Investigating spatiotemporal variability of air pollutants in urban areas based on a highly dense cost-effective sensor network and mobile monitoring

Abstract

도로환경이 집약적인 형태를 띠면서 단위 면적당 많은 양의 미세먼지를 배출하고 있다. 도로 이동오염원으로부터 직접 배출되는 대기오염물질의 분포는 시간과 공간에서 상당히 비 균질하게 분포되어 있고 이로 인해 공간의 구조와 시간에 따라 보행자 노출 수준에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 인구 밀집 도시 지역의 건축 환경에서 대기 오염물질의 공간 분포의 특성을 이해하는 것이 중요하다. 구 단위의 도시대기관측소(Air Quality Monitoring Station, AQMS) 보다 더 상세한 국지적인 데이터 수집을 위하여 이동식 PM2.5 측정기기(DUSTTRAK II 모델 8530)를 사용하여 교통량이 많은 도심의 특정 노선을 버스와 지하철을 이용하여 왕복하고 일부는 보행을 통하여 외부노출 정도를 평가하였다. 평균 PM2.5 농도는 A/C이 운행하지 않는 버스 (27.1 μg/m3)의 내부에서 가장 높았다. 건강한 성인을 기준으로 PM2.5 질량 농도를 사용하여 흡입량을 추정했으며, 주변 PM2.5 농도가 35 μg/m3 인 경우, A/C 버스, 지하철 및 Non A/C 버스의 내부에서 흡입량이 46 %, 68 % 및 81%로 감소했다. 교통배출량(예: 교통량, 속도, 구성, 유지보수 등) 뿐만 아니라 대기 오염물질 분포에서 공간적 이질성을 제어하는 주요 요인으로는 주변 건축 환경 및 기상 조건이 포함된다. 본 연구에서는 800 m × 800 m 공간규모의 서울 중심의 관측지역에서 대기오염물질(O3, NO2, CO, PM2.5) 농도의 공간 분포를 조사했으며, 저비용 센서 노드를 사용해 관측지역 내 교통량, 건물 분포 등의 뚜렷한 특징을 가진 4개의 세부 도심환경 속에서 관측을 진행했다. 공간 변동성을 파악하기 위해 coefficient of divergence (COD) 분석을 사용하였고, 분석 결과는 PM2.5를 제외한 오염물질은 시간과 공간 분포에서 상당히 비균질함을 보였다. CO와 NO2는 풍속, 교통량에 영향을 받아 구역마다 농도 차이를 보였다. PM2.5의 경우 상세 구역내 농도 변화는 거의 없었다.