A study on the long-term trend of anthropogenic air pollutants in Northeast Asia

Abstract

The increase of energy consumption caused by development of economy could lead to the emission increase of anthropogenic air pollutants in Northeast Asia. The measurement data of Long-range Transboundary Air Pollutants in Northeast Asia (LTP) project were used to observe the long-term trends and characteristics of anthropogenic air pollutants in Northeast Asia. The measurement period was from 2000 to 2010. Dalian and Xiamen in China, Rishiri and Oki in Japan, and Gosan, Ganghwa, and Taean in Korea were chosen as monitoring sites. The trend of total sulfur (Total S = sulfur concentrations in SO2 + sulfur concentrations in non-sea-salt (nss)-SO42-) concentrations were compared to the emission trends of SO2 among China and Korea (SOx (sulfur and oxygen containing compounds) in Korea). The trend from 2000 to 2009 at Gosan was well correlated with trend of the annual emission amounts of SO2 shown in State Environmental Protection Administration (SEPA), China. The ratio of nss-SO42- (S)/ total sulfur was discussed to understand the degree of conversion from SO2 to sulfate at each site. The mean showed highest value in Rishiri, followed by Oki, Gosan, Xiamen, and Dalian, suggesting the major source of sulfur in the region is China. The Mann-Kendall test was used to interpret the trend of intensive measurement data. The trends similarity of mass concentrations of three major anthropogenic ionic species (nss-SO42-, NO3-, and NH4+) of PM2.5 (air pollutants with a diameter of 2.5 μm or less)was higher than that of PM10 (air pollutants with a diameter of 10 μm or less) between China and Korea. The nss-SO42- and NH4+ of fine particle at Gosan were mainly affected by long-range transport. It concluded that total S of PM at Oki and Gosan in both seasons was mainly affected by long-range transport, especially total S of PM2.5 at Gosan in spring. The period divided in the year 2006 was also discussed to because of the wide application of flue-gas desulfurization (FGD) devices in power plants from 2006 in China. Although China is the major source of sulfur concentration, other source might also affect the sulfur concentrations in Japan and Korea. At Gosan, the high correlation coefficient value between OC (organic carbon) and EC (elemental carbon) concluded that majority of the OC was emitted and/or transported along with EC. Compared with Ganghwa and Taean of SO2 concentrations, total S of PM10, and total S of PM2.5, similar trends were observed at Gosan in 2000–2004. Majority of the air parcel was from north China for both of the highest 10% (89%) and the lowest 10% (44%) nss-SO42- concentrations, of course, the lowest 10% nss-SO42- concentrations from without China (39%) was also significant. ;동북아시아 지역은 빠른 경제성장에 따른 에너지 소비량 증가 때문에 심각한 인위적 대기오염물질 배출이 초래되고 있다. 본 연구는 동북아시아 지역에서의 인위적 대기오염물질의 장기간 특성분석을 LTP 사업 데이터를 이용하여 진행하였다. 상시 관측과 집중 관측으로 이루어졌고 관측기간은 2000년에서 2010년이고 관측지점은 중국의 Dalian과 Xiamen, 일본의 Rishiri와 Oki, 그리고 한국의 Gosan, Ganghwa 및 Taean이였다. 배출량과 비교하기 위한 총 황 농도 (Total S = Sulfur concentrations in SO2 + sulfur concentrations in nss-SO42-) 추이를 분석하였다. 2000년에서 2009년에 Gosan에서 관찰 된 농도추이는 SEPA에서의 SO2 배출량 추이와 좋은 상관성을 보였다. SO2가 nss-SO42-로 전환하는 정도를 nss-SO42- (S)/ total sulfur 로 나타냈다. 집중 관측기간 평균농도는 Rishiri, Oki, Gosan, Xiamen, Dalian 즉 일본, 한국, 중국 순으로 낮아지는데 이는 장거리이동 영향으로 보여진다. 집중 관측기간 데이터에 대해 Mann-Kendall 통계분석방법을 사용하였다. 중국과 한국의 세가지 주요 인위적 이온성분 (nss-SO42-, NO3-, 그리고 NH4+) 질량추이는 PM2.5에서 PM10에서보다 더 높은 유사성을 보였다. 그 중 Gosan의 nss-SO42-, NH4+과 같은 PM2.5 주요 이온성분은 장거리이동 영향을 많이 받는 것을 보였다. 집중 관측기간을 봄, 가을철로 나누어 관찰 된 SO2 농도, total S (PM10), 그리고 total S (PM2.5) 의 추이를 전체 기간에서 관찰 된 추이와 비교하여 분석하였다. 비교분석 결과에 따르면 Oki와 Gosan의 total S는 장거리이동 영향을 많이 받는 것으로 보인다. 집중 관측기간을 2006년 전후로 나누어 관찰 된 SO2 농도, total S (PM10), 그리고 total S (PM2.5) 의 추이를 전체 기간에서 관찰 된 추이와 비교하여 분석하였다. 2006년을 기점으로 나눈 원인은 중국정부의 동력장치 FGD 부착정책 때문에 중국에서의 황 배출량이 대폭 감축되었기 때문이다. 비교분석 결과에 따르면 중국이 비록 동북아시아 지역에서 황의 주요원천이지만 일본과 한국 자체의 지역원천도 추이분석결과에 영향 주는 중요한 요인임이 증명되었다. 집중 관측기간 Gosan의 PM2.5 중 OC와 EC의 상관성을 분석하였다. 결과적으로 서로 높은 상관성을 보였기 때문에 관찰 된 대다수의 OC는 EC의 배출과 이동에 따른다는 것으로 보인다. 관측기간 동안 Ganghwa와 Taean의 SO2 농도, total S (PM10), 그리고 total S (PM2.5) 추이를 Gosan의 추이와 비교해 보았을 때 비슷한 경향을 보였다. HYSPLIT 결과에서 상위 10%/하위 10%의 nss-SO42- 농도는 주로 화북지역에서 기인되었고, 하위 10%의 nss-SO42- 농도 중 without China 지역에서 39% 기인되는 것이 관찰되었다.