Joonyoung Ahn

Characteristics of PM Chemical Component during Haze Episode and Asian Dust at Gwang-ju

The aerosol characteristics between haze episode and Asian dust event were identified in January and March, 2013 in Gwang-ju of Korea to investigate the metal elements, ionic concentrations and carbonaceous particles of and . In the haze episode, the concentrations were increased 1~3.2 times of ionic species and 1.6~2.7 of metal elements. Especially, the concentration of , and consists of 50 percent in ionic species during haze episode that was higher than Asian dust event. This suggests that secondary aerosols from anthropogenic air pollution were mainly contributed by haze episode. During the Asian dust event, increase of metal concentrations was higher than haze episode because of remarkable increase of Ti, K and Fe originated from soil. The concentrations of carbonaceous particles were increased 2.5 times during haze episode, and 2.4 times of OC and 2.1 times of EC during Asian dust event in . However, these aerosol mass concentration does not affect the OC/EC ratio. The average equivalence ratios of cations/anions in were 0.99 in haze episodes and 0.94 during non-event day. The neutralization factor of was higher than that of . Futhermore, aerosol was aged due to atmospheric stagnation that might be affected by the haze episode.

OH reactivity in urban and suburban regions in Seoul, South Korea – an East Asian megacity in a rapid transition

South Korea has recently achieved developed country status with the second largest megacity in the world, the Seoul Metropolitan Area (SMA). This study provides insights into future changes in air quality for rapidly emerging megacities in the East Asian region. We present total OH reactivity observations in the SMA conducted at an urban Seoul site (May-June, 2015) and a suburban forest site (Sep, 2015). The total OH reactivity in an urban site during the daytime was observed at similar levels (∼15 s(-1)) to those previously reported from other East Asian megacity studies. Trace gas observations indicate that OH reactivity is largely accounted for by NOX (∼50%) followed by volatile organic compounds (VOCs) (∼35%). Isoprene accounts for a substantial fraction of OH reactivity among the comprehensive VOC observational dataset (25-47%). In general, observed total OH reactivity can be accounted for by the observed trace gas dataset. However, observed total OH reactivity in the suburban forest area cannot be largely accounted for (∼70%) by the trace gas measurements. The importance of biogenic VOC (BVOCs) emissions and oxidations used to evaluate the impacts of East Asian megacity outflows for the regional air quality and climate contexts are highlighted in this study.

A Study on Chemical Characteristics of Aerosol Composition at West Inflow Regions in the Korean Peninsula II. Characteristics of Inorganic Aerosol Acidity and Organic Aerosol Oxidation

We examined acidity state of inorganic aerosol and oxidation state of organic aerosol by High Resolution Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) at Baengnyeong Super site from Jan 2012 to Dec 2013. Additionally, we carried out the analysis for the aerosol component group of organic matter (CxHy, CxHyO1, CxHyOz, CxHyOzNp) and elemental composition to calculate H/C, O/C, N/C, OM/OC and identify the oxidation state. The aerosol chemical composition in this study is dominated by sulfate (SO4), nitrate (NO3-) plays a smaller role in aerosol acidity. Ammonium (NH4 ) was found in a formation of (NH4)3H(SO4)2. However, the binding formations of NH4NO3 and NH4Cl increase in the winter. CxHyO1 indicating the oxidized state of PM1.0 has the highest ratio of 한국외국어대학교 | IP: 203.253.73.*** | Accessed 2016/12/06 16:56(KST) 486 최진수·김정호·이태형·최용주·박태현·안준영·박진수·김현재·구윤서·김신도·홍유덕·홍지형 한국대기환경학회지 제 32 권 제 5 호 1. 서 론 초미세먼지의 경우 호흡기로 깊이 이동함으로써 폐 기능 장애를 발생시키며 대부분의 지역들에서 이차 입 자상 오염물질을 생성하는 것으로 알려져 있어 세계보 건기구 (WHO)에서는 이런 입자상 물질에 대하여 환경 기준을 제시하여 그 영향을 인식시키고 있다 (Baker and Foley, 2011). 입자를 형성하는 여러 종류의 물질들 중 황 화합물 들은 자연적, 인위적으로 대기 중으로 배출되고, 이러 한 황 화합물들은 대기 중에서 광화학작용을 거쳐서 최종적으로 황산염 (Sulfate)의 형태로 변환된다. 이런 변환과정에 기여하는 주요 요소들 중 자연발생에 의한 DMS (Dimethyl sulfate)의 가스상 (SO2) 산화나 SO2의 황산염 산화는 OH 라디칼 농도와 관련이 있으며, 액상 산화에 의한 황산염의 변환은 운량과 H2O2와 관련되 어 있다 (Langner and Rodhe, 1991). 이런 황 화합물들 은 발생원에서의 배출 과정, 장거리 수송 과정에서 물 리·화학적으로 입자가 성장하거나 특성이 변화하기 때문에 불확실성이 크고 그 영향을 정량적으로 파악하 기에 어려움이 있다. 황 화합물과 질소산화물 외에 입자를 형성하는 주요 한 물질 중 유기성분은 Jimenez et al. (2009)의 연구에 서 대기 중 입자의 약 20%~90%를 차지하는 것으로 나타났고, Middlebrook et al. (1998)의 연구에서도 대기 중 건조한 미세입자상 물질의 10%~70%를 차지하는 것으로 조사되어, 대기 중 입자의 상당량을 차지하는 것으로 파악되고 있다. 하지만 이러한 유기성분은 인 위적 또는 자연적으로 다양한 오염원에서 배출되어 대 기 중에서 수백 가지의 서로 다른 물질들로 구성되기 때문에 유기입자상 물질의 조성 및 형성기작을 이해하 기란 매우 어려운 사항이다 (Alfarra et al., 2004). 때문에 복잡한 생성과정을 가지는 입자의 물리·화 학적 특성과 영향을 규명하는 다양한 공동관측들이 수 행되어 왔다. Topping et al. (2004)의 연구에서는 동아 시아 지역의 입자에 대한 특성을 규명하고자 2001년 ACE-ASIA (Aerosol Characterization Experiment in Asia) Campaign 기간 동안 제주 고산 지역에서 지상, 선박 및 항공기를 이용한 관측이 수행되었으며, Boudries et al. (2004)의 연구에서는 PACIFIC 2001 (TraceP, Transport and Chemical Evolution over the Pacific) Campaign 기간 동안 캐나다 Vancouver의 Lower Fraser Valley (LFV)에서 이차 유기입자의 형성과정을 분석하 여 이 지역의 대기오염 현상을 보다 명확히 이해하기 위한 연구가 이루어졌다. 또한 Salcedo et al. (2006)의 연구에서는 MCMA-2003 (Mexico City Metropolitan Area field study-2003) Campaign 기간 동안 MCMA2003 Campaign 지역의 NO2와 OH 라디칼의 광화학 반 응으로 생성된 이차 입자 성분의 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 백령도에서 2012년부터 2013년까지 HR-ToF-AMS (High Resolution Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer)를 이용하여 PM1.0의 화학적 성분 (Sulfate, Nitrate, Ammonium, Chloride, Organic mater) 을 실시간으로 측정하였으며, 이를 I. PM 농도 및 화학 성분 특성, II. 입자의 산성도 및 산화 특성 등 2편의 연 구논문에 나누어 정리하고 이를 각각 게재하고자 하였 다. 본고는 두 번째 논문으로 국내의 영향을 최대한 배 제한 배경지역에서 무기이온 성분의 결합 형태와 중화 도를 분석하고, 유기성분을 C, H, O, N의 이온그룹으로 분류하여 산화 수준을 분석하여 국외에서 한반도로 유 입되는 입자상 물질의 형태와 특성을 이해하는 근거자 료로 활용하고자 하였다.

A Study on Chemical Characteristics of Aerosol Composition at West Inflow Regions in the Korean Peninsula I. Characteristics of PM Concentration and Chemical Components

HR-ToF-AMS was applied for a seasonal and size-distributional measurements for inorganic (SO4, NO3-, NH4 , Cl) and organic components in Baegryung Island Super Site. The average concentration of PM1.0 remarks 12.9 μg/ m while 14.5 μg/m in Spring time, 14.2 μg/m in Winter, 13.1 μg/m in Summer and 9.86 μg/m in Autumn. The mass of measured PM1.0 shows 54.6% of PM2.5 which is similar to those of Beijing and Lanzhou, China. The highest portion of Chemical composition is SO4 marking 41.0%, 31.8% by organics, 13.5% by NH4 , 12.8% by NO3and 1% by Cl. In every seasons, except winter, SO4 remarks the highest level, organic components take place the highest in winter time. The size-distribution of PM1.0 components scattered at accumulation mode of 200 nm~800 한국외국어대학교 | IP: 203.253.73.*** | Accessed 2016/12/06 16:56(KST) 470 최진수·김정호·이태형·최용주·박태현·오 준·박진수·안준영·전하은·구윤서·김신도·홍유덕·홍지형 한국대기환경학회지 제 32 권 제 5 호 1. 서 론 최근 미세먼지 (PM10) 농도는 증가추세에 있는데, 2012년도의 경우 우리나라와 인접한 중국 북동부 지 역의 PM10 평균 농도는 90 μg/m로 서울지역 평균 농 도 41 μg/m보다 2배 이상 높았고, 2013년도에는 중국 북동부 지역이 134 μg/m, 서울지역이 45 μg/m로 나타 났으며, PM10과 더불어 PM2.5의 고농도 발생 사례가 증 가하고 있다 (NIER, 2015). 미세먼지는 대기로 직접 배출되는 1차 오염물질과 대기로 배출된 가스상 오염물질 (SO2, NOx, NH3) 및 휘 발성유기화합물질 (VOCs)의 다양한 반응을 통해 생성 된 2차 오염물질이 주요한 기원으로 알려져 있는데, 미 세먼지의 구성 성분 중 2차 생성 미세먼지는 약 50% 수준인 데 반하여, Haze와 같은 고농도 사례에는 무려 80%에 이르는 것으로 나타났다 (Cho et al., 2013). 특 히 중국 베이징의 경우 2013년 1월 기록적인 PM2.5 농 도를 나타내었는데 이 당시 PM2.5 농도는 무려 1000 μg/m에 이른 것으로 나타났으며 (Zhang et al., 2014), 이러한 고농도 사례는 인접한 우리나라에도 직·간접 적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 현상을 반영하듯 최근 중국에서는 PM2.5보다 더 작은 PM1.0 입자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있 다. 특히 중국에서 연구된 다양한 사례들을 살펴보면 겨울에 농도가 증가하고 여름에는 비교적 낮은 수준을 유지하는데 (Sun et al., 2012; Sun et al., 2011; Sun et al., 2010), HR-ToF-AMS (High Resolution Time-ofFlight Aerosol Mass Spectometer, Aerodyne, USA)를 이용하여 2013년 1월과 2월에 측정된 대기 중의 PM1.0 은 평균 89.3 μg/m, 최대 423 μg/m로 PM1.0의 50% 가 량이 Organic 성분으로 (Zhang et al., 2014), 산업지역 의 경우에는 NO3성분의 비율이 증가하는 것으로 나 타났다 (Hu et al., 2013). HR-ToF-AMS는 실시간으로 에어로졸을 유입시켜 PM1.0 이하의 입자에 대한 질량 분석을 통해 화학적 성분과 입경에 따른 화학적 성분 을 분석할 수 있어 비단 위에서 언급한 중국의 대도시 및 산업지역뿐만 아니라 2000년대 들어 세계적으로 다양한 지역과 실험실에서 대기 중 유기에어로졸의 형 성 및 기원을 밝히기 위한 연구들에 활발히 활용되어 오고 있다 (Ng et al., 2011; Jimenez et al., 2009). 우리나라의 경우 중국의 대기오염이 악화되어감에 따라 이에 대한 영향을 파악하고자 황사종합대책의 일 환으로 2008년도에는 우리나라 서쪽 끝에 위치한 백 령도에 집중관측소를 설립하여 대기오염물질을 측정 및 분석해오고 있으며 (NIER, 2015), 백령도를 중심으 로 미세먼지에 대한 연구들을 수행해 오고 있다. Lee et al. (2010)은 백령도에서 대기오염물질의 농도 및 분 포 특성을 파악하였고, Kong et al. (2010)은 이러한 미 세먼지의 생성원인을 조사하였으며, Lim et al. (2013) 은 백령도에서 관측한 기류의 유입경로에 따른 오염도 를 평가하는 연구를 수행하였다. 하지만 기존의 연구 들을 살펴보면 한정된 기간 동안에 측정된 결과를 나 타내기 때문에, 백령도 배경지역의 전반적인 특성을 파악하기에는 제한적임을 알 수 있으며, 이를 극복하 기 위해서는 장기간에 걸친 측정과 분석이 요구되었 다. 그러므로 본 연구에서는 백령도의 미세먼지 특성을 파악하기 위해서, PM2.5와 PM10의 장기변화 경향을 분 석하였으며, 2012년부터 2013년까지 HR-ToF-AMS로 측정한 5분의 시간분해능을 가진 PM1.0 질량스펙트럼 결과를 중심으로 화학적 구성성분과 입경에 따른 화학 적 성분을 파악하여, 계절과 기류의 유입에 따라 한반 도 서해안 배경지역의 미세먼지 특성을 살펴보고자 하 였다. 또한 장기간에 걸쳐서 측정된 자료를 분석 목적에 따라 I. PM 농도 및 성분 특성, II. 입자의 산성도 및 산 화 특성 등으로 나누어 정리하였다. I 편에서는 2009부 터 2014년까지 Beta-ray 방법으로 측정한 PM10과 PM2.5의 장기변화 추세와 HR-ToF-AMS에 의한 PM1.0 의 계절별 화학적 성분과 입경에 따른 화학적 성분을 분석하였다. nm which means the influence of primary emission is low. In case of air stream from the industrialized area of Sandung, Shanghai, China, the concentrations of such components were distributed a bit higher.

Characteristics of Black Carbon Particles in Ambient Air Using a Single Particle Soot Photometer (SP2) in May 2013, Jeju, Korea

Single particle soot photometer (SP2) is an advanced instrument capable of real-time measurement of concentration, coating thickness, and size distribution of individual BC particle using laser-induced incandescence. So far, there have been insufficient studies examining the real-time characteristics of BC in Korea. In this study, we examined temporal variations in BC concentration and mass size distribution of BC in volume equivalence diameter at a background site of Aewol, Jeju in May. Average concentration and mass median diameter (MMD) of BC particles measured during the study period (06~16 May 2013) were 0.69±0.48 μg/m and 196±17 nm, respectively. The BC concentration measured in Aewol was very similar to that observed in the spring of 2012 in Baengnyeong island, and showed diurnal profiles similar to those in other background areas. MMD of BC ranged from 172 to 222 nm. It was found that the mass size distribution of BC varied depending on the location (ground-based), season, types of air masses, and altitude (aircraft-based).

Spacial Distribution of PM1.0 Major Compounds from Long Range Transport at the Baegryungdo Super Site: Relationship between PSCF and Cluster Analysis

The spacial potential source contribution function (PSCF) method was utilized by considering topography and height of back trajectories based on the measurement of organic typo matter (OM), NO3-, SO4, and NH4 + at the Baegryungdo Super Site (37°57′N, 124°37′E, 135 m a.s.l. (above sea level)) for three selected periods (i.e., January~ April, May~August, and September~December) in 2013. The PSCF were calculated on the contributions of transboundary transport to the hourly mean concentrations using a high-resolution time-of-flight aerosol mass spectrometer (HR-ToF-AMS). The cluster analysis using back trajectories was performed to identify the major airflows to the sampling site. The upper atmosphere in the Tianjin area of China and the lower atmosphere in the western coast area of Korea can be the major source of trans-boundary pollution to the sampling site during January~April resulted from PSCF. The area in Lianyungang-city and Liaoning-sheng, China can be responsibile for the nitrogen related secondary compounds during May~August, and Shandong Peninsula in China is the major source area during September~December. In addition, relationships between the cluster analysis of back trajectories and PSCF were investigated for the statistically significance level for the source areas.