고산에서 측정한 입자상 질산염 농도특성

Abstract

1998년 3월부터 2002년 2월까지 제주도 고산에서 측정한 TSP및 PM_(2.5)의 무기이온의 상관관계 및 요인분석 결과, TSP에서의 질산염이 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+)와는 높은 상관계를 보이고 NH_(4)^(+)와는 낮은 상관관계를 보인 반면, PM_(2.5)에서의 질산염은 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+)와는 낮은 상관계를 보이고 NH_(4)^(+)와는 높은 상관관계를 나타내었다. 따라서, TSP의 질산염은 토양입자와 NO_(y)의 반응으로 생성되었을 것이며, PM_(2.5)의 질산염은 NH_(4)^(+)와 NO_(y)의 반응으로 생성되었을 것이라는 가정 하에, TSP와 PM_(2.5) 자료의 비교 분석을 통하여 질산염의 농도 특성 및 장거리 이동 특성을 자세하게 알아보고자 하였다. 먼저 연간 상위10%, 중위 10%, 하위 10%에 속하는 질산염 자료의 비교를 통하여 질산염의 일반적인 농도 특성을 알아보았다. 월별 고, 중, 저농도 질산염 발생 빈도를 살펴보면, TSP와 PM_(2.5) 모두 고농도 질산염의 경우 봄철에 가장 높은 빈도로 나타났고, 저농도 질산염은 여름철에 가장 높은 빈도로 나타났으며, 중간농도 질산염의 경우 연중 비슷한 빈도로 나타났다. 공기괴의 역궤적 분석 결과, 질산염의 농도가 높을 때에는 공기괴가 주로 몽골과 중국 북부 지역을 거쳐 이동해오고, 질산염의 농도가 낮을 때에는 공기괴가 주로 태평양을 지나 이동해 오는 것을 알 수 있다. 질산염의 농도가 중간일 때의 공기괴의 역궤적은 뚜렷한 경향을 나타내지 않았다. 질산염의 농도와 상대습도 간의 상관관계를 구해보았으나, TSP와 PM_(2.5)의 질산염 모두, 질산염의 농도 변화에 있어서 상대습도와 특별한 관계가 없는 것으로 나타났다. 다음으로 고농도 질산염에 한해서 자세한 분석을 해보았다. 먼저 4년을 다시 각각 1년씩 나누어 질산염 농도의 연평균과 표준편차를 구한 후, 질산염의 농도가 평균에서 표준편차 이상으로 초과하는 날을 질산염의 농도가 높은 날로 선정하여 분석하였다. 고농도 질산염과 TSP와 PM_(2.5)의 이온성분과의 관계를 분석해본 결과, TSP의 질산염은 주로 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+) 등의 토양성분과 함께 농도가 증가하였으며, PM_(2.5)의 질산염은 주로 NH_(4)^(+) 등의 인위적 오염물질과 함께 농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 따라서, TSP의 질산염은 주로 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+) 등의 토양입자와 NO_(X)와의 표면반응에 의하여 생성된 질산염으로 생각되며, PM_(2.5)의 질산염은 인위적 오염원에서 배출된 NH_(4)^(+), nss-SO_(4)^(2-) 등과 같은 인위적 오염물질과 NOX와의 반응으로 생성된 질산염으로 생각된다. 질산염의 농도값과 상대습도와의 상관관계를 구해본 결과, TSP와 PM_(2.5) 모두, 질산염이 NH_(4)와 함께 증가한 경우 보다 질산염과 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+)가 함께 증가한 경우 상대습도와의 상관성이 상대적으로 높게 나타났지만, 통계적으로 유의한 결과는 아니었다. 역궤적 분석 결과 질산염과 nss-Ca^(2+), nss-Mg^(2+)가 함께 증가한 경우는 대부분 공기괴가 몽골을 거쳐 이동해왔고, 질산염과 NH_(4)^(+)가 함께 증가한 경우는 대부분 공기괴가 중국 북부 또는 중국 남부 지역을 거쳐 이동해 오는 것을 알 수 있었다. 계절별 특징을 살펴보면 특히 봄철(3월~5월)에 고농도 질산염이 집중적으로 나타났고(약 58.8%), 이때의 82.5%에 해당하는 공기괴의 역궤적이 모두 몽골 및 중국 지역을 거쳐 이동해왔다. 따라서 고산지역에서는 주로 봄철에 고농도의 질산염이 관측되며, 이때의 고농도의 질산염은 중국의 영향을 크게 받는 것으로 생각된다.

;Based on the correlation coefficient analysis and factor analysis results, it was found that nitrate in TSP is highly correlated with crustal species such as nss-Ca^(2+) or nss-Mg^(2+), while nitrate in PM2.5 is highly correlated with anthropogenic species such as nss-SO_(4)^(2-) or NH_(4)^(+). To further understand the behavior of nitrate in northeast Asia, nitrate levels in TSP and PM_(2.5) measured at Gosan, Jeju Island, Korea, between March 1998 and February 2002, were analyzed. After the QA/QC steps, 481 daily TSP data and 235 daily PM_(2.5) data are obtained and analyzed. Also, four-day backward trajectory analysis was carried out. First, the highest 10%, median 10%, and the lowest 10% of the nitrate data were selected and analyzed. The highest 10% of the nitrate concentration cases occur mostly in spring, and the lowest nitrate concentration cases occur mostly in summer. The median nitrate concentration cases occur throughout the year. Also, the highest nitrate concentration cases occur when the air parcels moved from Mongolia or China, and the lowest nitrate concentration cases occur when the air parcels moved through the Pacific Ocean. The cases of median nitrate concentration cases showed no specific trend. Correlation coefficient analysis result between nitrate and the average relative humidity of the air parcels doesn't show any trend for both the highest and lowest nitrate cases. Second, the characteristics of high nitrate concentration cases, higher than the sum of the mean and standard deviation were analyzed. High nitrate concentration cases in TSP were correlated well with crustal species such as nss-Ca^(2+) or nss-Mg^(2+), while high nitrate concentration cases in PM_(2.5) were correlated well with anthropogenic species such as NH_(4)^(+). For the cases of high correlation between nitrate and anthropogenic species, backward trajectory analysis result shows that air parcels moved from China, and for the cases of high correlation between nitrate and crustal species, air parcels moved from Mongolia. High nitrate concentration cases occurred most often in spring (58.8%) and when the air parcels moved from Mongolia or China (82.5%).