A study on long-term characteristics of ion composition and transport pattern of aerosol at gosan, Korea

Abstract

Total Suspended Particle (TSP) composition and backward trajectory at Gosan, Korea between March 1992 and February 2002 are studied to understand the site characteristics and the relationship between the aerosol composition and meteorological conditions in northeastern Asia. The average non-sea-salt (nss)-sulfate concentration (6.74 mg m-3) is higher than those observed at the other background areas in the world. Considering that more than 90 % of sulfate is nss-sulfate and the ambient concentration of SO₂ (about 1 ppb), it can be concluded that the observed high levels of sulfate are mainly due to the transport from outside of the site. Based on factor analysis, Gosan is mainly affected by sea-salt, anthropogenic species, and the reaction between soil component and ambient NOy, in order of importance. It is found that the equivalent concentration ratio of nss-sulfate to nitrate (S/N ratio) decreases due to the increase of the nitrate concentration. Based on various other measurement and emission estimate studies, it is suggested that this decreasing trend for S/N ratio is mainly caused by the emission trend change in China. About half of the air parcel trajectories are from northern China and a quarter from southern China. Based on cluster analysis, it is found that when air parcels moved from China, the concentrations of nss-sulfate, ammonium, and nitrate are the highest. ; 대기중으로 배출되는 가스상 대기오염물질은 변환·이동 과정을 거치면서 대기중에서 여러 가지 화학 반응을 하게 되고 입자상으로 전환되고 지표면으로 침적되기도 한다. 이러한 여러 과정들은 인체, 환경 뿐만 아니라, 기후에도 큰 영향을 미친다. 우리 나라를 포함하고 있는 동북아시아는 인위적인 대기오염물질과 자연적인 토양성분의 배출량이 많은 지역이다. 편서풍 지대임을 고려할 때, 우리 나라는 이 지역에서 가장 많은 양의 오염물질을 배출하고 있는 중국의 영향을 직접·간접적으로 받게 될 가능성이 높다. 한반도 남서쪽에 있는 제주도는 서쪽으로는 중국 장수성, 동쪽으로는 일본 규수지방, 남쪽으로는 태평양과 맞닿아 있고, 지역 자체적인 배출이 작아 대기오염물질의 장거리 이동을 관측·연구할 수 있는 적합한 지역이다. 고산은 제주 서쪽에 위치하고 있는 측정소로 지금까지 많은 연구가 진행되고 있는 곳이다. 이 논문에서는 1992년 3월부터 2002년 2월까지 제주 고산에서 측정한 총부유분진 분석자료를 이용하여 장기간 에어로솔 조성의 특성을 여러 가지 통계적 방법과 더불어 파악하고, 제주 고산에 도달하는 공기괴의 궤적이동경로를 분석하여 장기간 공기이동경향을 이온조성과 함께 연구하였다. 연평균 이온농도변화를 살펴본 결과, 황산염 농도가 가장 높고, 암모늄, 나트륨 순으로 농도가 높다. 비해염 황산염의 농도는 6.74 mg m-3로 다른 나라의 배경농도지역보다 높다. 비해염 황산염은 총 황산염 중 91.3 % (당량농도기준)였는데, 고산의 대기중 SO2 농도 (~1 ppb)를 고려해보면, 이것은 다른 지역으로부터 이동되어 왔음을 알 수 있다. 또한, 요인분석을 수행하여 고산의 대기질은 해염입자, 인위적인 배출원, 토양성분과 대기중 NOy의 반응 순으로 영향을 받고 있음을 확인하였다. 질산염에 대한 비해염 황산염의 비 (당량농도기준, S/N 비)는 10년간 감소하는 경향을 나타내었는데, 이를 여러 측정과 모사 결과와 비교한 결과, 중국의 배출에 의해 영향을 받고 있음을 보여주는 결과이다. 더불어 맨켄달 검정으로 S/N 비는 질산염의 증가에 의한 것이고 통계적으로 유의하게 감소함을 확인하였다. 공기의 이동경로를 분석한 결과, 절반이상이 중국 북부로부터 이동하였고, 1/4 정도는 중국 남부로부터 온 것으로, 고산에 도달하는 공기의 대부분은 중국으로부터 이동한 것임을 확인하였다. 공기이동경로와 이온농도 간의 관계를 파악하고자, 군집분석한 결과, 중국에서 공기가 유입될 때, 비해염 황산염과 암모늄, 질산염이 높은 농도를 나타내었다.