서울시 도로변 지역의 대기중 NOx 농도 분포특성에 관한 연구 = A study on the characteristics of atmospheric concentrations of NOx at roadside in Seoul

국문 초록 (Abstract)

경제가 발전됨에 따라 도시의 집중화 현상은 두드러지게 나타나고 있으며, 2002년을 기준으로 서울시 인구는 전국의 20%이상, 자동차는 전국의 19% 이상을 차지하고 있다. 이와 같이 대도시의 인구집중 및 자동차의 지속적인 증가로 인해 대기오염은 물론 교통난, 도로난등 많은 문제를 야기시키고 있는 실정이다. 2000년을 기준으로 전체 대기오염물질 배출량중 자동차에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 비중이 전국적으로는 62.4%를 차지하고 있으나, 서울시의 경우 73.5%를 차지하고 있다.
본 연구에서는 서울시 대기오염자동측정망 자료를 이용하여 자동차 배출가스로 인한 대기오염물질중 NOx(NO+NO₂) 농도의 시·공간 분포특성을 파악하고, NO₂/NOx Ratio 분석을 통하여 국내에서 차량에 의한 주변지역의 대기질 환경영향평가시 적용되고 있는 NOx의 NO₂로의 전환율(75%, 100%)의 적용타당성을 검토하고 각 영향인자별 상관관계 분석을 통하여 NOx 농도에 영향을 미치는 인자를 분석함으로써 서울시 도로변 지역의 NOx 농도 특성을 파악 하고자 하였다.
도로변 지역의 NOx는 일반지역에 비해 2배이상의 높은 농도를 보였으며, 자정부터 새벽 5시까지 급격히 감소하다가 오전 6시부터 교통량의 증가에 따라 농도가 높아지기 시작하여 오전 9시에 1차 피크치, 야간 23시에 2차 피크치를 보였다. 일요일은 자동차의 통행량 감소로 인해 NOx 농도가 월~토요일에 비해 낮았으며, 계절별로는 봄과 가을에 높고 여름에 집중적인 강우로 인해 가장 낮게 나타났다.
NOx/NO₂ Ratio는 도로변지역에서는 평균 0.25, 일반지역에서는 평균 0.40으로 나타나 현재 국내 환경영향평가시 적용되고 있는 NOx의 NO₂ 전환율은 보완되어야 할 것으로 판단된다. 계절별 NO₂/NOx Ratio는 하계에 높고 동계에 낮게 나타났으며, NOx가 고농도시 NO₂/NOx Ratio가 작으며 NOx가 저농도 일때 NO₂/NOx Ratio가 높게 나타났다.
NOx와 NO₂는 양의 선형관계를 보이고 있으며, 상관도(r)는 0.87로 매우 높아 국내 환경영향평가시 도심지역의 자동차에 의한 NO₂ 예측시 적용이 가능할 것으로 판단되며 년간 NO₂ 농도 산정식은 NO₂ = 0.201NOx + 9.7836 로 도출되었다.
NOx 농도에 영향을 미치는 인자와의 상관성을 파악하기 위해 일일 단순상관분석을 실시한 결과 NO₂는 기온과의 상관도가 0.77, 교통량과의 상관도가 0.96으로 매우 높은 양의 상관관계를 나타냈으며, 습도는 대부분의 요소와 음의 상관관계를 보였다. NO₂/NOx ratio는 CO 및 교통량과 음의 상관관계를 보였으며, 오존과는 높은 양의 상관관계를 보였다. 즉 교통량이 적을수록, 오존농도가 높을수록 NO₂/NOx ratio는 높게 나타났다.
NO₂는 일반적으로 VOCs와 함께 대기중 오존을 생성시키는 전구물질로 알려져 있으므로 지속적인 관심을 기울여야 할 것이며 도심지역 뿐만 아니라 교외지역으로의 연구범위가 확대되어야 할 것이다.
또한, 더 나아가서는 보다 정확한 NO₂ 농도 예측을 위해 국내실정에 맞는 NO₂ 예측모델의 개발과 관계식 등의 보급이 필요할 것으로 판단되며 이에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

People migrates to big cities as the economy grows. As of the year 2002, 20% of Koreans lived in Seoul, and 19% of motor vehicles were registered in Seoul. Continuous growth of urban population and mortor vehicles in metropolitan area caused various environmental problems such as traffic congestion as well as air pollution. As of the year 2000, Nitrogen oxides (NOx) from motor vehicles account for 73.5% of total air pollutants in Seoul, which is much higher than the national average of 62.4%.
The characteristics of NOx distribution at roadsides in Seoul has been investigated in this study: Temporal and spatial distributions of atmospheric NOx(NO+NO₂) concentrations in Seoul are investigated using data from Air Pollutants Automatic Monitoring Network; NOx to NO₂ conversion rates of 75% and 100%, which is nationally used in Environmental Impact Assessment (hereafter EIA) have been validated by the NO₂/NOx ratio analysis; A correlation analysis is performed to trace the important factors affecting determining atmospheric NOx concentrations in Seoul.
The atmospheric NOx concentrations at roadsides is more than twice as high as those in other regions. The NOx concentration at roadside decreases rapidly from midnight to 5 am, then increases from 6 am as morning traffic in creases. The atmospheric NOx concentration reaches two peaks a day: the first one at 9 am and the second one at 11 pm. The concentration of NOx is lower on Sunday compared to other days of the week. Seasonally, it is higher in the Spring and in the Fall, and is lower in the Summer - the rainy season.
Mean NO₂/NOx ratio is 0.25 at roadside and 0.63 in other region. NOx to NO₂ conversion rates of 75% and 100% used in EIA needs to be modified. The seasonal NO₂/NOx ratio is higher in the Summer, and lower in the Winter. The NO₂/NOx ratio is lower under higher atmospheric NOx concentration, and higher under lower atmospheric NOx concentration.
Atmospheric NOx concentration and NO₂ concentration show high positive correlation. The average annual correlation coefficient of 0.87 suggests that measured NOx concentration is applicable in prediction of the NO₂ from motor vehicles in urban area. The equation to estimate mean annual NO₂ concentration from mean annual NOx concentration is [NO₂] = 0.201[NOx] + 9.7836.
The atmospheric NO₂ concentration is highly correlated to the air temperature (correlation coefficient=0.77) and to the traffic volume (correlation coefficient=0.96). It is negatively correlated to the humidity. The NO₂/NOx ratio is negatively correlated to the atmospheric CO concentration and to the traffic volume, but highly positively correlated to the atmospheric O₃concentration.
NO₂ is known as a precursor of ozone produced in the atmosphere. The development of an accurate model to estimate atmospheric NO₂ in urban and suburban is essential to better air quality management in the cities.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 요약문 = ⅰ
• 목차 = ⅲ
• List of Tables = ⅴ
• List of Figures = ⅵ
• 제 1 장 서론 = 1
• 1.1 연구 배경 = 1
• 1.2 연구 목적 = 3
• 제 2 장 이론적 배경 = 4
• 2.1 질소산화물(NOx) = 4
• 2.1.1 질소산화물의 정의 = 4
• 2.1.2 질소산화물의 특성 = 4
• 2.1.3 질소산화물의 광화학 반응 = 5
• 2.2 서울시 자동차 등록대수 및 대기오염현황 = 8
• 2.2.1 자동차 등록대수 = 8
• 2.2.2 대기오염물질 배출량 = 9
• 2.2.3 대기오염현황 = 13
• 2.3 서울시 교통량 및 차량속도 = 15
• 2.3.1 교통량 = 15
• 2.3.2 차량속도 = 18
• 제 3 장 연구내용 및 방법 = 21
• 3.1 연구 내용 = 21
• 3.2 연구 방법 = 21
• 제 4 장 결과 및 고찰 = 26
• 4.1 NOx 농도 분포특성 = 26
• 4.1.1 시간별 특성 = 26
• 4.1.2 요일별 특성 = 33
• 4.1.3 월별·계절별 특성 = 35
• 4.2 NO₂/NOx Ratio = 40
• 4.2.1 시간별 특성 = 40
• 4.2.2 월별·계절별 특성 = 43
• 4.2.3 기상상태별 특성 = 46
• 4.2.4 NOx 농도에 따른 특성 = 47
• 4.2.5 NOx로부터의 NO₂ 전환식 = 49
• 4.3 NOx 농도와 영향인자와의 상관관계 = 52
• 4.3.1 년간 상관분석 = 52
• 4.3.2 시간별 상관분석 = 54
• 제 5 장 결론 = 57
• 참고문헌 = 60
• Abstract = 63