부산 대연동 지역의 지표오존과 전구물질과의 상관관계 분석

Abstract

본 연구는 해안지역에 위치하여 하절기에 지표오존이 높고 해륙풍에의한 전구물질 거동이 심할 것으로 예측되는 대연동 주변지역의 지표오존과 전구물질, 기상인자 등과의 상관관계를 연구하고자 하였다. 지표오존 생성메커니즘에 기여하는 것으로 알려진 전구물질(VOCs) 중농도상위 항목과 오존생성기여율(POCP)을 적용했을 때의 상위에 분포하는 항목을 알아보았으며, 오존이 높아지는 시점을 전후로 한 동지역의 풍향변화도 조사하였다. 또한 오존이 높아지기 시작한 5월부터 9월 사이 한시간 평균이 환경기준을 상회한 날 중 3번의 Case을 선정하여 분석하였고 오존농도 분포별 전구물질과 기상특성 그리고 상관성을 분석하였다. 1. 오존농도가 높은 시기인 5월에서 9월 사이의 대연동 지역 오존전구물질(VOCs) 상위 항목은 프로판, n-부탄, 에탄, 톨루엔, i-부탄 순이였으며, 오존생성잠재력(POCP)을 고려하여 분포를 확인한 결과 톨루엔,m,p-자일렌, 프로판, n-부탄, 에틸렌 순으로 바뀌었고 방향족화합물이 대기중 농도는 낮지만 오존생성에 기여율은 높은 것으로 나타났다. 2. 오존전구물질(VOCs)의 일변화를 확인한 결과 오존농도가 높은 시간대인 오후 2시～3시 사이의 VOCs 농도가 타 시간대 보다 낮은 것으로 나타났으며, 프로판, n-부탄 등 낮은 탄소수 화합물들이 시간대별 농도차가 크고 m,p-자일렌의 경우에는 일변화가 크지 않는 것으로나타났다. 3. 2006년 오존주의보가 가장 많이 발령됐던 8월의 풍향을 분석한 결과 새벽시간대에는 도심에 위치한 당감동 지역은 서풍, 서남풍, 서북풍,대연동은 동북풍이 주풍이였으며 풍속은 당감동이 2～3㎧, 해안이 가까운 대연동이 2～5㎧ 으로 나타났다. 오전시간대(09～11)는 당감동이 서남풍, 남동풍, 대연동은 동남풍이 주풍으로 3㎧ 이하의 비교적 약한 바람이 많았던 것으로 나타났다. 그리고 오존이 높아지는 정오부터 오후의 바람은 당감동이 남동풍과, 대연동이 동남풍이 주풍으로 해양에서 내륙으로의 해풍이 3～5㎧ 정도의 세기로 자주 불었던 것으로 나타났다. 4. 6월에서 9월 사이 고농도오존이 발생했던 사례일중 비가 많이 내렸던 7월을 제외하고 월별 각 1회 씩 임의 선별하여 분석한 결과 대연동 주변지역의 오존은 오전 7～8시가 가장 낮은 것으로 나타났으며 기온차가 큰 6월의 경우 13～14시를 기점으로 자정까지 낮아지다가 오전1～3사이 조금 높아지는 경향도 나타나고 있었다. 또한 주말보다는 차량통행량이 많은 월요일이 오존농도수준이 높은 편으로 나타났으며 습도와 반비례하고 온도, 일사량과는 비례관계인 패턴을 나타냈다. 5. 오존농도 분포에 따른 특성을 분류한 결과 90ppb 이상일 때 VOCs(PAMHC) 50ppbC, NOX 0.0223ppm , 풍속은 3.0㎧, 온도 31.6℃, 상대습도가 60%인 것으로 나타났다. 오존농도가 90ppb 미만일 때의 조건과 비교하면 VOCs, 질소화합물 등의 농도는 낮고 온도와 상대습도, 일사량 등 기상인자는 높은 것으로 나타났다. 이것은 온도와 일사량 등이 높을 때 광화학반응이 활발히 일어나며 전구물질 소비량은 많아져 상대적으로 낮은 농도가 되기 때문인 것으로 판단된다. 또한 오존기준을 초과하기 5시～10시간 전의 전구물질 및 기상조건과 정오 이후의 오존농도와의 관계를 조사한 결과 오존이 90ppb 이상이 될 때 새벽시간대의 조건은 VOCs 137ppbC, NOX 가 0.0257ppm, 풍속은 0.6㎧, 온도 26.9℃, 상대습도 73.5%로 나타났다. 90ppb 미만일 될 때와 비교하면 온도, 습도 등이 높고 바람은 약할수록 그날의 오존은 높은 농도수준이 되는 것으로 나타났다. 6. 오존과 전구물질 그리고 기상인자와의 상관성을 파악한 결과 오전 1시에서 10시 사이의 지표오존과 전구물질(VOCs, NOX)과는 음의관계를, 기상인자와는 양의 관계로 나타났다. 정오부터 오후 17시까지의 평균 오존농도와 같은 날의 오전 1시에서 10시까지의 전구물질과의관계는 양의 관계, 기상인자 중 온도와는 양의 관계를 풍속과는 음의관계인 것으로 나타났다. 향후 특정지역의 오존 예·경보에 대한 정확성을 높이기 위해서는 오존의 연직이동, 장거리 수송에 대한 연구와 지표면 기상 및 국지적 특성에 대한 분석 등 여러 분야에 대하여 좀더 다양하고 심층적인 연구노력이 필요한 것으로 사료되며, 본 연구결과는 이에 대한 기초 자료로서 연구방향 등을 제시하는 데 활용할 수 있을 것이다.

This study accesses correlation among ground ozone, meteorological parameters and precursors, such as VOCs and NOx, contributing to generate ozone as well as reports sources of ground ozone and accumulates data for prediction. The experiment was carried out by photochemical assessment monitering stations in Daeyeon-dong and urban atmosphere automatic monitering system from May to September, 2006. According to concentration of VOCs, the result shows order of ozone precursors are propane, n-butane, ethane, toluene, and i-butane. However, if photochemical ozone creation potential(POCP) are applied, toluene, m,p-xylene, propane, n-butane, and ethylene are in order. Moreover daily variation indicates the lowest concentration of VOCs is observed from 2 to 3 o'clock in the afternoon. The variation of VOCs concentration shows that low carbonic compounds, such as propane, n-butane, have large difference of concentration by time slots and m,p-xylene differently hasn't great daily changes. Analysis of three cases about ozone events having high concentration indicates that precursors are inversely proportional to humidity. On the contrary, those are directly proportional to temperature and solar radiation. Especially, during 16 days including a few days exceeding the standard of natural environment from June to September, distributional property of ozone reflects that precursors and meterological factors were PAMHC 50ppbC, NOx 0.0223ppm, wind speed 3.0m/s, temperature 31.6℃(minimum 27.9℃) and the relative humidity 60%, when average concentration of ozone is over 90 ppb in the afternoon. When concentration of ozone is over 90 ppb in the afternoon, comparative results between conditions observed 5~10 hours earlier before exceeding the standard and concentration of ozone in the afternoon show PAMHC 137 ppbC, NOx 0.0257 ppm, wind speed 0.6 m/s, temperature 26.9℃(minimum 23.3℃) and relative humidity 73.5%. Correlation among ozone concentration and precursors by time slots and meteorological parameters indicates that concentration of ground ozone have a negative correlation with precursors, but a positive one with meterological parameters from 1 to 10 o'clock in the morning. Average concentration of ozone between 12 to 17 in the afternoon have a positive correlation with precursors and temperature from 1 to 10 in the morning that day. However, ozone have a negative correlation with wind speed. Henceforward, additional research about vertical and long range transportation of ozone, local features and synoptic meteorology of target areas, and examination photochemical mechanism should be carried out to improve scientific exactitude of forecasting and warning about hazardous ozone level in the future works.