입자상 물질(Particulate Matter, PM)은 기후, 지역의 가시도, 인체 건강에 영향을 미친다고 알려져 있다. PM은 이온성분, 탄소성분, 금속성분 등 여러 성분이 복합된 물질이며, 공기역학적 직경이 2.5 ㎛이하인 물질을 PM2.5라 한다. 우리나라에서는 도시지역의 평균 대기질 농도를 파악하여 환경기준 달성여부를 판단하기 위해 도시대기측정망을 운영 중이며, 춘천시의 도시대기측정망의 수는 2개에 불과하다.
본 연구는 춘천시 미세먼지 농도에 영향을 미치는 주요 배출원의 위치 및 종류를 파악하는 것이 목적이다. 우리나라 CAPSS 배출량 자료에 따르면 춘천은 인위적 배출원으로부터의 PM2.5와 PM10 배출량이 낮지만, PM2.5와 PM10 농도는 높다고 보고되었다. 따라서 국가 배출목록에 포함되지 않은 다른 배출원 및 배출경로가 춘천의 미세먼지 농도에 영향을 미친다고 가정하였다. 연구기간은 2016년부터 2017년 10월까지이며, 강원도 춘천시 강원대학교 자연과학대학 2호관 옥상(KNU)과 강원도 춘천시 강원 농업전문 창업보육센터 옥상(KBIC), 2곳의 미세먼지 측정 장소를 선택하여 PM2.5 시료를 채취하였다. KNU의 경우, 주로 주거지역이며, KBIC는 논·밭 및 육류구이 밀집지역 근처에 위치한 곳이다. PM2.5의 화학적 특성을 알아보기 위하여 이온성분과 유기 및 원소탄소(Organic and Element Carbon, OC 및 EC), 수용성 유기탄소(Water Soluble Organic Carbon, WSOC)를 분석하였으며, 입경별 분광 수농도 측정기(Optical Particle Sizer, OPS)를 이용하여 0.3 ㎛부터 10 ㎛까지 입경을 16단계로 나누어 미세먼지를 측정하였다.
연구기간 동안의 KNU의 평균 PM2.5 농도는 29.4 ± 16.8 ㎍/m3로 연평균 기준을 초과하였으며, 이온성분 중 NO3-, SO42-, NH4+의 평균 농도는 각각 2.39 ± 3.05 ㎍/m3, 2.27 ± 1.80 ㎍/m3, 2.97 ± 1.72 ㎍/m3이었다. OC와 EC의 평균 농도는 각각 9.18 ± 3.68 ㎍/m3, 1.21 ± 0.54 ㎍/m3으로 다른 지역에 비해 2배 이상 높은 값을 나타내었다. 또한 생물성 연소의 지표물질로 알려진 K+는 농업잔재물 연소기간에 높아지는 경향을 보였으며, 또다른 생물성 연소의 지표물질인 WSOC와 높은 상관성을 보였다. 두 장소에서의 PM2.5를 비교하였을 때, KNU가 KBIC보다 높은 PM2.5 농도를 나타내었으나, 이온성분 기여율은 KBIC에서 더 높게 측정되었다. OPS 결과, KNU에서는 조대입자보다 미세입자(PM2.5)의 농도가 높았고, KBIC에서는 미세입자보다 조대입자(PM2.5-10)의 농도가 더 높게 측정되었다. KBIC의 경우, 숯불구이 밀집지역이 위치한 지역으로부터 바람(남동풍)이 불 때 높은 PM2.5, OC, K+ 농도를 보였으며, 특히 1.5 ~ 4.0 ㎛ 입경의 미세먼지가 높게 나타났다. 춘천시 내·외, 미세먼지의 공간분포를 확인한 결과, 농업잔재물 소각 및 숯불구이와 같은 생물성 연소가 이루어지는 시내·외 지역에서 PM2.5 농도가 증가하였으며, 특히 숯불구이가 일어나는 곳에서 1.5 ~ 4.0 ㎛의 입경에서 높은 농도가 나타났다. 차량통행량이 많은 지역에서는 PM2.5와 PM2.5-10 모두 높은 농도를 나타내었다.
춘천시 대기 중 PM2.5 성분분석과 입경별 미세먼지 분포 및 공간분포를 파악한 결과, 춘천시의 PM2.5 증가 현상은 2차 대기오염물질의 영향과 생물성 연소(숯불구이, 농업잔재물 소각 등)의 영향을 받은 것이라 판단하였다.

Particulate matter(PM) is known to affect climate, local visibility, and human health. PM consists of various components including ionic, carbonaceous, and metallic components. There are more than 200 sites for urban air monitoring network to manage and measure PM2.5 and PM10 concentrations; however most of them are located in large cities and industrial areas. This study was initiated to investigate the characteristics of PM2.5 and its chemical constituents in Chuncheon, a small residential city in Korea. According to national emissions inventory, PM2.5 and PM10 emissions from anthropogenic sources are very low in Chuncheon compared with other cities; however, both PM10 and PM2.5 concentrations are reported to be very high. Therefore, other sources and/or pathways which are not included in national emissions inventory are assumed to affect the PM2.5 and PM10 concentrations in this city. In order to identify the major sources of fine particles, PM2.5 samples were collected at two sites including Kangwon National University building (KNU site) and Kangwon Business Incubation Center (KBIC site) from January 2016 to October 2017. KNU site is located near the residential buildings and local roads while KBIC site is located near the farmlands and meat-cooking district. Ionic and carbonaceous compounds of PM2.5 were analyzed and size-segregated concentrations of PM10 were also identified using optical particle sizer (OPS) at both sites. The particle size was divided into 16 stages from 0.3 ㎛ to 10 ㎛.
The average PM2.5 concentration was 29.4 ± 16.8 ㎍/m3, exceeding the annual average. The average concentrations of NO3-, SO42-, and NH4+ were 2.39 ± 3.05 ㎍/m3, 2.27 ± 1.80 ㎍/m3, 2.97 ± 1.72 ㎍/m3, respectively. The average concentrations of OC and EC were 9.18 ± 3.68 ㎍/m3 and 1.21 ± 0.54 ㎍/m3, respectively. K+, the indicator of biomass combustion, tended to increase during the combustion period of the agricultural residues, and was highly correlated with WSOC which can be also emitted from biomass combustion. PM2.5 concentrations at the KBIC site were lower than those at the KNU site; however, the contribution of ionic components was higher at the KBIC site. Based on OPS results, fine particles (PM2.5) were dominated at the KNU site while coarse particles (PM2.5-10) were higher than fine particles at the KBIC site. At the KBIC site, PM2.5, OC, and K+ concentrations were high with southeasterly winds blown from the charcoal-based meat cooking district. With southeasterly winds, particles in diameter between 1.5 ∼ 4.0 ㎛ were especially enhanced. Mass concentration and size distribution of PM10 were also measured in the downtown area of Chuncheon. PM2.5 concentrations generally increased in the areas where the agricultural residues combustion and charcoal grilling activities appeared. The particles in size between 1.5 ∼ 4.0 μm were predominant in the area of charcoal-based meat cooking restaurants while both PM2.5 and PM2.5-10 showed high concentrations near the major roads with high vehicle traffic. In summary, high PM2.5 concentrations were mainly affected by secondary formation and biomass burning activities in Chuncheon.