Pasquill-Gifford 대기안정도의 정합도 평가 : 서울시 아황산(SO2)가스 오염도를 중심으로

Abstract

[한글]

大氣汚染을 體系的이며 綜合的으로 管理하기 위한 法으로 自然現象을 大幅 單純化시킨 數學的모델을 利用한 大氣汚染豫測모델이 開發되여 汚染物質의 大氣中 汚染濃度를 豫測하고 있다. 大氣汚染豫測모델은 對象地域의 汚染物質 排出量, 地形 및 氣象條件등으로부터 未來의 大氣汚染度를 推計하여 各種 汚染物質의 分布常況을 豫測하게 된다.

大氣汚染豫測모델에서는 汚染物質의 大氣中擴散에 장 큰 影響을 미치는 大氣의 垂直, 水平運動常態를 不安定∼中立∼安定의 段階別로 區分한 大氣安定度(atmospheric stability categories)로 나타내고 있다.

그러나 一般的으로 大氣汚染豫測時 地域全體, 全期間을 通해서 同一한 大氣安定度로 假定해서 汚染定度의 特性을 無視하고 있어 그 豫測値의 信賴性이 問題時되고 있다.

이에 本 硏究는 1983∼1984年의 9∼10月間, 서울時(聖水, 九老, 蠶室, 盤浦, 麻浦)를 對象으로 一般的으로 널리 使用되고 있는 Pasquill-Gifford의 大氣安定度 算出方法(Turner, 1979)과 權등(1985)이 調査한 汚染物排出量 資料 利用하여 大氣汚染豫測모델인 Hanna-Gifford Model(Hanna, 1976)에 適用 各 區域의 亞黃酸(SO^^2)가스 汚染豫測治를 구하였다.

또한 同期間中 時間別 亞黃酸(SO^^2)가스 實測汚染度 資料를 蒐集하여 豫測値와 實測汚染度間의 比較分析을 通해 大氣安定度의 整合度를 評價한 結果 다음과 같은 結論을 얻었다.

1) 1983∼1984年 9∼10月間 對象地域의 Pasquill-Gifford 大氣安定度의 出現頻度는 A等級이 6.1%, B等級이 15.5%, C等級이 8.2%, D等級이 29.1%, E等級이 7.9%, F等級이 33.2%로 調査되었다.

2) 對象地域의 日中 各 大氣安定度의 出現頻度는 間(06∼18時)에 A等級이 11.31%, B等級이 28.65%, C等級이 15.09%, D等級이 44.94%로 調査되었으며, 夜間(19∼24時, 01∼05時)에는 D等級이 10.36%, E等級이 17.22%, F等級이 72.41%로 調査되어, 夜間의 氣象條件

이 大氣汚染物質의 擴散에 不利한 것으로 나타났다.

3) 同期間中 地域別 亞黃酸(SO^^2)가스 實測汚染度의 分布는 聖水地域이 平均 53.53ppb, 九老地域이 平均 41.73ppb, 盤浦地域이 平均 32.53ppb, 麻浦地域이 平均 30.42ppb, 蠶室地域이 평균 16.30ppb로 調査되었다.

4) 同期間中 大氣安定度의 等級別 出現頻度에 따른 亞黃酸(SO^^2)가스 實測汚染度 分布는 A等級일때 平均16.05±21.59ppb, B等級일때 平均 19.76±29.22ppb, C等級일때 평균 16.14±23.98ppb, D等級일때 20.76±31.38ppb, E等級일때 平均 20.01±27.97ppb, F等級일때 평균 30.54±37.96ppb로 나타났다.

5) 大氣安定度의 等級別 出現頻度에 따른 亞黃酸(SO^^2)가스 汚染度와 氣候要素間의 關係를 重回歸分析(multiple regression analysis)한 結果 有意性(P<0.05)이 있는 要素間의 函數關係가

大氣安定度가 A等級일 때,

Y^^(SO^^2)(ppb)=-0.28X^^Tem - 0.83X^^Sun + 0.41X^^Hu - 0.18X^^Clo

- 0.72X^^Ws + 1.97

大氣安定度가 B等級일 때,

Y^^(SO^^2)(ppb)=-0.22X^^Tem - 0.41X^^Sun - 0.15X^^Clo + 0.30X^^Hu

- 0.41X^^Ws + 1.96

大氣安定度가 C等級일 때,

Y^^(SO^^2)(ppb)=-0.15X^^Tem - 0.59X^^Ws - 0.21X^^Clo + 0.25X^^Hu

- 0.62X^^Sun + 1.83

大氣安定度가 D級일 때,

Y^^(SO^^2)(ppb)=-0.28X^^Tem - 0.67X^^Ws - 0.13X^^Clo - 0.16X^^Hu

- 0.69X^^Sun + 2.29

大氣安定度가 E等級일 때,

Y^^(SO^^2)(ppb)=-0.22X^^Tem - 0.40X^^Hu - 0.13X^^Clo + 0.59X^^Ws + 2.33

大氣安定度가 F等級일 때,

Y^^(SO^^2)(ppb)=-0.27X^^Tem - 0.19X^^Clo - 0.15X^^Ws - 2.26X^^Sun

- 0.32X^^Hu + 2.34

X^^Tem : temperature (℃)

X^^Ws : wind speed (m/sec)

X^^Hu : relative humidity (%)

X^^Sun : solar radiation (MJ)

X^^Clo : amount of cloud

Y^^SO^^2 : SO^^2 concentration 로 나타나 大氣安定度의 構成期素인 風速, 雲量, 日射量 이외에도 氣溫, 濕度등 다른 氣象要素와도 關係가 있는 것으로 思料되었다.

6) Pasquill-Gifford 大氣安定度의 變化에 따른 Hanna-Gifford Model의 豫測値와 亞黃酸(SO^^2)가스의 實測 汚染度間의 相關性을 比較 그 整合度를 評價한 結果 相關係數 r(correlation of coefficient)과 直線回歸方程式(equation of linear regression)이

大氣安定度가 A等級일 때,

Y=0.38X + 16.30 (r=0.28)

大氣安定度가 B等級일 때,

Y=1.25X + 19.48 (r=0.32)

大氣安定度가 C等級일 때,

Y=1.30X + 0.40 (r=0.58)

大氣安定度가 D等級일 때,

Y=0.59X + 14.53 (r=0.29)

大氣安定度가 E等級일 때,

Y=0.25X - 9.46 (r=0.76)

大氣安定度가 F等級일 때,

Y=0.06X + 27.36 (r=0.37)

※ X : predicted value

Y : observed value 로 나타나 Hanna-Gifford Model을 利用한 大氣汚染豫測時 實測 氣象資料를 使用한 Pasquill-Gifford 大氣安定度의 出現分布中 最多出現頻度를 나타낸 F等級보다 E等級이 豫測値와 實測汚染度間의 整合度 評價結果 整合度가 더욱 높게 나타

났다.

[영문]

This study was carried out to assess validation of Pasquill-Gifford's atmospheric stability in the application to predicting of SO^^2 concentration using the Hanna-Gifford model. One-hour SO^2 concentration data observed at 5 sites in Seoul (Sungsu, Kuro, Mapo, Banpo, Jamsil) and meteorological data (wind speed, solar radiation, amount of cloud, temperature, relative humidity) were analyzed on the relationships between atmospheric stability and pollution degree.

The results were as follows ;

1. The total frequency of Pasquill-Gifford's atmospheric stability in Autumn, occured 6.1% of A class, occured 15.5% of B class, occured 8.2% of C class, occured 29.1% of D class, occured 7.9% of E class and occured 33.2% of F class respectively.

2. The daily frequency of Lasquill-Gifford' atmospheric stability class represented 11.3% of A class, 28.65% of B class, 15.09% of C class, and 44.94% of D class in daytime (06:00-18:00 hr), and 10.36% of D class, 17.22% of E class, 72.41% of F class in night time (19:00-24:00 hr, 01:00-05:00 hr)repectively.

3. The more atmosphere stable was, the night concentration of sulfur dioxide was ; at A class of the stability, concentration of SO^^2 represented 16.05±21.59 ppb, at B class, 16.14±23.98 ppb, ar C class, 16.14±23.98 ppb, at D class, 20.06±31.38 ppb, at E class, 20.06±31.389 ppb, at F class, 30.54±37.96 ppb, in

average and standard deviation respectively.

4. From the result of the stepwise regression analysis, SO^^2 concentration was much influenced by temperature, than factors of Pasquill-Gifford's atmospheric stability.

5. According to the observed data of sulfur dioxide and the predicted using the Hanna-Gifford model, it was validated that, at class of atmospheric stability, the regression showed in

Y^^A = 0.38x^^A + 16.30 (r= 0.28)

Y^^B = 1.25x^^B + 19.48 (r= 0.58)

Y^^C = 1.30x^^C + 0.40 (r= 0.58)

Y^^D = 0.59x^^D + 14.53 (r= 0.29)

Y^^E = 0.25x^^E - 9.46 (r= 0.76)

Y^^F = 0.06x^^F + 27.36 (r= 0.37)

where Y : the observed concentration of SO^^2

X : the predicted concentration of SO^^2

with the results, more valid at E class the observed SO^^2 data and the predicated was than the data at F class.