서울 대기 미세입자의 계절별 수분함량 변화 특성

Abstract

Water content in fine particles(PM2.5) is an important factor for PM2.5 mass concentration and, thus, various aspects of air quality problems. To characterize seasonal and diurnal variation of PM2.5 water content, inorganic ionic concentrations in PM2.5 and related gaseous species concentration were measured and a gas/particle equilibrium model is applied to the measurement results to estimate water content in PM2.5. Measurements were carried for about 10 days in Nov. 2004, Jan. 2005, Mar. 2005, and Jul. 2005. In each day, two 12-h samples are obtained. A denuder-filterpack system is used to collect PM2.5 for inorganic ion analysis and to sample gaseous species(HNO_(3), HCl, and NH_(3)). SCAPE2(Simulating Composition of Atmospheric Particles at Equilibrium2) was used to estimate partitioning of species between gas and particle phase and water content. Sensitivity simulations were performed to investigate the response of water content on ionic concentration changes. It was found that water content and PM2.5 mass concentration in Seoul were most sensitive to the variations of total ammonia and sulfuric acid. Therefore, decreasing ammonia and sulfuric acid concentration is the most effective way to reduce fine particle mass concentrations in Seoul.;대기 중의 수분은 미세입자에 흡수되어 입자의 질량 농도와 크기를 변화시키기 때문에 시정 감소의 중요한 인자라 할 수 있다. 입자가 수분을 흡수하는 정도는 입자 내의 흡습성 물질 농도와 입자 조해점과 대기 습도 관계에 의해 결정된다. 그러나 미세입자 농도가 줄더라도 입자 조성과 환경 조건에 의한 입자의 수분 흡수로 시정은 기대한 만큼 개선되지 않을 수도 있어, 입자의 수분함량은 여전히 시정을 악화시킬 수 있는 변수로 작용한다. 그러므로 대기질 개선을 위한 미세입자 저감에 있어서 습도에 따른 입자 수분함량의 변화 특성을 함께 고려해야 한다. 본 연구에서는 서울시의 미세입자 질량 농도 및 이온 성분 농도, 수분함량의 계절별, 낮/밤별 농도 분포 특성을 파악하였다. 이를 위해 2004년 11월부터 2005년 7월까지 사계절에 걸쳐 서울에 위치한 한국과학기술원(KIST)에서 미세입자와 관련 기체상 성분을 측정하였고, 기체-입자 평형모델인 SCAPE2를 이용해 입자 수분함량을 예측하였다. 사계절 동안의 미세입자 및 관련 기체상 성분의 측정 결과, 여름철 미세입자 질량 농도와 황산염 농도가 기존의 서울에서 관측된 여름철 농도 수준에 비해 매우 높게 나타났으나, 다른 계절의 미세입자 질량 농도와 입자 내 이온 성분들은 다른 연구 결과와 비슷한 수준이었다. 입자 수분함량은 입자 내 이온 성분 농도와 상대습도가 가장 높았던 여름철이 가장 높았다. 같은 계절에서는 미세입자 화학 조성의 낮과 밤의 차이는 없었으나, 상대습도 차이로 인해 낮과 밤의 입자 수분함량은 크게 달랐다. 측정 결과를 바탕으로 미세입자 질량 농도를 저감하기 위해서는 입자 내 어떤 이온 성분을 줄이는 것이 가장 효과적인지를 살펴 보았다. 이를 위해 흡습성을 지닌 입자 내 주요 이온 성분들(SO_(4)^(2-), NO_(3)^(-), NH_(4)^(+))의 농도를 각각 변화시키면서 그에 따른 입자 내 수분함량과 입자 질량 농도 변화를 예측하였다. 그 결과, 수분함량과 미세입자 질량 농도는 총 암모니아와 총 황산 농도를 감소시켰을 때, 가장 크게 감소하는 것으로 나타났다. 그러므로 서울에서의 미세입자 농도를 줄이기 위해서는 황산화물과 암모니아의 배출을 줄이는 것이 효과적일 것으로 사료된다.