❏ 기상변화에 따른 지역별 연평균 초미세먼지 농도 변화
ㅇ 배출고정-기상변화 모델링을 수행하여 기상변화에 따른 초미세먼지 농도 변화율을 분석 한 결과, 2012년 이후에는 대부분의 지역에서 초미세먼지가 높아지는 기상조건 형성 ㅇ 기상요인에 의한 지역별 초미세먼지 농도는 대체적으로 유사한 변화 수준을 보였으나
일부 기간(2013~2016년)에서는 지역별 영향이 상이한 사례 존재(그림 3 참조)
주: 뺷미세먼지관리 종합계획뺸, 뺷권역별 대기환경관리 기본계획뺸 기준 연도인 2016년을 기준으로 기상변화 에 따른 초미세먼지 농도 변화율을 제시함.
자료: 저자 작성.
<그림 3> 기준 연도(2016년) 대비 기상 변화에 따른 국내 전체 및 지역별 연평균 PM2.5 농도 변화
❏ 2016년 대비 기상 및 그 외(비기상) 요인에 의한 농도 기여
ㅇ 2012년 이전까지는 배출 등 비기상 요인이 농도에 기여하는 비중이 크며, 점차 감소하는 경향을 나타낸 반면, 2013년 이후에는 기상 및 비기상 요인 모두 뚜렷한 변화 없음(그림 4 참조)
ㅇ 이러한 결과는 2012년 이전에는 국내외 대기오염물질 배출 변화 등 비기상 요인이 미세먼지 농도 감소를 주도하였으나(기상 영향은 상대적으로 낮은 수준), 2012년 이후
요 약 ∣ v
에는 상대적으로 낮은 농도 수준과 함께 높아진 기상 영향으로 배출 저감에 따른 뚜렷한 농도 변화를 체감하기 쉽지 않음을 의미함
주: 1) 그 외 요인은 국내외 대기오염물질 배출 변화, 대기화학조건 변화, 관측자료 불확실성(측정소 확대 외), 모델 불확실성 등의 요인을 포함함.
2) 가로축은 2002~2019년 기간을 나타냄.
자료: 저자 작성.
<그림 4> 2016년 대비 서울의 연평균 PM2.5 농도 변화에 대한 기상 및 그 외(비기상) 요인 기여 분석
Ⅲ. (초)미세먼지 농도와 기상 여건의 관련성 – 계절별, 월별 분석
1. 최근의 계절별 풍속 변화 추이 및 미세먼지 농도에 대한 기상변화 기여 분석
❏ 계절별 풍속 및 풍속 정체일 수의 변화 추이
ㅇ 최근 20년 기간(2001~2019년)의 계절별 풍속 변화 추이는 2014년 이후 모든 계절에서 풍속 감소 경향을 보였으며, 특히 겨울철 풍속 감소 패턴이 뚜렷함
❏ 배출고정-기상변화 모의실험에 따른 계절별 평균 미세먼지 농도에 대한 기상변화 기여 분석 ㅇ 계절별, 연도별 기상요인에 의한 PM2.5 농도 변화는 봄철과 가을철이 가장 낮으며,
여름철에 상대적으로 큰 변화폭을 나타냄
ㅇ 겨울철의 경우 특히 2012년 이후 대부분 기간의 기상여건이 연구 기준연도인 2016년 대비 미세먼지 농도에 악조건을 형성하는 점이 특징적
2. 계절관리제 기간 초미세먼지 농도 변화 추이 및 기상변화 기여도 분석
❏ 계절관리제 기간 지역별 초미세먼지 농도 변화 추이
ㅇ 초미세먼지 농도는 대체로 계절관리제 기간(1~3월, 12월) 중 12월에 최젓값, 3월에 최고치 수준에 이르는 경향을 나타냈고, 2018년 말부터 2019년 3월까지 농도가 급격하 게 증가하다가 이후 급격한 감소(최근 5년 중 최저 수준)
ㅇ 배출고정-기상변화 모의실험 결과, ’19년 12월~’20년 3월의 기상 여건은 전년 동월 대비 전반적으로 유리한 조건이지만 최근 기간인 2016~2019년 전체와 비교하면 평이 한 수준임. 다만 월별로 구분하여 살펴보면, 상대적으로 3월의 기상 여건은 2017~2019 년 동월에 비해 초미세먼지 농도가 낮아지는데 호조건을 형성하여 미세먼지 농도 감소의 주요 원인으로 기여(그림 5 참조)
주: 1) 계절관리제 기간은 2019년 12월~2020년 3월(4개월 간).
2) 가로축은 2016~2019년(2017~2020년) 동안 계절관리제 기간임.
자료: 저자 작성.
<그림 5> 2020년 대비 기상변화에 따른 월별 농도 변화율(전국)
요 약 ∣ vii
구 34μg/m3, 종로 36μg/m3 → 종로구 34μg/m3, 공항대로 44μg/m3→ 강서구 39μ g/m3), 2020년에는 두 측정망 간의 농도 차이가 줄어드는 경향
ㅇ 최근 기간 대비 초미세먼지 농도의 급감은 도심지역의 교통량 감소 및 PM2.5 관측 농도 감소 등의 국내 배출량 감소로 인한 비기상 요인 중 하나로 판단
❏ 모의실험 결과에 대한 미세먼지 농도의 변동성 원인 중 비기상 요인(국외 배출량 감소) 추정 ㅇ 2016~2020년 기간의 한중 대기질 변화를 확인한 결과, 2020년 2월 전후로 우한시
주변 지역의 대기질이 개선되었음을 확인하였고(2019년 대비 2월과 3월의 AOD가 각각 15.4%, 17.2% 감소), 이는 코로나 바이러스로 인한 중국 곳곳의 공장 가동 중단, 교통량 감소 등의 요인으로 판단
Ⅳ. (초)미세먼지 농도와 기상 여건의 관련성 – 고농도 사례 분석
1. 고농도 미세먼지 발생 패턴 변화 분석
❏ 고농도 미세먼지 연간 발생 빈도·강도 및 지속일 수 변화
ㅇ 서울시 초미세먼지 고농도 사례 발생 빈도를 살펴보면 대기질이 꾸준히 개선되었던 P1 기간에는 전체 고농도 사례 발생일 수도 꾸준히 감소하나 P2 기간에는 발생일 수 증감이 반복됨(그림 6 참조)
ㅇ 대기질 개선 기간(P1)에는 장기간 고농도 사례의 빈도가 감소하지만, 농도 변화가 정체 하는 기간(P2) 중 최근 기간(2017년 이후)에는 장기간 고농도 사례의 빈도 증가
요 약 ∣ ix
P2(2013~2019) P1(2005~2012)
자료: 서울특별시 대기환경정보, “대기오염물질 측정값”, 검색일: 2020.6.5의 PM2.5 농도 자료를 바탕으로 저자 작성.
<그림 6> 초미세먼지 고농도 사례 농도 구간별 발생일 수(서울)
❏ 계절별 고농도 사례 발생 빈도 변화
ㅇ P1 기간(2005~2012년)과 P2 기간(2013~2019년)의 고농도 총 사례 일 수는 각각 575일, 436일이며, 연평균 발생일 수는 각각 71.9일, 62.3일로 전반적으로 고농도 사례 발생 자체는 다소 감소
ㅇ 계절별 발생일 수를 비교하면 P1 기간에 비해 P2 기간에 봄철(26.5% → 36.2%)과 겨울철(33.0% → 39.2%)의 발생 비중이 증가하고 여름철(21.0% → 13.1%)과 가을철 (19.5% → 11.5%)의 발생 비중이 감소
ㅇ 최근 여름철 및 가을철에 비해 겨울철과 봄철의 풍속이 크게 약화되어 고농도 초미세먼 지 발생에 유리한 조건을 조성한 것으로 추정
2. 초미세먼지 고농도 사례 발생에 영향을 미치는 기상조건
요 약 ∣ xi
주: 1) Cold season은 10월~3월까지의 기간임.
2) 해빙 농도 편차(SIC anomaly)는 비율값(최대 1)으로 단위가 없음.
자료: 저자 작성.
<그림 7> P1, P2 기간의 Cold season 평균 해수면 온도 및 해빙 농도 아노말리
Ⅴ. 결론 및 정책적 시사점
❏ 현행 미세먼지 관련 정책 보완 필요
ㅇ 최근 20년 기간에 대해 배출고정-기상변화 모델링을 수행하여 초미세먼지 농도에 대한 기상변화 기여도를 확인한 결과 최근에는 상대적으로 미세먼지 농도에 대한 기상 요인 에 의한 기여가 비기상 요인의 비중과 비슷한 수준으로, 대기질 관리에 있어 배출 저감과 더불어 기상변화 고려 필요
ㅇ 미세먼지 종합계획의 목표 달성을 위해 상대적으로 기상의 영향에 민감해진 현재 상황을 고려하여 배출 저감 목표량 강화, 일정 수준의 농도 범위 제시 등 구체적인 목표 설정 필요
ㅇ 국내 정책 추진 성과 평가 시 기상의 영향을 함께 평가하여 정확하고 올바른 방법으로 정책 평가 및 개선점 모색 필요
ㅇ 기후변화와 대기질의 관련성을 고려하여 대기관리와 기후변화 완화 정책을 연계 추진해 야 하며, 기상 관련 계절 전망 및 중기 전망 등을 고려하여 대기질 전망 및 대기관리 목표 설정 필요
주제어 : (초)미세먼지, 기상, 기후변화, 기여도, 모델링, 대기관리정책
✥ 차 례 ✥
요 약 ···ⅰ
제1장 서론 ···1
1. 연구의 배경 및 필요성 ···1
2. 연구의 목표 및 주요 연구 내용 ···8
3. 연차별 연구 추진 내용 ···9
제2장 (초)미세먼지 농도와 기상 여건의 관련성 – 연평균 분석 ···17
1. 연평균 미세먼지 농도 및 기상 요소의 변동 추이 ···17
2. 연평균 미세먼지 농도에 대한 기상변화 기여도 확인 ···19
제3장 (초)미세먼지 농도와 기상 여건의 관련성 – 계절별, 월별 분석 ···34
1. 최근 기간 계절별 풍속 변화 추이 및 미세먼지 농도에 대한 기상변화 기여 분석 ···34
2. 계절관리제 기간 초미세먼지 농도 변화 추이 및 기상변화 기여도 분석 ···39
3. 금년도 계절관리제 기간 기상 요소별 여건 분석 ···41
4. 비기상 요인 변화 추정: 국내외 배출량 감소 ···45
제4장 (초)미세먼지 농도와 기상 여건의 관련성 - 고농도 사례 분석 ···56
1. 고농도 미세먼지 발생 패턴 변화 분석 ···56
2. 초미세먼지 고농도 사례 발생에 영향을 미치는 기상조건 ···60
3. 기후변화와 한반도 미세먼지 고농도 사례 발생 간의 연관 가능성 분석 ···67
2. 미세먼지 대기질과 기후변화의 연관성 분석 ···84
참고문헌 ···85
Executive Summary ···91
✥ 표 차 례 ✥
<표 1-1> 기간별(P0, P1, P2) (초)미세먼지 농도 및 주요 기상 인자(풍속, 기온)의 변화
경향 ···10
<표 1-2> 배출고정-기상변화 모델링을 위한 대표 연도 선정 ···12
<표 3-1> 2018~2020년 계절관리제 기간의 PM2.5 농도 및 교통량 ···48
<표 3-2> 2019~2020년 계절관리제 기간 중 1~3월의 평균 PM2.5 농도 및 교통량 ···49
<표 3-3> MODIS AOD 자료를 이용한 2019~2020년 겨울철 기간의 중국 우한시 (위도: 29.5~32.5, 경도: 112.5~115.5)의 격자값 (총 12개) ···54
<표 3-4> MODIS AOD 자료를 이용한 2019~2020년 겨울철 기간의 중국 우한시의 격자값(총 12개)의 평균 ···55
<표 4-1> P1 기간과 P2 기간의 계절별 고농도 PM2.5 사례일 수 ···59
<그림 1-1> 2001~2017년 기간 동안 서울시 연간 대기오염물질 배출량 변화 추이 ···2
<그림 2-11> 2016년 대비 기상변화에 따른 2009~2017년 모델의 모의 연평균 농도
<그림 3-15> 2018~2020년 계절관리제 기간의 PM2.5 농도 및 교통량 분석 ···49
<그림 4-11> 해빙 면적(Sea Ice Concentration)에 따른 SLP, SAT, UV850 아노말리 ···72
<그림 4-12> 국내 겨울철(12~1월) 해빙 지수 시계열(위)과 NSII와 북반구 대기 순환 간의
<그림 4-16> 2007~2020년 기간 북극해의 각 지역별 해빙 면적 변화 ···78
<그림 5-1> 2012년 전후 서울의 연평균 PM2.5 농도에 대한 기상 및 비기상 요인에 의한 농도 기여 상자그림(Box plot) 분석 ···82
<그림 5-2> ‘대기 10조’ 추진 기간 동안의 베이징 PM2.5 농도 변화 및 원인별 기여도 ···83
AOD Aerosol Optical Depth (에어로졸 광학 두께)
CAPSS Clean Air Policy Support System (대기정책지원시스템) PM Particulate matter (미세먼지)
T500 Temperature at 500hPa (500hPa에서의 기온) T850 Temperature at 850hPa (850hPa에서의 기온) T1000 Temperature at 1000hPa (1000hPa에서의 기온) U500 Zonal wind at 500hPa (500hPa에서의 동서방향 바람) U850 Zonal wind at 850hPa (850hPa에서의 동서방향 바람) U1000 Zonal wind at 1000hPa (1000hPa에서의 동서방향 바람) V500 Meridional wind at 500hPa (500hPa에서의 남북방향 바람) V850 Meridional wind at 850hPa (850hPa에서의 남북방향 바람) V1000 Meridional wind at 1000hPa (1000hPa에서의 남북방향 바람) Z500 Geopotential height at 500hPa (500hPa에서의 지위고도) Z850 Geopotential height at 850hPa (850hPa에서의 지위고도) Z1000 Geopotential height at 1000hPa (1000hPa에서의 지위고도)
제1장 서 론 ∣ 1
제1장 서 론
1. 연구의 배경 및 필요성
가. 꾸준한 대기오염물질 배출 저감 노력에도 획기적으로 개선되지 않는 미세먼지 대기질 문제
｢수도권 대기환경 개선에 관한 특별법｣ 제정(2003), 뺷1,2차 수도권 대기환경관리 기본계획뺸 수립(2005; 2013), ‘미세먼지 예보제’ 전면 시행(2014), 뺷미세먼지관리 특별대책뺸 수립(201 6), 뺷미세먼지관리 종합대책뺸 수립(2017), ｢미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법｣ 제정(201 8), 뺷비상·상시 미세먼지관리 강화대책뺸 수립(2018), 뺷미세먼지관리 종합계획(이하 ‘종합계 획’)뺸 및 뺷미세먼지 고농도 시기 대응 특별대책뺸 수립(2019) 등 2000년대 이후 미세먼지 및
｢수도권 대기환경 개선에 관한 특별법｣ 제정(2003), 뺷1,2차 수도권 대기환경관리 기본계획뺸 수립(2005; 2013), ‘미세먼지 예보제’ 전면 시행(2014), 뺷미세먼지관리 특별대책뺸 수립(201 6), 뺷미세먼지관리 종합대책뺸 수립(2017), ｢미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법｣ 제정(201 8), 뺷비상·상시 미세먼지관리 강화대책뺸 수립(2018), 뺷미세먼지관리 종합계획(이하 ‘종합계 획’)뺸 및 뺷미세먼지 고농도 시기 대응 특별대책뺸 수립(2019) 등 2000년대 이후 미세먼지 및