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목차
제1장 서론 5
1. 연구의 배경 및 당해연도 연구목표 5
2. 주요 연구내용 9
3. 연구원 편성 및 연구 추진 체계 10
PART 1 12
제1장 연구수행내용 및 결과 22
1. 중국 오염 플륨의 수치 모의 능력 개선 22
1.1. 집중관측을 통한 우리나라 황해 해양대기경계층 특성 조사 22
1.2. 대기경계층의 scheme별 수치 모의 불확도 분석 45
1.3. CMAQ을 통한 PM2.5 Source-Receptor Relationship 평가 및 개선 53
1.4. CMAQ 모사 개선을 위한 방법론 연구 66
1.5. 전지구 모델링을 이용한 장거리 이동 연구 98
2. 모니터링 및 모델링 가이드라인 111
2.1. 한중일 3국 LTP 전문가 회의 중심의 모니터링 가이드라인 작성 111
2.2. 한중일 3국 LTP 전문가 회의 중심의 모델링 가이드라인 114
3. 서해안 항공기 관측 122
3.1. 측정결과분석 123
4. LTP 사업의 연구 자료 DB 및 자료공유 홈페이지 개선 126
4.1. LTP 모니터링 관측 및 모델링 결과 자료 등 연구 자료 DB 구축 126
4.2. LTP 사업 연구 결과물에 대한 홈페이지 게시 컨텐츠 제작 및 표출 130
4.3. 2012년 구축된 시스템 상의 LTP 자료 공유 홈페이지 개선 및 운영 유지 보수 131
제2장 참고문헌 135
제3장 부록 137
1. 고층기상 관측 결과 137
2. ERD 150
3. 신규 추가된 테이블 명세서 152
PART 2 158
제1장 연구수행내용 및 결과 165
1. 수은 장거리 이동 모델링 기법 연구 및 시범 결과 도출 165
1.1. 동북아 수은 배출 인벤토리 기초 조사 165
1.2. 수은 장거리 이동 모델링 기법 연구 169
1.3. 수용모델을 이용한 오염원 가능 지역 위치 파악 연구 186
1.4. 모델링 결과와 배출원 목록과의 통계학적 비교 191
2. 장거리이동의 배출 마커 연구 193
2.1. 잔류성유기오염물질 193
2.2. 잔류성유기오염물질의 환경거동 195
2.3. 유기염소계 농약류 196
2.4. 모니터링 중장기 계획안 마련 236
제2장 참고문헌 242
PART 1 15
Table I-1. Summary of PBL physics options for WRF 45
Table I-2. WRF Configurations 55
Table I-3. MICS-Asia 2010 Characteristics 59
Table I-4. CMAQ Configurations 66
Table I-5. 동북아각 배출원별 인위적 배출량 20% 삭감 시, 국내 초미세먼지 및 구성성분별 저감농도 ; (a) PM2.5, (b) NO3, (c) SO4, (d) NH4, (e) OC, (f) EC 82
Table I-6. 모니터링 개요 123
Table I-7. 연평균 농도와의 비교 124
PART 2 160
Table II-1. 중국의 각 도(province) 별 수은 배출량의 요약 166
Table II-2. 서울, 춘천, 강화 지역에서 측정한 연도별 수은 종의 농도 변화 175
Table II-3. 서울과 강화 지역에서 확인된 장거리․국지적 영향의 사례 특성(2008년) 181
Table II-4. 서울과 강화 지역에서 확인된 장거리․국지적 영향의 사례 특성(2009년) 182
Table II-5. Spatial correlation index (r)를 이용한 배출원 목록과 모델링 결과와의 통계학적 비교 192
Table II-6. 스톡홀롬협약 규제대상 12종 POPs 193
Table II-7. 장거리 이동 지시자 201
Table II-8. 잔류성유기오염물질 측정망(2009)의 OCPs 농도수준 204
Table II-9. 중국의 OCPs 농도수준 205
Table II-10. 스톡홀름협약 대상 OCPs의 사용등록과 취소 현황 207
Table II-11. 국내 농약류 사용현황 207
Table II-12. 중국 농약류 사용현황 209
Table II-13. 덕적도 시료채취 날짜, 날씨, 특이사항 기록 213
Table II-14. 토양시료채취일지와 특이사항 기록 215
Table II-15. 전체 시료종류와 개수 215
Table II-16. 고분해능 질량분석기(Autospec Premier TM, Waters)를 이용한 기기분석 조건 223
Table II-17. 고분해능 질량분석기를 이용한 OCPs 분석을 위한 기기검출한계 224
Table II-18. 고분해능 질량분석기를 이용한 OCPs 분석을 위한 방법검출한계 225
Table II-19. 기상조건과 기체상 OCPs의 상관분석(Pearson correlation) 결과 227
Table II-20. 기상조건과 입자상 OCPs의 상관분석(Pearson correlation) 결과 227
Table II-21. 중국을 대상으로 한 대기 중 OCPs 모니터링 논문 목록 235
Table II-22. 연차별 측정대상물질 선정안과 연구방법론 238
Table II-23. 연차별 측정대상물질 중 농약류(CUPs) 선정안 238
Table II-24. 환경대기 중 POPs 모니터링을 위한 실험절차와 장비활용 240
제1장 서론 10
Figure 1. 연구원 편성표 10
PART 1 16
Figure I-1. 덕적도 관측 지점 23
Figure I-2. 라디오존데 관측 시스템 24
Figure I-3. Digital Radiosonde DFM-06 센서 25
Figure I-4. 고기압 하에서의 경계층 변화 (Stull, 1988) 26
Figure I-5. 온위, 풍속, 비습의 연직 분포 특성(왼쪽) 및 모델 결과와 관측결과의 비교(Andre et al., 1978) 26
Figure I-6. Skew T - Log P 다이어그램 (KMA) 27
Figure I-7. 지상일기도와 백령도에서의 Skew T-Log P 다이어그램(5월 22일) 28
Figure I-8. 지상일기도와 백령도에서의 Skew T-Log P 다이어그램(5월 22일) 29
Figure I-9. 덕적도에서 관측된 온위(실선)와 혼합비(점선)의 연직분포(5월 22일, 23일) 30
Figure I-10. 덕적도에서 관측된 바람의 연직분포(5월 22일, 23일) 31
Figure I-11. 잠재반사도의 연직 분포 33
Figure I-12. Holzworth 방법에 따른 경계층 높이의 계산 (i : 오전, ii : 오후) 33
Figure I-13. 5월 22일, 23일의 경계층 높이 비교 34
Figure I-14. 대기경계층의 높이 공간장 35
Figure I-15. 모델링 결과의 온위와 혼합비의 연직 프로파일(검정-ACM2, 파랑-MRF, 빨강-YSU) 36
Figure I-16. 백령도에서 관측된 온위와 혼합비의 연직분포 37
Figure I-17. 제주도에서 관측된 온위와 혼합비의 연직분포 38
Figure I-18. 지상일기도와 Skew T-Log P 다이어그램(7월 25일) 39
Figure I-19. 지상일기도와 Skew T-Log P 다이어그램(7월 26일) 40
Figure I-20. 덕적도에서 관측된 온위와 혼합비의 연직 분포 (7월 25일, 26일) 40
Figure I-21. 백령도에서 관측된 온위와 혼합비의 연직분포 42
Figure I-22. 제주도에서 관측된 온위와 혼합비의 연직분포 43
Figure I-23. 경계층 2층 구조 생성 모식도 44
Figure I-24. Illustration of PBL Processes 46
Figure I-25. 모델 도메인 및 PBL 비교 지점 47
Figure I-26. 지역별 PBL scheme에 따른 경계층 고도의 변화 48
Figure I-27. 지역별 LPBL 옵션에 따른 경계층 고도의 변화(5월) 50
Figure I-28. 지역별 LPBL 옵션에 따른 경계층 고도의 변화(7월) 51
Figure I-29. LPBL 옵션별 PBL의 높이 (5월) 52
Figure I-30. LPBL 옵션별 PBL의 높이 (7월) 53
Figure I-31. 기상-배출량-대기화학모델링 시스템 54
Figure I-32. FNL 자료를 이용한 WRF 모델링 55
Figure I-33. 2010년 1, 4, 7, 10월 시간평균 기온 56
Figure I-34. 2010년 1, 4, 7, 10월 시간평균 풍속 57
Figure I-35. 2010년 1, 4, 7, 10월 월평균 기온의 공간분포 58
Figure I-36. 2010년 1, 4, 7, 10월 월평균 풍속의 공간분포 58
Figure I-37. MICS-Asia 배출목록 전처리과정 59
Figure I-38. MICS-Asia 2010 60
Figure I-39. NOx 배출량 regridding 결과 60
Figure I-40. 동북아지역 주요 배출량 61
Figure I-41. 수도권지역 주요 배출량 62
Figure I-42. 2010년 1, 4, 7, 10월 물질별 배출량 63
Figure I-43. 2010년 기간평균(1, 4, 7, 10월) 공간분포 64
Figure I-44. 2010년 1, 4, 7, 10월 일평균 물질별 배출량 65
Figure I-45. 2010년 1, 4, 7, 10월 물질별 농도 : (a) NO2, (b) SO2, (c) PM2.5, (d) PM10, (e) O3 67
Figure I-46. 2010년 1, 4, 7, 10월 물질별 농도 공간분포 : (a) NO2, (b) SO2, (c) PM2.5, (d) PM10, (e) O3 69
Figure I-47. GEOS-Chem 사용시 각 물질별 연 평균 농도 공간분포 ; (a) NO, (b) NO2 (c) NOX, (d) PM2.5, (e) PM10, (f) SO2 71
Figure I-48. Profile 사용이 각 물질별 연 평균 농도 공간분포 ; (a) NO, (b) NO2, (c) NOX, (d) PM2.5, (e) PM10, (f) SO2 72
Figure I-49. Profile 와 GEOS_CHEM 기간평균 ; (a) NH3, (d) NOX, (c) PM2.5, (d) PM10, (e) SO2 73
Figure I-50. GEOS-Chem 과 Profile에 대한 NO 비교 ; (a) 시계열, (b) 관측치에 대한 GEOS-Chem 산포도, (c) 관측치에 대한 Profile 산포도 74
Figure I-51. GEOS-Chem 과 Profile에 대한 NO2 비교 ; (a) 시계열, (b) 관측치에 대한 GEOS-Chem 산포도, (c) 관측치에 대한 Profile 산포도 75
Figure I-52. GEOS-Chem 과 Profile에 대한 SO2 비교 ; (a) 시계열, (b) 관측치에 대한 GEOS-Chem 산포도, (c) 관측치에 대한 Profile 산포도 76
Figure I-53. GEOS-Chem 과 Profile에 대한 PM2.5 비교 ; (a) 시계열, (b) 관측치에 대한 GEOS-Chem 산포도, (c) 관측치에 대한 Profile 산포도 77
Figure I-54. Source-Receptor 공간분포 78
Figure I-55. 배출량 변화에 따른 기여도 산정 및 S-R 관계 예시 79
Figure I-56. 동북아시아지역 PM2.5 연평균 S-R 관계 80
Figure I-57. 동북아시아지역 PM2.5 월별 S-R 관계 : (a) 1월, (b) 4월, (c) 7월, (d) 10월 81
Figure I-58. 2010년 1, 4, 7, 10월 국내 PM2.5에 대한 국내외 권역별 기여도 : (a) January, (b) April, (c) july, (d) October 84
Figure I-59. 2010년 1월의 권역별 PM2_5 기여도 평균 87
Figure I-60. 2010년 4월의 권역별 PM2_5 기여도 평균 88
Figure I-61. 2010년 7월의 권역별 PM2_5 기여도 평균 89
Figure I-62. 2010년 10월의 권역별 PM2_5 기여도 평균 90
Figure I-63. 일평균 초미세먼지 및 성분별 농도와 계절별 구성 성분비 92
Figure I-64. 일평균 황산염 농도와 계절별 국내외 기여 비율 93
Figure I-65. 일평균 질산염 농도와 계절별 국내외 기여 비율 94
Figure I-66. 일평균 암모니아 농도와 계절별 국내외 기여 비율 95
Figure I-67. 일평균 EC 농도와 계절별 국내외 기여 비율 96
Figure I-68. 초미세먼지 구성성분의 모사시간 국내외 기여비율 97
Figure I-69. GFEDv3 인벤토리와 FINN 인벤토리의 연평균 이산화탄소 배출량의 차이 99
Figure I-70. 전구 모델 (GEOS-Chem)과 지역 규모 모델 (CMAQ)의 linking tool의 구조. 100
Figure I-71. CMAQ 모델에 제공한 경계 조건 정보. 101
Figure I-72. 시베리아에서 관측된 CO, Aerosol absorption, aerosol mass concentration와 모델값의 scatterplot 104
Figure I-73. 500 nm에서의 AERONET 에어로졸 광학 두께와 모델 광학 두께의 scatterplot 105
Figure I-74. Aerosol mass spectrometer를 이용한 전 지구 농도 관측과 모델과의 비교. 107
Figure I-75. 2012년 3월에 대해 수행한 모델의 모의 결과. 108
Figure I-76. 2010년 1월, 4월, 7월, 10월의 서울 지역에서의 관측된 일산화탄소(CO) 농도와 둥지격자 모형에서 모의한 모델 일산화탄소 농도의 비교. 109
Figure I-77. 2010년 1월~9월의 서울 지역에서의 일산화탄소의 관측과 모델의 scatterplot. 109
Figure I-78. 2010년 1월, 4월, 7월, 10월의 서울 지역에서의 관측된 PM10 농도와 둥지격자 모형에서 모의한 PM10 농도의 비교. 110
Figure I-79. 2010년 1월~9월의 서울 지역에서의 PM10의 관측과 모델의 scatterplot. 110
Figure I-80. KIGAIR-C90GT 항공기 122
Figure I-81. 항공기 모니터링 비행 경로 123
Figure I-82. 기존 비행 경로와의 차이 123
Figure I-83. 덕적도 지상관측 결과 124
Figure I-85. 오존 미세입자의 연직분포. 왼쪽(항공관측) 오른쪽 (국립환경과학원 Lidar 관측결과) 125
Figure I-84. 오존, 미세입자 시계열 분포 125
Figure I-86. LTP 연구 자료 DB 구축 및 자료 공유 홈페이지 개선 방안 126
Figure I-87. LTP 관측 및 모델링 결과 자료 DB 구축 127
Figure I-88. 지상관측자료 Intensive 목록 및 상세 조회 화면 128
Figure I-89. 지상관측자료 Long-Term, Intensive 파일 목록 조회 화면 128
Figure I-90. ABC 필드 캠페인 목록 조회 화면 129
Figure I-91. 지상관측자료, 항공관측자료 DB 구축 129
Figure I-92. LTP 사업 연구결과물 컨텐츠 제작 및 홈페이지 게시 130
Figure I-93. LTP 자료 공유 홈페이지 시스템 아키텍쳐 131
Figure I-94. 2013년 LTP 자료 공유 홈페이지 메인 화면 132
Figure I-95. 이벤트 이미지 개별 표출 132
Figure I-96. 월별 방문 통계 조회 화면 133
Figure I-97. 2013년 LTP 자료 공유 홈페이지 전체 메뉴 구조도 133
Figure I-98. GPKI 인증서 발급 절차 및 적용 화면 134
Figure I-99. 보안 서버 SSL 적용 화면 134
PART 2 162
Figure II-1. 중국의 오염원별 수은 분포 지도 167
Figure II-2. 중국의 수은종별 수은 분포 지도 168
Figure II-3. 시료 채취 및 측정 장소 171
Figure II-4. RGM과 Hg(p)의 시료채취 기기(a: 디누더 설치 전 b: 디누더 설치 후) 172
Figure II-5. TGM, RGM, Hg(p)의 분석 시스템 173
Figure II-6. TGM 샘플러의 모식도 174
Figure II-7. TGM 분석 시스템 (Brookrand Model Ⅲ) 174
Figure II-8. 서울지역에서 측정한 TGM 및 대기오염물질의 월별 변화 177
Figure II-9. 강화지점에서 측정한 TGM 및 대기오염물질의 월별 변화 178
Figure II-10. TGM과 CO 농도의 시간대별 변화(2008년 10월) 179
Figure II-11. TGM 농도와 CO 농도와의 결정계수(r2)를 이용한 장거리ㆍ국지적 영향의 구분 (좌: 장거리 이동, 우: 국지적 영향) 179
Figure II-12. 역궤적 분석 결과의 예 180
Figure II-13. 습식침적 시료 채취를 위한 자동강우 채취기 183
Figure II-14. 총 수은 분석기기(Tekran 2600) 184
Figure II-15. 서울 지역에서 측정한 습식침적에 의한 총 수은의 계절적 변화 184
Figure II-16. 강화 지역에서 측정한 습식침적에 의한 총 수은의 계절적 변화 185
Figure II-17. 서울지역과 강화도 지역에서 측정한 PSCF 모델 결과(좌: LRT, 우: local) 188
Figure II-18. 습식침적에 의한 총 수은의 JP-PSCF 결과 190
Figure II-19. 습식침적에 의한 총 수은의 JP-LPDM 결과 191
Figure II-20. 스톡홀름협약 규제대상 12종 POPs의 화학구조 194
Figure II-21. 스톡홀름협약 규제대상 신규 9종 POPs의 화학구조 195
Figure II-22. POPs의 전 지구적 거동과 장거리 이동 196
Figure II-23. POPs의 장거리 이동과 매체간 이동 198
Figure II-24. 국내ㆍ외 문헌연구 199
Figure II-25. 동북아시아의 POPs 장거리 이동연구 현황 199
Figure II-26. 장거리 지시자 예(Jin et al., 2013) 202
Figure II-27. 연구목적과 내용 206
Figure II-28. 덕적도 시료채취 지점과 주변현황 212
Figure II-29. 고용량대기채취기(HiVol)를 이용한 시료채취 모습 214
Figure II-30. 수동대기시료채취기를 이용한 시료채취 모습 214
Figure II-31. 토양시료채취 모습 215
Figure II-32. 2013sus 5월 시표채취기간의 덕적도 풍향 217
Figure II-33. 2013sus 7월 시료채취기간의 덕적도 풍향 218
Figure II-34. 2013년 5월의 역궤적 219
Figure II-35. 2013년 7월의 역궤적 220
Figure II-36. 시료채취기간의 기상자료와 대기환경기준물질 농도 221
Figure II-37. OCPs분석을 위한 전처리과정 222
Figure II-38. 실제시료와 표준물질의 고분해능 질량분석기 크로마토그램(대상물질: Mirex) 226
Figure II-39. 기체상 OCPs 농도분포(HiVol) 229
Figure II-40. 입자상 OCPs 농도분포(HiVol) 229
Figure II-41. 총 농도(기체상+입자상) 중 입자상 OCPs의 비율 230
Figure II-42. 대기(PAS)와 토양 중 OCPs 항목별 농도비 230
Figure II-43. Mirex의 대기 중 일별 농도(7월 24일 농도는 매우 높은 이상치이므로 제외) 231
Figure II-44. 진단비를 이용한 장거리 이동확인 232
Figure II-45. OCPS의 Fugacity 계산결과(그림누락) 233
Figure II-46. 덕적도 OCPs 농도와 국내 POPs 측정망 농도수준과 비교 234
Figure II-47. 덕적도에서 검출된 OCPs 농도와 중국 대기 중 OCPs 농도 수준 비교 234
Figure II-48. 시료채취지점 선정(안) 237
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