안산지역에서 Tethered Balloon을 이용한 대기 중의 입자 분포에 관한 연구

Abstract

대기 에어로졸은 기후 변화와 밀접한 관계를 가지고 있다. 그 중 황사나 대륙에서 날아오는 바람이 우리나라에 미치는 영향에 관한 많은 연구가 진행 중이다. 또한 최근 이상 기후 현상 등의 환경문제가 대두되면서, 대기 오염 및 대기 에어로졸에 대한 관심이 증가되고 있는 추세이다. 이러한 에어로졸에 관한 연구 장비 가운데 대기 에어로졸을 포집할 수 있는 장비인 관성형 포집기가 있다. 이는 대기 중의 에어로졸을 TEM-Grid나 Filter에 포집하여 이미지나 성분 분석을 할 수 있게 만들어주는 기기이다. 이 관성형 포집기를 이용하여 지상에서만 진행되었던 포집을 대기상공(해발 약 1km)으로 범위를 확장하여 실시하였다. 또한 에어로졸을 측정하는 장비들 중 광학 입자 계수기(Optical Particle Counter)가 있다. 이는 눈에 보이지 않는 미세한 크기의 입자를 펌프를 이용하여 관측체적내로 공기와 함께 유입시켜주며 빛의 산란을 이용한 전기적 신호를 받아 최종적으로 입자의 개수와 크기를 동시에 측정할 수 있게 된다. 하지만 이는 상온 상압 상태의 지상에서의 사용을 목적으로 하고 있기 때문에 상층 대기에서의 사용이 용이치 않다. 이러한 이유로 상층 대기 에어로졸 입자에 광학 입자 계수기를 사용한 연구의 사례가 거의 없으며, 일반적으로 라디오 존데 등을 이용하여 단순히 온습도, 압력 등의 측정에 대한 연구만 이루어지고 있다. 또한 현재 측정 방법으로 많이 사용하고 있는 방법은 비행기를 이용한 수 농도 측정을 한다. 하지만 비행기를 이용하는 방법은 비효율적이며 수평적 입자의 분포를 볼 수 있지만 연직 분포를 연구하는데 부적합하다. 이에 본 연구는 상층 대기 에어로졸을 측정하기 위하여 소형화, 경량화 되어 있는 관성형 포집기와 한양 광학 입자 계수기(HY-OPC)를 개발하여 실제 상층 대기 에어로졸의 포집과 입자 크기별 개수를 측정하는 것이다. 개발되어진 HY-OPC는 그 무게가 약 480g 정도로 기존 상용되어지는 OPC(약 1.5kg)에 비하여 매우 작고 가볍다. HY-OPC로 상층 대기 에어로졸을 측정하기 위하여 Main Board와 함께 package로 구성되었다. 측정 방법으로는 헬륨을 이용한 Tethered-balloon system을 이용하였다. 측정한 결과 고도 약 1km 고도에 따른 온도와 습도, 입자크기에 따른 수 농도의 관계를 결과를 통해 알 수 있었다.