춘천의 미세먼지 농도 특성 및 고농도 원인 분석 :Characteristics of Atmospheric PM2.5 Concentrations and Identification of Factors Enhancing Its Concentrations in Chuncheon, Korea

조성환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 조성환 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 한영지

발행연도: 2016

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

강원도 춘천과 영월에서 측정한 미세먼지 농도 특성 및 고농도 원인 분석

조성환 , 김현웅 , 한영지 외 1명 한국대기환경학회지(국문) 2016.02 학술저널

춘천의 미세먼지 농도 특성 및 고농도 원인 분석

조성환 환경학과 2016.01 학위논문

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춘천은 대규모 대기배출원이 존재하지 않아 PM2.5의 인위적 배출량이 낮음에도 불구하고, 대기환경측정망에 나타나는 최근 몇 년간의 PM10 농도는 서울이나 울산에 비해 비슷하거나 오히려 더 높은 값을 보이고 있다. 본 연구는, 춘천의 PM2.5 농도를 측정하고 PM2.5의 화학적 구성성분을 분석하여 춘천의 PM2.5 농도증가에 영향을 미치는 주요 원인을 파악하기 위해 시작되었다. 2013년 1월부터 2014년 12월까지 3일에 한 번씩 24시간동안 PM2.5 시료를 채취하고, PM2.5 내 이온성분, 탄소성분 및 금속성분을 분석하였다. 대기 중 PM2.5의 평균 농도는 34.6 μg/㎥로 측정되었으며 PM2.5의 이온구성성분 중 SO42-, NO3-, NH4+의 평균농도는 각각 4 μg/㎥, 2.8 μg/㎥, 2.1 μg/㎥로 측정되었다. 탄소성분 중 유기탄소(organic carbon: OC)와 무기탄소(elemental carbon: EC)의 평균 농도는 각각 9.2 μg/㎥와 1.5 μg/㎥로 측정되었다. 전체 OC에 대한 2차 유기탄소(secondary organic carbon: SOC)의 비율은 평균 36.7%를 나타내었으며, 여름철에 가장 높은 비율과 겨울철에 가장 낮은 비율을 보였다. 또한 본 연구에서 분석된 총 17개 금속성분의 평균 총 농도는 1.7 μg/㎥으로 나타났다. 분석된 전체 성분들의 총 농도는 PM2.5 질량농도의 약 61.6%를 차지함을 확인 할 수 있었으며 그 중 유기탄소의 비율이 가장 높게 나타났다.
분석된 PM2.5 성분 농도를 바탕으로 Positive Matrix Factorization(PMF) 모델을수행한 결과, 주요 배출원은 바이오매스 연소(7.5%), 토양기원성분(3%), 2차 황산염(26%), 2차 질산염 및 유기탄소(37%), 시멘트/콘크리트 산업(3%), 차량(12%), 그 외 산업(12%) 7가지로 파악되었다. 2차 질산염 및 유기탄소의 오염원 기여도는 안개가 발생했을 때 크게 증가한 것으로 나타났다. 상위 10%로 설정된 고농도 PM2.5 이벤트 발생 시에는 모든 성분들의 농도 값이 약 2배 이상 증가함을 확인할 수 있었는데, 금속성분의 경우 PM2.5 질량에 대한 토양기원성분의 비율은 감소한 반면 바이오매스 및 산업관련 미량원소의 비율은 증가하였다. 또한 고농도 이벤트 발생 시에는 OC/EC 비율과 SOC/OC 비율의 증가를 확인할 수 있었으며, 이는 이차적으로 생성된 에어로졸이 춘천의 PM2.5 질량 농도를 증가시키는 중요한 요인임을 나타내는 결과이다. 역궤적을 바탕으로 군집분석을 실시한 결과, PM2.5의 고농도는 중국의 동부에서 시작된 역궤적과 연관되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 안개가 발생했을 때 활발히 생성되는 이차 에어로졸, 바이오매스 소각, 그리고 중국으로부터의 장거리 이동이 춘천에서의 PM2.5 농도를 증가시키는 중요한 요인임을 알 수 있었다.

Chuncheon is a relatively small town where there are no large industries; however, atmospheric PM10 concentrations have been similar to or even higher than those measured in urban and/or industrial areas according to the National Atmospheric Monitoring Network. This study was initiated to identify the characteristics of PM2.5 concentrations in Chuncheon and the major causes enhancing the PM2.5 concentrations. PM2.5 samples were collected during 24hr every three days from January, 2013 to December, 2014, and its chemical components including ionic, carbonaceous, and metallic elements were measured. Average PM2.5 concentration was 34.6 μg/m3, exceeding the annual PM2.5 standard of 25 μg/m3. Carbonaceous compounds contributed the most fraction of PM2.5, which organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) concentrations were averaged to 9.2 μg/m3 and 1.5 μg/m3, respectively. The contribution of secondary organic carbon (SOC) to OC was approximately 36.7% throughout the sampling period, showing the highest contribution in summer and the lowest contribution in winter. Sulfate was the highest contributor to the ionic compounds of PM2.5, showing 4.0 μg/m3 for the average while the average concentrations of nitrate and ammonium were 2.8 μg/m3 and 2.1 μg/m3, respectively. Sum of 17 metallic elements was averaged to 1.7 μg/m3. All compounds analyzed in this study occupied approximately 61.6% of PM2.5 mass.
Positive Matrix Factorization (PMF) was performed in order to identify the major source contributions to PM2.5 mass, and 7 factors were identified, including biomass burning (8%), soil-related source (3%), secondary sulfate (26%), secondary nitrate and organic aerosol (37%), cement/concrete industry (3%), vehicles (10%), and unidentified industry (12%). Also, the contribution of secondary aerosol and the concentration of PM2.5 mass were clearly enhanced when fog events occurred. During the high PM2.5 concentration events, the contribution of soil-related elements to PM2.5 decreased while the contribution of the elements related to the biomass burning and industry increased. In addition, both the OC/EC ratio and the SOC/OC ratio were enhanced during the high PM2.5 concentration events, indicating that the aerosol secondarily formed was important on enhancing PM2.5 mass. Cluster analysis for backward trajectories was also performed, and the high PM2.5 concentrations were associated with the cluster originating the eastern area of China. In conclusion, it was determined that the secondary aerosol actively formed during the fog events, biomass burning, and long-range transport from China were the major causes enhancing the PM2.5 concentrations in Chuncheon.

#미세먼지

<목 차>
<목 차> iii
v
vi
Ⅰ. 서 론 1
1.1. 연구배경 1
1.2. PM2.5 구성성분 2
1.3. 연구 목적 4
Ⅱ. 연구방법 6
2.1. PM2.5 시료 채취 6
2.1.1 PM2.5 질량농도 측정 8
2.1.2 미량원소 분석 8
2.1.3. 탄소성분 9
2.1.4. 이온성분 9
2.1.5. PMF(Positive Matrix Factorization) 10
2.1.6 역궤적(Back-trajectory) 분석 12
2.1.7 기타 자료 12
2.1.8. QA/QC 13
Ⅲ. 결과 및 고찰 15
3.1. 춘천 시 대기 중 미세먼지 농도 15
3.1.1 안개 이벤트 20
3.2 기상 요인별 영향 23
3.2.1 온도의 영향 23
3.2.2 습도의 영향 23
3.2.3 풍속의 영향 26
3.3 대기 중 이온성분 27
3.4 대기 중 미량원소 성분 30
3.4.1 원소성분 상관성 분석 34
3.5 대기 중 탄소성분 36
3.6 PMF(Positive Matrix Factorization) 45
3.7 역궤적 분석 (Back-trajectory) 50
3.8 고농도 이벤트 54
Ⅳ. 결론 62
Ⅴ. 참고문헌 64
Abstract 70

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