1) OC와 EC
Figure 9는 측정 기간 동안의 OC/EC 비율을 나타낸 그래프이다. OC/EC 비율 이 2 이상일 경우 대기 중 2차 생성에 의한 영향일 것이라고 보고되고 있
다.[32][41] 또한, 바이오매스 연소기간에 OC농도는 약 2∼3배 증가하여 OC/EC 비
율이 평상시 수준보다 약 1.5배 증가하였다[62]. 측정 기간 동안의 OC/EC 평균 비 율은 10.09 ± 3.38 (범위: 3.39 – 19.73)로 모든 기간에서 2 이상의 값을 가졌다.
1절에서 확인하였듯이 OC의 일별 농도 분포 변화에 비해 EC의 경우 일별 농도 분포 변화가 크지 않았으며, EC는 OC에 비해 계절적 특성이 나타내지 않았다.
또한 2절에서 전체 탄소 성분 내 EC의 구성 비율이 연 평균 10 %로 OC에 비해 낮은 구성 비율을 나타내는 것을 확인하였다. 이러한 결과로 OC와 EC의 농도 분포에 영향을 주는 1차 오염원의 영향이 다를 것이며 OC에 영향을 주는 오염 원의 영향에 비해 EC에 영향을 주는 오염원의 영향이 적기 때문에 상대적으로 EC의 농도가 낮아서 OC/EC 비율이 크게 나타난 것으로 판단된다.
Figure 9. (a) Daily, (b) seasonal variations OC to EC ratio.
40
-2) OC와 WSOC
Figure 10은 측정 기간 동안의 WSOC/OC 비율을 나타낸 그래프이다.
WSOC/CO 비율은 탄소에어로졸의 장거리 이동 중 광화학적 노화를 평가하는 지표로써 사용되며 OC 내 WSOC 비율이 높아지면 산화되거나 노화된 에어로졸 이라고 볼 수 있다[12]. 기존에 보고된 연구 결과에서는 WSOC/OC 비율이 40 % 이상인 경우 노화된 에어로졸이라고 볼 수 있다고 보고가 되었다[38]. 따라서 WSOC/OC 비율은 탄소에어로졸의 화학적 구성 및 변환 과정에 대한 정보를 제 공한다[49].
본 연구에서 측정 기간 동안의 OC 내 WSOC 평균 비율은 56 ± 15 % (범위:
20 – 88%)를 차지하였다(Figure 10a). 계절별로는 여름에 55 ± 22 %, 가을에 54 ± 13 %, 겨울에 55 ± 8 %, 봄에 58 ± 16 %를 차지하였으며 각 계절별로 큰 차이를 보이지 않으며 계절적 특성이 잘 나타나지 않았다(Figure 10b). 다시 말 해서 안면도 대기 중 탄소에어로졸은 국지적인 오염원이 적거나 고정적이고 계 절에 관계없이 외부에서의 영향을 일정하게 받고 있을 것이라고 판단된다.
OC 내 WSOC 분율이 40 % 이상인 날은 총 측정 날의 88 %를 차지하였다.
계절별로는 여름에 75 %, 가을에 87 %, 겨울에 100 %, 봄에는 88 % 로 OC 내 WSOC 분율이 40 % 이상인 날이 겨울에는 모든 날에 40 % 이상의 분율을 나 타내었고, 여름이 가장 적었다. 하지만 기존 연구 결과에 따르면 겨울철에 비해 여름철에 높은 비율로 광화학적 노화에 의한 산화반응이 활발하다고 보고가 되 었다[12]. 또한 바이오매스 연소에 의해 발생된 연기에 영향을 받은 경우 OC 내 WSOC 분율이 45 ~ 75 % 의 값을 가진다고 보고되었다[43]. 이 결과를 통해 안면 도 지역에서의 WSOC는 바이오매스 연소나 대기 중 2차생성에 의한 영향을 받 은 것으로 판단된다.
Figure 10. (a) Daily, (b) seasonal variations OC to WSOC ratio.
42
-3) WSOC와 HULIS-C
Figure 11은 측정 기간 동안의 HULIS-C/WSOC 비율을 나타낸 그래프이다.
HULIS-C/WSOC 비율의 변화는 다양한 환경으로부터의 HULIS-C의 일부 특성 이 주요 형성 과정의 차이에 의해 영향을 받는다고 제안하였다[63].
본 연구에서 측정 기간 동안의 WSOC 내 HULIS-C 평균 비율은 67 ± 18 % (범위: 29 – 99%)를 차지하였다(Figure 11a). 계절별로는 여름에 60 ± 18 %, 가 을에 82 ± 13 %, 겨울에 71 ± 18 %, 봄에 59 ± 14 %를 차지하였으며 가을과 겨울철에 여름과 봄철에 비해 1.2 ∼1.3 배 증가하였다(Figure 11b). HULIS-C의 주요 생성원인으로는 바이오매스 연소와 대기 중 2차 생성에 의한 것으로 보고 되고 있다[4],[10].
이 결과를 통해 안면도 지역에서의 HULIS-C는 바이오매스 연소나 대기 중 2 차생성에 의한 영향을 받은 것으로 판단된다.
Figure 11. (a) Daily, (b) seasonal variations OC to HULIS-C ratio.
44
-4) 탄소 성분들 간의 상관관계
안면도 대기 중 탄소 성분들의 생성 원인을 파악하기 위해 탄소 성분들 간에 상관분석을 실시하였고 그 결과를 Table 10에 정리하였다. 상관분석은 두 변수 들 간에 동시적인 변화를 통해 상관관계를 파악하는 통계적 기법이다. 측정 기간 동안의 OC와 EC의 상관관계 결과 양의 상관관계(r = 0.608, p<0.01)를 보였다.
OC는 1차 배출원에 의해 대기 중으로 직접적으로 배출되거나 기체상에서 입자 상으로의 변환과정을 포함하는 대기 중 2차 생성에 의한 영향을 받는다. 반면에, EC는 주로 화석연료의 불완전 연소에 의한 1차배출원에 의해 대기 중으로 배출 된다. 따라서 OC와 EC가 주로 화석연료의 불완전 연소에 의한 1차배출원에 의 해 배출되는 경우에 OC와 EC는 강한 상관성을 나타내게 된다. 본 연구 결과에 서의 OC와 EC의 약한 상관성은 OC와 EC의 생성원인이 다를 수 있음을 의미하 며, OC농도에 영향을 주는 주요 요인이 EC와는 다른 1차 배출에 의한 영향과 대기 중 2차 생성에 의한 것으로 보인다.
WSOC와 OC는 강한 상관관계를 보였으나, WSOC와 EC는 약한 상관관계를 보였다. WSOC는 휘발성 유기화합물(VOCs)의 산화와 기존 입자 형성에 의한 응축에 의해 형성되거나 바이오매스 연소에 의해 대기 중 WSOC 농도 수준에 영향을 주게 된다[42][43]. 따라서 안면도 대기에서 WSOC와 OC사이의 강한 상관 관계는 대기 중 2차 생성 및 바이오매스 연소에 의한 영향을 받은 것으로 보인 다. 또한 EC와 OC 및 WSOC의 약한 상관관계는 안면도 대기 중 탄소 성분은 국지적인 인위적인 배출의 영향이 적고 장거리 이동에 의해 외부에서 유입되거 나 대기 중 오염물질의 정체로 인한 노화된 입자의 영향을 받은 것으로 보인다.
HULIS-C와 WSOC 사이의 상관관계 또한 강한 상관관계를 나타내었다.
HULIS-C는 WSOC에 속하는 중요한 구성성분으로 강한 계면활성제인 고분자량 의 화합물이다. HULIS-C는 먼지와 안개 내 수분의 표면장력을 감소시키는 특성 을 가지며 기후변화에 영향을 주는 성분으로 알려져 있다. HULIS-C의 주요 생 성원인으로는 바이오매스 연소와 대기 중 2차 생성에 의한 것으로 보고되고 있
다[4],[10]. 따라서 HULIS-C와 WSOC의 강한 상관관계는 대기 중 PM2.5 내 탄소성 분에 대한 바이오매스 연소 및 2차 생성에 의한 영향을 의미한다.
이 결과를 통해 두 가지 결론을 유추해 볼 수 있다. 첫 번째로 OC와 EC의 약 한 상관성과 앞서 확인한 OC와 EC의 농도 분포를 통해 국지적인 오염원의 영향 이 적거나 OC와 EC의 생성원 또는 배출원이 다를 것으로 판단된다. 두 번째로 OC의 경우 OC내 구성 성분들과 강한 상관성을 보이는 것으로 보아 같은 생성 원 또는 배출원의 영향을 받는 것으로 판단되며 이는 바이오매스 연소와 대기 중 2차 생성에 의한 영향으로 보인다.
46
- OC EC WSOC WISOC HULIS-C
OC 1
EC .608** 1
WSOC .916** .550** 1
WISOC .846** .523** .561** 1
HULIS-C .815** .253 .808** .598** 1
**. (p-value<0.01)
Table 10. Correlation of the concentrations between carbonaceous aerosols in PM2.5 at Anmyeon Island.