CLEAN TECHNOLOGY, Vol. 19, No. 2, June 2013, pp. 95~104 청정환경기술 온산공업단지주변의박무와해풍발생이대기오염물질의이동및농도분포에미치는영향 이형돈, 이규홍, 김인득, 강지순, 오광중 * 부산대학교사회환경시스템공학과 609-735 부산광역시금정구장전동산 30 울산광역시청환경관리과 680-701 울산광역시남구신정동중앙로 201 부산광역시연제구청환경위생과 611-703 부산광역시연제구연제로 2 한국환경공단영남지역본부검사분석팀 616-101 부산광역시북구만덕대로 155 번길 81 (2012 년 10 월 30 일접수 ; 2013 년 2 월 18 일수정본접수 ; 2013 년 2 월 20 일채택 ) The Influences of Concentration Distribution and Movement of Air Pollutants by Sea Breeze and Mist around Onsan Industrial Complex Hyung-Don Lee, Gou-Hong Lee, In-Deuk Kim, Ji-Soon Kang, and Kwang-Joong Oh* Department of Civil and Environmental Engineering, Pusan National University San 30 Jangjeon-dong, Geumjeong-gu, Busan 609-735, Korea Environmental Management Division, Ulsan Metropolitan City 201 Jungangno Sinjeong-dong, Nam-gu, Ulsan 680-701, Korea Environment & Sanitation Division, Busan Metropolitan City Yeonje-gu 2 Yeonjero, Yeonje-gu, Busan 611-703, Korea Test & Analysis Team, Korea Environment Corporation HQ of Yeongnam Region 81 Mandeok-daero 155beon-gil, Buk-gu, Busan 616-101, Korea (Received for review October 30, 2012; Revision received February 18, 2013; Accepted February 20, 2013) 요 약 온산공업단지는인근에울산석유화학단지가위치해있고동쪽에는바다가위치하고있는공업지역이다. 이러한이유로온산공업단지에서배출되는대기오염물질은특히, 해풍과같은기상인자에영향을받기쉽다. 본연구에서는기상자료를분석하여해풍과박무발생빈도를평가하였으며, 온산공업단지인근의기상현상에의해영향을받는대기오염물질의농도를평가하기위해상층바람조건과온위를분석하였다. 분석결과, 박무와해풍이발생될때, 미세먼지 (PM 10) 는각각 57.2%, 71.8%, 이산화황 (SO 2) 은 46.6%, 57.7% 로고농도현상이나타났다. 이런결과를통해박무와해풍과같은기상현상이대기오염물질의고농도에영향을주는것을확인하였다. 온위와상층바람조건을활용한상층기상을분석한결과, 해풍에의한울산석유화학단지에서배출된대기오염물질의이류가온산공업단지인근의고농도현상에영향을주는것을확인하였다. 특히, 안정한대기조건에서해풍이발생했을때, 온산공업단지의평균농도에비해 1.5 배이상고농도현상이나타났다. 주제어 : 미세먼지, 이산화황, 해풍, 박무, 온위 Abstract : Onsan Industrial Complex located in a nearby the Ulsan Petrochemical Complex and in the east of the coast. For this reason, air pollution substances emitted by Onsan Industrial Complex especially tend to have an effect on meteorological factors such as sea breeze. In this study, we assessed the frequency of sea breeze and mist using the meteorological data, and analyzed potential temperature and upper wind condition for assessment of atmospheric pollution concentration influenced by meteorological * To whom correspondence should be addressed. E-mail: kjoh@pusan.ac.kr doi:10.7464/ksct.2013.19.2.095 95
96 청정기술, 제 19 권제 2 호, 2013 년 6 월 phenomena in a nearby the Onsan industrial complex. From an analysis results, when mist and sea breeze happened, each higher concentration phenomenon of PM 10 and SO 2 appeared each 57.2%, 71.8% and 46.6%, 57.7% respectively. Hence, we confirmed that meteorological phenomena such as mist and sea breeze had an effect on high concentration of air pollution substances in the research area. Analytical result of meteorological data in upper layer using potential temperature and wind condition, we confirmed that advection of air pollution substances emitted in Ulsan Petrochemical Complex by sea breeze have an effect on high concentration in Onsan Industrial Complex and nearby the residential area. In particular, concentration in Onsan Industrial Complex were higher than the average concentration by a factor of more than over 1.5 times when sea breeze by stable condition in atmospheric layer appeared. Keywords : Particulate matter (PM 10), Sulphur dioxide (SO 2), Sea breeze, Mist, Potential temperature 1. 서론 울산시울주군에위치한온산공업단지는대규모공업단지로써북쪽에석유화학단지에서배출되는대기오염물질이국지기상의변화에따라수송되어대기오염농도를가중시킬수있고인근주거지역인덕신리지역은지속적인공단의확장에따라환경오염에노출되고있는실정이다. 특히, 연안에위치한공단지역에서배출된오염물질은야간의육풍에의해서해상으로수송된후, 주간의해풍에의해육상으로이류하는경향이있다 [1]. 이런경우종관풍이약하면오염된대기가해안선부근에정체하게되면서연안역에서의대기오염농도가침적됨에따라내륙보다높은상태를유지하는경향을보이게된다. 이런형태의대기오염농도분포는배출원에의한직접적인영향을제외하면기상학적인요인에의해많은영향을받는다 [2,3]. 따라서기상학적요인중기온, 바람, 하층대기의안정도등이대기오염현상을이해하는데필수요소이며, 대기오염현상의정확한파악을위해서는바람, 기온, 혼합고, 안정도등의종합적인분석과지역특성이강한해풍의발생도중요하다 [4-8]. 기상현상중, 일반적으로 2차오염물질에의해발생하는박무현상은공단지역인근과도시의시정을악화시키고기온과습도등의기상인자에의해입자상물질로의입자전환 (gasto-particle conversion) 및입자응집 (particle coagulation) 매커니즘에영향을주어입자상물질의농도증가에도기여하기때문에 [9], 대기오염물질의농도분포와연관된매우중요한기상현상이라고할수있다. 따라서본연구에서는온산공단에서배출되는 PM 10 과 SO 2 의농도를분석하고, 2005~2007년까지 3년간인근에서불어오는해풍과박무일수를산정하여대기오염물질농도와의연관성을분석하였다. 또한기상조건에따른온산공단북쪽의석유화학공단에서배출된대기오염물질의이류로인해온산공단지역의대기오염물질농도가시간별로변화되는추이를평가하였다. 마지막으로상층기상의온위분포와바람장분석을통해해풍발생에따른대기오염농도변화를종합적으로분석하여온산공단인근지역의대기오염물질의농도분포와기상현상이온산공단과주거지역에미치는영향을고찰하였다. 2. 연구자료및방법 2.1. 위치및지형국토지리정보원에서제공하는연구대상지역의위성사진을 Figure 1에나타내었다. 울산남쪽 40 km지점의울주군온산 Figure 1. Geographical location of the research area in Ulsan city (A : Onsan Industrial Complex, B : Duksin, C : Ulsan Petrochemical Complex). 읍에위치하고있는온산공업단지 (A) 는동쪽으로주거지역인덕신리지역 (B), 북쪽으로는남구부곡동의울산석유화학단지 (C) 가위치해있다. 울산석유화학단지에는국내굴지의석유회사들이상주해있고인근의각지점은현재울산시보건환경연구원에서대기오염물질의농도를시간대별로측정하고있다. 이렇게시간별로측정된지점별농도자료를사용하여온산공단지역인근의대기오염물질농도변화분석에활용하였다. 2.2. 울산과온산공단의대기오염도 Figure 2는울산과온산지역의 10년 (2001~2010) 간 PM 10 과 SO 2 의연평균농도를나타낸것이다 [10]. 울산지역의 PM 10 연평균농도는국내대기환경기준에비교적만족하였으나온산공단의 PM 10 연평균농도는울산지역보다높게나타났다. 온산공단의농도는 2001년 81 µg/m 3 으로높은농도를나타낸이후 2010년까지지속적으로감소추세를보이고있으나대기환경기준 50 µg/m 3 을초과하였으며, 울산지역에비해높은농도분포를나타내었다. SO 2 의경우온산공단지역이울산지역의연평균농도를크게상회하였다. 전반적으로울산지역내 SO 2 농도는꾸준히감소하는추세를보이고있으나온산공단은감소의폭이적고또한기준치 0.02 ppm에근접하고있어온산공단지역의 SO 2 농도가주변대기환경에미치는영향이클것으로예측된다.
온산공업단지주변의박무와해풍발생이대기오염물질의이동및농도분포에미치는영향 97 하여관측한상층기상관측데이터를활용하였다. 관측자료에나타난기압 (hectopascal, HPa), 기온 ( ), 풍향 (deg), 풍속 (m/s), 상대습도 (%), 지오퍼텐셜고도 (geopotential height) 등의자료를토대로온위를계산하여대기혼합고를분석하였다. 온위 (θ ) 는식 (1) 과같이구할수있으며, 공기를단열적으로압력이 1,000 mb가될때까지압축하였을때의온도를말한다. 특히, 대기오염물질의확산과관련하여온위를이용할수있으며, 온위를이용한혼합층의높이를산출해대기오염물질의확산과정체등을예측할수있다. 식 (1) 에서 T는기온, P는고도에따른기압이며, R은기체상수, C P 는공기의정압비열이다. Figure 2. The concentration of SO 2 and PM 10 of year with respect to the each area. (1) 2.3. 박무와해풍발생일및고농도기준박무는시정거리가 1 km 이하에서안개와비슷한기상현상으로무수히많은미세한물방울이나습한흡습성알갱이가대기중에떠있어먼곳의물체가흐리게보이는현상으로시정거리 1~5 km인상태이다 [11,15]. 특히, 이러한박무는앞서언급한바와같이입자상물질의농도증가에도기여하기때문에정확한분석이필요하며본연구에서는기상청의매시간기상관측데이터를활용하여박무발생일을분석하였다. 선정기준으로강수일 (3 mm 이상 ) 을제외, 황사일과박무현상이지속되다소멸되고연무로바뀌는날을제외한순수박무일만을선정하였다. 세계기상기구 (World Meteorological Organization, WMO) 에서는해풍발생일의선정기준으로일조율 70% 이상, 바람의일변화가가변풍속 1.5 m/s 이상을유지하고육지와해수가위치한방향으로풍향의변화가있는날을권고하고있다. 이에본연구에서는 WMO기준을참고하고본연구지역특성을고려하기위해공단지점자동기상관측장비 (automatic weather system, AWS) 에서산출된바람장자료를이용하여해풍발생일을선정하였으며, 발생조건을다음과같이설정하였다. 먼저강수와강설이내린날을제외하고, 일조율 70% 이상, 전운량 8/10 이하인맑은날을선택하였다. 시간은 1300~1700 KST, 평균풍속은 2.5 m/s, 풍향은동풍계열의바람을해풍발생일로판단하여분석하였다 [12-14]. 대기오염물질의고농도기준은 Figure 2에나타낸바와같이울산과온산의 PM 10 은연평균약 50 ± 10 µg/m 3, SO 2 는 0.009 ± 0.006 ppm 수준이나봄철황사로인해 PM 10 의농도가 500 µg/m 3 이상되는날을제외하면연평균농도가감소할것으로예상된다. 따라서본연구에서는연간대기기준치를각각 10 µg/m 3, 0.01 ppm을초과한농도인 60 µg/m 3, 0.03 ppm 이상의농도를보인날을고농도일로분류하여분석하였다. 2.4. 상층기상분석방법본연구에서사용한자료는부산대학교대기과학과에서울산울주군인근에서연직라디오존데 (radiosonde) 기구를사용 3. 결과및고찰 3.1. 박무발생일과고농도분포 3.1.1. 박무발생일과바람장분포박무발생일산정기준에따라총박무발생일을산정한결과를 Table 1에나타내었으며, 총 284회로나타났다. 계절별로는봄 65회, 여름 132회, 가을 49회, 겨울 38회로여름철에가장많이발생하였다. 이는상대습도가높은여름철에황산등의흡습성대기오염물질이대기중에떠돌면서박무발생을가중시킨것으로사료된다. 월별발생률은 7월이전체의 18% 인 54 회로가장많이발생하였고, 6월 47회, 8월 31회, 5월 29회순으로나타났다. 박무발생일의풍향과풍속을분석한결과, 박무발생시평균풍속은 2.0 m/s, 박무현상이없을때 2.3 m/s로나타났다. 이는박무가약한풍속에서대기중의황산화물의이류및확산현상의감소에따라입자의이동및수송의정도가줄어대기중의분진을흡수하거나산란시키는현상이더가중될수있기때문으로판단된다. 풍향의경우북서계절풍이탁월한겨울철을제외한봄, 여름, 가을철에서의풍향이 NE, NNE, ENE, ESE 등으로나타나해풍의풍계와일치하였다. 즉, 온산공단에서배출된대기오염물질이습한공기를포함한해풍을타고내륙으로수송되어대기질과산란및흡수작용에의해박무가발생된것으로판단된다. 3.1.2. 박무발생시고농도사례 Table 1에박무발생시고농도발생일의빈도를나타낸결과, PM 10 은 3년간 57% 로나타났으며, 월별로살펴보면 4월 83%, 6월 70%, 7월 67% 순으로높은발생빈도를보였다. 4월을제외하고상대습도가높고강수량이많은여름철에높은빈도를나타내었으며, 가장낮은연관성을보인계절은겨울철로 50% 내외의빈도를보였다. 이는겨울철의상대습도가가장낮아건조하고종관풍인북서풍의영향에의해배출된대기오염물질이확산되기때문이다. SO 2 는 PM 10 에비해고농도발생빈도가낮은것으로확인되었으며, 3년간의전체평균발생빈도는 47% 로나타났으며, 월별분석결과, 7월 59%, 5월과 6월 55%, 8월 52% 순으로나타났다. PM 10 과마찬가지로
98 청정기술, 제 19 권제 2 호, 2013 년 6 월 3 Table 1. Occurrence frequency of PM 10 and SO 2 episode day during the mist day Classification Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Total 2005_Mist day 1 1 9 7 7 17 20 7 9 2 5 0 85 2006_Mist day 3 2 7 2 11 20 14 15 4 11 3 7 99 2007_Mist day 10 9 8 3 11 10 20 9 3 5 7 5 100 2005_PM 10 1 1 6 6 5 15 15 4 3 0 3 0 59 2006_PM 10 60 µg/m 0 1 5 2 5 11 8 8 2 4 2 3 51 2007_PM 10 5 5 6 2 6 7 13 4 2 2 4 3 59 2005_SO 2 0 0 3 2 3 7 12 3 2 0 2-34 2006_SO 2 0.03 ppm 1 1 4 1 7 14 8 9 2 6 2 3 58 2007_SO 2 4 4 5 1 6 5 12 4 2 2 4 2 51 Frequency Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Avg. 2005_PM 10 100 100 67 86 71 88 75 57 33 0 60-67 2006_PM 10 0 50 71 100 45 55 57 53 50 36 67 43 52 2007_PM 10 50 56 75 67 55 60 55 44 67 40 43 60 56 Total_PM 10 43 58 71 83 55 70 67 52 44 33 60 50 57 % 2005_SO 2 0 0 33 29 43 41 60 43 22 0 40-39 2006_SO 2 33 50 57 50 64 70 57 60 50 55 67 43 55 2007_SO 2 40 44 63 33 55 50 60 44 67 40 57 40 49 Total_SO 2 36 42 50 33 55 55 59 52 38 44 53 42 47 3 Table 2. Occurrence frequency of PM 10 and SO 2 episode day during the sea breeze day Classification Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Total 2005_Sea breeze day 5 3 6 8 13 7 5 10 4 5 7 2 75 2006_Sea breeze day 2 7 12 11 10 7 3 4 9 3 6 4 78 2007_Sea breeze day 5 6 9 13 8 7 9 5 9 7 5 4 87 2005_PM 10 2 2 4 6 9 4 3 6 2 5 5 2 50 2006_PM 10 60 µg/m 2 4 8 7 7 6 3 4 7 2 3 3 56 2007_PM 10 4 5 4 6 4 5 7 5 8 7 4 3 62 2005_SO 2 2 2 2 4 5 4 2 5 3 3 5 2 39 2006_SO 2 0.03 ppm 1 3 7 6 6 4 2 3 5 2 2 3 44 2007_SO 2 5 6 9 13 8 7 9 5 9 7 5 4 87 Frequency Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Avg. 2005_PM 10 40 67 67 75 69 57 60 60 50 100 71 100 68 2006_PM 10 100 57 67 64 70 86 100 100 78 67 50 75 76 2007_PM 10 80 83 44 46 50 71 78 100 89 100 80 75 75 Total_PM 10 67 69 59 59 65 71 76 79 77 93 67 80 72 % 2005_SO 2 40 67 33 50 38 57 40 50 75 60 71 100 57 2006_SO 2 50 43 58 55 60 57 67 75 56 67 33 75 58 2007_SO 2 60 67 56 46 50 43 67 80 56 71 60 75 61 Total_SO 2 50 56 52 50 48 52 59 63 59 67 56 80 58 상대습도가높아진여름철에비교적높은발생빈도를나타내었으며, 연도별로살펴보면 2006, 2007년에각각 55%, 49% 로 2005년의 39% 에비해농도가높게나타났다. 이는박무생성 에영향을미치는 PM 10 과 SO 2 의배출량이 2005년에비해증가했기때문인것으로판단된다. 결론적으로 PM 10 과 SO 2 가 57%, 47% 의확률로고농도현상이발생한것으로나타나박무현상
온산공업단지주변의박무와해풍발생이대기오염물질의이동및농도분포에미치는영향 99 이대기오염물질의고농도일수에영향을줄수있는기상인자임이나타났다. 3.2. 해풍발생일과고농도분포 3년간의해풍의빈도수를분석한결과, 2005년에 75회, 2006 년에 78회, 2007년에 87회발생한것으로나타났으며, 3년간총발생일수는 240회, 연평균 79회로분석되었다. 4월의빈도가 14% 로가장높았으며, 5월 13%, 3월 11%, 1월과 12월이각각 4% 로겨울철의해풍발생빈도가가장낮은것으로나타났다. 대기오염물질의고농도일수와해풍발생일과의연관성 분석을위해고농도발생일중황사가유입된날은최대농도가 PM 10 의경우 250~980 µg/m 3 까지치솟아분석에서제외하였으며, 해풍발생시간 1300~1700 KST와덕신리지역까지해풍이유입될유예시간 2시간을추가시켜최종적으로 1300~ 1900 KST까지고농도발생일을분석하여 Table 2에나타내었다. PM 10 은평균 72% 의빈도를보였으며, 10월 93%, 8월 79%, 9월 77% 의순으로나타났다. 전체적으로 6~10월사이비교적따뜻한여름철과가을철에높은발생확률이나타난특징을보였다. 해풍의발생사례가적은겨울철은비교적해풍과고농도 Figure 3. Vertical profiles of wind vector and wind speed at each observation time (2007.2.26).
100 청정기술, 제 19 권제 2 호, 2013 년 6 월 일의발생이일치하는경향을보였지만사례가적어신뢰도는상대적으로낮을것으로판단된다. 봄철에 60% 내외로가장낮은발생확률이나타났으며, 이는황사로인해고농도일로나타난일수와황사소멸후의며칠간을발생일수에서제외한결과다른계절에비해빈도가낮게나타났기때문이다. SO 2 는 3년간평균 58% 로 PM 10 에비해빈도가낮았으며, 해풍발생빈도가적은 12월을제외하면 10월 67%, 8월 63%, 9월, 7월 59% 순으로여름과가을철에높은것으로나타났다. 전체적으로 PM 10, SO 2 가각각 72%, 58% 로비교적높은연관성을보였으며해풍발생이대기오염물질의이류현상에영향을주 는것으로판단되며, 입자상물질인 PM 10 이가스상물질인 SO 2 에비해해풍유입에따른영향이상대적으로크다는특징이나타났다. 3.3. 상층기상조건에따른대기오염현상 3.3.1. 바람장및온도변화분석 Figure 3에 2월 26일의상층기상바람장분포를나타낸결과, 1100 KST에 5 m/s 내외의북동풍계열인약한상층지균풍이부는것으로나타났으며, 시간이지남에따라북서풍으로풍향이고도에따라역전된것으로나타났다. 이후 1300 Figure 4. Vertical profiles of wind vector and wind speed at each observation time (2007.2.27).
온산공업단지주변의박무와해풍발생이대기오염물질의이동및농도분포에미치는영향 101 Figure 5. Height of observation time with respect to the (a, b) upper air temperature and (c, d) potential temperature. KST부터북동풍이북서풍으로바뀌면서강하게불다가 1900 KST 경부터서풍과북서풍이가장우세한바람장으로바뀌며육풍이부는경향을보였다. 또한 27일바람장을 Figure 4에나타낸결과, 0700~1700 KST까지지표부근에서온산공단의동쪽과북동쪽방향의인근해안에서불어오는북풍과북동풍계열의바람 (0~45 ) 이가장우세한것으로나타났으며, 1900 KST에서북서풍이조금씩발달하며육풍이일부관측되었으나, 전체적으로북동풍계열의바람이가장우세할것으로판단되어 26일에비해바람장이비교적안정하게유지되는것으로관측되었다. 상층대기관측결과를이용하여고도에따른온도분포를 Figure 5(a), (b) 에나타내었다. 먼저 2월 26일 1100~1900 KST까지약 50~200 m의역전층이발달하였으며, 1700 KST에 50~200 m까지비교적강한역전층, 200~300 m까지중립에가까운역전층이생성되는것으로나타났다. 특히, 26일은오전과오후에발달한북동풍계열의한랭한해풍으로인해상대적인지상기온의분포가지속적으로낮아진것으로분석된다. 또한이러한해풍유입에의해 1700 KST 경, 태양복사에너지에의한열적인난류와기타기계적난류등으로 50 m까지는불안정층이생긴것으로판단된다. 2월 27일에는고도 1000 m까지역전층이거의발달하지않고온도분포가비교적일정한경향을보 였으며, 이는지표부근에서부는바람이 26일에비해비교적안정하여일정하게불어오는해풍의영향으로온도분포의변동이크지않았기때문으로판단된다. 식 (1) 을이용하여온위분포를계산하여 Figure 5(c), (d) 에나타내었다. 2월 26일 1100 KST 경약 100 m까지안정층이형성되었으며, 이후 1700 KST 경하층대기에서온위가점차감소하여불안정층을유지함에따라대류운동이활발할것으로판단되나대체적으로하층에서온위가고도에따라증가하여대기가안정한조건을유지할것으로사료된다. 또한 2 월 27일은온위가하층대기에서 (1 km 이하 ) 중립형태의안정한상태를지속적으로나타내고있으며, 상층 (1 km 이상 ) 에서도온위의분포가지속적으로고도에따라증가하고있어대기가매우안정한상태를유지함에따라대기오염물질의정체현상이가중될수있을것으로판단된다. 따라서이러한대기조건에서 26일고농도현상이발생될경우, 오염물질이이류와확산되지못하고축적되어다음날까지고농도의대기상태가유지될것으로판단된다. 3.2.2. 대상지역의고농도현상앞서분석한바람장분포와온도및온위분포결과를바탕으로 26일과 27일에온산공단과석유화학공단, 그리고인근
102 청정기술, 제 19 권제 2 호, 2013 년 6 월 (a) (b) Time (h) Time (h) Figure 6. The concentration of (a) PM 10 and (b) SO 2 of measured time with respect to the observing area (2007.2. 26). (a) (b) Time (h) Time (h) Figure 7. The concentration of (a) PM 10 and (b) SO 2 of measured time with respect to the observing area (2007. 2. 27). 주거지역인덕신리지역에서측정된대기오염물질의농도변화를분석하여 Figure 6, 7에나타내었다. 2월 26일의대기오염농도분석결과, 오전시간북동풍계열인해풍에의해석유화학공단에서배출된 PM 10 과 SO 2 가남서쪽에위치한온산공단에영향을주어 PM 10 은약 20 µg/m 3 에서 45 µg/m 3 까지 2배이상급격하게농도가상승되었으며, SO 2 의경우도 0900 KST 0.008 ppm에서 1100 KST까지 0.033 ppm으로대기환경기준 0.020 ppm을초과하며, 최대 4배이상농도가상승한것으로나타났다. 이후 1200 KST 경부터 1500 KST까지오염물질의농도가낮아진것은 1300 KST 경부터바람장이북서풍으로역전되면서온산공단지역의대기오염물질이이류됨에따라농도가낮아졌기때문으로판단된다. 1500 KST 이후북쪽에위치한석유화학공단에서측정된 PM 10 과 SO 2 의농도가지속적으로상승하면서북풍계열의바람에의해인근온산공단과덕신리지역의농도상승에영향을주면서농도가 1800 KST까지높은농도를유지하는것으로나타났다. 또한온산공단지역은야간시간공장가동이중지됨에따라점차농도가낮아지는경향을나타낸것과달리주거지역인덕신리지역은온산공단에비해농도분포가비교적일정하게증가하는경향을나타내었다. 온산공단의경우 26일야간시간북서풍으로인해인근에위치한해안으로일정농도의대기오염물질이확산되며농도가감소하는경향을보였다. 반면덕신리지역은야간지표면냉각에의해형성되는접지역전층및낮은혼합고로인해생기는대기안정도의변화로오염물질의확산및이류현상이감소하여지속적으로농도가상승한것으로판단된다. 이러한현상과더불어산곡풍에의해서주간풍상측에퍼져있던대기오염물질이풍하측인덕신리지역으로이류된것에기인하는결과로판단된다. 2월 27일의 PM 10 과 SO 2 의시간별농도분포변화를 Figure 7 에나타내었다. PM 10 의경우, 주간에서야간까지계속해서농도가증가하는추세를보였으며, 이러한농도변화추세가 1800~ 2000 KST까지지속적으로유지되는것으로나타났다. 이는
온산공업단지주변의박무와해풍발생이대기오염물질의이동및농도분포에미치는영향 103 0700~1700 KST 경동풍계열의해풍발달로인해전날정체되어있던 PM 10 과 27일 0600~1200 KST 경석유화학공단의고농도 ( 최대 160 µg/m 3 ) 현상이남쪽덕신리지역과온산공단지역에영향을미쳤기때문인것으로판단된다. 또한상층대기상태가안정한상태를유지하여대기오염물질의이류및확산이최소화되어대기오염도가지속적으로상승했기때문이다. 특히, 온산공단지역은 0900 KST에 65 µg/m 3 의농도수치를시작으로 1200 KST에 67 µg/m 3, 1500 KST에 71 µg/m 3, 1800 KST에 97 µg/m 3, 2000 KST 경에 119 µg/m 3 까지이지역평균농도의 1.52배에이르는고농도의분포가나타났다. 또한덕신리지역도낮시간대해풍의영향으로인해석유화학공단지역과온산공업단지로부터 PM 10 이확산되어기준치를초과하는고농도현상이나타났다. SO 2 의경우, 1000 KST부터야간까지지속적으로대기환경기준 (0.020 ppm) 을초과하는고농도현상이유지되는것으로나타났다. 특히, 26일 1500~2100 KST 경석유화학공단지역에서최대 0.080 ppm의초고농도현상이관측되었으며, 이러한 SO 2 가 26일야간시간육풍에의해해양으로이류되었다가 27 일해풍에의해재순환 (recirculation) 되어오염물질이유입된것으로판단된다. 이러한유입으로인해 1200~1800 KST까지온산공단지역은최대 0.079 ppm까지오염도가상승하였으며, 평균치의최대 4배이상을초과하는고농도현상이나타났다. 또한덕신리지역은 2월평균농도 0.007 ppm의약 23배의고농도현상이나타났으며, 온산공단지역에비해농도가상승되는시점이 2시간정도차이를보이고상승폭이완만하게유지되는특징을보였다. 이는석유화학공단에서배출된 SO 2 가해풍에의해이동되는시간차이때문인것으로판단된다. 따라서 2월 27일에나타난고농도현상은 26일야간시간에발생되는육풍에의해배출된오염물질이바다로유입된후, 27일에북동풍계열의해풍발생으로인해석유화학단지에서배출된오염물질과온산공단대기오염물질이혼합되어, 고농도현상이나타난것으로판단된다. 이렇게유입된대기오염물질은상층대기의역전현상과온위의연직분포에의해안정화된대기상태로인해오염물질이정체되어월평균농도를약 1.54 배초과하는고농도현상이가중된것으로판단된다. 4. 결론본연구에서는울산에위치한온산공단인근의박무와해풍발생일을분석하고상층기상의바람장, 온도, 온위분포분석을통해대기오염물질의고농도발생일과의연관성을분석하였으며, 다음과같은결론을얻었다. 1) 박무발생시 PM 10, SO 2 의고농도발생빈도는 57%, 47% 로나타났으며, 월별분석결과, 상대습도와기온이높은여름철에높은연관성이나타났다. 또한해풍발생에따른빈도를분석한결과, PM 10 72%, SO 2 58% 의발생확률을보여해풍과박무발생이온산공단의대기오염물질농도와비교적높은상관도가나타났다. 이를통해해풍의발생이대기오염물질의이류에 영향을줌으로서인근지역의대기오염물질의고농도현상에기여함을확인하였다. 2) 상층기상관측을통해관측된온위를분석한결과, 하층대기에서온위가고도에따라증가하는안정한대기상태를지속적으로유지할것으로나타났다. 이러한기상조건을통해온산공단과석유화학공단에서발생되는대기오염물질이해풍과육풍의영향으로주변지역에영향을주어오염물질의정체현상이가중될수있을것으로판단되었다. 3) 대기오염물질별농도변화를비교분석한결과, 26일석유화학공단에서배출된고농도의 PM 10 과 SO 2 가해풍으로인해온산공단과인근덕신리지역의농도상승에영향을주며, 27일에는해풍의영향을받는시각에대기오염물질의농도가급격히증가하는것으로나타났다. 또한온위분포를통해확인된해풍과역전현상으로안정한대기상태로인해온산공단과덕신리지역의대기오염농도가평균농도의 1.5배이상증가하는고농도현상이나타나, 이를통해해풍이대기오염물질의고농도현상에영향을주는것으로판단되었다. 따라서해안에위치한공단은해풍과같은국지적인기상현상이발생될경우고농도의대기오염현상이유발될수있으며, 해풍발생빈도가높은시기에는적합한대기질관리정책이추가적으로필요할것으로판단된다. 감사이논문은두뇌한국 (BK)21사업및부산대학교자유과제학술연구비 (2년) 에의하여연구되었음. 참고문헌 1. Robinsohn, J., Mahrer, Y., and Wakshal, E., The Effect of Mesoscale Circulation on the Dispersion of Pollutants (SO 2) in the Eastern Mediterranean, Southern Coastal Plain of Israel, Atmos. Environ., 26(3), 271-277 (1992). 2. Lee, H. W., Park, J. H., Jung, W. S., and Leem, H. H., Sea Breeze Criterion and the Climatological Characteristics of the Short-time Sea Breeze in Gangneung Coastal Area, J. Korean Earth Sci. Soc., 23(5), 436-441 (2002). 3. Shin, C. G., Han, J. S., and Kim, Y. S., A Study on the Relationship of Air Pollution and Meteorological Factors, Korean J. Sanitation, 7(2), 141-152 (1992). 4. Lee, S. Y., Development of Air Pollution Potential Prediction System in Ulsan Metropolitan Area, Master Dissertation, Pusan National University, Busan, 2006. 5. McKendry, I. G., Ground-level Ozone in Montreal, Canada, Atmos. Environ., 27(1), 93-103 (1993). 6. Srinivas, C. V., Venkatesan, R., and Bagavath, S. A., Sensitivity of Mesoscale Simulations of Land-sea Breeze to Boundary Layer Turbulence Parameterization, Atmos. Environ., 41 (12), 2534-2548 (2007). 7. Liu, C. M., Liu, S. C., and Shen, S. H., A Study of Taipei Ozone Problem, Atmos. Environ., 24(6), 1461-1472 (1990).
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