Characteristics of spatial distributions of ultrafine particles and PM2.5 in various urban environments

Abstract

부산항에 인접하며 교통 조성의 특징이 뚜렷한 두 도로 경로 GM과 SD, 대구 서구 산업단 지와 산업단지 인근에 위치한 주거지역에 위치한 경로 F1과 F2, 산업단지에 위치하며 옆에 고속도로 가 위치하고 있는 경로 H1 총 다섯 개의 경로를 설정하여 직경 20에서 700 nm인 입자 수 농도 (Particles number concentrations, PNC)와 PM2.5 질량 농도의 공간 분포를 파악하기 위해 이동측정 을 실시하였다. 부산 측정은 2021년 11월, 2022년 10월, 2023년 1월 오전에 11회, 오후에 16회 수 행하였으며, 매회 약 5번 반복 측정하였다. 경로 GM과 SD가 인접했음에도 불구하고(최단거리 약 340 m) 경로 SD (9.7±4.4 × 104 particles/cm3)의 PNC는 경로 GM (3.7±2.2 × 104 particles/cm3) 보다 2.6배 높았지만, PM2.5의 차이는 PNC만큼 크지 않았다. 또한 경로 SD의 평균 입 자 크기는 경로 GM의 평균 입자 크기보다 작은 특징이 나타났다. 이러한 차이는 교통 조성의 차이에 기인한 것으로 보인다. 두 경로의 총 교통량은 유사했지만, Heavy Duty Vehicles (HDV)의 비율에서 는 큰 차이가 있었다(경로 SD: 44%, 경로 GM: 13%). 또한 두 경로의 PNC 수준은 전 세계 다른 도 시 지역에 비해 상당히 높았다. 대구 측정은 2023년 5월 17일부터 27일까지 총 14회 수행하였으며, 매회 1–7회 반복 측 정하였다. 경로 H1, F1, F2 모두 유사한 수준의 PNC 농도(H1: 1.5±0.7 particles/cm3, F1:1.4±0.7 particles/cm3, F2: 1.4±0.6 particles/cm3)이 나타났다. 도시숲과 고속도로로부터 거리가 멀어질수록 UFP 평균 입자 크기가 커지는 특성을 보였는데, 이는 UFP 입자 크기가 작을수록 침적 속도가 빨라 나타난 결과로 보인다. PM2.5는 대구 도심환경에서 부산항 인근보다 농도 수준이 높았지만 PNC는 최 대 6.7배의 차이가 있었다. 이를 통해 도심 내 UFP는 차량에 의한 직접 배출로 인해 고농도의 PNC 를 갖지만, 질량농도의 기여도는 낮은 것을 알 수 있었다. 또한 입자의 크기가 작을수록 심부 호흡기 관에서의 침적율이 더 높은 경향을 보여주기 때문에 높은 PM2.5 질량 농도보다는 높은 UFP 수 농도 가 건강에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서 자동차 배출 나노입자에 대한 지속적인 모니터링과 저감정 책이 필요함과 항만 근처 HDV의 높은 교통량은 잠재적으로 공중 보건을 위협할 수 있음을 시사하며, 해당 지역의 PNC 및 입자 크기 분포 모니터링 필요성을 강조한다.