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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.35 No.2 pp.104-114
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2014.35.2.104

Chemical Properties of Precipitation in Related to Wind Direction in Busan, Korea, 2009

Woon-Seon Jung1, Sung-Hwa Park2, Dong-In Lee1*, Deok-Du Kang2, Dongchul Kim3
1Department of Environmental Atmospheric Sciences, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea
2Interdisciplinary Program of Earth Environmental Engineering, Pukyong National University, Busan 608-737, Korea
3Universities Space Research Association, Columbia, MD 21044, USA
Corresponding Author : leedi@pknu.ac.kr: Tel: +82-51-629-6639, Fax: +82-51-625-2665
December 23, 2013 February 17, 2014 March 31, 2014

Abstract

The variation of acidity, conductivity, and ion components in precipitation depending on the dominant wind direction was investigated from January, 2009 to December 2009 in Busan, Korea. Both southwesterly and northeasterly winds were dominant in Busan area. The volume-weighted mean acidity showed pH 7, and the high conductivity indicated 200 µs cm-1 in westerly wind. The volume-weighted mean equivalent concentration showed higher value of K + and Cl− in all wind directions. The composition ratio of NO3− to SO42− showed over 3 in northerly wind. The neutralization factors have been found to have higher value for potassium ion in northeasterly, easterly, southwesterly, and westerly winds compared with different wind directions, which indicated significant neutralization of acidic components over the region by potassium. Also, the concentration of sea salt has been found over 800 µs m−3 in northeasterly and southwesterly winds. Air masses passing through Manchuria, Inner Mongolia plateau, China, and Russia in spring, autumn, and winter covered Busan, Korea in northerly, westerly, and northwesterly winds. However, air masses passing through the ocean in summer covered Busan, Korea in easterly, northeasterly, and southwesterly winds. Therefore, the variation of acidity, conductivity, and ionic components contained in precipitation shows each seasonal characteristics with prevailing wind systems between the continental and coastal area in Busan, Korea.


풍향에 따른 2009년 부산지역 강수의 화학적 특성

정 운선1, 박 성화2, 이 동인1*, 강 덕두2, 김 동철3
1부경대학교 환경대기과학과, 608-737, 부산광역시 남구 용소로 45
2부경대학교 지구환경공학연협동과정, 608-737, 부산광역시 남구 용소로 45
3Universities Space Research Association, Columbia, MD 21044, USA

초록

주풍에 따른 강수의 산성도, 전기전도도, 이온 성분의 변화를 알아보기 위하여 2009년 부산지역 강수를 분석하 였다. 부산지역에서는 남서풍과 북동풍이 우세하게 나타났다. 주풍이 서풍인 경우, 강수의 산성도는 약 pH 7로 중성으 로 나타났으나 전기전도도는 약 200 µs cm−1로 다른 풍향에 비해 월등히 높게 나타나 강수에 이온성분이 많이 함유된 것을 알 수 있었다. 양이온 K +와 음이온 Cl−가 다른 이온에 비해 높게 나타났으며, 북풍과 남서풍이 불 때 다른 풍향에 비해 전체적으로 높은 농도로 나타났다. 산성비의 주 원인물질인 NO3−/SO42−의 구성비는 북풍에서 3 이상으로 월등히 높은 값이 나타났다. 다른 풍향에 비해 북동풍, 동풍, 남서풍, 서풍에서의 K +의 중화기여도는 전체적으로 1 이상으로 높 은 값을 나타내었는데, 이는 산성이온을 중화시키는데 있어서 알카리성 이온인 K+의 중화기여도가 크게 작용하였음을 알 수 있다. 또한 해염입자는 북풍, 북동풍, 남서풍에서 800 µs m−3 이상으로 다른 풍향에 비해 상대적으로 많은 양을 나타내었다. 역궤적 분석 결과, 북풍, 서풍, 북서풍계열에서는 봄, 가을, 겨울철에 만주, 내몽골 고원, 중국, 러시아 지역 으로부터 공기덩어리의 이동을 볼 수 있었다. 반면, 동풍, 북동풍, 남서풍계열에서는 여름철에 해양으로부터 공기덩어리 의 이동을 볼 수 있었다. 따라서 부산지역의 강수중 산성도, 전기전도도, 이온 성분 농도는 내륙과 연안해역의 특성을 가진 주풍에 의한 변동 특성을 잘 나타내고 있음을 알 수 있었다.


    Pukyong National University

    서 론

    대기 중에 부유하는 오염물질은 습성침적과 건성침 적의 형태로 지면에 도달하며, 습성침적은 가스상과 입자상 물질을 용해 또는 혼합하여 대기 중에 부유 하는 오염물을 제거시키거나 이동시킨다. 이로서 강 수에 의해 오염물질이 지면에 도달함으로서, 강수를 통해 대기 중 오염 정도를 알 수 있다.

    강수의 화학적 분석과 관련한 연구는 제주도에서의 빗물 이온 농도 분석(Shim et al., 1994), 김해지방의 강수의 산도 및 화학적 성분 특성(Park and Hwang, 1997), 배경지역 강수 중 수용성 이온성분의 화학적 특성 분석(Bang et al., 2003), 배경지역(안면, 울진, 고산) 강수의 산성도와 화학특성(Kim et al., 2006) 등의 연구가 있다.

    대기 오염 물질은 기상 현상과 밀접한 관계가 있 으므로, 배출원에서 배출된 대기 오염 물질은 기상요 소인 풍향과 풍속에 의해 크게 좌우된다. Choi at al. (1995)는 소백산을 중심으로 풍상·풍하측에서의 강수 중 수용성 이온 성분에 관한 연구를 수행하였으며, Kim et al. (2010)은 동아시아 대륙으로부터 기원이 다른 먼지와 인위적 오염 입자의 이동경로를 분석하 였다. Koo and Kim (2004)는 지역규모 대기모델을 이용하여 국지순환풍의 이동에 따라 대기오염의 수송 도를 조사하였으며, Yoon and Lee (1994)는 풍향, 풍 속, 운량에 따라 지상 관측 자료의 통계적 분석을 수 행하여 국지 기상 특성의 중요성을 알아보았다. 국제 적으로 Dorsey et al. (2002)는 영국 Edinburgh, Karar and Gupta (2006)은 인도 Kolkata, Tasdemir et al. (2006)은 터키 Bursa 도시 지역의 입자 농도를 풍향에 따라 구분하여 분석하였다. Huang et al. (2008)은 중국지역에서 네 방향으로 구분하여 역궤적 분석을 통해 기단을 구분하였으며, Lewandowska et al. (2010)은 폴란드 북부의 해안 도시 지역에서 elemental and organic carbon 입자에 대해 지역 풍향 의 구분과 역궤적 분석을 통한 기원을 알아보았다. Zhang et al. (2012)는 역궤적 분석을 이용하여 중국 북동쪽 Dalian 지역에서 발생한 강수의 기원을 분석 하였다. El-Metwally and Alfaro (2013)은 지중해 동 쪽 해안 지역에서 기상 변수와 에어로솔의 계절적 변동과 잠재 상관관계에 대해 지상 풍향의 구분과 역궤적 분석을 통한 기원을 알아보았다.

    우리나라의 부산지역은 중국대륙으로부터 기상학적 인 요인에 따라 대기오염물질의 장거리 이동에 의해 크게 영향을 받으며, 삼면이 바다로 둘러싸여 육지 및 연안해역의 지리적 특성을 동시에 갖추고 있어 다양한 기상 특성과 대기오염물질들이 나타난다. Korea Meteorological Administration (2010)은 부산 의 경우 한반도 배경지역인 안면도, 울진, 울릉도, 고 산과는 다른 지리적 조건에 해당되며, 부산지역의 강 우산성도는 전반적으로 증가하는 추세로 알려져 있으 나 대기질 측정소가 늘어나면서 강수 중 지역별 화 학성분 변동에 관한 연구는 점차 줄어지고 있다. 그 러나 도시 대기질의 평가와 대기오염원의 규명을 위 하여 현재 운영 중인 도시대기 모니터링 시스템 외 다양한 방법으로 대기질 성분을 조사하고 평가해 볼 필요가 있다. 특히 점차 증가하는 국지성 호우나 도 시지역의 풍계별 특성에 따라 강수 내 함유된 오염 물질 농도의 변화를 물리·화학적으로 조사할 필요가 있다.

    따라서 본 연구는 부산지역에서 각 풍향에 따른 강수의 화학적 특성을 알아보기 위하여, 2009년 상시 관측에서 수집된 강수의 산성도, 전기전도도와 그 원 인이 되는 수용성 이온 성분의 농도를 측정하여 지 상 풍향을 북, 북동, 동, 남동, 남, 남서, 서, 북서의 8 방으로 나누어 풍향별로 알아보았다.

    자료 및 분석 방법

    강수 시료는 Fig. 1과 같이 한반도 남동쪽에 위치 한 부산광역시 남구 대연동 부경대학교 충무관 옥상 (동경 129.06 ° , 북위 35.08 ° )에서 수집하였다. 2009년 1월 1일부터 12월 31일까지 강수가 시작하는 시점부 터 끝나는 시점까지를 기준으로 하였으며, 24시간 이 상 지속 또는 단속적으로 내린 강수의 경우, 당일 9 시부터 익일 9시까지 당일 시료로 취급하였다. 사용 된 자료는 총 45개로 풍향별 날짜는 Table 1과 같다. 기상자료는 부산광역시 남구 대연3동 부경대학교에 위치한 기상청 대연동 관측지점의 풍향, 풍속 값을 이용하였으며, 지상 풍향을 북, 북동, 동, 남동, 남, 남서, 서, 북서로 8방으로 나누어 각 풍향에 따른 강 수의 화학적 특성을 구분하였다.

    Fig. 2의 시료채취 및 분석 흐름도와 같은 방법으 로 이온크로마토그래피를 이용한 강수의 화학적 분석 을 실시하였으며, 산성도와 전기전도도는 Eutech instruments의 Cyberscan PC 6000의 pH/Conductivity meter를 이용하여 시료 수거 후 즉시 측정하였다. 강 수 중 이온성분 분석은 시료 채취 후 4 ° C 냉장 상태 에서 보관하여 최대 2주 이내 분석을 실시하였다. 이 온성분의 분석은 membrane 0.45 μm 필터로 여과한 후 이온크로마토그래피를 이용하였으며, Table 2와 같이 Alltech의 Model 651, 641와 Perkin-Elmer의 Series 200 기기를 이용하였다. 분석은 수용성이온성 분인 양이온(Li + , Na + , NH 4+ , K + , Mg 2+ , Ca 2+ )과 음이 온(F, Cl, NO2, Br, NO3, SO42-)을 분석하였다.

    강수의 산성도, 전기전도도 및 수용성 이온성분농도 에 대한 평균값은 강수량을 고려한 가중평균(Volume- Weighted arithmetic Mean, VWM)으로 계산하였다 (Chung and Lee, 2003). 또한 해양성이 아닌 성분의 양을 산출하기 위하여 nss (non sea salt)로 표시하였 으며, nss-Ca 2+ , nss-SO42-를 함께 계산하였다.

    산성이온인 SO42-와 NO3를 중화시키는데 있어서 알카리성 이온인 NH 4+와 Ca 2+ 등의 중화기여도 (Neutralization Factor, NF)를 식 (1)을 이용하여 계산 하였다(Park and Lim, 2006).

    Neutralization Factor = ([X+])/([SO42-]+[NO3-])
    (1)

    여기서 [X + ], [SO42-], [NO3]는 각각 알카리성 이 온, SO42-, NO3의 당량농도이다. 또한 해양 입자의 양을 추정하고자 식 (2)를 이용 하여 계산하였다(Park and Lim, 2006).

    Sea salt([µs m-3])=1.47x[Na+]+[Cl-]
    (2)

    기단의 이동경로를 파악하기 위하여 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) 에서 제공하는 HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) 모델을 사용한 역 궤적 분석(Back trajectory)을 실시하였다(Draxler and Rolph, 2013; Rolph, 2013). HYSPLIT 역궤적 모델 은 복잡한 확산과 퇴적 모의실험을 위해 간단한 공 기 덩어리의 궤적을 계산하는 시스템이다. 초기 미국 의 NOAA와 호주 기상청에서 공동으로 개발한 것으 로서, 다양한 기상 현상을 반영하여 공기 덩어리의 궤적을 추정할 수 있는 모델이다. 역궤적 분석에 사 용된 기상자료는 NOAA의 GDAS (Global Data Analysis System) 자료이며, 모델에 적용된 시간은 부산지역 강수 발생 중간 시간을 기준으로 5일전까 지의 이동경로를 추정하였다. 측정지점의 좌표는 부 산광역시 남구 대연동 부경대학교 충무관(동경 129.105, 북위 35.135)으로 설정하였다.

    결과 및 고찰

    통계적 풍계 분석

    부산광역시 남구 대연동의 기상청 자동기상관측장 비 자료를 이용하여 총 45개 사례에 대한 풍계를 분 석하였다. Fig. 3a에 주풍의 비율, 3b에 풍향별 평균 풍속을 나타내었으며, 이를 Table 3에 값으로 나타내 었다. Fig. 3a에서 주풍의 비율은 남서풍이 40%, 북 동풍이 27%, 동풍이 18%로 전체의 85%를 차지하였 으며, 특히 남서계열이 40%, 동풍계열이 45%로 비 슷하게 나타났다. Fig. 3b에서 북서풍, 서풍, 남서풍 에서 약 2.5 m s−1 이상, 북동풍, 동풍에서 약 2 m s−1 의 평균 풍속이 나타났다. 전체적으로 서풍계열과 북 동풍계열의 풍속이 상대적으로 강했음을 알 수 있었 다. Fig. 3a와 3b를 통해 부산지역 강수 발생 시, 지상 의 주풍은 남서계열과 북동계열이 주로 나타났으며, 이는 계절에 따라 한반도 주위의 기단의 영향을 받기 때문으로 추측된다. Korea Meteorological Administration (2010)의 2009년 부산지역 바람장미와 Fig. 3의 결과 를 비교해 보면 북동풍과 남서풍이 주풍으로 나타난 결과와 비슷한 경향을 보였다.

    풍계별 산성도와 전기전도도 분석

    주풍에 따른 강수의 산성도와 전기전도도의 특징을 알아보았다. 전체적으로 45개 사례의 평균 산성도는 pH 5.32, 전기전도도는 86.77 μs cm−1를 나타내었다. Fig. 4에서 주풍별 평균 산성도와 전기전도도를 나타 내었으며, 이를 Table 4에 수치적으로 나타내었다. 기 상청의 지구대기감시보고서에 따르면 2009년 한반도 배경지역(안면도, 울진, 울릉도, 고산) 강수의 평균 pH는 4.88로서 부산지역보다 0.44정도 높게 나타났 으며, 1997년부터 2009년까지 관측한 평균 pH 4.83 은 부산지역보다 0.49정도 높은 수치를 나타내었다. 또한 한반도 배경지역에서 2009년 강수의 pH가 13 년간의 장기간 결과에 비해 높아진(산성도가 낮아진) 이유가 당해 연도 중국 대륙에서 날아오는 황사출현 의 발생빈도와 북동류에 의한 강수현상과 관련이 깊 은 것으로 분석된바 있어, 부산지역에서도 2009년에 는 강수와 풍계에 따라 화학적 성분이 어떤 변화 특 성을 가지는가를 알아보고자 하였다.

    평균적으로 주풍이 서풍인 경우, 강수의 산성도는 약 pH 7로 중성을 나타내었으나, 전기전도도는 약 200 μs cm−1로 다른 풍향에 비해 월등히 높게 나타나 강수에 이온성분이 많이 함유된 것으로 추정된다. 이 는 지리적으로 부산의 서쪽에 위치한 한반도 서쪽 지 역과 중국 대륙의 영향을 받은 것으로 사료된다. 상대 적으로, 주풍이 서풍이 아닌 다른 풍향에서의 강수의 산성도는 pH 7보다 낮아 산성을 나타내었다. 특히 주 풍이 북풍인 강수의 산성도는 약 pH 4.5로 가장 낮은 산성도를 나타내었으며, 전기전도도도 약 60 μs cm−1로 다른 풍향에 비해 낮게 나타나 강수에 이온성분이 상 대적으로 적게 함유되었을 것으로 추정된다.

    풍향별 이온 분석

    Jung et al. (2014)은 2009년 1월부터 12월까지 수 집된 전체 강수샘플의 이온밸런스 법을 통한 검증결 과, 총 양이온의 농도와 총 음이온의 농도의 상관성 (R2)은 0.9429으로 높은 상관성을 나타내어 신뢰하기 적합한 자료로 판단한바 있다. 이는 Seo (2010)의 연 구결과인 0.93, Park and Lim (2006)의 결과인 0.93 보다 높은 상관성을 나타내어 신뢰하기 적합한 자료 로 판단된다.

    주풍에 따른 강수 내 이온의 화학적 특성을 알아 보기 위해 양이온 Li + , Na + , NH 4+ , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , nss-Ca 2+과 음이온 F, Cl, N 2-, Br, NO3, SO42-, nss-SO42- 성분을 분석하였다. 전체적으로 45개 사례 에서, 평균 양이온 농도는 Li + 7.70 μeq L−1 , Na + 34.09 μeq L−1 , NH 4+ 47.70 μeq L−1 , K + 334.70 μeq L−1 , Mg 2+ 40.90 μeq L−1 , Ca 2+ 66.38 μeq L−1 , nss-Ca 2+ 63.94 μeq L−1를 나타내어, K +가 전체 양이온의 56% 로 절반 이상을 차지하였다. 음이온에서는 F 4.87 μeq L−1 , Cl 376.53 μeq L−1 , NO2 7.57 μeq L−1 , Br 2.56 μeq L−1 , NO3 26.47 μeq L−1 , SO42- 38.22 μeq L−1 , nss-SO42- 29.17 μeq L−1를 나타내어, Cl이 전체 음이 온의 78%에 해당되며 다른 음이온 성분들에 비해 월등히 높은 농도 값을 나타내었다. Jung et al. (2014)은 부산 지역과 중국, 싱가포르, 인도, 터키, 스 페인, 미국, 브라질 등에서 관측된 강수 성분을 비교 한 결과, 부산 지점에서 관측한 양이온에서 K + , Na + , Mg 2+가 다른 지역들에 비해 높은 값을 나타내며, 음 이온 Cl가 다른 지역들에 비해 높은 값을 나타냄으 로서, 관측지점인 부산이 내륙의 특징과 동시에 연안 해역의 특징을 가지는 지역적 특성을 보였다.

    Fig. 5a에 주풍별 양이온의 농도, 5b에 주풍별 음 이온의 농도를 나타내었으며, Table 5에 주풍별 양이 온과 음이온의 농도 및 백분율 값을 나타내었다. Fig. 5a의 양이온의 경우, K +가 다른 양이온에 비해 높은 농도로 나타났으며, 주풍에서는 북풍과 남서풍 이 다른 풍향에 비해 전체적으로 높은 농도를 나타 내었다. Fig. 5b의 음이온에서는 Cl가 다른 음이온에 비해 높은 농도로 나타났으며, 주풍에서는 북풍과 남 서풍이 다른 풍향에 비해 전체적으로 높은 농도를 나타내었다. Table 5의 북풍계열에서는 음이온 Cl가 916.27 μeq L−1로 64%를 나타내었으며, 북동풍계열에 서는 양이온 K +가 718.15 μeq L−1로 75%, 음이온 Cl 가 794.36 μeq L−1로 83%를 나타내었고, 남서풍계열 에서는 양이온 K +가 602.37 μeq L−1로 41%, 음이온 Cl가 760.44 μeq L−1로 63%의 월등히 높은 값을 나 타내었다. 또한 동풍계열에서는 양이온 K +가 243.25 μeq L−1로 71%, 음이온 Cl가 262.72 μeq L−1로 74% 를 나타내었고, 서풍계열에서는 양이온 K +가 159.39 μeq L−1로 64%, 음이온 Cl가 164.58 μeq L−1로 75% 로 백분율이 높게 나타났다. 이로서 양이온 K +와 음 이온 Cl가 전체 풍향에 대해 높은 농도로 나타난 것 을 알 수 있었으며, 특히 북풍, 북동풍, 남서풍이 불 때 상대적으로 높게 나타나는 특징을 보였다. 주로 토양기원의 자연발생입자인 양이온 K + 농도가 높게 나타난 것은 관측지점이 한반도 내륙의 영향을 받았 음을 알 수 있고, 해양기원의 자연발생입자인 음이온 Cl 농도가 높은 것은 관측지점이 해양의 영향을 크 게 받았음을 알 수 있다. 이는 관측지점인 부산이 내 륙지역과 동시에 연안해역에 해당되므로 이와 같은 결과를 보인 것으로 판단된다.

    Fig. 6은 주풍별 이온간의 구성비를 나타낸 것이다. 45개 사례의 평균 이온간 구성비는 Na + /Cl 0.09, NO3/SO42- 0.69, Ca 2+ /SO42- 1.74, Ca 2+ /Cl 0.18를 나 타내었다. 이를 주풍에 따라 구분한 결과, 해염입자 의 주성분인 Na + /Cl의 구성비는 북서풍에서 1 이상 으로 가장 높게 나타났으며, 이는 해양에서의 Na + / Cl의 구성비 0.86(Brewer, 1975)보다 높은 값을 나 타낸다. 산성비의 주 원인물질인 NO3/SO42-의 구성 비는 북풍에서 3 이상으로 월등히 높은 값이 나타났 으며, 이는 북쪽으로부터 질산염계통이 황산화물 계 통의 오염원보다 3배 이상 높은 비율로 분포함을 알 수 있었다. Ca 2+ /SO42-의 구성비는 북풍에서 2 이상으 로 높은 값이 나타났으며, Ca 2+ /Cl의 구성비는 남서 풍에서 전체적으로 1 이하의 구성비를 보였다.

    Fig. 7은 주풍별 중화기여도를 나타내었다. 45개 사례의 평균 중화기여도는 Li + 0.12, Na + 0.53, NH 4+ 0.74, K + 5.17, Mg + 0.63, Ca + 1.03를 나타내었다. 이 를 주풍에 따라 구분한 결과, 전체 양이온 중 K +의 중화기여도는 북동풍에서 4.68, 동풍에서 4.03, 남서 풍에서 1.79, 서풍에서 5.48로 전체적으로 1 이상의 매우 높은 값을 나타내었다. 이는 다른 풍향에 비해 북동풍, 동풍, 남서풍, 서풍에서 산성이온인 SO42-와 NO3를 중화시키는데 있어서 알카리성 이온인 K +의 중화기여도가 크게 작용한 것으로 사료된다. Na +의 중화기여도는 북서풍에서 2.65로 다른 풍향에 비해 다소 높은 값을 나타내었다. 또한 Ca 2+의 중화기여도 는 북풍에서 0.87로 다른 풍향에 비해 상대적으로 약 간 높은 값을 나타내었다.

    Fig. 8은 주풍별 해양기원 성분인 양이온 Na +와 음 이온 Cl를 이용한 계산식을 통해 산출한 해염입자의 양을 나타낸 것이다. 45개 사례의 평균 해염입자의 양은 735.44 μs m−3을 나타내었다. 이를 주풍에 따라 구분한 결과, 북풍에서 1,083.96 μs m−3 , 북동풍에서 857.37 μs m−3 , 남서풍에서 885.54 μs m−3로 전체적으 로 800 μs m−3 이상으로 다른 풍향에 비해 상대적으 로 높은 해염입자의 양을 나타내었다. 그 외, 동풍에 서 320.51 μs m−3 , 서풍에서 184.89 μs m−3 , 남서풍에 서 340.51 μs m−3가 나타났으며, 평균 280 μs m−3 이 상의 해염입자의 양을 나타내었다.

    풍향에 따른 역궤적 분석

    기단의 이동경로와 기원을 추정하기 위하여 NOAA 에서 제공하는 HYSPLIT 모델의 등엔트로피 운동을 이용하여 역궤적 분석을 수행하였다. 총 45개의 사례 에 대하여 각 사례의 중간 시간을 선정하여 이전 5 일간의 역궤적 분석을 실시하였으며, 지상 주풍에 따 라 기단의 기원을 분류하였다.

    Fig. 9는 HYSPLIT 모델을 이용한 각 강수시스템 의 이동경로를 추정한 것으로서, Fig. 9a는 북풍, 9b 는 북동풍, 9c는 동풍, 9d는 남서풍, 9e는 서풍, 9f는 북서풍이 주풍인 각 사례에서의 역궤적 분석 결과이 며, 각 범례는 주풍의 사례 수를 나타낸다. 전체 45 개의 사례 중 지상 풍향에 따라 9a 북풍은 3개, 9b 북동풍은 12개, 9c 동풍은 8개, 9d 남서풍은 18개, 9e 서풍은 2개, 9f 북서풍은 2개 사례로 구분되었으 며, 주풍이 남동풍과 남풍인 사례는 존재하지 않았다 . 남서풍의 경우 다른 풍계에 비해 18개 흐름이 있는 것으로 보아 주로 남서풍 계열이 가장 탁월하였다. 5 일간 지상의 공기기단의 기원을 파악하고자 역궤적 분석을 실시한 결과, Fig. 9a의 북풍계열에서는 중국 의 북동부지역으로부터 온 공기 덩어리가 동해를 거 쳐 부산으로 이동하였다. Fig. 9b의 북동풍계열에서 는 중국과 일본 등으로부터 온 공기 덩어리가 동해 와 남해를 거쳐 부산으로 이동하였다. Fig. 9c의 동 풍계열에서는 일본으로부터 온 공기 덩어리가 동해와 남해를 거쳐 부산으로 이동하였다. Fig. 9d의 남서풍 계열에서는 남쪽 해양으로부터 온 공기 덩어리가 부 산으로 이동하였다. Fig. 9e의 서풍계열에서는 서쪽 중국과 남쪽 해양으로부터 온 공기 덩어리가 부산으 로 이동하였다. Fig. 9f의 북서풍계열에서는 남서쪽과 북쪽에 위치한 중국과 러시아 지역으로부터 온 공기 덩어리가 부산으로 이동하였다. 지상의 풍향과 역궤 적 분석 결과, 공기 기단의 이동 방향이 전체적으로 일치하는 경향을 보였다.

    주풍별 발생 계절과 공기덩어리의 기원을 알아보았 을 때, 북풍, 서풍, 북서풍계열에서는 봄, 가을, 겨울 철에 만주, 내몽골 고원, 중국, 러시아 등의 내륙지역 으로부터 공기덩어리의 이동을 볼 수 있었다. 반면, 동풍, 북동풍, 남서풍계열에서는 여름철에 해양으로부 터 공기덩어리의 이동을 볼 수 있었다.

    따라서 주풍에 따라 공기덩어리의 기원이 다르게 나타났으며, 이는 강수의 산성도, 전기전도도, 이온분 석 결과와의 비교에서도 잘 나타나고 있다.

    결 론

    한반도 남동쪽에 위치한 부산에서 2009년 1월부터 12월까지 상시 강수관측을 통하여 수집된 45개 시료 를 이용하여 풍향별(북풍, 북동풍, 동풍, 남동풍, 남풍, 남서풍, 서풍, 북서풍) 강수의 산성도, 전기전도도, 수 용성 이온 성분의 화학적 특성을 알아보았으며, 역궤 적 분석을 통한 공기덩어리의 기원을 분석한 결과는 다음과 같다.

    1. 전체적인 풍향은 남서계열이 40%, 동풍계열이 45%로 비슷하게 나타났다. 특히 서풍계열의 풍속이 상대적으로 강하게 나타났으며, 이는 계절에 따라 한 반도 주위의 기단으로부터 영향을 받는 것으로 사료 된다.

    2. 주풍이 서풍인 경우, 강수의 산성도는 약 pH 7로 중성을 나타내었으나, 전기전도도는 약 200 μs cm−1로 다른 풍향에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 이는 서풍 발생 시 강수 내에 이온성분이 많이 함유된 것 을 나타내며, 지리적으로 부산의 서쪽에 위치한 한반 도 서쪽 지역과 중국 대륙의 영향을 받은 것으로 추 정된다.

    3. 양이온 K +와 음이온 Cl가 다른 이온에 비해 높 게 나타났으며, 북풍과 남서풍이 불 때 다른 풍향에 비해 전체적으로 높은 농도로 나타났다. 특히 북풍계 열에서는 음이온 Cl, 북동풍과 남서풍계열에서는 토 양기원인 양이온 K +와 해양기원인 음이온 Cl가 매 우 높은 농도를 나타내었다. 이는 관측지점이 내륙의 영향과 연안해양의 영향을 함께 받고 있는 것으로 추정된다.

    4. 산성비의 주 원인물질인 NO3/SO42-의 구성비는 북풍에서 3 이상으로 월등히 높은 값이 나타났으며, 이는 북쪽에서 질산염계통이 황산화물 계통의 오염원 보다 3배 이상 높은 비율로 분포함을 알 수 있었다.

    5. K +의 중화기여도는 전체적으로 1 이상으로 높은 값을 나타내었으며, 특히 다른 풍향에 비해 북동풍, 동풍, 남서풍, 서풍에서 산성이온인 SO42-와 NO3를 중화시키는 알카리성 이온인 K +의 중화기여도가 크 게 작용하였음을 알 수 있었다.

    6. 해염입자는 북풍, 북동풍, 남서풍에서 800 μgm−3 이상으로 다른 풍향에 비해 상대적으로 많은 양을 나타내었다. 이는 역궤적 분석 결과에서, 공기 덩어 리가 해양을 거쳐 이동한 해염입자가 다수 포함된 것으로 추정된다.

    7. 역궤적 분석 결과, 북풍, 서풍, 북서풍계열에서 는 봄, 가을, 겨울철에 만주, 내몽골 고원, 중국, 러시 아 지역으로부터 공기덩어리의 이동을 볼 수 있었다. 반면, 동풍, 북동풍, 남서풍계열에서는 여름철에 해양 으로부터 공기덩어리의 이동을 볼 수 있었다.

    전체적으로, 주풍에 따라 공기덩어리의 기원이 다 르게 나타났으며, 이는 강수의 산성도, 전기전도도, 이온분석 결과와도 일치하고 있음을 보였다.

    Figure

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    Location and topography of Busan.

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    The analytical procedure of ion components in rain sample.

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    (a) Percentage (%) of prevailing wind direction and (b) average wind speed (ms−1 ) in 2009.

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    Average acidity (pH) and conductivity (μs cm−1 ) at each wind direction.

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    Average (a) cation and (b) anion concentration (μeq L−1 ) at prevailing wind direction.

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    Composition ratio of ion concentration at each prevailing wind direction.

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    Neutralization factor of cation concentration at each prevailing wind direction.

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    Concentration of sea salt (μs m−3 ) at each prevailing wind direction.

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    Back trajectories in (a) northerly, (b) northeasterly, (c) easterly, (d) southwesterly, (e) westerly, and (f) northwesterly winds.

    Table

    Sampling data by prevailing wind direction in 2009

    Instrumental conditions for analysis of cation and anion in chromatography system

    Percentage (%) and average wind speed (m s-1) in prevailing wind direction

    Average acidity (pH) and conductivity (µs cm-1) at prevailing wind direction

    Average cation and anion concentration (µeq L-1) and percentage (%) in prevailing wind direction

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