한반도 태풍영향 전·중·후 시기동안 대기질에 영향을 주는 기상특성 분석

Abstract

일반적으로 대류권 오존(O3)의 농도 변화는 O3과 전구물질의 광화학 반응에 의한 생성 및 수송, 대상지역의 지리·지형적 특성과 기상조건(종관 기압배치, 기온, 풍향, 풍속, 강수 등), 성층권으로부터의 유입 및 대류권 공기와의 혼합, 그리고 습성 및 건성 침착 등에 의해 복합적으로 나타난다(김철희와 박순웅, 1998; Mayer, 1999). 특히, 종관규모 기상조건(예, 정체 또는 서행하는 고기압 시스템)은 지역 및 국지 규모의 수송을 결정하는 중요한 인자로 작용하여 O3의 시·공간적 농도 분포에 크게 영향을 미친다(NRC, 1991; Vukovich, 1994; NARSTO, 2000;오인보, 2003; 송상근 등, 2014). 고기압 시스템 및 이와 관련된 큰 규모의 대기정체는 상층 역전에 의한 연직 적인 대기확산능력을 저하시켜 약한 풍속과 강한 일사가 존재하는 환경을 만든다. 이러한 환경은 O3의 생성과 축적에 적합한 대기조건을 제공한다(오인보, 2003). 뿐만 아니라 고기압 정체부분 가장자리의 강한 기압경도는 축적된 O3의 장거리 수송을 유도하며, 고기압 시스템과 함께 형성되는 하층제트 역시 수송효과를 통해 특정지역의 고농도 O3 현상에 영향을 준다(NARSTO, 2000). 이와 관련하여 중국의 대도시 등지에서 축적된 O3이 이동성 고기압의 가장자리를 따라 우리나라(서울)로 장거리 수송되어 야간에 O3 농도 상승을 유발한 사례가 있다(오인보, 2003). 한편, 종관장의 영향이 약한 경우에 연안지역에서는 대표적 중규모 국지순환계인 해륙풍계가 주로 형성되고, 내륙지역에서는 지형의 굴곡과 경사 에 의한 산곡풍계가 형성될 수 있다. 이러한 하루주기의 해륙풍과 산곡풍은 O3 농도의 일변화와 밀접한 관련이 있다(Chang et al., 1989). 앞서 언급한 고기압 등의 종관 기압배치나 국지순환계 외에 저기압 시스템도 O3 농도 변화에 영향을 미친다. 오인보(2003)는 O3 농도가 대상지역 고유의 지리적 위치에 따라 저기압 시스템과도 관련을 가지며, 열대저기압의 이동과 관련한 기류순환 역시 O3 농도 상승에 영향을 미칠 수 있음을 밝혔다. Fu et al. (2013) 은 태풍의 연직와도를 동반한 깊은 대류가 상부 대류권과 하부 성층권에서의 O3일반적으로 태풍은 강수에 의한 세정효과와 강한 종관장이 나타나는 특징으로 인해 O3을 비롯한 대기오염물질과 관련한 많은 연구사례에서 제외되어 왔다. 그리고 태풍영향 전 시기에 태풍의 간접적인 영향으로 O3 농도가 증가했던 사례에 대한 연구는 있었지만(오현선과 김영성, 1999; Lam, 2014), 태풍영향 이전부터 이후까지 강한 종관장에 의한 연속적인 기상조건 변화를 대기오염물질(O3 및 전구물질) 농도와 연관시켜 살펴본 연구는 없었다. 따라서 이를 살펴보는 것은 또 다른 의미에서 서로간의 관계를 명확하게 규명하는데 필요하다고 사료된다. 이에 기초 연구로서 고농도 O3 시기와 이어지는 우리나라 태풍사례를 선정하여 종관기상 특성을 분석하고, 관측자료 분석과 수치모델링 수행를 통해 태풍영향 전·중·후 시기에 따른 기상인자 변화가 O3 및 전구물질 농도에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 각 시기별로 기상인자와 오염물질간의 상호 관련성을 조사하였다.

The influence of meteorological conditions on air quality (O3 and NO2) before, during, and after the typhoon Talas (1112) was analyzed using observation data and a numerical modeling approach. The typhoon case was chosen to meet criteria regarding ozone episodes and without rainfall. The results show that high temperature (above 30 ℃) and stable atmosphere under a migratory anticyclone condition, and the convergence of wind from changed air current by the typhoon were the main meteorological factors that favoured photochemical reactions in Daejeon, Daegu, and Busan before the typhoon. And these conditions are likely to be caused by subsiding air outside the typhoon circulation. Also the synoptic pattern including anticyclone and the typhoon is one of the classified synoptic patterns associated with ozone episodes in the precedent study. During typhoon period, ozone concentration decreased because increased cloud cover inactivated photochemical reactions. However, there exists relatively high ozone concentration in adverse conditions for photochemical reactions and unclear diurnal variations of ozone concentration. These were mainly driven by dominant reactions of ozone production under low NOx condition, and constraints of ozone reduction due to low relative humidity and NO concentration in daytime. Also it is estimated that relatively high ozone concentration in night time was affected by meteorological conditions with typhoon, such as increased cloud cover and strong wind speed.