quality during an episode of weak synoptic forcing in the Seoul metropolitan area, South Korea, are investigated using WRF model coupled with Seoul National University Urban Canopy Model and CMAQ model. The biogenic isoprene emission increases daily maximum ozone concentration by 37 ppb in the urban area. The biogenic isoprene emitted from the surrounding region of Seoul has larger impacts on the ozone concentration in the urban area than the biogenic isoprene emitted from the Seoul region. The gas-phase chemistry is the most important process to the ozone concentration in the daytime when the urban breeze circulation is well developed in the presence of the biogenic isoprene emission. The lifetime of isoprene is not long enough (around 30 minutes) to directly affect ozone concentration in the urban area. Rather than isoprene, MA_PAN which is produced from isoprene by gas-phase chemistry links the biogenic isoprene emitted from the surrounding region and ozone in the urban area. MA_PAN produced in the surrounding area is transported into the urban area and dissociate into other species which produce ozone in the urban area. Urban breeze circulation is an important atmospheric phenomenon that affects ozone concentration in the urban area. When the urban and industrial surfaces are artificially replaced with the cropland surface, urban breeze circulation is not well developed. In this case, the ozone concentration generally decreases by about 10% and the contribution of gas-phase chemistry to the ozone concentration is decreased in the urban area. It is caused by the decrement of transport of the ozone precursor from the surrounding area to the urban area. The results from this study can be give some insight about how biogenic isoprene affect the ozone concentration in the urban area.