수용모델과 화학수송모델을 이용한 PM2.5 발생 기여도 연구
A Study on PM2.5 Contribution Using Receptor Model and Chemical Transport Model
- 주제(키워드) PM2.5
- 주제(DDC) 628
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 정승호
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 환경공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000033398
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
고농도 초미세먼지(PM2.5)는 중국 등 외부로부터의 중장거리 이동영향과 함 께 사업장, 교통, 생활부문 등 국내 배출원의 영향이 겹쳐 발생하지만, 지금까지 지역 단위에서의 인과관계 규명은 사실상 매우 부족한 실정이다. 그간 PM2.5, 오존 등에 대한 대기관리대책은 환경부의 자료체계에만 의존함으로써 지역 단 위의 세부적 자료체계에 바탕한 맞춤형 대책으로는 한계가 있는 실정이다. 본 연구에서는 PM2.5 측정자료, 배출량 자료, 모델링을 통한 기여도 분석결과 등을 근거로 PM2.5 배출원을 좀 더 상세하게 파악하여 지역 맞춤형 관리 방향을 도출 하고 지역 특성에 맞는 과학적 방법 절차를 제시하고자 하였다. 본 연구는 우리나라 지자체 대부분이 도시와 농업의 특성이 혼재되어있어 도농복합도시 중에 향후 대기정체로 인한 PM2.5 나쁨 일수가 많을 것으로 판단 되는 청주시를 대상으로 수행하였다. CAPSS(Clean Air Policy Support System : 대기정책지원시스템)의 한계를 보완한 배출량 기여도 평가, 측정 및 분석을 통 한 오염 및 배출특성, 과학적 방법인 수용모델과 화학수송모델을 이용하여 배출 원 기여도를 분석하였다. 보완된 배출원별 배출량 분석결과 농업이 32.6%로 가장 많고 다음으로 비 산먼지 17.0%, 도로이동오염원 16.3%, 생물성 연소 10.2%, 비도로이동오염원 9.8% 등의 순으로 분석되었다. 성분측정 분석결과 이온 성분은 전체의 38%로 가장 큰 비중을 차지하였고 이온 성분 중 NO3-가 가장 큰 비중을 차지하였으며 다음으로 NH4+, SO42-, 기타 순으로 분석되었다. 탄소 성분 분석결과 OC(Organic Carbon : 유기탄소)/EC(Elemental Carbon : 원소탄소)의 비가 2를 초과하였다. 수용모델 분석결과 2차 생성 오염원 기여도가 25.3%로 가장 높은 비중을 차지하였으며 다음으로 비산먼지 25.2%, 생물성 연소 23.2%, 이동오염원 20.2%, 산업/연소 6.1% 순으로 분석되었다. 화학수송모델 분석결과 이동오염원 41.52%로 가장 높은 비중을 차지하였으며 다음으로 생물성 연소 31.59%, 비산 먼지 20.26%, 산업/연소 5.96%, 기타 0.68% 순으로 분석되었다. 수용모델과 화 학수송모델 비교 분석결과 2차 생성 PM2.5가 이동오염원과 생물성 연소에서 많 은 부분을 차지하는 것으로 확인되었다. PM2.5 관리 방향은 2차 생성 오염원, 이동오염원, 생물성 연소 부분에 대한 관리가 중요한 것으로 규명되었다. 위와 같이 PM2.5 배출원을 좀 더 상세하게 파악하여 최종적으로 지역 맞춤형 관리 방향을 도출하고 지역 특성에 맞는 과학적 방법 절차를 제시하고자 하였다. 수용모델의 단기적 영향과 화학수송모델의 장기적 영향을 고려하여 지역 맞춤 형 정책을 수립하는 것이 더 효과적이며 일차적 수용모델 평가 후에 추가적으 로 화학수송모델 적용이 더 유리할 것으로 판단된다.
more목차
1. 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적· 1
1.2 연구 목표 및 범위· 5
2. 이론적 고찰· 7
2.1 PM2.5 농도에 영향을 미치는 주요 인자· 7
2.1.1 기류 분석과 지형에 의한 영향 7
2.1.2 분지형 도시 고농도 사례 12
2.1.3 해외 및 외부 요인 14
2.2 PM2.5 생성기전(Mechanism) 및 물리화학적 특성· 20
2.2.1 생성기전 20
2.2.2 물리적 특성 22
2.2.3 화학적 특성 25
2.3 모델링 30
2.3.1 수용모델 30
2.3.2 화학수송모델 37
2.3.3 기존연구와 차별성 41
3. 연구 방법 43
3.1 배출량 분석 44
3.1.1 CAPSS의 한계· 44
3.1.2 CAPSS의 개선· 46
3.2 PM2.5 모니터링· 50
3.2.1 연구대상 지역· 50
3.2.2 샘플링 지점 51
3.2.3 샘플링 및 관련 데이터 수집 53
3.2.4 기상정보 53
3.2.5 PM2.5 성분 분석방법 56
3.3 모델링 방법 64
3.3.1 수용모델 64
3.3.2 화학수송모델 69
4. 결과 및 고찰 76
4.1 배출원별 배출량 분석 및 보완· 76
4.1.1 1차 생성 PM2.5(CAPSS)-대분류 76
4.1.2 1차 생성 PM2.5(CAPSS)-중분류 77
4.1.3 응축성 PM2.5 추가 산정 79
4.1.4 2차 생성 PM2.5 추가 산정 83
4.1.5 보완된 배출원별 PM2.5 기여도 분석 86
4.2 측정 및 분석 88
4.2.1 농도· 88
4.2.2 중금속 91
4.2.3 이온류 96
4.2.4 탄소류· 100
4.2.5 PM2.5 전체 구성성분· 104
4.3 모델링 기여도 분석· 106
4.3.1 수용모델을 통한 PM2.5 기여도 분석 106
4.3.2 화학수송모델을 통한 PM2.5 기여도 분석· 114
4.3.3 수용모델과 화학수송모델 기여도 분석결과 비교 128
4.4 분석결과에 따른 PM2.5 관리 방향· 130
5. 결 론 133
5.1 주요 결론 · 133
5.2 향후 연구제안 및 제언· 135
참고문헌 · 137
