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국내 미세먼지 농도는 과거에 비해 감소하는 추세이지만 건강에 대한 미세먼지의 위해성이 부각되면서 그에 대한 관심과 우려는 점점 높아지고 있다. 미세먼지에 대응하기 위해서는 미세먼지 농도의 영향 요인과 그 영향의 정도를 파악하는 것이 중요하다. 도시에서 미세먼지는 다양한 요인에 의해 복합적인 영향을 받는다. 기상조건에 큰 영향을 받아 강수와 풍속에 음의상관을 나타낸다. 계절에 따른 기상 조건의 차이로 계절별 뚜렷한 미세먼지 농도 차이가 나타하며, 주로 봄과 겨울에 고농도가 발생한다. 도시 외부적 영향으론 봄철 황사의 영향이 크며, 타 지역에서 발생한 미세먼지가 도시로 유입되어 미세먼지 농도를 악화시킨다. 도시 내부에서는 미세먼지가 발생되는 배출원이 넓게 분포하고, 도시에서 배출된 기체상 오염물질은 대기 중에서 물리화학 적으로 반응하여 2차 미세먼지로 변환된다. 도시환경에서 미세먼지는 도시열섬이나 기온 역전층에 의한 대기정체로 악화되거나, 도시 내 복잡한 공간구조로 인해 발생한 미기상 조건의 영향으로 변화한다. 미세먼지는 강우 시 씻겨 나가고, 바람길이 확보되어 정체된 미세먼지가 확산되면서 감소하며, 녹지에 의해서도 저감되는데, 도시 내 나무는 기공에서 미세먼지를 흡수하고, 식물체 표면에 먼지가 흡착되어 미세먼지 저감에 기여한다.
본 연구는 다양한 미세먼지 영향 요인 중 도시 내부적 요인인 토지피복 특성에 따른 미세먼지 농도 차이를 분석하고자 하였다. 토지피복 유형 중 미세먼지 배출에 관련된 시가화지역과 미세먼지 저감에 관련된 산림지역 유형의 비율에 따라 미세먼지 농도는 어떠한 차이를 보이는지 살펴보았다
연구는 서울시에 위치한 환경부 대기오염 측정망 주변의 시가화지역과 산림지역 토지피복의 비율에 따라 대기오염 측정소를 3개 그룹으로 구분한 뒤, 그룹별 미세먼지 농도 차이를 계절별로 비교하였다. 미세먼지 농도는 환경부 대기 오염 측정망의 2016년 PM10과 PM2.5의 일평균 농도 자료를 활용하였다. 토지피복은 환경부 대분류 토지피복 자료를 활용하였고, 대기오염 측정망 주변 반경 3㎞내의 토지피복 비율을 산출하였다. 토지피복 비율을 기준으로 K-mean 군집화를 통해 대기오염 측정소를 3개 그룹으로 분류하였고, 3개 그룹간 농도 차이는 비모수 검정방법인 Kruskal-Wallis 검정을 실시하였다. 개별 그룹간 차이는 Mann-Whitney U 검정을 실시하여 Bonferroni Correction Method에 따른 유의수준 보정을 통해 두 그룹간의 통계적 차이를 제시하였다.
시가화지역과 산림지역 비율에 따른 K-mean 군집화 결과 산림 우세 그룹(A)의 토지피복 비율 평균은 산림 34.6%, 시가지 53.4%이었고, 6개의 측정소가 분류되었다. 시가지 우세 그룹(B)은 산림 6.7%, 시가지 76.3%이었고, 10개 측정소가 분류되었다. 중간값 그룹(C)은 산림 16.5%, 시가지 61.8%로 7개 측정소가 분류되었다.
PM10의 계절별 농도에 대하여 그룹별 정규성 검정 결과 모든 계절에서 정규분포를 충족하지 않았다. 따라서 비모수 검정인 Kruskal-Wallis test를 실시한 결과 모든 계절에서 그룹간 차이가 통계적으로 유의하였다(p<0.001). 개별 그룹 간 차이에 대해 Bonferroni Correction Method를 적용한 Mann-Whitney U 검정결과 겨울철 B-C 그룹간 차이를 제외한 모든 계절의 그룹간 차이가 통계적으로 유의하였다 (p<0.001). 종합하면 A그룹은 모든 계절의 PM10 농도가 B, C그룹보다 낮았다. B그룹은 겨울철만 C그룹보다 낮았으나 차이는 유의하지 않았고, 나머지 계절에서 A, C그룹보다 유의하게 높았다.
PM2.5의 계절별 농도도 모든 계절에서 정규분포를 충족 하지 않아 Kruskal-Wallis test를 실시한 결과 모든 계절에서 그룹간 차이가 유의하였다(p<0.001). 개별 그룹간 분석도 겨울철 B-C 그룹을 제외한 모든 계절에서 통계적으로 유의한 차이가 인정되어(p<0.001) PM10 결과와 동일한 경향을 확인하였다.
계절별로 그룹간 차이를 자세히 살펴보면 PM10은 A그룹의 농도가 B, C그룹과 큰 차이로 낮았고, B-C의 차이가 작았다. 이러한 경향은 계절별로도 유사하였지만, 고농도 시기인 겨울과 봄에 그룹간 차이가 다소 작고, 저농도 시기인 여름과 가을에 다소 큰 차이가 있었다. PM2.5 농도는 봄~가을에 A<C<B순서를 보이며 그룹간 균등한 차이를 보였고, 겨울은 B와 C그룹의 농도가 유사하면서, A그룹과의 차이가 컸다. 저농도 시기인 여름에 그룹간 차이가 가장 컸고, 고농도 시기인 겨울에는 차이가 가장 작았다. 고농도 시기인 봄의 그룹간 편차와 저농도 시기인 가을의 편차는 유사하였다.
이상의 분석 결과 측정소 주변 산림지역 비율이 높은 지역은 미세먼지 농도가 낮고, 시가화지역 비율이 높은 지역은 미세먼지 농도가 높아 미세먼지의 배출과 저감에 기여하는 토지피복 유형의 비율에 따른 미세먼지 농도 차이를 확인하였다. PM10과 PM2.5 모두 산림 우세 그룹(산림비율 평균 34.6%)의 미세먼지 농도가 가장 낮았다. 중간값 그룹(산림비율 평균 16.5%)은 시가지 우세 그룹 보다 미세먼지 농도가 낮지만 PM10은 차이가 작았고, PM2.5는 차이가 커서, PM2.5는 중간값의 산림비율에서도 농도 저감 효과가 큰 것으로 판단되었다. 계절별로는 여름철에 그룹간 농도 차이가 가장 커서 저농도 시기에 토지피복에 의한 영향이 증가하는 것으로 추정되었다. 또한 고농도 시기인 겨울철은 그룹간 농도 차이가 가장 작아 고농도 시기에 토지피복의 영향은 감소하고, 기상조건 등 다른 요인의 작용이 큰 것으로 판단되었다. 다만 1년 중 가장 농도가 높은 계절은 봄철 이었는데 겨울철 보다 그룹간 농도 편차가 컸다. 이에 대한 추후 연구가 필요하였다.
