도심지역에서 자동차에 의해 발생하는 미세먼지는 도로 주변 지역으로 이동 및 확산되면서 시민 건강에 직접적으로 영향을 준다. 이에 따라 자동차에 의한 미세먼지 연구는 다양하게 진행되고 있지만, 차종에 따른 정확한 오염원 분석과 대책은 부족한 상황이다. 본 연구에서는 교통량이 많은 경부고속도로에서 거리마다 측정 장비를 두어 입자크기분포를 측정하였으며, 이를 PMF 모델에 적용하여 차종에 따른 오염원 분류 및 기여도를 도출하였다. 측정에는 거리마다 장비를 두어 측정한 고정 측정과 Mobile Lab(ML)을 이용한 이동 측정을 진행하였으며, 이를 통해 미세먼지의 수평적 확산 특성을 분석하였다. 거리에 따른 농도 분포를 확인하기 위해 풍향을 기준으로 서풍, 동풍, 평행으로 나누어 분석하였으며, 서풍의 경우 도로에서 가까운 Down 1지점에서 가장 높은 농도(30,000개/cm3)가 나타났으며 거리가 멀어질수록 점차 감소하는 농도구배가 나타났다. 동풍의 경우 서풍과는 반대로 Up 지점에서 가장 높은 농도(32,000개/cm3)가 관측되었으며, 도로와 평행인 풍향의 경우 도로와 가까운 풍하지역 Down 1지점을 제외하고 다른 지점에서는 비슷한 농도(15,000개/cm3)가 나타났다. 또한, 이동 측정 데이터를 난류강도에 의해 분류하여, 거리에 따른 지수 감소율(Exponential decay)을 분석하였다. 서풍과 평행의 경우 난류강도가 작을수록 혼합 및 확산이 약해 오염물질이 약 100~150m 거리에서 10% 농도에 도달하였지만, 난류강도가 클수록 먼 거리까지 이동하여 200m 이상에서도 높은 농도가 관측되었다. 고정 측정 SMPS 데이터를 이용해 PMF 모델에 적용하여 차종별 오염원 분류 및 기여율을 도출하였으며, 차대동력계 결과와 비교 후 오염원(LPG, GDI, MPI, Diesel 3, Diesel 4, Diesel 5, Background, Etc)을 구분하였다. Polar plot 결과를 통해 차량에 기인한 오염원에서는 고속도로 방향에서 기여율(1.5~3)이 높았으며, 기타 오염원과 배경농도는 다른 경향이 나타났다. 서풍에서의 차량 농도 비율을 보면 풍하지역에서 입자의 수 농도 52~58%, 질량농도 28%의 차량 기여율이 나타났다. 마지막으로 시간에 따른 기여율을 보면 서풍의 경우 전 차종의 기여율이 높아 80nm peak의 입자분포가 나타났으며, 동풍의 경우 기타 오염원이 기여율이 높아 100nm 이상에서 입자분포가 나타났다. 본 연구에서는 다양한 풍향 및 풍속 조건에서 거리에 따른 농도 감소율과 모델링을 통한 오염원 분류 및 기여도 도출을 하였으며, 미세먼지의 확산 영향을 종합적으로 분석해 각 지역 오염원에 맞는 저감 기술 및 정책 적용을 목적으로 하였다.
Particulate matter emitted from vehicles in urban areas directly affects the health of citizens near roads. In this study, to characterize the dispersion phenomena of particulate matter emitted from vehicles, the particle size distribution was measured by the horizontal distance along the roadside of a highway with heavy traffic, and the contribution of pollution sources was analyzed using a source-receptor model. A concentration gradient of particles was observed in which the concentration decreased as the distance from the road increased when the wind blew from the road to the monitoring locations. When the wind blows parallel to the road, the concentration was slightly higher within 50 m of the road, and similar concentrations were found at the other monitoring locations further away from the roads. In particular, the higher the turbulence intensity of the wind, the lower the concentration gradient coefficient, because of the more excited mixing and dispersion. A PMF model with the measured particle size distribution data in the range of 9-300 nm, resulted in a contribution of about 60% (number), and 28% (mass) to the particle concentrations because of six types of vehicles including LPG, two gasoline vehicles (GDI, MPI), and three diesel vehicles in the 3rd, 4th, and 5th emission classes, and showed decrease in the vehicular contribution as the distance from the road increased. The results of this study can be useful in deriving generalized gradient equation of particle concentrations exposed by distance at the roadside using traffic and meteorological conditions, and will be used for environmental policy establishment, such as roadside exposure assessment, in the future.
Abstract iAbstract(English) iiiPreface vContents viList of Tables viiList of Figures viii1. Introduction 12. Method2.1 Measurement location and environmental conditions 32.2 Roadside measurement 52.3 Mobile measurement on the ground 72.4 PMF modeling 93. Results and Discussion3.1 Time-series variation of particle concentrations and meteorological data 133.2 Concentration gradient by distances from the highways 193.3 Source apportionment results using PMF 244. Conclusion 36References 38