Development of an integrated modeling system for transboundary air pollution in Northeast Asia

학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :환경계획학과,1999.Docto

대기환경관리의 관점에서 본 수도권 미세먼지 환경 개선

수도권은 전국 면적의 12%에 불과하지만, 총 인구의 48%가 살고 있고 자동차, 빌딩, 사업장 등 오염원이 집중되어 있어 대기오염도가 매우 심각한 수준이다. 최근 우리나라 전역에서 미세먼지의 오염이 심화되고 있어 이에 대한 대책을 강구하는 우려의 목소리가 높다. 이에 정부는 수도권의 대기오염을 획기적으로 개선하여 지역주민의 건강을 보호하고 쾌적한 생활환경을 조성하고자 2003년 12월『수도권 대기환경 개선에 관한 특별법』을 제정하여 수도권의 지방자치단체와 함께 대기환경 개선을 위해 노력하고 있다(우정헌, 2009). 또 한편으로는 NASA와 협력하여 대규모 항공관측 캠페인을 실시함으로써(KORUS-AQ and MAPS-Seoul) 미세먼지의 생성과 이동에 대한 과학적인 원인규명에 노력하고 있다. 이러한 노력들에도 불구하고 미세먼지 오염은 나아지지 않고 있어, 여러 가지 우려의 목소리가 나오고 있다. 일각에서는 우리나라의 저감 대책이 제대로 시행되지 않아서 라고도 하고, 중국의 영향이 너무 커서, 또는 기후변화나 대기 중의 이차적인 생성이 문제라고도 한다. 과연 어느 것이 진정한 문제인지 아니면 위에 언급된 모든 것이 문제인지는 아직 명확하지 않지만, 우리나라가 막대한 예산을 써가며 야심차게 수행해 왔던 대기질 개선정책들이 아직은 미세먼지를 체감할 수 있을 만큼 개선하지 못했다는 것은 분명한 듯하다. 그렇다면 지금처럼 계속 미세먼지 개선에 막대한 예산을 쏟아 부어야 할까? 아니면 우리가 무엇을 어떻게 해야 할지에 대한 과학적 근거가 명확해질 때까지 기다려야 할까? 본문에서는 수도권 대기환경 개선 기본계획을 중심으로 미세먼지 문제에 대한 과학적 지식과 미세먼지 대책 현황을 검토해 봄으로써 우리나라 미세먼지 대기질의 개선 가능성을 살펴보고자 한다

기후변화 모델링 연구 지원을 위한 배출프로세싱시스템의 개발

IPCC 3차 및 4차 보고서에서는 대기 중 온실가스, 특히 CO2 농도의 증가로 인한 지구 온난화 현상과 기후변화 문제가 인류가 당면한 가장 시급한 문제 중의 하나로 강조 되었으며, 기후변화 문제에 대한 과학적 이해와 적응 및 완화계획이 수립되었다(IPCC, 2001; IPCC, 2007). 이들 보고서에서 발표된 중요한 결론 중 하나는 지구온난화가 현재 일어나고 있으며 그 주된 원인이 인간의 활동이라는 것이다. 전 세계적으로 이용되고 있는 약 20여 개의 기후 시스템 모델들을 사용한 기후변화 시나리오 실험 결과들을 따르면, 향후 100년 이내로 지구 평균 온도가 최소 1.1°C에서 최대 약 6.4°C 정도 상승할 것이며 해수면 상승, 태풍 강도 증가 등 극한 기상 이변의 증가가 가속화 될 것으로 예측된다. IPCC 배출 시나리오에 관한 특별 보고서(Special Report on Emission Scenarios, SRES, 2000)에 따르면 2000년에서 2030년까지 전 세계 온실 가스는 25~90%(CO2Eq.) 정도 증가할 것이며, 화석 연료는 2030년 이후에도 전 세계 에너지원에서 주요 위치를 차지할 것이라고 전망하였다(IPCC, 2000)

Effects of sulfate aerosols on the East Asian climate in a CGCM

An increase of anthropogenic greenhouse gases and atmospheric aerosols due to human activity is the main forcing responsible for a climate change over the globe. While effects of anthropogenic greenhouse gases have been studied extensively, a role of atmospheric aerosols is highly uncertain so far. Therefore, it is important to understand how aerosol forcing is associated with climate variability to assess their impacts on climate change. In this study, we performed a number of simulations using a Community Climate System Model (CCSM) version 2.0.1 to identify a role of sulfate aerosol forcing on East Asian climate. It is found that a regional aerosol forcing (i.e., sulfate aerosol) could modify the rainfall variability over northeast Asia during spring and summer time. Based on a long term period of simulation, in addition, we could find that sulfate aerosol forcing is associated with changes in the North Pacific Ocean SST variability. a role of atmospheric aerosols is highly uncertain so far. Therefore, it is important to understand how aerosol forcing is associated with climate variability to assess their impacts on climate change. In this study, we performed a number of simulations using a Community Climate System Model (CCSM) version 2.0.1 to identify a role of sulfate aerosol forcing on East Asian climate. It is found that a regional aerosol forcing (i.e., sulfate aerosol) could modify the rainfall variability over northeast Asia during spring and summer time. Based on a long term period of simulation, in addition, we could find that sulfate aerosol forcing is associated with changes in the North Pacific Ocean SST variability.1

Simmulation of Polarward Movement of Black Carbon using Geos-Chern

기후변화에 관심이 높아가면서 북극이 새롭게 주목받고 있다. 북극은 지구의 다른 곳보다 온난화에 의한 기온 상승이 두드러진 곳이다. 왜냐하면 온실기체의 증가로 전구 기온이 상승하면 북극의 해빙이 녹아 이 지역의 알베도가 감소하기 때문이다. 최근 온실기체뿐만 아니라, 북극의 변화를 가져오게 하는 물질로 검댕(Black Carbon)이 등장하고 있다. 검댕은 불완전 연소 과정을 발생하여 대기 중에 방출된다. 대기 중의 검댕은 수송되어 북극 지역에 침적될 수 있다. 이때 검댕은 극지의 얼음과 눈에 의한 알베도를 감소시킨다. 미국 NASA는 검댕이 수송되는 과정을 추적하고 극지에 침적되는 양을 추정하기 위해 관측 프로젝트인 ARCTAS(Arctic Research of the Composition of the troposphere from Aircraft and Satellites)를 수행하였다. 이 발표에서는 ARCTAS 자료에서 나타난 대기 중 검댕의 분포와 대기화학수송모형인 Geos-Chem의 결과를 비교한다. 이를 통하여 극지에 수송되는 검댕이 어디서 발생한 것인지를 살펴보려고 한다.2

The effect of concentration of Sulfate over the East Asia to the Climatological Variability

중국의 산업화에 따라 급격히 증가된 sulfate 에어로졸은 동아시아 지역 기후 및 전 지구 기후에 크게 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 이 연구에서는 중국 지역에서 배출되는 인간 활동으로부터 기인한(Anthropogenic) sulfate 에어로졸의 증가에 따른 기후 변화 실험을 전 지구 기후모형인 미국 NCAR(National Center for Atmospheric Research)의 CCSM(Community Climate System Model) 2.0.1 기후모델에서 수행하였다. 규준 실험은 생물활동(Biogenic)에 의한 sulfate 에어로졸만을 고려한 실험이며 민감도 실험은 중국지역에서 배출되는 Anthropogenic sulfate emission과 전 지구의 Biogenic sulfate emission을 동시에 고려한 실험이다.2

The effect of the Siberian Forest Fire aerosol to the atmopsheric condition over East Asia

지구온난화에 의한 기상조건의 변화는 산불 발생 빈도와 강도, 기간의 변화와 밀접하게 연관되어 있다고 알려져 있다. 특히, 과거에 비해 최근 시베리아지역의 산불의 빈도와 발생면적이 증가하고 있다. 향후 시베리아 산불 빈도가 증가할 것이 예상되어 이 지역의 산불의 변화는 동아시아 지역 기후 및 전 지구 기후에 크게 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 시베리아지역의 산불이 다른 해에 비해 현저하게 많았던 2003년 봄철에 대해 산불에 의한 오염 물질의 배출로 의한 동아시아의 기상장의 변동의 특성을 살펴보고, 모형실험을 통해 그 기작을 이해하려 하였다.2

The effect of the biogenic sulfate on Climatological Variability

Sulfate 에어로졸은 대부분이 화석 물질의 연소로 기인한 것이다. Sulfate 에어로졸은 태양광의 후산란을 유도하면서 지표면의 단파 복사량에 영향을 줄 뿐만 아니라 구름의 및 강수 입자의 생성에 영향을 미치는 간접효과를 통해 지구 기후 변화에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. Sulfate 에어로졸 강제력은 크게 biogenic 강제력과 인류 활동에 기인한 anthropogenic 강제력으로 나눌 수 있는데 이 연구에서는 전 지구 기후 모형의 장기적분과 이상화된 실험을 통해 biogenic sulfate 에어로졸 강제력이 기후변동성에 미치는 영향을 분석하였다. 이 연구에 사용된 전 지구 기후모형은 미국 National Center for Atmospheric Research (NCAR)에서 개발된 Community Climate System Model (CCSM) version 2.0이며 biogenic sulfate 에어로졸 강제력을 고려한 실험과 (이후 BS 실험) 고려하지 않은 실험 (이후 N-BS 실험)의 장기적분을 수행하였다. 두 실험에서 모의된 다양한 해양, 및 기상 변수들의 장기 적분 결과를 비교하여 biogenic sulfate 강제력이 기후 변동성에 미치는 영향을 파악하였다.2

Development of a global and regional emission processing system in support of the impact of climate change on regional air quality study

기후변화는 지난 수세기 동안 인간과 생태계의 영향을 주어왔으며 그 정도는 점점 가속화될 전망이며, 이에 대비하기 위한 연구들의 중요성이 점점 증대되고 있다. 하지만 기후변화 - 대기환경변화 - 인간 및 생태계 피해/적응으로 이어지는 영향의 연결고리는 아직도 많은 부분 잘 알려져 있지 않으며, 이에 대한 이해 증진을 위해서는 다양한 분야의 협력을 통한 대형 모델링 연구가 필수적이다. 이러한 모델링 연구에는 대기의 변화와 그로 인한 여러 가지 인체 및 생태계 영향에 대한 이해증진 뿐만 아니라, 이를 경감하거나 제어하기 위해 필요한 노력에 대한 이해, 즉 경제시스템의 변화를 통한 배출량 저감에 대한 연구가 필수적으로 포함된다. 2008년부터 환경부는 전 지구 기후 및 대기화학모형으로서 CCSM과 GEOS-Chem을, 지역규모 기상 및 대기환경모형으로서 MM5와 CMAQ을 결합함으로써 통합모델링 시스템을 구축하고, 이를 통해 과거와 미래의 기후변화와 그에 기인한 대기환경 변화를 전구적/지역적으로 예측/평가하는 연구를 지원해 오고 있다. 그 중 기후변화가 지역 대기질에 미치는 영향에 관한 모델링 연구의 일환으로, 본 연구에서는 전지구 및 지역규모의 과거, 현재와 미래 대기물질 배출량 산정 및 모델링 배출자료의 생산을 수행 할 수 있는 배출목록 처리시스템을 개발, 구축하고자 하였다.2