1. 서 론
환경 대기 중 입자상물질(particulate matter, PM)은 지름이 0.001 μm에서 100 μm 범위인 고체 및 액체 물질의 작은 미립자로 구성된다. 이러한 PM은 등가직경 표현 방법의 하나인 공기역학적직경 (aerodynamic diameter)을 기준으로 미세먼지 (particulate matter less than 10 μm, PM10)와 초미세먼지 (particulate matter less than 2.5 μm, PM2.5) 및 극미세먼지 (particulate matter less than 1.0 μm, PM1.0)로 분류한다. 미국 (2012년 시행), 유럽연합(European Union, EU, 2015년 시행), 중국 (2011년 시행), 일본 (2009년 시행) 및 우리나라 (2015년 시행)를 포함한 여러 국가에서 PM2.5를 기준물질로 관리해 오고 있으며[1-3], 현재 PM1.0에 대한 기준을 가지고 있는 국가는 없으나, 미세먼지 생성과 성장영역의 중요성을 고려해 관련 연구가 활발히 진행되고 있다[4,5].
이러한 환경 대기 중 입자상물질을 효과적으로 관리하기 위한 정책과 기준치는 단계적으로 강화되었다. 연평균 대기환경기준은 TSP (total suspended particulate) 150 μg/m3 (1983년), PM10 80 μg/m3 (1993년), PM2.5 25 μg/m3 (2012년)으로 설정되었는데, PM10과 PM2.5는 각각 1995년과 2005년에 그 기준이 강화되었고, 마지막으로 2018년부터 적용된 PM2.5는 연평균 기준 15 μg/m3이다[6]. PM 및 대기오염물질을 측정하기 위해 환경부 및 지방자치단체는 총 12개 종류의 측정망을 운영하고 있으며, 2023년 2월 전국에 총 923개 측정소가 운영 중에 있다[7]. 이러한 측정망은 일반측정망과 배출원감시측정망, 특수대기측정망 및 집중측정망 (대기환경연구소)으로 구분된다. 일반 대기오염물질로 분류하는 PM10과 PM2.5는 대기오염공정시험방법에서 제시하는 ES 01605.1a (PM10) ES 01606.2a (PM2.5) 베타선법 (β-ray absorption method)을 이용하여 1시간 주기로 연속 측정하고 있다.
대기환경기준 설정과 강화 및 관련 정책의 성과를 통해 장기간 관측된 측정자료는 일반측정망 (도시대기측정소)을 중심으로 전국적인 PM10과 서울의 PM2.5의 연평균 농도는 감소해 오고 있으나, 반대로 고농도 발생빈도가 증가함에 따라 여전히 국민의 대기 오염 개선의 체감도는 낮은 실정이다[3,8].
최근 집중측정망의 대기환경연구소는 2023년 기준으로 전국 10개소가 운영 중이다. 2012년부터 2021년까지 집중측정망에서 관측된 PM10과 PM2.5의 연평균 질량 농도는 2014년 이후부터 점진적으로 감소하는 추세를 보이지만, 지역별 최대 최소 차이는 PM10 약 30 μg/m3 수준, PM2.5 약 20 μg/m3 수준으로 뚜렷한 변화 폭 없이 일정한 것으로 나타났다. 특히 대기오염물질 배출시설이 다수 위치한 안산-시화지역의 특성을 반영하는 경기권대기환경연구소는 2021년 PM2.5 연평균이 26.1 μg/m3으로, 같은 해 가장 낮은 제주도의 8.5 μg/m3보다 약 3배 이상 높았으며, 경기권대기환경연구소의 자료가 확보된 시점인 2020년부터 가장 높은 특징을 나타냈다[1]. 또한 2021년 동일 기간 수도권과 충청권에서 측정된 21.8 μg/m3과 23.4 μg/m3 보다 높았으며, 안산지역은 전체 측정기간 중 24.5%가 일평균 기준치인 35 μg/m3을 초과하였다[10]. 또한 동일 연구에서 PM2.5 일평균 농도가 75 μg/m3 이상의 사례에 대한 화학성분과 기류분석을 통해, 2021년 총 5회의 고농도 사례를 분류하였으며, 그중 국내 영향이 2회, 황사 영향 2회, 국내 및 국외 동시 영향 1회로, 복합적인 영향을 받는 것으로 제시하였다.
대기환경연구소의 PM에 대한 측정 및 분석자료는 단편적인 대기질 상태 확인부터 복잡한 생성 원인 파악 및 발생원과 배출원 관리를 위한 정책자료로 활용되지만[9-12], 이러한 연구의 초점이 PM2.5 영역에서 진행됨에 따라 큰 영역의 PM10과 작은 영역의 PM1.0에 대한 동시 관측 자료와 정보는 상대적으로 부족하다. 일부 국외[13-17] 및 국내[18] 연구 결과가 제시되어 있으나, 측정 방법, 연구 시기 및 지역적 차이에 대한 한계점이 있어, 연속 관측자료 축적의 중요성이 증가하고 있다.
국내 PM1에 대한 연구는 대기환경연구소와 서울 및 수도권을 중심으로 에어로졸질량분석기 (aerosol mass spectrometer, AMS)를 활용하여 2013년부터 그 결과가 제시되고 있지만[4], 이는 상시 운영이 아닌 이벤트성 집중 측정 결과로 측정 기간이 제한적이며, 화학성분의 이온화를 통해 조각난 이온을 재구성해 PM1.0을 산출하므로 질량 농도와 비교 해석에 한계점이 있다.
그러므로, 본 연구에서는 PM (PM10, PM2.5 및 PM1.0)에 대하여, 현재 우리나라 공정시험기준의 베타선 흡수법을 통한 1시간 간격의 연속 측정을 기반으로, 안산지역에서 PM10, PM2.5 및 PM1.0의 농도분포 및 비율을 파악하고, 분포특성을 고찰하였다.
2. 연구방법
2.1. PM10, PM2.5 및 PM1.0 연속 측정 방법
안산시 도심에 위치한 경기권대기환경연구소 (E126.8284, N37.3205)에서 2021년 1월부터 12월까지 1시간 간격으로 PM10, PM2.5, PM1.0을 측정하였다. 측정 지점에 대한 사항과 기상 조건은 선행 연구를 통해 자세한 내용이 기술되어 있다[4,9]. PM10과 PM2.5는 대기환경기준 항목의 측정방법에 따라 베타선법을 기준으로 한다. 해당 시험법은 ES 01605.1a와 ES 01606.2a에 상세히 설명되어 있으며, 본 연구에서는 이를 준용하였다. 또한 PM1.0의 경우 시험기준은 없으나, 동일한 방식을 적용하여 베타선법으로 측정하였으며, 세부적인 사항은 Table 1에 제시하고 있다.
대기 중 시료는 3대의 BAM1020 (Metone, U.S.A.)에 각각 16.7 L/min으로 유입되며, PM10은 관성 충돌, PM2.5와 PM1.0은 관성 충돌 후 사이클론 방식으로 분리되어 PM10은 50분, PM2.5와 PM1.0은 42분간 유리섬유필터에 포집된다. 포집 전·후 beta count 값을 각각 측정하여 농도를 산출한다. 이 과정이 1시간 주기로 연속 진행된다. 기기의 검출한계는 1 μg/m3이며, 최대 측정 한계는 1,000 μg/m3이다. 각 장비는 매일 유량, 온도 및 압력 등 기본적인 장비 상태를 점검하였으며, 유입부 온도 제어 및 교정 (zero calibration, slope factor, film response, beta count)을 통해 정도 관리를 진행하였다[1,19].
2.2. 대상 자료 현황 및 분석방법
PM10, PM2.5, PM1.0 자동측정 장비에 대한 공시료 시험, 누설 시험, 유량 교정, 분립기 청소, 여과지 교체, 정기 교정, 정기 점검을 비롯하여 집중 강우로 인한 중단 기간을 제외한 관측자료를 유효자료로 하였다. 1시간 측정 자료에 대한 유효자료는 1년 365일 기준의 8,760개 시간 자료에 대하여 각각 PM10 8,509개 (97.1%), PM2.5 8,526개 (97.3%), PM1.0 8,181개 (93.4%)에 해당하며, Fig. 1에 2021년 전체 시계열 자료를 제시하고 있다. PM2.5는 이전연구에서 제시한 PM2.5 자료 범위와 일치하며[9], PM1.0에 대한 집중관측 연구 기간을 포함한다[4]. PM10과 PM2.5 관측값을 바탕으로 조대 영역 (coarse mode)의 PM10-PM2.5를 비율을 파악하였고, PM2.5와 PM1.0 관측값을 바탕으로 PM2.5-PM1.0을 계산하였으며, PM10을 총량으로 하여 각각의 분율을 산정하여 월별 계절별 분포 특징을 파악하였다. 시계열 자료의 확률밀도함수 (probability density function, PDF) 및 누적분포함수 (cumulative distribution function, CDF)를 계산하여, 2021년 전체자료에 대한 분포도를 작성하여 통계적 분포 특징을 고찰하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1. PM10, PM2.5 및 PM1.0 평균 농도 분포
안산에서 측정한 2021년 PM10, PM2.5, PM1.0과 온도 및 습도 자료에 대하여 Table 2에 제시하였다. Table 2는 자료의 크기에 대한 정보 (전체 표본의 개수, 유효자료 비율)와 통계치 (산술평균, 중앙값, 최빈값, 표준편차, 최대, 최소), 백분위수 및 자료 분포 (왜도, 첨도)를 나타내고 있다.
PM10는 45.7±48.4 μg/m3이며, 대기환경기준 구분 보통 구간 (PM10: 31-80 μg/m3)이며, 최대 농도는 861 μg/m3으로 황사기간 (2021년 5월)에 관측되었고, 중앙값 (최빈값)은 36 μg/m3이다. 2021년 우리나라 PM10은 2020년보다 증가한 36 μg/m3, 장기추세변화 및 정책효과분석에 활용하는 추이 측정소의 전국 평균 농도는 38 μg/m3으로[1],ﾠ안산 도심지 PM10은 전국 기준 약 7~10 μg/m3 높은 수준이다. 자료의 분포 형태를 살펴보면 왜도 (7.18)는 비대칭 특성을 보이고, 첨도 (82.31)는 농도가 넓은 범위에 걸쳐있는 것으로 파악된다.
PM2.5는 26.4±22.7 μg/m3이며, 연평균 기준 (15 μg/m3)을 상회한다. 대기환경기준 구분 보통 구간 (PM2.5: 16-35 μg/m3)이며, 최대 농도는 216 μg/m3으로, PM10 최대 출현 시기와 동일한 황사기간 (2021년 5월)에 관측되었고, 중앙값(최빈값)은 20 μg/m3이다. 2021년 우리나라 PM2.5는 2020년 보다 감소한 18 μg/m3, 추이 측정소는 18 μg/m3으로[1], 안산 도심지 PM2.5는 전국 기준 약 8~9 μg/m3 높은 수준이었다. 왜도 (2.47)와 첨도 (9.22)값을 통해 자료의 분포 형태는 비대칭의 넓은 범위에 걸쳐있는 것으로 파악되며, PM10보다 비대칭 정도는 작고, 분포 범위도 좁다. 전국 평균 PM2.5/PM10은 0.50이며[1], 안산의 PM2.5/PM10은 0.58로 전국 평균 대비 안산의 PM2.5/PM10이 높은 수준에 해당한다.
PM1.0는 18.5±14.5 μg/m3으로, PM2.5의 연평균기준보다 높은 수준이다. 시간 최대 농도는 102 μg/m3으로 2021년 2월 12일에 관측되었고, PM2.5 고농도 사례에 발생한 기간에 해당한다.9) PM1.0 중앙값은 15 μg/m3이며, PM2.5 중앙값인 20 μg/m3과의 차이가 5 μg/m3으로 근소한 수준이다. 전체 평균의 PM1.0/PM2.5 값은 0.7로 PM2.5/PM10 대비 높은 수준을 보였다. PM1.0의 자료분포는 PM10, PM2.5과 비교해서 그 농도 출현 범위가 좁고 농도 수준이 낮아, 보다 이상적인 정규분포에 수렴하며, 중앙값 범위에서 출현 빈도수가 높은 특징을 갖는다.
3.2. PM10, PM2.5 및 PM1.0 농도의 통계적 특성
PM10, PM2.5 및 PM1.0 분포의 통계적 특징을 파악하기 위해 측정값 (x)에 대하여, f(x) ＞0, f(x)dx =1의 전제조건에서 각 항목에 대하여 확률밀도함수, PDF와 누적분포함수, CDF로 Fig. 2에 제시하였다. 각각의 농도분포 자료에 대한 PDF의 F(x) 면적은 1에 수렴하며, CDF의 F(x) 한계치는 1이다. PDF를 통해 안산 측정자료의 분포 폭은 농도 출현 범위에 따라 PM10 > PM2.5 > PM1.0로 Table 2에 제시한 첨도 수치를 반영하며, PM10, PM2.5, PM1.0 모두 높은 농도 수준를 보이는 오른쪽으로 긴 꼬리의 왜도 특성을 보여준다. 분포함수의 비대칭성은 고농도 현상 및 황사 횟수가 많을수록 커진다. PDF 각각의 곡선에서 peak의 정점은 평균값을 의미하며, 이 값은 CDF 곡선에서 0.5에 해당하는 x-축의 값과 일치한다.
CDF에서 각각의 농도에 대해 전체 자료의 약 98.5%에 수렴하는 농도는 PM10 150 μg/m3, PM2.5 75 μg/m3, PM1.0 50 μg/m3 수준으로 나타났다. 나머지 1.5%는 그 이상으로 1년 기준 약 131시간에 해당하며, PM10은 대부분 황사 관측 시기가, PM2.5는 고농도 사례 기간이 포함된다. CDF에서 PM의 최소 농도 수준은 2 μg/m3이며, 2021년 전체 자료에서 PM1.0 1.82%, PM2.5 0.57%, PM10은 0.03%에 해당한다. 이 수준을 포함하는 PM 5 μg/m3 이하의 청정한 수준은 PM1.0 11.31%, PM2.5 4.43%, PM10 0.68%로 강우가 집중되는 기간인 7-9월 사이에 출현빈도가 높았다. 선행연구에서 분석한 PM2.5 고농도 사례는 총 5회로, 증가에서 지속 및 소멸 기간이 반영된 평균값 75 μg/m3 이상에 대하여 산정하여 275시간을 제시하였으나[9], 본 연구의 131시간은 시간 연속성이 배제된 단위 시간당 측정자료에 대한 누적분포함수의 값임으로 선행 연구와 분류 방법과 기준에 차이가 있음을 전제한다.
2021년 전체 측정자료를 미세먼지 예보 등급으로 분류하면, 매우 좋은 수준은 PM2.5 (0-15 μg/m3)가 30.7%이었고, PM10 (0-30 μg/m3)은 37.4%를 차지하였다. 대기환경 기준으로 분류한 경우, PM10은 일평균기준 (100 μg/m3)의 12.5%, 년평균기준 (50 μg/m3) 대비 46.5% 가 초과 범위에 분포하였고, PM2.5는 일평균기준 (35 μg/m3)의 35.3%, 년평균기준 (1 μg/m3) 대비 69.3%의 자료가 초과 범위에 해당하였다. 이는 미세먼지에 대한 인체 노출 및 영향 평가 조건에서 지역 노출 자료로 활용되는 인자와 관련된다[20]. 그러므로 PM10과 PM2.5의 분포 특성을 기준치 (일, 년)와 예보 등급에 대한 초과 빈도로 고찰하면, PM10보다 PM2.5가 기준치 이상의 범위에서 출현 빈도가 높은 특징을 보여주며, 이것은 PM2.5에 대한 상대적 제어와 관리의 중요성을 시사한다. PM1.0의 분포는 CDF에서 전체 측정값의 90%는 37 μg/m3이내, 99%는 52 μg/m3 이내에 분포하며, 0.1%는 63 μg/m3 이상으로 나타났다. PM1.0에 대한 기준은 없으나, PM2.5 기준을 적용해 살펴보면, PM1.0 30 μg/m3 이상은 12.3%, 15 μg/m3 이상은 41.5%로, PDF 및 CDF 곡선을 통해 PM1.0은 PM2.5의 분포와 유사하며, PM10 분포와는 다른 형태이다. 아직 PM2.5와 PM1.0에 대한 동시 관측자료가 시간의 지속성과 공간의 다양성을 고려할 만큼 확보되지 않아 특성 파악에 한계가 있으나, 1년에 대한 동시 관측자료의 통계적인 지표 및 수치 비교를 통해 PM2.5 분포는 PM1.0와 밀접한 관련이 있으며, 자료의 지속적인 확보가 필요하다.
PM1.0, PM2.5 및 PM10의 산포도에 대하여 Fig. 3에 제시하였다. PM1.0과 PM2.5의 산점은 기준선 1:1에서 1:2에 밀집된 형태이며, 황사사례 (YS event)에 일부 PM2.5는 증가하지만, PM1.0은 20 μg/m3 이내에서 큰 변화가 없이 일정한 수준이다. PM1.0 CDF의 고농도 구간 (>0.985)의 PM2.5와의 산점은 대부분 1:2 내에 분포함에 따라 황사를 제외한 PM2.5 고농도시 PM1.0도 뚜렷이 증가하는 경향을 파악할 수 있다. PM2.5와 PM10은 기준선 1:1과 1:4로 뚜렷하게 구분된 분포를 나타낸다. PM2.5 CDF 고농도 구간 (>0.985)에서 1:1 수렴하는 것은 국지적 농도 증가의 영향이며, 1:4에 수렴하는 자료는 대부분 황사 사례에 해당한다. PM1.0과 PM10의 산점은 기준선 1:1과 1:4에 밀집하며, 1:8 이상에서는 대부분 PM10이 증가하는 황사시기에 분포하였다. PM10 CDF 고농도 구간 (>0.985)에서 황사를 제외하면 기준선 1:2에 수렴하는 것으로 파악된다. 그러므로 측정된 PM 자료의 산포와 고농도 CDF 구간을 통해 황사를 제외한 고농도 구간에서 전체 PM10에 PM1.0 농도 비중이 높아, 고농도 시기에 미세먼지 관리에 대한 초점을 PM2.5에서 PM1.0 영역으로 확대해 나갈 필요가 있다.
3.3. 2021년 고농도 황사 기간의 PM 분포 특성
PM 관측자료는 인위적 및 자연적인 영향을 받을 수 있다. 자연적 기원의 황사는 PM10 농도에 직접적인 영향을 주며, 해당 기간 PM은 조대영역 (PM10-PM2.5)의 비중이 증가한다[21]. 2021년 안산 PM 관측자료에 대하여 황사관측 기간을 분리하여 Table 3에 정리하였다. 2021년 관측된 총 6회의 황사 기간은 PM10 농도가 “나쁨”의 예보 기준인 81 μg/m3 이상이 지속된 구간에 해당한다.
2021년 경기권대기환경연구소에서 관측한 황사 사례는 총 6회로, 해당 기간은 2021년 1월 13일~14일, 3월 16일~18일, 3월 28~30일, 4월 16일~17일, 5월 7일~9일, 5월 24일~25일로 기상청에서 관측된 결과와 같이 주로 봄철에 집중되는 양상이다. 기상청에서 보고한 2021년 서울의 황사 관측일 수는 총 14일로 봄철 (3월~5월) 12일로 나타났고, 수원은 서울의 관측 결과와 같았고, 인천은 총 12일에 봄철 10일로 확인된다.22) 2020년 기상청 황사 관측일과 비교하면 (서울 6일, 인천 5일, 수원 3일), 2021년 황사 관측일은 약 2배 증가하였으며, 이는 PM10 고농도 기간 증가에 직접적인 영향을 주었을 것으로 판단된다. 또한 1998년에서 2017년까지 월별 평균 황사발생일과 비교 및 검토하면 대부분 3월, 4월, 5월에 집중되는 경향과 잘 일치한다[23].
총 6회 사례 가운데 Case 5가 지속시간이 가장 길었으며 (42hr), 가장 고농도 (PM10 : 442.7±230.4 μg/m3)를 나타냈다. Case 5에서 최대 PM10 단위 시간당 농도는 851~861 μg/m3이었으며, 2021년 5월 7일 22시~23시에 관측되었고, 2021년 관측자료 중 가장 높은 수준이다. 동시간대에 관측한 PM2.5는 213~216 μg/m3으로 2021년 관측자료 중 가장 높았으며, PM1.0은 11~13 μg/m3이었다. 황사발생일에는 일반적으로 PM2.5보다 PM10의 농도 증가 경향이 크게 나타나지만,21) 세부적으로 살펴보면, Table 3과 같이 6개 사례별로 서로 다른 농도 수준과 비율을 나타낸다.
전체사례의 PM2.5/PM10 비율은 0.19~0.39, PM1.0/PM2.5 비율은 0.13~0.55 범위에 분포한다. Case 1은 황사가 가장 낮은 농도 수준에서, 다른 Case에 비해 PM2.5/PM10이 0.39로 가장 높고, PM1.0/PM2.5 또한 0.55로 가장 높아, 다른 Case보다 미세입자의 비율이 상대적으로 높다. Case 2는 Case 1과 비슷한 PM10 농도 수준이나 PM2.5/PM10 비율 0.19로 가장 낮고, PM1.0/PM2.5은 0.49로 사례 1보다 조대 영역의 비율이 높은 특징을 갖는다. PM10이 가장 높았던 Case 5의 경우, PM2.5/PM10 비율은 0.27이지만, PM2.5는 116.7±60.9 μg/m3, PM1.0은 10.3±2.7 μg/m3으로, 황사와 함께 PM2.5-PM1.0 영역의 입자가 함께 유입된 가능성을 보여준다. 이러한 특징은 황사 관측 기간 PM2.5의 장거리 수송 영향, 대기 정체 등과 같은 국내외적인 요인의 영향을 받아,9,24) PM10/PM2.5, PM2.5/PM1.0 및 PM1.0 영역의 입자 비율과 농도가 다른 특징을 보일 수 있음을 의미한다.
3.4. PM의 월별 및 계절 분포 특성
Fig. 4는 안산, 경기권대기환경연구소에서 측정된 PM에 대한 월별 분율을 나타낸 것이다. PM은 1월부터 3월까지 증가하였고, 3월을 정점으로 4월에는 감소한 뒤, 5월에 다시 증가한 후 6월부터 9월까지 점진적인 감소 후 10월과 11월에 증가하였다. 2021년 PM은 단연 3월이 가장 높은 수준을 나타냈으며, PM10, PM2.5, PM1.0 항목 모두 가장 높은 평균값을 보였다. 최저 기간은 9월이었으며, 동일 기간 선행연구에서 보고한 안산의 PM2.5 분석 결과와 동일하다.9) 2월부터 5월까지 조대영역 (PM10-PM2.5)의 비율이 단계적으로 증가하였으며, 이는 봄철 집중적으로 발생한 황사의 영향과 고농도 현상이 반영된 결과이다. 1월~5월을 지나 6월에 접어들며 전반적인 PM의 농도는 다소 낮아지는데, PM1.0/PM10의 비율은 약 0.5, PM1.0/PM2.5 비율은 0.7~0.8로 PM1.0에 대한 비중이 증가하는 것을 볼 수 있다. 특히 8월과 9월 PM 농도 수준이 가장 낮은 구간에서 PM1.0의 비율은 상대적으로 가장 높게 나타났다. 본 연구에서 봄철 PM 농도의 증가 이후 여름과 가을 구간에서 감소하고 점진적으로 겨울로 접어들며 증가하는 일련의 경향성은 최근 우리나라에서 발생한 고농도 현상에 대한 PM 분석 결과들과 맥락을 같이 한다[11,25]. 이와 함께 본 연구 결과에서와 같이 PM1.0이 PM2.5의 50~80%를 차지하고, 연평균 약 70% 수준임을 고려한다면, PM2.5 제어와 관리 정책에 있어 PM1.0을 비중 있게 고려할 필요가 있다.
4. 결 론
2021년 1년간 안산 도심지역에서 PM10, PM2.5 및 PM1.0에 대하여, 현재 공정시험기준의 베타선 흡수법을 이용하여 1시간 간격의 연속 관측을 수행하였으며, PM10, PM2.5 및 PM1.0의 농도 및 비율 분포 특성을 분석하였으며, 그 결과를 정리하면 다음과 같다.
1. 2021년 PM10, PM2.5, PM1.0을 연속 관측하였으며, 1년간 1시간 간격의 자료에 대하여 강수 및 정도 관리 기간을 제외하고 각각 97.1%, 97.3%, 93.4%의 데이터를 확보하였다. 분석 결과 연평균 기준 PM10은 45.7±48.4 μg/m3, PM2.5 26.4±22.7 μg/m3, PM1.0 18.5±14.5 μg/m3로 나타났으며, PM10은 연평균 대기 환경기준 대비 91% 수준이지만, PM2.5는 176% 로 기준을 넘어, 오염도가 심각한 것으로 확인되었다.
2. PM10, PM2.5, PM1.0의 통계적 분포특성 파악을 위해 PDF와 CDF를 분석하였고, 안산 측정자료의 분포 폭은 농도 출연범위에 따라 PM10 > PM2.5 > PM1.0로 나타났고, 오른쪽으로 긴 꼬리의 왜도 특성을 보였다. CDF에서 각 농도에 대해 전체 자료의 98.5%에 수렴하는 농도는 각각 150, 75, 50 μg/m3 수준으로 그 외 1.5%에 해당하는 자료는 1년 기준 약 131시간에 해당하며 PM10의 경우 황사 관측시기가, PM2.5는 고농도 사례 기간에 포함되는 것으로 확인되었다.
3. 2021년 기준 황사기간을 이벤트로 분류하였고, 분류 결과 총 6회가 관측되었는데 모든 이벤트가 봄철(3~5월)에 확인되었다. 총 관측사례 중 Case 5가 42시간으로 가장 길게 지속되었으며, 이때 PM10 기준 가장 높은 농도 수준 (442.7±230.4 μg/m3)을 보였다. 동 시간대 PM2.5 역시 가장 높은 213~216 μg/m3 수준을 보였으나 PM1.0은 11~13 μg/m3에 그쳐 황사 발생시 PM2.5보다 큰 입자에 영향 크게 미친다는 것을 확인할 수 있었다. 전체에 대한 PM2.5/PM10 비율은 0.19~0.39, PM1.0/PM2.5 비율은 0.13~0.55 범위에 분포하였다.
4. 전반적으로 PM10, PM2.5, PM1.0 모두 1월부터 3월까지 증가하였다. 이후 3월을 정점으로 4월부터 9월까지 감소하여 9월 최소농도를 보인 후 다시 증가하는 경향을 보였다. 2월부터 5월까지 조대영역의 비율이 단계적으로 증가하였고, 이는 봄철 주로 발생하는 황사와 고농도 사례의 영향인 것으로 판단된다. PM1.0의 비율은 봄, 겨울 대비 여름, 가을철이 높게 나타났으며, 특히 연간 농도가 가장 낮은 여름철과 가을철 PM1.0/PM2.5에 대한 비율이 가장 크게 나타났다. 이는 해당 기간 미세먼지의 2차 생성 비율이 높고, 향후 PM1.0에 대한 과학적 조사와 연구가 중요함을 의미한다.
본 연구 결과는 PM10, PM2.5와 함께 PM1.0에 대한 동시 관측을 수행하여 그 분포 특성을 제시하였다. 특히 PM1.0의 질량 농도 분포와 비율을 제시하였으며, 이 결과 자료는 산업단지 배후도시인 안산지역의 미세먼지 농도 분포 특성을 이해하고, PM2.5와 PM1.0의 화학성분 비교와 자료검증, PM1.0에 대한 공중보건학적 접근을 위한 기초 기술자료 및 지역사회 PM 개선 대비 비용편익분석 등의 연구와 저감 정책 수립에 활용될 수 있을 것이다.
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