초미세먼지로 인한 어린이 환경성 질환 영향 연구

배현주,임유라,간순영,이종태 한국환경연구원 2014 수시연구보고서 Vol.2014 No.-

본 연구에서는 서울시를 대상으로 초미세먼지(PM_2.5)와 어린이 천식 입원에 대하여 시공간적 분포를 탐색하고, 초미세먼지(PM_2.5)로 인한 어린이 천식 입원 영향을 정량적으로 평가하여 초미세먼지(PM_2.5)의 농도 개선에 따른 건강피해 감소의 건강편익을 산출하였다. 2007년부터 2013년까지 서울시를 대상으로 초미세먼지(PM_2.5)와 어린이 천식 입원에 대하여 시간적 공간적 분포를 살펴보았다. 크리깅 분석결과 초미세먼지(PM_2.5) 농도는 2010년부터 2103년까지 지속적으로 감소하는 추세를 보였으며, 계절별로는 봄과 겨울이 여름과 가을과 비교하여 농도가 높게 나타났다. 15세 미만 연령집단의 천식 입원이 집중적으로 발생하는 지역을 탐색한 결과, 2011년과 2012년을 제외하고는 서울 서북부에 속한 지역이 대부분 고위험지역(hot-spot)에 속하는 것으로 나타났다. 초미세먼지(PM_2.5)와 15세 미만 연령 천식 입원의 공간적 상관성을 분석하기 위해 Rapid inquiry facility(RIF)를 활용하여 위험분석을 실시한 결과 초미세먼지(PM_2.5)농도가 낮은 구간보다 높은 구간에서 천식 입원환자 발생이 높게 나타났다. 또한 2007년부터 2013년까지 서울시를 대상으로 초미세먼지(PM_2.5)와 천식 입원영향을 정량적으로 평가하였다. 건강영향 평가 결과 초미세먼지(PM_2.5)의 농도 증가는 어린이 천식 입원 발생위험을 통계적으로 유의하게 높이고 있었다. 연령별로는 어린이 중에서 상대적으로 더욱 민감집단인 0~4세 연령집단이 15세 미만 연령집단보다 초미세먼지(PM_2.5)로 인한 천식 입원 발생위험이 높았으며, 성별에 따라서는 여아보다 남아가 초미세먼지(PM_2.5)의 영향을 더 많이 받는 것으로 나타났다. 서울시의 2013년 초미세먼지(PM_2.5)의 농도 수준이 WHO에서 권고하는 대기질 기준을 달성한다고 가정하였을 때, 본 연구에서 도출한 대기오염 농도 증가에 따른 천식 입원의 농도-반응(concentration-response)함수를 적용하여 초미세먼지(PM_2.5)의 농도 개선으로 기대되는 천식 입원 감소의 건강편익을 산출하였다. 본 연구결과 국민의 건강보호를 위하여 2015년 시행 예정인 초미세먼지(PM_2.5)에 대한 대기환경기준의 단계적 강화가 필요하며, 환경정책의 건강편익 산정결과를 토대로 정책의 우선순위와 우선대상지역을 결정하는데 유용한 판단 근거로 활용할 수 있다. This study examined spatial and temporal distribution on PM2.5 and children's asthma admission in Seoul, qualitatively evaluated the effects of PM2.5 on children's asthma admission, and estimated the health benefit of health damage reduction, according to PM2.5 concentration improvement. This study examined the spatial and temporal distribution of PM2.5 and children's asthma hospital admission in Seoul from 2007 to 2013. As a result of krigging analysis, the concentration of PM2.5 showed a constantly declining trend from 2010 to 2013, and the concentration was higher in spring and winter, compared to summer and autumn. According to search for the areas, where asthma admission of the age group of 15 and younger children occurred intensively, most northwestern area of Seoul was the hot-spot. For spatial correlation analysis between PM_2.5 and the asthma admission of children aged 15 and younger, this study conducted a risk analysis using rapid inquiry facility(RIF). As a result, the relative risk of asthma admission was higher in the area with higher PM_2.5 concentration than in the area with lower PM2.5 concentration. This study also quantitatively evaluated PM_2.5 and its effects on asthma admission in Seoul from 2007 to 2013. As a result of health effect evaluation, PM_2.5 increase significantly raised children's asthma admission. By age, the age group aged 0 to 4 had relatively higher risk of asthma hospital admission due to PM_2.5 than that of the age group aged 15 and younger. By gender, boys were affected more by PM_2.5 than girls. If Seoul's PM_2.5 concentration in 2013 is assumed to meet the air quality criterion recommended by WHO, this study estimated the health benefit of the decrease in asthma admission through PM_2.5 concentration improvement by applying a concentration-response function of asthma admission drawn by this study, according to air pollution concentration increase. According the findings of this study, the step-by-step consolidation of air environment criteria of PM_2.5, which is scheduled to be executed in 2015, is required for people's health protection. Also, the health benefit estimation results of environmental policy can be used as useful judgement basis in deciding policy priority and preferential areas.

Lamotrigine, an antiepileptic drug, inhibits 5-HT₃ receptor currents in NCB-20 neuroblastoma cells

Ki Jung Kim,Seung Hyun Jeun,Ki-Wug Sung 대한생리학회-대한약리학회 2017 The Korean Journal of Physiology & Pharmacology Vol.21 No.2

Lamotrigine is an antiepileptic drug widely used to treat epileptic seizures. Using whole-cell voltage clamp recordings in combination with a fast drug application approach, we investigated the effects of lamotrigine on 5-hydroxytryptamine (5-HT)₃ receptors in NCB-20 neuroblastoma cells. Coapplication of lamotrigine (1~300 μM) resulted in a concentration-dependent reduction in peak amplitude of currents induced by 3 μM of 5-HT for an IC₅₀ value of 28.2±3.6 μM with a Hill coefficient of 1.2±0.1. These peak amplitude decreases were accompanied by the rise slope reduction. In addition, 5-HT₃-mediated currents evoked by 1 mM dopamine, a partial 5-HT₃ receptor agonist, were inhibited by lamotrigine co-application. The EC₅₀ of 5-HT for 5-HT₃ receptor currents were shifted to the right by co-application of lamotrigine without a significant change of maximal effect. Currents activated by 5-HT and lamotrigine co-application in the presence of 1 min pretreatment of lamotrigine were similar to those activated by 5-HT and lamotrigine co-application alone. Moreover, subsequent application of lamotrigine in the presence of 5-HT and 5-hydroxyindole, known to attenuate 5-HT₃ receptor desensitization, inhibited 5-HT₃receptor currents in a concentration-dependent manner. The deactivation of 5-HT₃ receptor was delayed by washing with an external solution containing lamotrigine. Lamotrigine accelerated the desensitization process of 5-HT₃ receptors. There was no voltage-dependency in the inhibitory effects of lamotrigine on the 5-HT₃ receptor currents. These results indicate that lamotrigine inhibits 5-HT₃-activated currents in a competitive manner by binding to the open state of the channels and blocking channel activation or accelerating receptor desensitization.

뇌실내 TFMPP가 가토신장기능에 미치는 효과

임영채(Young Chai Lim),최종범(Johng Bom Choi),김경근(Kyung Keun Kim),국영종(Young Johng Kook) 대한약리학회 1992 대한약리학잡지 Vol.28 No.2

신장기능조절에 있어서 중추 tryptamine계가 관련되어 있으며, 5-HT₁수용체는 이뇨적인 역할을 하고 있는 반면에 5-HT₂ 및 5-HT₃수용체는 항이뇨적인 영향을 미치고 있음이 밝혀진 바 있다. 또한 5-HT₁수용체도 단일하지 않고 여러 subtype가 존재함이 알려져 있다. 5-HT_1A수용체의 역할에 관해서는 신기능에 이뇨적인 영향을 미치고 있음이 시사된 바 있다. 본 연구에서는 중추 tryptamine성 신기능 조절에 있어서 5-HT_1B수용체의 역할을 구명하고자 하였다. 선택적 5-HT_1B agonist인 TFMPP 8 ~ 750μg/kg을 가토 측뇌실내로 투여하면 투여량에 비례하여 이뇨 및 Na과 K 배설의 증가를 초래하였으며, 250μg/kg 투여시에는 Na의 배설 분획이 5.44%까지 증가하였다. Na배설 촉진작용은 신혈류역학의 증가 보다도 훨씬 지속하여, 세뇨관에서의 Na재흡수 감소작용이 체액성 기전임을 시사하였다. TFMPP 250μg/kg icv투여시에 natriuresis와 함께 혈장내 atrial natriuretic peptide 농도가 약 6배 증가되었다. TFMPP 250μg/kg을 정맥내로 투여하였을때는 뇌실내 투여시와는 상이하게 신기능에 별다른 유의한 변동을 초래하지 않았다. 이와같은 TFMPP의 diuresis 및 natriuresis는 각각 5-HT₂ 및 5-HT₃ 수용체의 선택적 antagonist인 ketanserin과 MDL 72222의 전처치에 의하여 차단되지 않았으며, methysergide에 의해서도 억제되지 않았다. 또한 5-HT_1A antagonist로 알려진 NAN-190도 TFMPP의 작용을 차단하지 못하였으며 S(-)-propranolol도 영향을 미치지 않았다. 본 연구의 결과 중추 5-HT_1B수용체는 신장기능에 이뇨 및 Na배설 촉진적인 영향을 미치고 있고 이작용에 atrial natriuretic peptide가 관여함을 알 수 있었다. The central tryptaminergic system has been shown to play an important role in the regulation of renal function: 5-HT₁ receptor mediate diuresis and natriuresis, whereas both 5-HT₂ and 5-HT₃ mediate antidiuresis and antinatriuresis. Recently, 5-HT₁ receptors are further subdivided into many subtypes, and central 5-HT_1A subtype was shown to mediate diuretic and natriuretic effects. The present study was undertaken to delineate the role of 5-HT_1B subtype. Trifluoromethylphenylpiperazine (TFMPP), a selective 5-HT_1B agonist in doses ranging from 8 to 750μg/kg icv elicited diuresis, natriuresis and kaliuresis in dose-dependent fashion, with the fractional excretion of filtered Na reaching 5.44% with 250μg/kg icv. The natriuresis outlasted the transient increases in renal hemodynamics, suggesting humoral mediation in the decreased tubular Na reabsorption. Plasma concentration of atrial natriuretic peptide increased along with the natriuresis. Systemic blood pressure transiently increased. When given intravenously, no diuresis and natriuresis was elicited, indicating the central mechanism. The icv TFMPP effects were not significantly affected by icv methysergide, a nonselective 5-HT₁ blocker. Both ketanserin and MDL 72222, selective 5-HT₂ and 5-HT₃ antagonists, resp., did not abolish the TFMPP effects. Nor did NAN-190, 5-HT_1A blocker, affect the TFMPP effects. These observations suggest that central 5-HT_1Breceptors may play a role in the central regulation of renal function by exerting diuretic and natriuretic influences, mainly through natriuretic factors.

Thrombin성 혈소판응집에 대한 Amitriptyline, Sertraline 및 Chlorpromazine의 억제작용

최상현(Sang-Hyun Choi),이영재(Young-Jae Lee),신경호(Kyung-Ho Shin),천연숙(Yeon-Sook Chun),전보권(Boe-Gwun Chun) 대한약리학회 1995 대한약리학잡지 Vol.31 No.3

혈소판은 혈전기전의 중요요소로, monoamine성 신경전달물질의 대사에 있어서 신경계와 유사점을 가지고 있다. 따라서 항우울약물인 amitriptyline (AMT)과 sertraline (SRT)의 혈소판응집 억제와 이에 의한 세포내 신호전달 물질의 함량변동 및 단백인산화에 대한 영향을 chlorpromazine (CPZ)과 비교연구함으로써, 이들 약물의 혈소판응집 억제작용의 효능을 검정하고, 항 혈소판 및 항우울 작용기전의 일단을 규명하고자 하였다. SRT, CPZ 및 AMT은 thrombin (0.25 unit/ml)에 의한 혈소판응집을 억제하였으며, 각각의 IC50은 4.37 ×10^-5 M, 5.76 × 10^-5 M 및 1.15 × 10^-4 M이었다. 이러한 억제효과는 A23187(1.0μM)및 PMA(320 nM)에 의한 혈소판응집에 대해서도 유사하게 나타났다. thrombin은 혈소판응집과 아울러 thromboxane B₂ 및 prostaglandin E₂ 생성을 유의하게 증가시켰으며, 이러한 arachidonic acid 생성은 CPZ, AMT 및 SRT에 의하여 현저하게 억제되었다. CPZ, AMT 및 SRT은 cAMP 함량을 용량의존적으로 감소시켰으며, SRT, AMT (1 × 10^-4 M) 및 CPZ (3 × 10^-5 M)은 cGMP 함량을 증가시키는 경향을 보였다. 한편, Ins(1,4,5)P₃ 함량은 thrombin 부하 후 10초 이내에 정점에 도달한 후 45초 이후까지 유지된다. CPZ과 AMT은 혈소판의 Ins(1,4,5)P₃ 함량을 현저히 증가시키며, thrombin에 의한 증가도 유의하게 증강시킨다. SRT은 혈소판의 Ins(1,4,5)P₃을 증가시키나, thrombin 부하 후 증강되지는 않았다. Ins(1,4,5)P₃ 증가에 이어서, [Ca²⁺]_i은 thrombin 부하 후 20초에 최고점에 이르며, 이러한[Ca²⁺]_i, 증가는 세 약물에 의하여 현저하게 억제되었다. 혈소판 단백인산화에 대해서, thrombin은 41 ~ 43 kDa 및 20kDa 단백인산화를 현저하게 증가시켰으며, 이는 AMT, SRT 및 CPZ에 의하여 억제되었다. CPZ, AMT 및 SRT 등의 세 약물은 유의한 항응집효과와 thromboxane생성억제 효과를 나타냈으며, 이들 약물에 의한 protein kinase C 활성억제 및 Ins(1,4,5)P₃의 함량증가는 각각 이들약물의 항응집효과 및 항우울성 작용기전과 연관될 수 있음을 시사한다. Platelets resemble monoaminergic neurons in several respects, i.e. the uptake of 5-HT and its inhibition, the subcellular storage and release of 5-HT, and the metabolism of aromatic amines brought about by monoamine oxidase. And the 5-HT content of rabbit platelets is well known to be about 40 times higher than that of human platelets. Therefore, this study was carried out to investigate the influences of amitriptyline (AMT) and sertraline (SRT) on the aggregation, contents of signaling second messengers, and protein phosphorylations of rabbit platelets in response to thrombin, 0.25 unit/ml, comparing with those of chlorpromazine (CPZ). Thrombin-induced aggregation was inhibited by SRT (IC50:4.37 × 10^-5 M), CPZ (IC50:5.76 × 10^-5 M), and AMT (IC50:1.15 × 10^-4 M), respectively, and the aggregation by A23187 (1.0μM) or PMA (320 nM) was also inhibited by SRT, CPZ, and AMT. AMT, SRT, and CPZ had little affects on basal contents of platelet TXB₂ and PGE₂, but all of them inhibited the thrombin-induced increase of TXB₂. Thrombin did not change the platelet contents of cAMP and cGMP. CPZ, AMT, and SRT produced the slight decrease of basal cAMP content, and their effects were not affected by thrombin-treatment. But SRT and AMT moderately increased the basal cGMP content, and the cGMP content of thrombin-stimulated platelets was gradually increased by the pretreatment with SRT, AMT, and CPZ. Particularly, the SRT-dependent increase of the cGMP content was notable. Platelet Ins(1,4,5)P₃ content was rapidly increased up to a plateau within 10 sec after thrombin-stimulation, AMT, SRT, and CPZ increased the basal Ins(1,4,5)P₃ content, and the thrombin-dependent increase was enhanced by pretreatment with CPZ and AMT, but was blunted by SRT. Platelet [Ca²⁺]_i, was rapidly increased up to a peak level within 20 sec after thrombin-stimulation. The increase of [Ca²⁺]_i was sisnificantly inhibited by AMT, SRT, and CPZ. Thrombin- or PMA-induced phosphorylations of platelet 41 ~ 43 kDa and 20 kDa proteins were significantly inhibited by AMT, SRT, and CPZ. These results suggest that the antiplatelet activities of AMT and CPZ may be considerably attributed to the inhibition of protein kinase C activity, and the activity of SRT may be associated with the inhibitory effect on the thrombin-induced increase of Ins(1,4,5)P₃ and the increasing effect on the cGMP content of ptatelets. Therefore, it seems to be evident that AMT and SRT may produce their antidepressant activity, at least, partly through the inhibition of protein kinase C activity or the increase of resting Ins(1,4,5)P₃, content and in case of SRT, to a lesser extent, via the increase of cGMP in the brain.

인체위해 저감방안 마련을 위한 미세먼지 구성성분별 건강영향 연구

배현주,이승민,정다운,오규림,김시진,이종태 한국환경연구원 2019 수시연구보고서 Vol.2019 No.-

Ⅰ. 연구 배경 및 목적 □ 연구 배경 및 필요성 ㅇ 우리나라는 1990년대 중반 이후 급격한 경제발전과 산업화, 그리고 도시화로 인한 인위적 대기오염물질의 배출량이 증가함 - 대기질을 개선하고 대기오염으로 인한 건강부담을 경감시키고자 국가적인 차원에서 다양한 환경정책들을 시행 ㅇ 미세먼지(PM2.5)는 입자의 크기 2.5㎛ 이하로 매우 작아 폐포까지 깊숙이 침투하여 인체 위해성이 높은 것으로 보고 ㅇ 미세먼지(PM_2.5)의 발생원과 구성성분에 따라 건강위해성에 차이가 있으므로, 인체 위해 측면의 관리를 위해서는 미세먼지(PM_2.5)의 구성성분에 따른 건강영향에 대한 과학적 근거가 필요 □ 연구목적 ㅇ 미세먼지(PM_2.5) 구성성분의 특성을 파악하고, 미세먼지(PM_2.5) 구성성분에 따른 건강영향을 정량적으로 평가 ㅇ 미세먼지(PM_2.5) 구성성분에 따른 건강영향의 관련성을 파악하여, 인체 위해성이 높은 미세먼지(PM_2.5) 구성성분에 대한 우선적 관리정책을 마련할 수 있도록 미세먼지 (PM_2.5) 질적 관리정책 방안 제안 Ⅱ. 미세먼지의 구성성분 및 건강영향 사례연구 □ 미세먼지(PM_2.5)는 50개 이상의 화학적 성분의 복합 혼합물로, 발생원에 따라 미세먼지(PM2.5) 구성성분의 차이 ㅇ 탄소성분(EC, OC), 금속성분(Al, Ba, Be, Ca²⁺, Cd, Cr, Cu, Fe, Mg²⁺ 등), 이온성분(NO₃^-, SO₄^2-, NH⁺, Cl^-, Br^-, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) 등 다양한 물질들로 구성 ㅇ 국내 미세먼지(PM_2.5)의 주요성분은 질산염, 황산염, 암모늄, 유기탄소, 원소탄소로 나타났으며 지역별로 각 주요성분들이 차지하는 비율은 상이 - 서울, 인천과 광주의 경우 유기탄소가 가장 큰 비중을 차지하였고, 대전, 부산, 청주 등의 도시에서는 황산염의 비중이 가장 큰 것으로 나타남 - 미세먼지(PM_2.5) 발생 기여도 분석에 있어 상이한 방법론을 적용하였으며 오염원의 분포는 계절이나 기상현상에 따라 달라지는 것으로 나타남 □ 미국과 유럽의 미세먼지(PM_2.5) 구성성분의 건강영향 연구 사례 분석 ㅇ 미국 건강영향연구소(HEI: Health Effects Institute)는 미세먼지 구성성분에 의한 건강영향에 대한 통합적 역학 및 독성 연구 등 4개의 연구로 구성 - 시계열 분석 결과 미세먼지(PM_2.5)와 가스상 오염 물질의 성분은 미세먼지(PM_2.5) 질량 농도와 같이 건강영향에 밀접한 연관성을 보임 ㅇ 미국 국가대기환경기준의 통합과학평가(ISA: Integrated Science Assessment)는 미세먼지(PM_2.5) 구성 성분과 사망률 관계에 대한 검토에서 미세먼지(PM_2.5) 질량과 비교하여 미세먼지(PM_2.5) 구성성분 농도와 비율에 의한 사망률과 관련성 확인 ㅇ 유럽 MED-PARTICLES은 2010년부터 2013년까지 유럽위원회의 지원을 받아 지중해 연안 국가 14개 도시의 미세먼지 구성성분의 특성을 파악 □ 미세먼지(PM_2.5) 구성성분의 단기노출에 의한 건강영향 연구 ㅇ 미세먼지(PM_2.5) 구성성분의 위험도는 지역이나 사망원인, 질병원인, 계절 등에 따라 달라지는 것으로 보고 Ⅲ. 미세먼지 구성성분의 특성분석 □ 서울시 미세먼지(PM_2.5) 농도 특성 파악 ㅇ 2015~2017년 서울시 미세먼지(PM_2.5)의 연평균 농도 값은 2016년에 26.29㎍/㎥로 가장 높았음 ㅇ 서울시 북동지역의 미세먼지(PM_2.5) 농도분포가 다른 지역보다 낮은 패턴을 보였으며 남서지역의 미세먼지(PM_2.5) 농도가 다른 지역보다 높은 패턴을 보임 □ 2015년과 2016년의 배출원별 전국과 서울시의 미세먼지(PM_2.5) 배출특성 파악 ㅇ 전국 미세먼지(PM_2.5) 총배출량은 2015년 98,806톤에서 2016년 100,247톤으로 증가한 반면 서울시의 경우 2015년(2,580톤)보다 2016년(2,524톤) 미세먼지(PM_2.5) 배출량이 다소 감소 □ 2015년부터 2017년까지 서울시 미세먼지(PM2.5) 구성성분(탄소성분(OC, EC), 수용성 이온성분(NO₃^-, SO₄^2-, NH₄⁺), 금속이온성분(Ca²⁺, K⁺, Na⁺, Mg²⁺)의 특성 파악 ㅇ 미세먼지(PM_2.5)대비 비율을 살펴보면 탄소성분의 OC 비율이 평균 26%로 가장 높았으며 이온성분의 NO₃^-(20.54%)와 SO₄^2-(16.57%)의 비율이 다음으로 높게 나타남 ㅇ OC의 계절별 변화는 겨울(7.89㎍/㎥) > 봄(6.36㎍/㎥) > 가을(6.62㎍/㎥) > 여름(5.13㎍/㎥) 순으로 나타남 ㅇ 미세먼지(PM_2.5)와 비교적 높은 상관성(0.5이상)을 보인 것은 이온성분으로 중NO₃^-(0.57)과 Cl^-(0.84)이었으며 금속 이온성분 중 K⁺(0.79), Mg²⁺(0.65), Na⁺(0.67)임 Ⅳ. 미세먼지 구성성분별 건강영향 평가 □ 2015년부터 2017년까지 서울시를 대상으로 미세먼지(PM_2.5)와 미세먼지(PM_2.5) 구성성분의 농도 증가로 인한 사망영향을 평가 ㅇ 미세먼지의 구성성분에 따른 전체원인 사망영향과 심혈관계 사망영향을 정량적으로 평가하기 위해 시계열 연구를 적용 - 미세먼지 구성성분 : EC, OC, NO₃^-, SO₄^2-, NH₄⁺, Ca²⁺, Cl^-, K⁺. Mg²⁺. Na⁺ ㅇ 미세먼지(PM_2.5) 구성성분 중 EC와 OC는 전체 연령과 65세 이상 연령집단에서 전체원인 사망위험을 통계적으로 유의하게 높임 - EC와 OC의 전체원인 사망위험은 미세먼지(PM_2.5)의 사망위험보다 높게 나타남 ㅇ Cl-과 SO₄^2-는 65세 미만 연령집단에서 전체원인 사망위험과 심혈관계 사망위험을 통계적으로 유의하게 높임 ㅇ Mg²⁺ 전체 연령과 65세 이상연령에서 전체원인 및 심혈관계 사망위험을 유의하게 높임 Ⅴ. 수용체 중심의 미세먼지 관리정책 방안 □ 인체위해성에 기반한 미세먼지 관리정책 국외 사례 검토 ㅇ 미국 남부 캘리포니아 지역은 대기자원위원회(California Air Resources Board)를 설립하여 자동차 배기가스를 규제. BC 농도가 1960년 대 이후 90% 가까이 감소하면서 매년 약 5,000명의 조기 사망을 예방 ㅇ 유럽연합은 대기환경 관리 및 대기질 개선을 위해 2001년 국가별 배출량 상한 지침(National Emission Ceilings Directive)을 채택하고 미세먼지(PM_2.5) 배출 저감조치를 취할 때 건강피해를 야기하는 블랙카본(Black Carbon) 검토를 명시 □ 인체위해성에 기반한 미세먼지 관리로 패러다임의 전환 ㅇ 미세먼지 관리가 국민의 건강피해를 감소시키고 쾌적한 환경을 조성하기 위한 것으로 목적을 달성하기 위해서는 우선적으로 인체위해성에 기반한 미세먼지 관리로 패러다임의 전환 필요 □ 인체위해성에 기반한 미세먼지 관리방안의 도입 ㅇ 미세먼지와 구성성분의 측정 및 정보제공 - 미세먼지(PM_2.5) 구성성분 농도를 측정하기 위해서는 막대한 재원과 전문 인력이 필요하지만, 미세먼지 관리의 기본적인 요소인 구성성분 정보를 파악하기 위해서는 구성성분 측정이 반드시 필요 - 구성성분과 같이 세분화되고 과학적인 사용이 필요한 항목에 대해서는 별도의 정보제공이 이루어질 수 있어야 함 ㅇ 미세먼지와 구성성분의 건강영향 평가 - 미세먼지(PM_2.5) 에 대한 양적인 관리뿐만 아니라 질적 관리를 위해 미세먼지(PM_2.5) 배출원의 배출요인, 배출량, 구성성분별 농도 특성이 분석되어야 하며 이를 통한 인구집단의 미세먼지(PM_2.5) 노출과 위해도 분석 필요 ㅇ 인체위해 저감을 위한 배출원 맞춤형 관리대책 추진 - 미세먼지(PM_2.5)와 구성성분에 대한 기여도를 고려하여 관리대책의 추진 가능 범위를 확인. 배출원의 위치, 배출오염물질과 같은 다양한 제한요인을 고려하여 지역별 배출원 맞춤형 관리대책 추진 - 국내에 타당한 분석방법을 적용하여 다양한 미세먼지(PM_2.5)의 배출원 기여도를 보다 정확하게 평가할 필요가 있음 Ⅰ. Study Background and Purpose □ Study Background ㅇ In Korea, the emission of air pollutants has increased since the mid-1990s due to rapid economic development, industrialization, and urbanization. - In order to improve air quality and reduce the health burdens caused by air pollution, various environmental policies are implemented at the national level. ㅇ PM_2.5 has particle sizes smaller than 2.5μm and was reported to cause high risks in human health as it can penetrate deeply into the alveolar. ㅇ There is a difference in health risks according to the source and constituents of PM_2.5, so for the management of the human health risk, scientific evidence for the effects on health according to the constituents of PM_2.5 is needed. □ Study Purpose ㅇ The characteristics of the constituents of PM_2.5 were investigated and the health effects of PM_2.5 constituents were quantitatively evaluated. ㅇ The qualitative management policy for PM_2.5 was proposed to prepare a prioritized management policy for the PM_2.5 constituents with high risks on human health. Ⅱ. Case Studies on PM_2.5 constituents and Health Effects of PM_2.5 constituents □ PM_2.5 is a composite mixture of more than 50 chemical constituents, and the constituents of PM_2.5 vary according to the source. ㅇ PM_2.5 is composed of various chemicals such as carbonaceous components(EC, OC), trace metal(Al, Ba, Be, Ca²⁺, Cd, Cr, Cu, Fe, Mg²⁺ etc.), and ions components(NO₃^-, SO₄^2-, NH⁺, Cl^-, Br^-, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺), etc. ㅇ Major constituents of PM_2.5 in South Korea were nitrate salt, sulfate salt, ammonium, organic carbon, and elemental carbon, and the ratio of each major constituent vary according to region. - Organic carbon was the dominating constituent in Seoul, Incheon and Gwangju, and sulfate salt was the dominating constituents in Daejeon, Busan, and Cheongju. - Different methodologies were applied for contribution analysis of PM_2.5 sources, and distribution of the PM_2.5 source varied according to seasons or weather conditions. □ Case analysis of studies on health effects of PM_2.5 constituents in US and Europe ㅇ The Health Effects Institute in the United States conducted four studies on health effects of PM_2.5 constituents, including studies on integrated epidemiology and toxicity. - Time series analysis showed that the constituents of PM_2.5 and gaseous pollutants were closely related to health effects along with PM_2.5 mass concentration. ㅇ The Integrated Science Assessment of the US National Air Quality Standards studied the relationship between PM_2.5 constituents and mortality, and confirmed a relationship between concentration and ratio of PM_2.5 constituents and mortality through a comparison with the mass of PM_2.5. ㅇ MED-PARTICLES in Europe, with support of the European Commission from 2010 to 2013, identified the characteristics of PM_2.5 constituents in 14 cities in the Mediterranean countries. □ Study of short-term exposure to PM_2.5 and its constituents and health ㅇ Health risk of PM_2.5 constituents is different based on the region, the cause of death or disease, and season, etc. Ⅲ. Characteristics of PM_2.5 Constituents □ Concentration characteristics of PM_2.5 in Seoul ㅇ Between 2015-2017, the annual average PM_2.5 concentration in Seoul was the highest in 2016 with 26.29㎍/㎥. ㅇ In Seoul, the PM_2.5 concentration showed that northeastern area had the lowest concentration and southwestern area had the highest concentration. □ PM_2.5 emission characteristics in Seoul and South Korea according to emission source during 2015 and 2016 ㅇ Total amount of PM_2.5 emission in South Korea increased from 98,806 tons in 2015 to 100,247 tons in 2016, while the amount of PM_2.5 emission in Seoul slightly decreased in 2016(2,524 tons), compared to 2015(2,580 tons). □ Characteristics of PM_2.5 constituents in Seoul from 2015 to 2017 ㅇ A review on the constituents ratio in the PM2.5 showed that the ratio of OC, a carbon constituents was the highest with 26% in average, followed by the ratio of NO₃^-(20.54%) and SO₄^2-(16.57%). ㅇ Seasonal change of OC was higher in the order of winter(7.89㎍/㎥) > spring(6.36㎍/㎥) > fall(6.62㎍/㎥) > summer(5.13㎍/㎥). ㅇ The constituents showing relatively high correlations (0.5 and higher) with PM_2.5 were NO₃^- and Cl^- among the ion constituents and K⁺, Mg²⁺ and Na⁺ among the metal ion constituents. Ⅳ. Assessment the Health Effects of PM_2.5 Constituents □ The mortality effects of PM_2.5 and its constituents in Seoul from 2015 to 2017 were assessed. ㅇ Time series study was applied to quantitatively evaluate the total death and cardiovascular death according to the composition of PM_2.5. ㅇ EC and OC statistically significantly increased the total cause mortality risk in the total age group and the age group over 65 years. - The total mortality risk of EC and OC is higher than the mortality risk of PM_2.5. ㅇ Cland SO₄^2- statistically significantly increased the risk of total death risk and cardiovascular death in the age group of less th an 65years. Ⅴ. PM_2.5 Management Policies focused on Receptor □ Case study of PM_2.5 management policies based on human health risks ㅇ The California Air Resources Board was established in southern California, USA, to regulate vehicle emissions. BC concentrations have declined by nearly 90% since the 1960s, preventing approximately 5,000 premature deaths each year. ㅇ The European Union implemented the National Emission Ceilings Directive in 2001 to improve air quality and manage air environment and enforced the review of the Black Carbon which causes health risks when taking measures to reduce PM_2.5 emissions. □ Paradigm shift to PM_2.5 management based on human health risks ㅇ The management of PM_2.5 is to reduce the health damage of the people and to create a healthy environment. To achieve these objectives, there should be a paradigm shift first to the management of PM_2.5 based on human health risks. □ Implementation of PM_2.5 management plan based on human health risks ㅇ Measurement of PM_2.5 constituents and information - Although measuring the concentration of PM_2.5 constituents requires a great deal of resources and professional personnel, PM_2.5 constituent measurement is essential because the constituents information is a basic factor in the PM_2.5 management. - For items such as constituents that are subdivided and need scientific analysis, there should be separate information provided. ㅇ Health effect of PM_2.5 and its constituents - For qualitative management as well as quantitative management of PM_2.5, emission factors, emission amounts, and concentration characteristics of PM_2.5 emission sources should be analyzed, and we estimate the association between PM_2.5 and its constituents and health. ㅇ Implementing customized management measures for emission sources to reduce human health risk - First, the scope of the management measures needs to be confirmed by considering the contribution of emission source to PM_2.5 and constituents. Then customized management measures for regional emission sources need to be implemented, considering various limiting factors such as the location of emission sources and emission pollutants. - It is necessary to evaluate the contribution of various PM_2.5 emission sources more accurately by applying a more adequate analysis method for South Korea.

생애초기 저산소증으로 인한 신경행동기형

이성수,이서울,강동원,김진수,김동구 대한신경과학회 1998 대한신경과학회지 Vol.16 No.2

환경·경제 통합분석을 위한 환경가치 종합연구

김현노,안소은,김충기,전호철,정다운,이홍림,홍현정,한선영,최병웅,최새미 한국환경정책평가연구원 2019 사업보고서 Vol.2019 No.-

Ⅰ. 연구의 배경 및 목적 □ 연구 배경 및 목적 ㅇ 환경가치를 고려한 합리적인 의사결정을 지원하기 위하여, 정책·사업으로 인한 물리적 환경영향 분석과 환경편익·비용 경제성 평가가 연계된 종합적인 환경·경제 통합분석 연구가 수행될 필요가 있음 ㅇ 따라서 본 연구에서는 다양한 환경유형에 대한 환경영향 정량화 및 환경서비스의 단위당 가치(이하 단위가치)를 직접 추정하는 작업과 더불어, 두 결과를 연계하여 정책·사업 평가에 활용할 수 있도록 체계적인 통합분석 틀(절차)을 마련하고자 함 ㅇ 또한 구축된 통합분석 틀이 하나의 시스템으로 작동할 수 있도록 분석도구를 제공함과 동시에 환경가치종합정보시스템(EVIS)을 시스템 지원 DB로 개선하고자 함 □ 연구 내용 및 범위 ㅇ 통합분석 시스템의 구성요소는 크게 분석도구인 통합분석 템플릿과 분석자료를 제공하는 지원 DB, 두 가지로 구성됨. 따라서 환경유형별로 통합분석 템플릿을 설계하고 템플릿을 활용한 통합분석이 잘 이루어질 수 있도록 자료를 지원하는 지원 DB를 구축하는 작업이 수행됨 - 부문별 직접연구, 정책평가를 위한 사례연구, 통합분석 틀 설계 및 DB 개선작업 등을 포함함 ㅇ 연구 부문은 크게 총괄, 생태계 부문, 건강 부문, 국민환경의식조사의 4가지로 구분함 Ⅱ. 환경·경제 통합분석 시스템 구축 1. 통합분석 절차 □ 환경·경제 통합분석은 기본적으로 인간 활동-환경 질 변화-수용체(생태계, 인간 건강 등)의 영향경로를 추적하여 이를 물리적으로 평가하고, 나아가 인간 활동과 직접적으로 연계시킨다는 점에서 영향경로분석법(IPA)에 기반을 둠 ㅇ 통합분석은 환경정책/사업에 대한 평가범위의 목록화 및 선정작업에서 시작함. 다음으로 평가대상에 대한 물리적 환경영향 정량화를 수행하고 그 결과에 단위가치(비용)를 적용함으로써 환경편익·비용을 도출함 □ 통합분석 도구인 ‘통합분석 템플릿’은 환경영향 정량화 및 환경가치 도출과정의 분석을 지원하며, 통합분석에서 사용되는 자료 중 환경가치 관련 자료는 ‘환경가치 온라인 DB(EVIS)’를 통해 제공받음 2. 통합분석 템플릿 □ 본 연구에서는 통합분석 절차의 체계적이고 효율적인 적용을 위한 분석도구로 템플릿을 개발함 ㅇ 이는 환경·경제 통합분석 절차인 영향범위 설정, 물리적 환경영향 정량화, 경제성 평가과정의 절차 및 결과를 분석대상별로 구체화하여 한눈에 제시하는 표임 □ 환경·경제 통합분석이 개별적인 사례연구로 활용되는 것이 아니라 의사결정을 돕는 하나의 시스템으로 자리 잡기 위해서는 통합분석 틀(절차)의 체계화가 필수적임 3. 환경가치 DB(EVIS) □ 의사결정 시스템으로 환경·경제 통합분석을 활용하기 위해서는 통합분석 틀(절차)의 체계화를 넘어 분석에 사용되는 자료를 보다 효율적으로 지원할 수 있어야 함 □ 본 연구에서는 통합분석 시스템을 구성하는 두 번째 요소인 환경가치 온라인 DB(EVIS)를 소개하고, 통합분석 시스템 지원 역할을 강화하기 위해 본 연구에서 수행한 EVIS 개선작업을 정리하였음 ㅇ 통합분석 틀과 호환 가능한 수용체 중심의 분류체계로 EVIS를 개편하고, 환경가치추출을 용이하게 하여 자료 활용성을 높이기 위해 원하는 자료에 대한 엑셀 추출기능을 추가함 ㅇ EVIS가 환경가치에 대한 정보제공을 넘어 의사결정을 위한 환경가치 정보활용 절차를 안내하는 등 환경가치 one-stop 플랫폼으로서 역할을 할 수 있도록 업데이트를 수행함 - 선행연구 환경가치 요약정보뿐만 아니라 환경가치의 여러 가지 개념 및 환경가치추정 방법론을 소개하고, 나아가 제공된 정보를 활용하여 원하는 환경서비스에 대한 새로운 단위가치를 생성해내는 방법 및 사례연구를 제공함 ㅇ 또한 본 연구에서는 구축된 템플릿 정보의 제공을 넘어 이를 ‘정책평가 도구화’ 함으로써 그 활용도를 제고할 수 있을 것으로 기대함. 따라서 환경가치종합정보시스템(EVIS)에 ‘가치평가 toolkit’ 서비스를 구축하여 제공하고자 함 - 가치평가 toolkit은 사용자가 환경가치 평가 시 원하는 환경유형을 선택하고 필요정보를 입력하면 가치평가 결과를 바로 얻을 수 있는 통합분석 도구임 ㅇ 더불어 DB 내에 수록된 환경가치 선행연구를 최근까지 확장함 - 업데이트를 통해 2019년 12월 현재 EVIS에서는 선행연구 420편, 가치추정치 정보 1,912개가 제공되고 있음 Ⅲ. 환경·경제 통합분석 사례연구: 생태하천 복원사업 □ 생태하천 복원사업을 대상으로 한 정책·사업평가 사례연구를 통해 통합분석 틀을 개선함과 더불어, 정책·사업평가 도구로서의 통합분석 틀의 활용성을 검토하고자 함 1. 분석범위 설정 □ 배경 및 목적 ㅇ 최근 하천의 친수환경 공간을 확대하고 수생태환경의 건강성을 증대하며 다양한 서식환경 복원에 초점을 맞춘 하천 복원사업이 수행되고 있으며, 이에 대한 연구 필요성이 대두함 ㅇ 따라서 생태하천 복원사업 전·후의 수리, 수질 및 서식처 변화를 모의하고, 이를 이용하여 사업의 효과를 분석하기 위해 물리서식처 분석을 수행함 □ 연구대상 지역 현황 및 대상 어종 ㅇ 본 연구의 연구대상지인 안양천은 유역 내에 여러 가지 문제를 내포하고 있어 수리, 수문, 수질, 생태 및 도시계획 분야 등 다양한 전문가가 참여하여 안양천 살리기 사업의 일환인 종합계획을 수립한 바 있음 - 안양천 살리기 사업은 수질개선사업, 수량확보사업, 자연성 회복을 위한 하천사업 및 생태적 건강성 회복을 위한 사업으로 분류됨 ㅇ 연구대상 구간은 다음과 같은 조건을 기준으로 선정함 - 먼저 2000년대에 수행된 사업으로, 현재를 기준으로 하였을 때 20년이 경과하지 않고 지류의 구간이 아니며 어느 정도의 유로연장 및 유역면적을 만족하는 대상지를 선정하고자 함. 또한 수도권 인근에 위치하여 접근성이 상대적으로 높고, 수량, 수질, 수생태계에 대한 자료를 확보할 수 있는 대상지를 선정하고자 함 ㅇ 결과적으로 대상 구간은 안양천 중류 3km 구간으로 하였으며, 대상 어종은 참갈겨니, 피라미, 쉬리, 돌고기, 줄납자루 등 총 5종을 선정함 2. 물리적 환경영향 정량화: 물리서식처 모의를 통한 수질 및 서식처 변화 분석 □ 수리특성 변화 ㅇ 흐름분석 결과, 복원사업 전후의 지형학적 변화에 따라 수리특성이 확연하게 달라졌음을 확인함. 하천설계기준을 적용할 때 물놀이 가능지역이 증가함. 생태하천 복원사업으로 친수활동이 가능한 하천으로 변화되었음을 확인할 수 있음 - 복원사업 전(2001년), 하천 범위 내 수심은 1.5m 이상, 유속은 1.0m/s 이상이었으나, 복원사업 직후(2006년) 및 최근까지도(2018년) 대부분의 수심은 0.02~1.0m, 유속은 0.0~0.7m/s에 분포하는 것으로 나타남 ❏ 수질 변화 ㅇ 수질 변화를 살펴보기 위한 수질인자로 DO, BOD, COD를 고려함. 이는 수리특성변화(수심, 유속, 수온)를 이용하여 산정되었으며, 사용된 방법은 CCME WQI, IRWQI으로, 두 방법론 모두에서 생태하천 복원사업으로 인해 수질등급이 두 단계 향상된 결과를 보여줌(표 1 참고) - 생태하천 복원사업 전후 및 현재(2018년)의 세 시점에 대해 수질인자의 변화를 인자별로 정량분석하였으며, 이를 하나의 통합적인 지표로 나타냄 □ 서식처 변화 ㅇ 서식처 면적 변화를 정량적 통합지표로 살펴보기 위해 Zingraff-Hamed et al.(2018)의 방법을 사용한 결과, 생태하천 복원사업 전 low 등급에서 생태하천 복원사업 후 medium 등급으로 서식처 면적등급이 향상됨(표 2 참조) - 생태하천 복원사업이 하천에 서식하는 수생물의 서식처 확보 측면에서 유익하게 작용함 3. 환경영향 화폐화 □ 물리적 환경영향 정량화 결과를 바탕으로 생태하천 복원사업으로 인한 수질 및 수생태 서비스 변화에 대한 경제적 가치 및 편익을 산정하였음 ㅇ 연구결과의 객관성을 위해 특정 정책의 효과를 배제한 안소은 외(2018b)의 ‘수질관리 및 개선을 위한 국민 설문조사’ 자료 활용 - 안소은 외(2018b) 중 선택실험법(CE) 자료를 활용하여 본 연구의 목적에 부합하도록 계량경제모형 재추정 - 수질 및 수생태 지표 변화에 대한 단위가치 도출을 위하여 사업 이전과 이후의 지표값(수질: IRWQI, 수생태: HHS Index)을 적용 ㅇ 선택실험법 설계는 피벗스타일 디자인(pivot-style design) 적용 - 응답자가 인지하고 있는 수준을 기준대안으로 생태계서비스 속성 수준을 변화시킨 가상대안들을 설계하여 선택대안으로 제시 - 주요 생태계서비스 속성으로 친수서비스, 생태기능서비스, 수위 조절, 수질정화와 이러한 서비스에 대한 교환으로 물이용부담금 선정 ㅇ 분석모형으로는 조건부로짓모형(CLM), 중첩로짓모형(NL) 및 오차구성로짓모형(ECL) 적용 - 피벗디자인에 의해 생성된 자료 활용에서 나타날 수 있는 계량경제학적 편의(bias)를 최소화하는 모형 선택 - 모형 추정 결과, 잠재적인 선택대안 간의 이분산성을 고려한 ECL 모형이 다른 모형보다 적합한 것으로 확인됨 ㅇ 편익 산정 결과, 생태하천 복원사업으로 인하여 수질등급은 사업 전보다 2등급 개선되었으며, 이로 인한 편익은 연간 약 105.4~214.4억 원에 해당함. 수생태의 경우 사업 이후 1등급 증가에 대한 편익은 연간 약 60.5~123.0억 원으로 추정됨 □ 본 연구는 정책·사업평가 도구로서 통합분석 틀을 적용하였으며, 본 연구의 결과는 향후 통합물관리 정책 지원을 위한 기초자료로 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단됨 Ⅳ. 환경·경제 통합분석 사례연구: PM_2.5 조기사망 피해비용 산정 1. 분석범위 설정 □ 본 연구에서는 다양한 오염원(점, 선, 면)과 대기오염물질(NOx, SOx, PM_2.5, NH₃, VOC)로부터 발생하는 PM_2.5 장기노출 조기사망 피해비용을 산정하고자 함 ㅇ 자료 가용성 등을 고려하여 분석범위는 ‘국내 미세먼지 생성에 미치는 국내 배출량’으로 한정함 □ 분석의 시간범위는 2015년 인구를 대상으로 하였으며, 공간단위는 전국 252개 지자체로 설정함. 또한 장기노출로 인한 건강피해를 평가하고자 하므로, 분석대상 인구집단을 30세 이상 인구로 설정함 2. 물리적 환경영향 및 건강영향 정량화 □ 건강영향 피해비용을 산정하기 위해 오염물질별, 오염원별 배출량이 어떻게 되는지, 배출된 오염물질이 대기 중으로 확산되어 대기오염 농도가 최종적으로 어떻게 변하는 지, 그리고 대기오염 농도에 노출된 인간이 얼마만큼의 건강피해를 입는지에 대한 물리적 환경영향 혹은 건강영향 정량화가 요구됨 □ 본 연구에서는 모델링을 바탕으로 기존 국내 연구에서 도출한 대기오염물질별, 오염원별 PM_2.5 전환율값을 활용함. 또한 대기오염 농도가 인간의 건강피해에 미치는 영향을 파악하기 위해서 국내외 선행연구를 검토하여 적절한 농도반응함수를 선정하여 활용함 ㅇ 전환율은 다양한 오염물질별, 오염원별(점, 선, 면) 배출량 1톤이 PM_2.5의 연평균 농도를 높이는 데 얼마나 기여하는지로 해석 가능함 3. 건강영향 화폐화 □ 앞서 물리적 환경영향 및 건강영향 정량화 과정에서 도출된 ‘PM_2.5의 장기노출로 인한 조기사망자 수’를 경제적 피해비용으로 환산함 ㅇ PM_2.5 조기사망 피해비용을 산정하기 위한 사망위험감소가치(VSL)값을 선정하기 위해 관련 선행연구를 검토하여 적용함 □ PM_2.5 장기노출로 인한 조기사망의 오염물질별, 오염원별 단위 피해비용 결과를 정리하면 다음과 같음 ㅇ Hoek et al.(2013)의 농도반응(CR)함수 계수 추정치의 95% 신뢰구간을 이용하여 단위 피해비용 결과의 하한값, 평균값, 상한값을 제시하였고, VSL 값의 경우도 3가지를 적용하여 피해비용 결과를 산정함(표 3 참조) Ⅴ. 부문별 영향평가 1. 생태계 서식처 질 평가 □ 서식처 질은 생존, 재생, 유지에 유용한 자원에 기반하여 개체 혹은 군집이 서식하기에 적절한 상태를 제공하는 생태계 능력임.1) 생물다양성 프록시(proxy)로서 전국 서식처 질을 평가하여 생물다양성 보전 및 지속가능한 이용을 위한 정책의사결정을 지원하고자 하였음 ㅇ InVEST Habitat Quality Model을 통해 서식처 적합성, 서식처 위협요인, 위협요인에 대한 서식처 민감성, 서식처 접근성 등을 고려하여 서식처 질(0.00(서식 불가지역)~1.00(이상적 서식처))을 평가하였음 ㅇ 2009년 기준 전국 서식처 질은 0.64로, 생태계 유형별 평가결과 인간 이용 강도와 접근성이 낮아 서식처로서 적합하며, 위협요인에 대한 영향이 적은 산림지의 서식처질(0.86)이 가장 우수하였음. 행정구역별 평가결과, 산림 구성비율이 높은 강원(0.76), 경북(0.69), 충북(0.66), 경남(0.66)의 서식처 질이 우수하였음(표 4 참조) ㅇ 지난 20년간(1989~2009년) 전국 산림지가 8.11%(5402.90km2) 감소하고 시가지가 192.68%(4010.71km2) 증가하였음. 이에 따라 인천(-18.00%), 제주(-17.26%), 부산(-12.56%) 지역 서식처 질이 특히 크게 감소하였고, 전국 평균적으로는 서식처 질(2009년)이 1989년 대비 5.56% 저하된 바, 국가·지역 생물다양성 증진을 위한 정책 점검 및 이행 강화가 필요한 상황임 2. 환경유해인자 건강영향평가 □ 연구의 틀 ㅇ 2단계 사업(2019~2021) 목적 - 환경으로 유입된 화학물질이 생태계에 미치는 영향과 생태계를 거쳐 식이노출의 경로로 인간에게 미치는 영향을 파악하여 화학물질로 인한 피해비용을 추정하는 틀을 구축 ㅇ 2단계 사업 1차년도(2019) 연구 개요 - 유해인자-생태계(수용체)-건강영향의 첫 연계경로인 화학물질이 생태계에 미치는 영향을 평가한 문헌 검토 - 최근 제시된 생태위해성-가치평가 프레임워크 및 사례연구를 분석하여 추후 활용 가능성 모색 □ EPA의 생태위해성평가와 생태계서비스의 연계 ㅇ 전통적인 개념의 생태위해성평가 - 개체 수준 이하의 단위에서 측정된 독성 끝점(혹은 종결점, end-point)을 생태영향 평가를 위해 활용 - 실험실 기반 개체 수준의 독성시험 - 보호대상(개체군, 군집, 생태계)과 평가대상의 괴리가 존재함 ㅇ 생태계서비스 끝점(ES-GEAEs: Ecosystem Services Generic Ecological Assessment Endpoints) - 기존의 생태위해성평가 끝점(C-GEAEs: Conventional Generic Ecological Assessment Endpoints)에 ES-GEAEs를 추가한 새로운 위해성평가 끝점 제시 - 인간 편익의 관점, 즉 생태계가 인간에게 베푸는 경제적, 사회심리적, 그리고 보건적 혜택으로 재해석 - 기존의 C-GAEAs를 보완하여 인간의 관점에서 정량적인 편익분석 및 가치평가가 가능하도록 함 - 아직 EPA의 ES-GEAEs를 포함하는 사례가 매우 한정적이고, 일반화되지 못한다는 한계가 존재함 □ 모델기반 생태위해성평가 프레임워크 ㅇ Forbes et al.(2017, p.849)의 생태위해성-생태계서비스 연계 프레임워크 - 환경유해인자로 인한 개체의 건강피해(위해)가 생태계서비스 수준의 양적·질적 저하로 연결된다는 명제를 토대로 프레임워크 제시 - 프레임워크는 모델링을 통해 개체 이하 또는 개체 수준(suborganismal or organismal level)의 유해정보를, 생태계서비스 제공단위로서 활용 가능한 개체군 수준(population level) 및 먹이망(food web) 정보로 연계 - 생태계서비스 최종서비스 및 최종재(final ecosystem and services)를 인간에게 제공되는 편익으로 연결하여 가치화하는 방안 제시 ㅇ 사례연구 - 개체 수준의 정보를 상위 단계의 영향 정보로 연계하기 위한 3가지 유형의 기계론적 영향 모델 소개 ㆍDynamic Energy Budget Model: 개체 이하 수준과 개체 수준 반응으로 연결 ㆍinSTREAM 모델: 개체 수준의 반응과 개체군 반응 연결, 송어 개체 기반 모델 ㆍAQUATOX 모델: 단일종(single-species) 반응과 다종(multispecies) 또는 생태계반응 연결 Ⅰ. Research Background and Purpose 1. Background and purpose □ To assist rational decision making that considers environmental values, it is necessary to conduct integrated environmental and economic analysis that connects analysis on physical impacts due to the policy/project and economic evaluation of environmental benefits and costs. □ Therefore, this study quantifies the environmental impacts of various types of environments and estimates values per unit (hereinafter, unit values) of environmental services, while also establishing a systematic integrated analytical framework (procedures) to connect the two results and use them in policy/project assessment. □ Moreover, the aim is to provide an analytical tool so that the established integrated analytical framework can operate as a system, while also improving the Environmental Valuation Information System(EVIS) as a database to support the system. 2. Content and scope □ The integrated analysis system comprises of an analytical tool, which is the integrated analysis template, and the support DB. Thus, templates for integrated analysis are designed for each environment type, and the support DB is built to support data for integrated analysis using the templates. ㅇ This includes direct research of each category, case studies for policy assessment, design of the integrated analytical framework, and improvement of the DB. □ The research is categorized into general, ecosystem, health, and Survey on Public Attitudes toward the Environment. Ⅱ. Establishment of an Integrated Environmental and Economic Analysis System 1. Procedures of integrated analysis □ Integrated environmental and economic analysis is based on impact pathway analysis (IPA) in terms of tracking impact pathways of human activities―environmental quality changes―receptors (ecosystem, human health, etc.), physiologically and physically assessing them, and connecting them directly to human activities. ㅇ Integrated analysis begins with listing and selecting the scope of assessment for environmental policies/projects. Then, physical impacts of the assessment target are quantified, to which unit values (costs) are applied to derive the environmental benefits/costs. □ The process of quantifying environmental impacts and deriving the environmental values is supported by “integrated analysis templates,” and data related to environmental valuation used for integrated analysis are provided through the online DB of environmental valuation, the EVIS. 2. Integrated analysis templates □ This study developed templates as analytical tools for systematic and efficient application of integrated analysis procedures. ㅇ This table shows the procedure of integrated environmental and economic analysis at a glance, such as setting the scope of impacts, quantifying physical impacts, and specifying procedures and results of the economic evaluation process by subject of analysis. □ To establish integrated environmental and economic analysis as a system to help decision making instead of using it merely as an individual case study, it is necessary to systemize the integrated analytical framework (procedures). 3. Database of environmental valuation(EVIS) □ To use integrated environmental and economic analysis as a decision-making system, it is necessary to efficiently support data used in the analysis beyond systemizing the integrated analytical framework (procedures). □ This study introduced an online DB of environmental valuation (EVIS), which is the second component of the integrated analysis system, and summarized the EVIS improvement tasks performed in this study to reinforce its role in supporting the integrated analysis system. ㅇ The EVIS is revised to take the form of a receptor-based classification system that is compatible with the integrated analytical framework, and an Excel extraction function is added for desired data to increase data usability by facilitating the extraction of environmental values. ㅇ The EVIS is updated so that it can serve as a one-stop platform for environmental valuation such as providing guidance on procedures for the use of environmental valuation data in decision making beyond providing information about environmental valuation. - Various concepts of environmental values and methodologies for environmental valuation are introduced in addition to summarized data of environmental values in previous studies, and case studies and methods to create new unit values for desired environmental services using the provided information are also given. ㅇ Moreover, this study is expected to “instrumentalize policy assessment” beyond providing template information, and promote usability. Therefore, the “valuation toolkit” service is to be established and provided on the EVIS. - The valuation toolkit is an integrated analytical tool that enables users to obtain valuation results immediately if they choose the desired environment type for valuation and enter the necessary information. ㅇ Furthermore, previous studies on environmental valuation recorded in the DB are updated. - Through the update, the EVIS currently provides 420 studies and 1,912 value estimates as of December 2019. Ⅲ. Case Study on Integrated Environmental and Economic Analysis: Ecological Stream Restoration Projects □ By conducting case studies on policy/project assessments of the ecological stream restoration projects, this study is intended to improve the integrated analytical framework and review usability of the framework as a policy/project assessment tool. 1. Setting the scope of analysis □ Background and purpose ㅇ Recent stream restoration projects have focused on expanding the water-friendly space of streams, promoting health of the aquatic ecosystem, and restoring various habitats, which raises the need for relevant research. ㅇ Therefore, this study models the changes in hydraulic characteristics, water quality, and habitats before and after an ecological stream restoration project and conducts an analysis on physical habitats to analyze the effects of the projects. □ Current state of the target area of study and target fish species ㅇ The target area of the study, Anyangcheon Stream, has multiple issues within the basin, and thus, many experts in various fields such as hydraulic characteristics, floodgate, water quality, ecology, and urban planning, participated in establishing a master plan for the Anyangcheon Stream Restoration Project. - The Anyangcheon Stream Restoration Project consists of a project for improving water quality, a project for securing water volume, a project for recovering naturalness, and a project for restoring ecological health. ㅇ The target section is selected based on the following requirements. - It must first have been a project carried out in the 2000s, and thus not be more than 20 years old, and the target area must not be a tributary and somewhat meet the adequate river length and drainage-area requirements. Moreover, it must be located near the metropolitan area, be relatively accessible, and offer secure data on water volume, water quality, and the aquatic ecosystem. ㅇ As a result, the target section is 3km of the midstream of the Anyangcheon Stream, and the target fish species are Korean dark chub, pale chub, slender shiner, striped shiner, and Korean striped bitterling. 2. Quantifying physical impacts: Analyzing the changes in water quality and habitats through physical habitat modeling □ Changes in hydraulic characteristics ㅇ As a result of analysis, it was identified that the hydraulic characteristics clearly changed according to the geomorphological changes after the restoration project. When the stream design criteria were applied, the area where water activities could be conducted increased. It was found that the ecological stream restoration project changed the stream into one that enables water-friendly activities. - The water level in the stream was higher than 1.5 meters, and flow velocity was higher than 1.0m/s before the restoration project (2001), but the water level was mostly 0.02~1.0 meters, and flow velocity was 0.0~0.7m/s right after the restoration project (2006) and up until recently (2018). □ Changes in water quality ㅇ DO, BOD, and COD are considered as water-quality factors for examining changes in water quality. They are calculated using changes in hydraulic characteristics (water level, flow velocity, water temperature), and the methods used are CCME WQI and IRWQI, both of which showed that the water-quality rating increased by two levels due to the ecological stream restoration project (see Table 1). - Changes in water-quality factors were quantitatively analyzed by each factor at three points in time, before and after the project and present (2018), which are shown in one integrated index. □ Changes in habitats ㅇ To examine changes in habitat area with an integrated quantitative index, the methodology of Zingraff-Hamed et al. (2018) is used. The results showed that the habitat area level increased from low before the ecological stream restoration project to medium after the project (see Table 2). - The ecological stream restoration project was beneficial in terms of securing habitats for aquatic life inhabiting the stream. 3. Monetizing environmental impacts □ On the basis of the results of quantifying the physical impacts, economic values and benefits are calculated for changes in water quality and aquatic ecosystem service due to the ecological stream restoration project. ㅇ Data from the National Survey on Management and Improvement of Water Quality by Ahn et al. (2018b) are used, excluding the effects of certain policies for objectivity of research findings. - Choice experiment (CE) data from Ahn et al. (2018b) are used to re-estimate the econometric model to meet the purpose of this study. - To arrive at the unit values for changes in water quality and aquatic ecosystem indexes, the index values (water quality: IRWQI, aquatic ecosystem: HHS Index) before and after the project are applied. ㅇ The pivot-style design is applied for CE design. - On the basis of the level perceived by respondents, imaginary alternatives that changed the attribute levels of ecosystem services are designed and presented as choice alternatives. - Water-friendly service, ecological function service, water-level control, and water-quality purification are selected as major ecosystem service attributes, and water-use charges are selected in exchange for such services. ㅇ Conditional logit model (CLM), nested logit (NL), and error component logit (ECL) are applied as analytical models. - The model minimizing econometric bias, which may occur when using data generated by pivot design, is selected. - As a result of model estimation, the ECL model considering heteroscedasticity among latent choice alternatives turned out to be more suitable than other models. ㅇ As a result of calculating benefits, the water-quality level increased by two levels after the ecological stream restoration project, and the benefit from that is approximately KRW 10.54 - 21.44 billion a year. For the aquatic ecosystem, the benefit from a one-level increase after the project is estimated at approximately KRW 6.05 - 12.3 billion a year. □ This study applied the integrated analytical framework as a policy/project assessment tool, and the results of this study will be useful as the basic data for integrated water management policy support. Ⅳ. Case Study on Integrated Environmental and Economic Analysis: Calculating the damage costs of premature mortality due to PM_2.5 1. Setting the scope of analysis □ This study aims to calculate damage costs of premature mortality due to long-term exposure to PM_2.5 caused by various pollution sources (dot, line, plane) and air pollutants (NOx, SOx, PM_2.5, NH₃, VOC). ㅇ Considering data availability, the scope of analysis is limited to “emissions in Korea that affect generation of particulate matter in Korea.” □ The temporal scope of analysis is the 2015 population, and the spatial analysis unit is set as 252 local governments in Korea. Moreover, the population for analysis is set as those aged 30 and above to assess the health damage due to long-term exposure. 2. Quantifying physical impacts and health impacts □ To calculate costs of damage to health, it is necessary to quantify the physical impacts of health effects associated with emissions quantity by pollutant and pollution source, how the air pollution concentration ultimately changes when the discharged pollutants are diffused in the atmosphere, and how much damage to health is caused to humans exposed to air pollutant concentrations. □ This study used the PM_2.5 conversion rates by air pollutant and pollution source derived from studies in Korea based on the modeling. To determine the damage effects of air pollution concentration on human health, adequate concentration-response functions are selected based on literature reviews in Korea and overseas. ㅇ The conversion rate can be interpreted as how much one ton of emission by pollutant and pollution source (dot, line, plane) contributes to increasing the annual average concentration of _PM2.5. 3. Monetizing the health impacts □ The number of premature deaths due to long-term exposure to “PM_2.5” derived in the process of quantifying physical impacts and health impacts is converted to economic damage costs. ㅇ Related studies are reviewed and applied to select the value of statistical life (VSL) to calculate the damage costs of premature mortality due to PM_2.5. □ The results of unit damage costs by pollutant and pollution source for premature mortality due to long-term exposure to PM_2.5 are summarized as follows. ㅇ The lower bound, mean, and upper bound of unit damage costs were presented using the 95% confidence interval of the estimated coefficient of concentration response (CR) function by Hoek et al. (2013), and the three were applied also for VSL to calculate the results of damage costs(see Table 3). Ⅴ. Impact Assessment by Category 1. Ecosystem habitat quality assessment □ Habitat quality is the ecological ability to provide an adequate state for the inhabitation of individuals or colonies based on resources useful for survival, regeneration, and maintenance. National habitat quality is assessed as biodiversity proxy to support policy decision making for biodiversity preservation and sustainable use. ㅇ The InVEST Habitat Quality Model is used to assess habitat quality (0.00(non-habitable area)~1.00(ideal habitat)) considering habitat suitability, habitat threat factors, habitat sensitivity to threat factors, and habitat accessibility. ㅇ The national habitat quality in 2009 was 0.64, and the result of assessment by ecosystem type showed that forests that are suitable habitats due to low human-use intensity and accessibility and are little influenced by threat factors had the greatest habitat quality (0.86). The result of an assessment by administrative district showed that Gangwon (0.76), Gyeongbuk (0.69), Chungbuk (0.66), and Gyeongnam (0.66) had great habitat quality with a high ratio of forests (see Table 4). ㅇ In the last 20 years (1989-2009), forests decreased by 8.11% (5,402.90㎢) nationwide, and built-up areas (or urban areas) increased by 192.68%(4,010.71㎢). Accordingly, the habitat quality of Incheon (-18.00%), Jeju (-17.26%), and Busan (-12.56%) decreased significantly, and the national average habitat quality (2009) decreased by 5.56% compared to 1989, which suggests that it is necessary to inspect and promote the implementation of policies to improve national and regional biodiversity. 2. Health impact assessment of harmful environmental factors □ Research framework ㅇ Purpose of Phase 2 Project (2019-2021) - The framework to estimate damage costs due to chemical substances is established by determining the impact of chemical substances transported into the environment and the impact they have on humans through the path of the ecosystem and dietary exposure. ㅇ Research overview of Phase 2 Project Year 1 (2019) - Literature that assessed the impact of chemical substances on the ecosystem, which is the first path of harmful factor-ecosystem (receptor)-health impact, is reviewed. - The recently presented ecological risk-valuation framework and cases are analyzed to seek usability in the future. □ Connection of the EPA’s ecological risk assessment and ecosystem services ㅇ Traditional concept of ecological risk assessment - The toxic endpoint measured at the sub-organism level is used for ecological impact assessment. - Lab-based toxicity test at the organism level - There is a gap between target of protection (population, colony, ecosystem) and target of assessment. ㅇ Endpoints of ecosystem services (ES-GEAEs, ecosystem services generic ecological assessment endpoints). - New risk assessment endpoints are presented by adding ES-GEAEs to the current endpoints of ecological risk assessment (C-GEAEs, conventional generic ecological assessment endpoints). - Reinterpreted from the perspective of human benefits, that is, the economic, psychosocial, and health benefits provided by the ecosystem for humans. - The existing C-GEAEs are supplemented to enable quantitative benefit analysis and valuation from the human perspective. - Cases that include the EPA’s ES-GEAEs are still very limited and thus cannot be generalized. □ Model-based ecological risk assessment framework ㅇ Framework connecting ecological risks-ecosystem services by Forbes et al. - The framework is presented based on the proposition that damage to health for individuals due to harmful environmental factors leads to a quantitative and qualitative decline in the level of ecosystem services. - The framework connects harmful factor data at the sub-organism or organism level to population level and food web data that can be used as an ecosystem service providing units through modeling. - The plan was presented to connect final ecosystems and services to benefits provided for humans and turn them into values. ㅇ Case study - Introduced three types of mechanical impact models to connect the organism-level data to higher-level impact data ㆍDynamic energy budget model: Connection to the sub-organism and organism-level response ㆍInSTREAM model: Connection to the organism-level response and population-level response, using a model based on trout ㆍAQUATOX model: Connection to single-species response and multispecies or ecosystem response

백두산 분화 Worst-case로 인한 우리나라 초미세먼지(PM_2.5) 영향분석 및 노출평가

박재은 ( Jae Eun Park ),김혜림 ( Kim Hyerim ),선우영 ( Young Sunwoo ) 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.5

백두산 화산의 대규모 분화로 인한 우리나라 PM_2.5 영향 및 피해범위를 정량적으로 예측하기 위하여 우리나라에 직접 피해를 주는 worst-case 기상 시나리오를 적용하여 3차원 대기화학모델링 시스템WRF-SMOKE-CMAQ(Weather Research & Forecasting - Sparse Matrix Operation Kernel Emission - Comunity Multi-scale Air Quality)을 구동하였다. 과거 10년(2005∼2014년)간 백두산 분화 worst-case 우선순위 중 우리나라에 가장 큰 직접 피해를 주는 대표 worst-case 시나리오를 적용하여 대상 사례일(2012.5.16)에 VEI 4의 대규모 화산 분화를 가정하여 화산 분화로 인한 초미세먼지(PM_2.5)의 영향을 분석하였다. 우리나라 지역별(시군구) PM_2.5의 영향을 예측하고 취약계층 등을 반영한 노출평가를 실시하여 취약지역을 도출하였다. 또한, 시군구의 영향을 보다 상세규모(9 km × 9 km)로 분석하여 시군구 지역 내 취약지역을 도출하였다. 백두산 분화 대표 worst-case(2012.5.16.) 분석결과, 국내 PM_2.5 피크농도는 24,547 μg/㎥로 낙하 화산재(5억 4천만톤) 처리가 가장 큰 문제로 대두되었던 미국 세인트헬렌스 화산 분화(1980년) 사례보다 더 극한 상황이 될 것으로 예상된다. 또한, PM_2.5 고농도 지역의 분석결과, 파주, 김포, 고양, 강화, 산청, 하동에서 고농도가 나타났다. 반면, 인구 노출분석 결과 인구 밀집지역인 파주가 특히 취약지역으로 나타났고, 취약계층 노출분석 결과 또한, 취약계층 인구가 많은 파주, 남양주, 화성이 취약지역으로 나타났다. 시군구 지역을 상세규모로 분석함으로써 하동 북부 등 시군구 지역 내에서의 고농도 지역을 도출할 수 있었다. 화산재해 발생 시 대기오염물질의 고농도 지역도 중요하지만 인구 및 민감군, 취약계층 밀집지역 등을 고려한 대응 및 대책 마련이 필요하겠으며 시군구에 대한 일률적인 대책보다 시군구 지역 내 고농도 지역 등의 선별을 통한 취약 지역별 대책 마련이 필요하겠다. 본 연구는 화산재해의 재난선포 기준 개발 및 선제적 대응체계 개발의 초석 마련에 기초자료가 될 것으로 판단된다. To quantitatively predict the impacts of large-scale volcanic eruptions of Mt. Baekdu on air quality and damage around the Korean Peninsula, a three-dimensional chemistry-transport modeling system (Weather Research & Forecasting - Sparse Matrix Operation Kernel Emission - Comunity Multi-scale Air Quality) was adopted. A worst-case meteorology scenario was selected to estimate the direct impact on Korea. This study applied the typical worst-case scenarios that are likely to cause significant damage to Korea among worst-case volcanic eruptions of Mt. Baekdu in the past decade (2005~2014) and assumed a massive VEI 4 volcanic eruption on May 16, 2012, to analyze the concentration of PM_2.5 caused by the volcanic eruption. The effects of air quality in each region-cities, counties, boroughs-were estimated, and vulnerable areas were derived by conducting an exposure assessment reflecting vulnerable groups. Moreover, the effects of cities, counties, and boroughs were analyzed with a high-resolution scale (9 km × 9 km) to derive vulnerable areas within the regions. As a result of analyzing the typical worst-case volcanic eruptions of Mt. Baekdu, a discrepancy was shown in areas between high PM_2.5 concentration, high population density, and where vulnerable groups are concentrated. From the result, PM_2.5 peak concentration was about 24,547 μg/㎥, which is estimated to be a more serious situation than the eruption of Mt. St. Helens in 1980, which is known for 540 million tons of volcanic ash. Paju, Gimpo, Goyang, Ganghwa, Sancheong, Hadong showed to have a high PM_2.5 concentration. Paju appeared to be the most vulnerable area from the exposure assessment. While areas estimated with a high concentration of air pollutants are important, it is also necessary to develop plans and measures considering densely populated areas or areas with high concentrations of susceptible population or vulnerable groups. Also, establishing measures for each vulnerable area by selecting high concentration areas within cities, counties, and boroughs rather than establishing uniform measures for all regions is needed. This study will provide the foundation for developing the standards for disaster declaration and preemptive response systems for volcanic eruptions.

라이다 데이터를 이용한 PM₁₀, PM_2.5 질량소산효율 특성 연구

김태경 ( Taegyeong Kim ),주소희 ( Sohee Joo ),김가형 ( Gahyeong Kim ),노영민 ( Youngmin Noh ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

2015년 1월부터 2020년 6월까지 라이다를 이용하여 측정된 532와 1064 nm의 후방산란계수와 532 nm의 편광소멸도를 이용하여 532 nm의 후방산란계수를 PM₁₀, PM_2.5-10, PM_2.5에 해당하는 세 유형으로 구분하고 지상에서 측정된 질량 농도를 이용하여 각각의 질량소산효율을 산출하였다. 산출된 질량소산효율의 전체 평균값은 PM₁₀, PM_2.5-10, PM_2.5에서 각각 5.1±2.5, 1.7±3.7, 9.3±6.3 ㎡/g으로 PM_2.5가 가장 높은 값을 보였다. PM₁₀과 PM_2.5의 질량 농도가 낮을 때 평균 이상의 높은 질량소산효율이 산출되었으며 질량 농도가 높아질수록 질량소산효율이 감소되는 경향을 확인하였다. 황사의 혼합 정도에 따른 유형별로 질량소산효율을 산출하였을 때, PM_2.5-10는 황사의 영향으로 오염입자(pollution aerosol, PA)가 2.1±2.8 ㎡/g으로 오염입자가 주요한 혼합입자(pollution-dominated mixture, PDM), 황사가 주요한 혼합입자 (dust-dominated mixture, DDM), 순수황사 (pure dust, PD)의 1.1±1.8, 1.4±3.3, 1.1±1.5 ㎡/g보다 두 배 정도 높은 값을 보였다. 하지만, PM_2.5는 9.4±6.5, 9.0±5.8, 10.3±7.5, 9.1±9.0 ㎡/g으로 유형 구분 없이 비슷한 값을 보였다. PM₁₀의 질량소산효율은 PA, PDM, DDM, PD에서 각각 5.6±2.9, 4.4±2.0, 3.6±2.9, 2.8±2.4 ㎡/g으로 황사의 비율이 감소할수록 증가하는 경향을 보였다. 동일한 질량 농도 또는 황사 혼합에 따른 동일한 유형을 보이더라도 PM_2.5/PM₁₀ 값이 낮아질수록 PM_2.5-10의 질량소산효율은 감소하고, PM_2.5의 질량소산효율은 증가하는 경향을 보였다. From 2015 to June 2020, the backscattering coefficients of 532 and 1064 nm measured using LIDAR and the depolarization ratio at 532 nm were used to separate the backscattering coefficient at 532 nm as three types as PM₁₀, PM_2.5-10, PM_2.5 according to particle size. The mass extinction efficiency (MEE) of three types was calculated using the mass concentration measured on the ground. The overall mean values of the calculated MEE were 5.1 ± 2.5, 1.7 ± 3.7, and 9.3 ± 6.3 ㎡/g in PM₁₀, PM_2.5-10, and PM_2.5, respectively. When the mass concentration of PM₁₀ and PM2.5 was low, higher than average MEE was calculated, and it was confirmed that the MEE decreased as the mass concentration increased. When the MEE was calculated for each type according to the mixing degree of Asian dust, PM_2.5-10 was twice at pollution aerosol as high as 2.1 ± 2.8 ㎡/g, compare to pollution-dominated mixture, dust-dominated mixture, and pure dust of 1.1 ± 1.8, 1.4 ± 3.3, 1.1 ± 1.5 ㎡/g, respectively. However, PM_2.5MEE showed similar values irrespective of type: 9.4 ± 6.5, 9.0 ± 5.8, 10.3 ± 7.5, and 9.1 ± 9.0 ㎡/g. The MEE of PM₁₀ was 5.6 ± 2.9, 4.4 ± 2.0, 3.6 ± 2.9, and 2.8 ± 2.4 ㎡/g in pollution aerosol (PA), pollution-dominated mixture (PDM), dust-dominated mixture (DDM), and pure dust (PD), respectively, and increased as the dust ratio value decreased. Even if the same type according to the same mass concentration or Asian dust mixture was shown, as the PM_2.5/PM₁₀ ratio decreased, the MEE of PM_2.5-10 decreased and the MEE of PM_2.5 showed a tendency to increase.

비휘발성 메모리를 위한 Pt/SBT/${Ta_2}{O_5}/Si$ 구조의 전기적 특성에 관한 연구

박건상,최훈상,최인훈,Park, Geon-Sang,Choe, Hun-Sang,Choe, In-Hun 한국재료학회 2000 한국재료학회지 Vol.10 No.3

세라믹 타겟인 Ta$_2$O(sub)5을 장착한 rf-마그네트론 스퍼터를 이용하여 Ta$_2$O(sub)5 완충층을 증착하고, Sr(sub)0.8Bi(sub)2.4Ta$_2$O(sbu)9 용액을 사용하여 MOD 법에 의해 SBT 막을 성장시킨 metal/ferroelectric/insulator/semiconductor (MFIS) 구조인 Pt/SBT/Ta$_2$O(sub)5/Si 구조의 Ta$_2$O(sub)5 완충층 증착시의 $O_2$유량비, Ta$_2$O(sub)5 완충층 두께에 따른 전기적 특성을 조사하였다. 그리고 Ta$_2$O(sub)5 박막의 완충층으로써의 효과를 확인하기 위해 Pt/SBT/Ta$_2$O(sub)5/Si 구조와 Pt/SBT/Si 구조의 전기적 특성을 비교하였다. Ta$_2$O(sub)5 완충층 증착시의 $O_2$유량비가 0%일 때는 전형적인 MFIS 구조의 C-V 특성을 얻지 못하였으며, 20%의 $O_2$유량비일 때 가장 큰 메모리 윈도우 값을 얻었다. 그리고 $O_2$유량비가 40%, 60%로 증가할수록 메모리 윈도우는 감소하였다. Ta$_2$O(sub)5 완충층의 두께의 변화에 대한 C-V 특성에서는 36nm의 Ta$_2$O(sub)5 두께에서 가장 큰 메모리 값을 얻었다. Pt/SBT/Si 구조의 메모리 윈도우 값과 누설전류 특성은 Pt/SBT/Ta$_2$O(sub)5/Si 구조의 값에 비해 크게 떨어졌으며, 따라서 Ta$_2$O(sub)5 막이 우수한 완충층으로써의 역할을 함을 알았다. $Ta_2_O5$ and $Sr_0.8Bi_2.4Ta_2O_9$ films were deposited on p-type Si(100) substrates by a rf-magnetron sputtering and the metal organic decomposition (MOD), respectively.The electrical characteristics of the $Pt/SBT/Ta_2O_5/Si$ structure were obtained as the functions of $O_2$ gas flow ratio during the $Ta_2_O5$ sputtering and $Ta_2_O5$ thickness. And to certify the role of $Ta_2_O5$ as a buffer layer, the electrical characteristics of $Pt/SBT/Ta_2O_5/Si$ were compared. $Pt/SBT/Ta_2O_5/Si$ capacitor with 20% $O_2$ gas flow ratio during the $Ta_2_O5$ sputtering did now show typical C-V curve of metal/ferroelectric/insulator/semiconductor (MFIS) structure. The capacitor with 20% $O_2$ gas flow ratio during the $Ta_2_O5$ sputtering had the largest memory window. And the memory window was decreased as the $Ta_2_O5$ gas flow ratio during the $Ta_2_O5$ sputtering was increased to 40%, 60%. In the C-V characteristics of the $Pt/SBT/Ta_2O_5/Si$ capacitors with the different $Ta_2_O5$ thickness, the capacitor with 26nm thickness of $Ta_2_O5$ had the largest memory window. The C-V and leakage current characteristics of the Pt/SBT/Si structure were worse than those of $Pt/SBT/Ta_2O_5/Si$ structure. These results and Auger electron spectroscopy (AES) measurement showed that $Ta_2_O5$ films as a buffer layer tool a role to prevent from the formation of intermediate phase and interdiffusion between SBT and Si.