에어로졸 모드 추출 기반 입자 크기분포 및 호흡기계 침적률 변동: 제주 고산에서의 장기측정자료 재분석

Abstract

대기 중 존재하는 에어로졸은 새로운 입자를 형성 (NPF; new particle Formation)하거나 휘발성이 낮은 가스의 응축, 증발, 응고, 침전과 같은 다양한 동적 메커니즘으로 시ㆍ공간에 따라 다양하게 존재한다. 또한, 에어로졸은 태양복사에너지를 산란시켜 직접적으로 구름의 특성이 변경될 수 있고 가시도와 일사량 감소를 초래할 뿐만 아니라 간접적으로 기후변화에 영향을 미친다. 또한, 입자 크기에 따라 호흡기 내 침적되는 정도와 위치가 다양하며, 특히 100 ㎚ 이하의 나노미세먼지는 폐포 깊숙이 침투하여 축적되기 때문에 잠재적 위험성이 높아 최근 사회적으로 심각한 문제로 인식되고 있다. 본 연구에서는 국가배경농도측정소인 제주도 고산에서 scanning mobility particle sizer (10.4 – 469.8 nm, 56 channel)를 사용하여 장기간에 걸쳐 (2008 – 2015) 측정된 에어로졸 크기 분포 데이터를 재분석하였다. 입자의 크기에 따른 농도 분포를 대기응용분야에서 주로 사용되는 다중 로그-정규분포 함수를 기반으로 fitting하여 3가지 mode (nucleation, aitken, accumulation)의 정량화된 매개변수를 산출하였으며, 이를 주변 환경 및 전구 기체와 비교하여 각 mode의 특징에 따른 메커니즘을 규명하고자 하였다. 기존의 선행연구에서 SO2 농도만으로 초기 핵생성과정을 설명하기 힘들었던 한계점을 산화반응을 기반으로 산출된 H2SO4를 통해 생성 메커니즘을, 생성된 초기 입자상 물질에 수증기 분자의 응축되는 정도를 의미하는 condensation sink (CS)를 통해 성장 메커니즘을 추가 보충하였다. 또한, 각 mode의 직경을 ICRP (International Commission on Radiological Protection) 호흡 침적 모델을 사용하여 인두, 기관지 및 폐포에 침적되는 에어로졸의 비율뿐만 아니라 입자의 개수 또한 산출하였으며, 각 mode별 시간에 따른 호흡 기관내 침적률을 분석하였다. 본 연구는 에어로졸 크기 분포를 정량적으로 파악하여 입자 생성 및 성장 메커니즘의 배경 자료와 인체 위해성 평가를 위한 중요한 지표로 사용될 수 있음을 의미한다.