‘상층 풍’약화 하층 동고서저형 기압배치는 정체
북풍 약화 한반도 전역 공기흐름 풍속도느 2m/s
국민이 대처하는 오존(O3)대응 ‘고농도 오존 대책’
더많은O3출현, 정부는 빠른경보 국민은 빠른대피
미세먼지농도 탁도높은 해역대기 24시간정밀분석
지구온난화 ‘해수온도급상승’ ‘해양생태계’로 전파
초미세먼지와 오존 출현이 빈번해지는 여름철 기상청 국립기상과학원은 동아시아 기후변화 시나리오를 활용한 21세기 말 대기 정체 발생일 최대 58% 증가를 경고했고 KIOST는 대기 중 해역 미세먼지 농도와 탁도 정밀 분석 대책을 내놓자 환경부는 5월~8월 오존(O3) 집중 발생 시기 오존 발생 원인물질 감축과 행동 요령 홍보 강화를 경고했다.
이 3대 중요대책과 역할에서, 환경부는 대기오염물질인 질소산화물(NOx)과 휘발성유기화합물(VOCs)이 자외선과의 광화학 반응 생성과 산소 원자 3개가 결합해 이뤄진 기체 오존(O3)에 대응하는 ‘고농도 오존 집중관리 대책’을 추진하지만 올해 더 많은 발현에도 해소 아닌 빠른 정보에 의존하는 대책에 불과하다.
햇빛이 강한 5월부터 8월 사이 농도 오존 노출 반복 현상은 ‘폐’와 ‘호흡기’ 등에 부정적 영향을 줄 수 있어 집중적 관리가 필요한 시기인 만큼, 이번 ‘미래 대기 정체 전망’발표는 25km의 고해상도 동아시아 기후변화 시나리오에 대기정체지수를 적용·분석했다.
세계적인 저탄소 시나리오(SSP1-2.6)는 화석연료 사용을 최소화하고 획기적으로 탄소 배출량을 감축하는 것으로, 탄소 배출을 서서히 감축하는 중간단계 시나리오(SSP2-4.5)와 현재와 유사하거나 좀 더 높은 탄소배출을 지속화시키는 고탄소 시나리오(SSP3-7.0/SSP5-8.5)로 구분된다.
겨울∼봄철 대기 정체 발생일은 1995~2014년 현재는 26.2일이지만 현 상태로 계속 갈 경우는 2081~2100년 사이 21세기 후반기 미래 상황은 최대 58%까지 증가할 것으로 전망되는 위험수위다.
다시말해 미래 대기 정체 발생은 현재 대비 21세기 전반기 2021~2040년과 중반기 2041~2060년에 이어 후반기에 각각 최대 2.3일, 4.8일, 15.3일 증가하는 것으로 예상된다.
이런 경종을 예고한 고탄소 시나리오(SSP5-8.5/SSP3-7.0) 역시 현재 대비 21세기 후반기 대기 정체가 39.5일∼41.5일로 늘고, 이는 현재 대비 대기 정체보다 약 51~58% 증가하는 것을 의미한다.
줄지 않고 계속 늘어만 가는 현실에서 저탄소(SSP1-2.6)와 중간단계(SSP2-4.5) 시나리오 또한 21세기 후반기 대기 정체가 약 7∼35% 증가되면서 약 28.1일과 35.3일 정도 정체될 것으로 추측되지만 탄소감축노력 정도에 따라서는 미래 대기 정체 발생이 최대 13.4일 줄어드는 51%의 감축 효과를 기대해 볼 수 있다고 한다.
공기를 이동·확산시키는 바람이 미약한 상태, 즉 지상과 대기 상·하층 바람 등의 기상분석 자료를 사용하는 대기정체지수 진단도 병행된다.
대기정체지수는 지상이나 대기 상층(500hPa), 하층(850hPa) 바람 세기 기반으로 대기정체 강도를 정량화한 지수로 대략 –3∼+3 값 범위에서 수치가 클수록 대기정체가 심한 것을 나타낸다.
대기정체지수≧1인 경우를 대기정체 발생일로 적용한 이번 분석에서 2001∼2014년 겨울~봄철(12월∼5월) 서울지역 대기정체 현상(대기정체지수≧1) 중, 약 80%가 ‘나쁨 이상(PM10≧50㎍/㎥)’ 수준의 고농도 미세먼지를 발생했다.
당시 한반도 북쪽으로 이동한 서풍이 강한 제트기류에 의해 ‘상층 풍’이 약해지고, 하층은 동고서저형 기압배치로 북풍이 약화되는 등 한반도 전역 공기흐름이 지상 풍속도 2 m/s 이하로 약해져 원활하지 못하자 이때, 생성된 미세먼지는 확산되지 못하고 그대로 축적되는 정지환경을 장기화시켰다.
이는 기후변화가 대기정체를 발생시키는 기상조건을 증가할 것으로 예상되는 만큼, 실제 대기오염물질 배출을 줄이더라도 지구온난화 영향이 큰 고위도지역은 빠른 기온상승과 북서계절풍 약화에 의한 대기정체 발달환경 조성에 따른 고농도 미세먼지발생 가능성이 높아진다.
대기정체의 미래 변화는 국민 건강과 직결된 고농도 미세먼지현상의 가능성을 가늠할 수 있는 중요한 정보라는 박광석 기상청장은 “이번 기후변화로 인한 대기정체 전망정보는 고농도 미세먼지와 대기오염물질 등의 미래 환경오염 영향을 줄 수 있는 중요한 분석정보”라고 강조했다.
아울러 “기상청은 미래의 폭염, 한파 등 극한 기후정보뿐만 아니라 국민 관심도가 높은 대기환경변화에 영향을 줄 수 있는 시나리오 기반의 다양한 정보를 발굴하여 제공할 수 있도록 노력하겠습니다”고 덧붙였다.
지구와 해양온도, 미세먼지대기정체 미래지속일 수 비례 예측전망 아래와 같다
현재처럼 대기정체가 발생할 경우는 평균적으로 지속되는 기간은 약 2.2일과 대비할 때 미래의 ‘대기정체’ 지속일 변화에 따른 미래 탄소 배출에 직접적 영향을 줄 것으로 전망된다.
동아시아 기후변화 시나리오를 활용한 대기정체 발생 전망 분석한 기상청 국립환경기상원도 “현재 추세면 21세기 말 대기정체 발생일 최대 58% ”늘게 된다고 경고했다.
한편으로는 미래 한반도를 포함한 동아시아 지역의 대기의 상·하층 바람이 현재보다 약해지는 대기정체 발생에서 고탄소 시나리오를 이행할 경우 유리한 상황으로 갈 수 있다는 희망도 전했다.
여기서 지상과 하늘의 오염물질은 최근 급부상되고 있는 ‘해수 온도 상승’ 즉 지구온난화 위험을 ‘해양생태계’로 전파한다는 점도 상기해야 한다.
KIOST, 세계 최초 정지궤도 해색관측 천리안위성 1호(GOCI) 식물성 플랑크톤농도 분석
이를 위해 한국해양과학기술원(KIOST)은 자체 개발한 분석 장비를 정지궤도 해색 관측위성 천리안위성 1호(GOCI)에 탑재했다.
세계 최초로 미세먼지 농도와 탁도 높은 우리 해역 대기를 24시간 정밀 분석 수치는 미국항공우주국(NASA)의 극궤도 해색관측 위성인 MODIS와 VIIRS보다 월등한 것으로 알려져 있다.
한국해양과학기술원(KIOST)의 우리해역 전용 분석장비의 세계 최초 탑재는 지구를 둘러싸고 있는 미세먼지 등으로 인해 정확하게 분석해야 하는 광학적 바다색도 변질을 극복한 첨단기술이다.
해수 온도와 바다 생태계를 예측할 수 있는 적조와 녹조 등 해양 재해 관측 중요자료인 광학적 ‘바다 색상’인 해색 분석 10년에서 정확한 위성 자료를 세계 최초로 제공한다는 사실을 확인했다.
국제 학술지에 발표된 바다색 광학적 분석을 통한 적조와 녹조 등 해양 재해 관측 위성 탑재체는 2002년 미국 NASA의 지구해양-대기-육지 관측 극궤도 위성 ‘MODIS/Aqua’와 2011년 미국 NOAA의 지구해양-대기-육지 관측 극궤도 위성 ‘VIIRS/NPP’가 있다.
정지궤도 해색 관측위성인 천리안위성 1호(GOCI)의 동아시아 해역 식물성 플랑크톤 농도분석 능력이 미국항공우주국(NASA) 극궤도 해색관측 위성인 MODIS와 VIIRS 보다 월등하기 때문에 Remote Sensing 2022년 4월호(논문명: Decadal Measurements of the First Geostationary Ocean Color Satellite(GOCI) compared with MODIS and VIIRS Data)에 실린 거다.
바닷물고기와의 먹이 사슬 기초가 되는 플랑크톤 감소하면 바다생태계 지축을 흔들정도로 중요한 요소기 때문에 크기는 아주 작지만 지구의 약 70%에 달하는 해양 표면에서 서식하는 식물성 플랑크톤에 기반한 해양 생태계 환경·생물 변화는 물론 기후변화분석에서 중요한 역할을 한다.
천리안위성 1호 관측은 바로 이 점에 강하다. 전 세계에서 기후변화 영향이 큰 지역 중 하나인 한반도 주변 해역을 포함한 동아시아 해역(2,500km×2,500km)을 관측하는 포괄적 영역 관측도 핵심이다.
21세기 주변국의 급격한 산업화와 인구 밀도가 높아지는 상황에서는 상대적으로 인간이 해양 환경에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 드넓은 생태계 보고 황해 해역 정밀 분석은 종요한 사안이다.
박명숙 책임연구원 연구팀은 2010년 6월~2021년 3월 사이 천리안위성 1호 임무 10년간 해색 원격탐사의 기본 산출 자료로 활용되는 클로로필-a 농도 값 변화를 MODIS와 VIIRS와 비교 관측해 왔다.
해양의 여러 영양물과 이산화탄소 흡수로 생산된 식물성 플랑크톤의 광합성 색소로 해양 생태계 현황과 전 지구적 기후변화 등의 지표 정보로 삼는 분석 결과에서 천리안위성 1호는 사계절에 따른 계절변화를 정확히 분석했다.
하지만 MODIS는 황사가 일어나는 봄철에 클로로필-a 농도를 과대평가하는 특성을 보였고, VIIRS는 겨울철에 비해 환경이 좋은 봄철 조건에서 식물플랑크톤이 대량 증가하는 데도 봄철 플랑크톤 대증식(spring bloom)을 잘 나타내지 못했다.
이런 차이는 상시 정지 감시에 있다. MODIS와 VIIRS는 전 지구 해역 관측을 목표로 고정된 해역을 하루에 한 번 관측하는 반면에, 천리안위성 1호는 24시간 같은 지역을 관측하는 정지궤도의 특성에 따라 하루에 8번, 한 시간에 한 번씩 지속적 관측이 가능하기 때문이다.
특히 NASA는 MODIS 등의 국외 극궤도 위성으로 태평양과 대서양 등 대체적으로 맑은 해역 자료를 생산하는 것이 목표인 반면, KIOST는 대기 중 미세먼지 농도와 탁도가 높은 분석이 난해한 우리 해역을 정밀하게 분석할 수 있는 기술로 평가됐다.
우리 기술로 세계 최초 정지궤도 해양 위성을 개발하고 임무 10년간의 성과를 통해 우수성을 전 세계적으로 발표한 것은 의미가 크다는 김웅서 원장은 “KIOST는 부유 조류와 적조 등 해양 현안문제 대응과 기후변화에 따른 변하는 해양을 보다 진보된 과학적으로 진단할 수 있는 정확한 위성 자료를 생산하겠다”고 밝혔다.
천리안위성 탑재체 운용기관인 KIOST는 천리안위성 1호에 이어 1일 10회 관측을 위해 2020년 2월 발사된 분광 해상도는 13Bands, 공간 해상도는 250m로 26종의 해양·대기·육상 산출물을 생산 중인 천리안위성 2B호(GOCI-II)에 대한 산출물 정확도 향상과 활용 기술 개발에 전력할 것을 약속했다.
하지만 세계인과 관련학계와 기관의 노력은 지구온도 상승을 낮출 뿐 원인을 근절하지 못한다. 이미 130년 이상 내연기관에 찌든 지구는 자정력을 상실했기 때문에 최소한 50년 전 생활문화로 되돌아가서 또 50년 동안 공을 들여야 자연환경이 회복되고 지구도 ‘피드백“ 기능을 회복할 것으로 보인다.
NOx64%, 휘발성유기화합물32% 감축 미세먼지관리종합계획연계 배출사업장 특별점검
환경부는 연례적 행사처럼, 오존 고농도 시기에 오존 생성물질 배출사업장 집중 감시·점검 및 저감 기술지원과 홍보 역할을 자청했다.
고농도 오존(O3)이 발생되는 5월~8월 오존 발생 원인물질을 줄이고 행동 요령을 강화하는 선을 넘지 못하는 ‘고농도 오존 집중관리 대책’을 2022년 여름철에도 반복 추진한다는 거다.
대기오염물질인 질소산화물(NOx)과 휘발성유기화합물(VOCs)이 자외선과 광화학 반응으로 주로 생성되는 오존은 산소 원자 3개가 결합해 이뤄진 기체로 반복적으로 노출될 경우 폐 등 호흡기에 부정적인 영향을 줄 수 있어 햇빛이 강한 5월부터 8월 사이에 집중적인 관리가 필요하다.
따라서 올해 ‘고농도 오존 집중관리 대책’은 △질소산화물 등 대기오염물질을 배출하는 사업장을 대상으로 특별점검 △휘발성유기화합물 비산배출시설에 대한 기술지원 △오존 위해성과 행동요령 홍보강화 등이다.
이번 집중관리 대책은 오존 생성 원인물질이자 초미세먼지 원인물질이기도 한 질소산화물과 휘발성유기화합물의 농도 저감을 유도하고, 굴뚝 등 점 배출원과 달리 배출구 없이 곧바로 대기로 배출(누출)되는 비산배출시설기술을 지원하기 때문에 고농도 초미세먼지 발생 완화에 도움을 준다고 했다.
이는 ‘미세먼지 관리 종합계획 때 2016년 배출량 기준 NOx 64%와 휘발성유기화합물(VOCs) 32% 감축 목표 연계로 질소산화물과 휘발성유기화합물 배출사업장을 특별점검 했다는 점을 전제로 삼은 것이다.
아울러 배출업소 관리에서 환경부는 소속·산하 기관인 지방(유역)환경청과 수도권대기환경청, 국립환경과학원, 한국환경공단 등을 비롯해 지자체와 함께 질소산화물과 휘발성유기화합물 배출사업장을 특별점검한다.
환경부 5월과 8월 오존 출현 대비는 비산배출시설관리 기술지원을 또 넘지 못한다
질소산화물을 다량 배출하는 50곳의 사업장은 배출시설과 방지시설의 적정 운영, 굴뚝자동측정기기 운영 및 관리 실태 등을 집중적으로 살펴본다.
대기관리권역 내 총량관리사업장 1,204곳 중 47% 정도의 총량사업장은 NOx 전체 배출량 18만 9,588톤 중 8만 8,846톤 차지함으로서 ‘21년도 질소산화물 배출량 상위 50개소’에 포함된다.
플레어스택 광학가스탐지카메라(OGI) 모니터링(일 1회)와 외부부상지붕형 저장탱크 모니터링(주 1회), 냉각탑 열교환기 누출관리 등 휘발성유기화합물 비산배출신고 사업장 중 석유화학업종 등 다량 배출사업장 160곳도 비산배출시설 시설관리기준 준수 여부를 점검한다.
그리고 페인트 제조·수입업체 60곳과 판매업체 90곳에서 취급하는 휘발성유기화합물 함유 기준과 도료 용기 표기 사항 준수 여부 확인과 비산배출시설 관리가 어려운 중소사업장 40곳과 유증기 회수설비 관리가 취약한 주유소 50곳에 기술지원을 병행하는 선에서 5월과 8월 오존 출현에 대비한다는 계획이다.
‘오존예보제는 고농도 오존 발생상황이 예측될 경우, 국립환경과학원 대기질통합예보센터에서’에서 즉시 국민에게 알려 대비할 수 있도록 한 제도다.
1기압 250℃ 이하에서 끓는 탄화수소화합물은 벤젠과 톨루엔 등도 휘발성유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds) 이지만 도료 등 유기용제 사용시설이나 주유소 등에서 발생 물도 이에 해당되고, 대기로 방출된 휘발 물질이 오존과 미세먼지를 발생시키는 주범이다.
물론 대기관리권역별 주요 산업단지와 대규모 석유화학산업단지 등 대기오염물질 다량 배출사업장이 밀집된 지역 산업단지 관리는 첨단감시장비 투입 등 집중 감시한다.
투입장비는 무인기(드론)와 휘발성유기화합물 이동측정차, 분광학장비(SOF, UV-DOAS, OGI 등)를 비롯한 이동측정차량에 탑재된 태양추적적외선 측정기(SOF, Solar Occultation Flux), 자외선 차등흡광 분석기(UV-DOAS) 상시 감시와 대기오염물질을 측정하는한편 의심사업장은 현장 점검에 들어가기 때문이다.
오존 고농도 발생 시 오존 원인물질 배출 저감 활동을 사업 운영자에게 독려하고, 이동 인구가 많은 공단 주변 지하철역이나 식당가 등에서 오존 대응 행동 요령을 알리는 등 오존 노출로 인한 국민들의 건강 피해 예방을 위한 고농도 정보 안내와 행동 요령 등 대국민 홍보도 강화한다.
반응성 높은 오존은 햇빛이 약해지는 실내에서는 다른 기체와의 빠른 반응으로 소멸하기 때문에 오존 고농도 발생 시는 신속한 실내 이동과 휴대전화 앱(에어코리아)과 도로전광판에서 ‘예·경보 현황’을 확인할 것을 요청하는 데 그쳤다.
