1
서울시 오존 생성 메커니즘 정밀분석 및 효율적 저감방안 연구_2019
요약문 5
 I. 연구개요 25
  1. 연구목적 및 배경 25
 II. 연구내용 및 방법 26
  1. 기본 연구 방향 26
  2. 연구범위 27
   1) 서울시 오존오염 현상 정밀 진단 및 규명 27
    가) 서울시 오존 증가 원인 규명 27
     (1) 대기산화력(Oxidants) 결정인자 분석 27
     (2) H2O2, HONO, PAN 상세분석 및 오존생성 영향 평가 27
     (3) Missing OH reactivity 원인 규명 27
     (4) 고농도 시기의 오존 발생현황 특성 조사?분석 27
    나) 권역별 기상현황 및 오존 전구물질(VOCs, NOx) 특성 규명 27
     (1) 권역별 기상현황 및 오존 전구물질의 시계열 분석(상관관계 분석) 27
     (2) 대기 종관 순환에 따른 오존 발생 및 이동 분석 27
     (3) 계절 및 권역에 따른 오존 조성 농도 및 분포 27
    다) 국지풍 상세 규명을 통한 오존의 시?공간적 이동경로 규명 27
     (1) 수도권 3차원 풍향?풍속 실시간 관측 27
     (2) 오존의 수직 확산 규명을 위한 대기경계층고도 실시간 관측 27
     (1) 국내 대기오염물질 배출현황(2015년 기준) 27
     (2) 국외 대기오염물질 배출량 27
   2) 오존 전구물질(VOCs, NOx) 발생원별 배출량 조사?분석 27
    나) CAPSS 기반 발생원별 배출량 보완 27
     (1) 주요 VOC의 수도권 오존 생성기여도 27
    다) CAPSS 기반 주요 오존 전구물질 배출량 보완 27
    라) 주요 오존 전구물질 배출량 비교 27
   3) 화학수송모델링을 이용한 오존 전구물질 특성 분석 및 기여도 평가 27
    가) 기상 및 광화학 측정자료를 활용한 정합도 검증 및 평가 27
    나) 성층권, 동북아지역, 국내지역 등 장거리 이동 현상 규명 27
    다) VOCs 화학종을 고려한 배출원별 오존 생성 및 기여도 평가 27
    라) 오존의 이동, 확산, 변환 등의 해석 27
    마) 인위적?자연적 VOCs와 NOx 배출량에 따른 오존 민감도 분석 28
    바) 오존 고농도 사례 분석 및 개선 방안 도출 28
    사) 2차 생성 PM과 오존의 상관성 도출 및 통합관리 방안 제시 28
    아) 개념 모델에 의한 서울시 미세먼지 오존 생성 및 저감 정책 방향 제시 28
   4) 오존의 건강영향 및 편익 분석 28
    가) 오존 건강 위해성 평가 28
     (1) 오존의 인체 노출에 따른 급성?만성 건강 영향 평가 28
     (2) 민감(취약) 집단 건강 영향 평가 28
     (3) 오존 농도 변화로 인한 건강 영향 추정 28
    나) 오존 건강피해 부담 및 사회경제적 영향평가 분석 28
     (1) 기본 자료 및 오존 농도 증가에 따른 사회적 비용 분석?추정 28
     (2) 오존 농도 개선에 따른 편익분석 28
   5) 국내?외 오존 관리 정책 사례조사 28
    가) 해외(도시) 선진사례에서 원용 가능한 시사점 도출 28
    나) 수도권 오존 저감?관리를 위한 협력 방안 28
    다) PM 및 기후변화와 통합관리 정책 사례 조사 28
   6) 서울시 오존 관리를 위한 종합대책 수립 28
    가) 단기대책수립(고농도대응) 28
     (1) 고농도 오존 발령 횟수 저감 방안 28
     (2) 고농도 오존 발생 시 비상대응 방안(민감계층/지역/배출부문별 등) 28
     (3) 고농도 오존 대응 매뉴얼 작성과 활용방안 28
    나) 중장기대책수립(저감방안마련) 28
     (1) 주요 배출원, 기여도, 기상분석에 의한 저감정책 방향 제시 28
     (2) 관리 정책 구체화를 위한 중장기 로드맵 작성 28
   1) 서울시 오존오염 현상 정밀 진단 및 규명 29
    가) 서울시 오존 증가 원인 규명 29
     (1) 반응성 미량기체 집중관측 29
      ① 집중관측 장소 및 기간 29
      ② 측정 방법 30
      ③ 측정 결과 31
     (2) 대기산화력(Oxidants) 결정인자 분석 36
     (3) H2O2, HONO, PAN 상세분석 및 오존생성 영향 평가 41
      ① HONO의 상세분석 및 오존 생성 영향 평가 41
      ② PAN의 상세분석 및 오존 생성 영향 평가 46
     (4) Missing OH reactivity 원인 규명 49
      ① 2018년 2019년 VOCs 농도 변화 49
      ② VOCs OH reactivity 52
      ③ Isoprene 54
     (5) 고농도 시기의 오존 발생현황 특성 조사?분석 56
      ① 2018년 2019년 기상 변화 56
       (a) 2018년도 기상 특성 56
       (b) 2019년도 기상특성 59
    나) 2018년 오존 특성 분석 62
     (1) 국외 유입형 62
      ① 6월 유입사례 (비폭염 사례) 62
      ② 7월 유입 사례 (폭염 사례) 65
     (2) 2018년 국내 요인 사례 72
     (3) 정체 75
    다) 2019년도 오존 특성 분석 80
     (1) 국외 유입형 82
      ① 2019년 5월 4일~5월 5일 사례 82
      ② 2019년 5월 10일 사례 85
      ③ 2019년 5월 21일~5월 26일 사례 87
      ④ 2019년 5월 30일~6월 5일 사례 91
     (2) 정체 (국내 요인) 형 94
      ① 2019년 5월 12일 사례 94
      ② 2019년 5월 14일~5월 16일 사례 97
     (3) 동풍 (국내 요인) 형 101
      ① 2019년 6월 8일~6월 9일 사례 101
      ② 2019년 6월 12일~6월 13일 사례 103
    라) 권역별 기상현황 및 오존 전구물질(VOCs, NOx) 특성 규명 106
     (1) 권역별 기상현황 및 오존 전구물질의 시계열 분석 (상관관계 분석) 106
      ① 기상 및 오존농도 변동 분석을 위한 과거 자료 수집 및 정리 106
      ② 수집된 기상 및 대기오염물질 자료를 이용한 특성 분석 109
     (2) 대기 종관 순환에 따른 오존 발생 및 이동 분석 135
      ① 2018년 4월 ~ 5월 사례 135
      ② 2018년 6월 사례 135
      ③ 2018년 7월~8월 사례 136
    마) 국지풍 상세 규명을 통한 오존의 시?공간적 이동경로 규명 139
     (1) 수도권 3차원 풍향?풍속 실시간 관측 139
      ① 기상청 및 기상청·한국외대 도시기상관측망 자료 분석 139
     (2) 오존의 수직 확산 규명을 위한 대기경계층고도 실시간 관측 140
      ① 국지풍과 오존 농도와 관계 분석 140
      ② 대기경계층 고도 산출 오존농도와의 관계 분석 142
   2) 오존 전구물질(VOCs, NOx) 발생원별 배출량 조사?분석 156
    가) 국내외 오존 전구물질(NOx, VOC)의 배출현황 156
     (1) 국내 대기오염물질 배출현황(2015년 기준) 156
      ① 전국 대기오염물질 배출량 156
      ② 서울특별시 배출량 157
      ③ 수도권 배출량 159
     (2) 국외 대기오염물질 배출량 160
      ① 미국(EPA) 160
      ② 캘리포니아(CARB) 161
      ③ 유럽(EU) 162
    나) CAPSS 기반 발생원별 배출량 보완 164
     (1) 주요 VOC의 수도권 오존 생성기여도 164
    다) CAPSS 기반 주요 오존 전구물질 배출량 보완 171
     (1) 도로이동오염원 171
     (2) 비도로이동오염원 174
      ① 선박 174
      ② 2행정 소형엔진 장비 176
     (3) 생물성연소 180
     (4) 점오염원 186
      ① 아스콘(Ascon) 제조시설의 배출량 보완 186
      ② 도장시설에 의한 배출량 보완 189
      ③ 산업부문(PRTR)에서 배출되는 오존생성 기여물질 분석 191
    라) 주요 오존 전구물질 배출량 비교 197
   3) 화학수송모델링을 이용한 오존 전구물질 특성 분석 및 기여도 평가 201
    가) 기상 및 광화학 측정자료를 활용한 정합도 검증 및 평가 202
     (1) 화학수송모델링 구축 202
     (2) 배출량 구축 204
      ① 동북아시아 배출량 204
      ② 국내 배출량 205
       (a) PM 배출량 개선 205
       (b) VOCs 배출량 개선 206
     (3) 기상 모델링 정합도 평가 214
     (4) 화학수송모델링 O3, NO2 및 PM2.5 정합도 평가(도시대기 측정소) 215
     (5) 화학수송모델링 VOCs 정합도 평가(종로구 집중 측정소) 217
    나) 성층권, 동북아지역, 국내지역 등 장거리 이동 현상 규명 223
    다) VOCs 화학종을 고려한 배출원별 오존 생성 및 기여도 평가 225
     (1) 기여도 평가 방법 225
     (2) 기여도 평가를 위한 배출원 구분 227
     (3) 오존 생성 및 기여도 평가 229
    라) 오존 이동, 확산, 변환 등의 해석 231
    마) 인위적 및 자연적 VOCs와 NOx 배출량에 따른 오존 민감도 분석 233
    바) 오존 고농도 사례일 분석 및 개선방안 도출 234
    사) 2차생성 PM과 오존의 상관성 도출 및 통합관리 방안 제시 238
    아) 개념모델에 의한 서울시 미세먼지 오존 생성 및 저감 정책 방향 제시 240
   4) 오존의 건강영향 및 편익 분석 242
    가) 오존 건강 위해성 평가 242
     (1) 오존의 인체 노출에 따른 급성?만성 건강 영향 평가 242
      ① 국내 및 국외 기 연구된 오존 역학 연구 문헌 조사 방법 242
      ② 오존 급성 영향 문헌고찰 244
       (a) 국외 문헌고찰 결과 244
       (b) 국내 문헌고찰 결과 248
      ③ 오존 만성 영향 문헌 고찰 249
       (a) 오존 만성 노출과 건강 영향 인과관계 관련성 249
       (b) 국외 오존 만성 연구 문헌고찰 결과 249
     (2) 민감(취약) 집단 건강 영향 평가 251
      ① 오존 급성 영향 문헌고찰 ? 민감(취약)집단 대상 251
       (a) 국외 문헌고찰 결과 251
       (b) 국내 문헌고찰 결과 255
      ② 오존 만성 영향 문헌고찰 ? 민감(취약)집단 대상 256
       (a) 국외 문헌고찰 결과 256
     (3) 오존농도 변화로 인한 건강 영향 추정 257
      ① 월별 오존농도 경향 확인 257
      ② 연도별 오존농도 경향 확인 258
      ③ 오존 메타-분석 수행 결과 259
       (a) 국외 급성 문헌 자료 메타-분석 수행 결과 259
       (b) 국내 급성 문헌 자료 메타-분석 수행 결과 259
       (c) 국내/외 급성 문헌 자료 메타-분석 수행 결과 260
      ④ 오존 위해도 산출 및 결과 261
       (a) C-R function 261
       (b) 국내/외 메타분석 결과값을 적용한 급성 총사망 결과 263
       (c) 국내/외 메타분석 결과값을 적용한 급성 유병 결과 267
      ⑤ 오존으로 인한 질환자 및 사망자 산출 275
       (a) 서울시 인구수 현황 275
       (b) 국내/외 메타분석 결과값을 적용한 초과사망자 수 276
       (c) 국내/외 메타분석 결과값을 적용한 초과질환자 수 280
      ⑥ 천식 발병 및 사망에 대한 오존 기여도 분석 288
       (a) 서울 오존농도 288
       (b) 오존농도 회귀식 산출 288
       (c) 서울 오존생성 기여율 289
       (d) 계절별 오존농도 290
       (e) 오존농도와 천식 발병율 290
       (f) 오존농도와 사망률 291
      ⑦ 서울시 오존 노출로 인한 응급실 내원 및 유병자료 분석 292
    나) 오존 건강피해 부담 및 사회경제적 영향평가 분석 297
     (1) 기본 자료 및 오존농도 증가에 따른 사회적 비용 분석?추정 297
      ① 오존농도 증가에 따른 피해 파악 297
      ② 오존으로 인한 대기오염 피해 사회적 비용 환산 298
     (2) 오존농도 개선에 따른 편익분석 299
      ① 조기 사망 저감에 따른 편익 추정 방법 검토 299
      ② 가상가치평가법(contingent valuation method) 300
      ③ 오존농도 개선과 조기 사망 감소의 통계적 생명가치액 산출 301
      ④ 오존농도로 인한 질병의 사회적 비용 추정 ? COI 도출 302
      ⑤ 총사망에 따른 사회적 비용 분석 결과 304
      ⑥ 유병에 따른 사회적 비용 분석 결과 309
      ⑦ 초과사망 및 초과질병으로 인한 건강손실비용 정리 317
      ⑧ 오존 기준 준수로 인한 편익 산출 결과 318
   5) 국내?외 오존 관리 정책 사례조사 320
    가) 해외(도시) 선진사례에서 원용 가능한 시사점 도출 320
     (1) 미국 320
      ① 미국의 오존 현황 320
       (a) Primary(1차) 기준 321
       (b) Secondary(2차) 기준 322
      ② 미국의 오존관리 방안 323
      ③ 미국의 경보체제 327
      ④ 미국의 오존관리 사례 및 적용 시 고려사항 329
       (a) 로스앤젤레스(Los Angeles) 통합 교육구의 대기오염 관리 사례 329
       (b) 캘리포니아(California)주 대기오염 관리 사례 330
     (2) 유럽 332
      ① 유럽의 오존 현황 332
      ② 유럽의 오존관리 법률 및 경보 체계 334
      ③ 유럽의 오존관리 대책 336
       (a) 단기대책 336
       (b) 장기대책 336
       (c) Gothenburg 의정서 337
      ④ 유럽의 오존관리 사례 및 적용 시 고려사항 340
       (a) 프랑스 파리 대기오염 관리 사례 340
     (3) 일본 341
      ① 일본의 오존 현황 341
      ② 일본의 오존관리 대책 343
       (a) 단기대책 343
       (b) 장기대책 344
      ③ 일본의 오존관리 사례 및 적용 시 고려사항 345
       (a) 도쿄 345
       (b) 니카타 347
       (c) 도야마 348
       (d) 구마모토 350
       (e) 야마가타 350
    나) 수도권 오존 저감?관리를 위한 협력 방안 351
     (1) 수도권 고농도 오존 사태 분석 및 특성 파악 351
      ① 수도권 오존 현황 351
      ② 수도권 고농도 오존에 대한 대응 355
      ③ 오존 예보제 357
      ④ 오존 경보제 361
     (2) 수도권 오존 저감 및 관리정책 현황 조사 366
      ① 자동차 관리대책 368
      ② 배출시설 관리대책 374
      ③ 생활오염원 관리대책 376
      ④ 과학적 관리기반 구축 및 대국민 홍보 378
     (3) 서울시 오존 종합대책과 다른 정책과의 협력 방안 조사 379
      ① 서울특별시 380
      ② 경기도 384
      ③ 인천광역시 388
    다) PM 및 기후변화와 통합관리 정책 사례 조사 391
     (1) 국내·외 미세먼지 관련 정책 조사 391
      ① 국내 미세먼지 저감 및 대응 정책 393
      ② 국외 미세먼지 관련 정책 402
       (a) 미국 402
       (b) 중국 406
     (2) 국내·외 기후변화 관련 정책 조사 413
      ① 국내 기후변화 대응 정책 415
      ② 국외 기후변화 대응 및 적응 정책 421
       (a) 독일 422
       (b) 영국 424
     (3) PM 및 기후변화 정책과의 통합관리 427
   6) 서울시 오존 관리를 위한 종합대책 수립 429
    가) 단기대책수립(고농도대응) 429
     (1) 고농도 오존 발령 횟수 저감 방안: ‘배출 저감’ 429
      ① 오존- 초미세먼지- 질소산화물의 관련 특성을 고려한 대책 마련 429
      ② 광역적 관리 430
     (2) 고농도 오존 발생 시 비상대응 방안: ‘노출 저감’ 435
      ① 예보 고도화 435
      ② 위해도 정보 제공을 통한 실내 활동 유도 436
      ③ 대피소 운영 437
     (3) 고농도 오존 대응 매뉴얼 작성과 활용방안 438
    나) 중장기대책수립(저감방안 마련) 440
     (1) 주요 배출원, 기여도, 기상분석에 의한 저감정책 방향 제시 440
      ① 주요 배출원에 대한 검토 440
      ② 8시간 오존 관리 441
      ③ 서울 오존 분석을 통한 관리 방안 442
     (2) 관리 정책 구체화를 위한 중장기 로드맵 작성 444
      ① 오존 관리 체계 444
      ② 배출량 제어 445
      ③ 고려사항 446
      ④ 추천사항 446
   7) 연구수행 중 수행주체의 요청에 의한 사항 447
    가) 오존 관련 선행연구 검토 447
    나) 오존의 장기 증가 추세 원인 분석 448
     (1) 배경농도 증가 448
     (2) 주말효과 448
    다) 서울의 고농도 오존 발생 원인 분석 450
    라) 오존의 국외 유입 형태 456
    마) 서울 및 주변지역에 대한 NOx 배출의 기여도 457
    바) 서울시 오존 관리를 위한 정책적 제안 458
     (1) 단기 대책 458
      ① 배출 저감 458
       (a) NOx 배출 저감의 경우 단기적으로 서울의 오존 농도를 증가시킬 우려가 있으므로, 서울 위주의 배출량 저감 보다는 광역적인 배출 관리가 필요하다 458
       (b)  VOC 배출 저감의 경우 Total VOC 보다는 반응성이 큰 톨루엔, 자일렌 등에 대한 우선적인 관리가 필요할 것으로 판단된다 458
       (c) 실제적인 배출 저감을 위해서는 배출원에 대한 세분화 및 구체화를 통해 관리 우선순위를 설정해야 한다. VOC의 경우 유기용제 사용에 의한 배출이 높은 것으로 알려져 있으나, 누락된 배출원이 많은 것으로 분석된다 458
      ② 예보 고도화 458
       (a) 예·경보시 발령 횟수 및 일수에 추가적으로 지속시간을 함께 제시한다. 예를 들어 하루 중 1~2시 발령 후 해지, 4~5시 발령 후 해지 될 때 발령 횟수 count가 2회가 되는데, 1~5시 발령 후 해지되면 발령 횟수는 1회가 count되므로 발령 횟수와 함께 지속시간을 함께 제공하는 방안이 검토될 수 있다 458
       (b) 자료동화, 입력자료 개선, 앙상블 예보 등을 통해 예보 정확도를 개선할 수 있다 458
       (c) 고농도 오존이 주로 발생하는 시간대에 대하여 예보 및 경보를 집중적으로 제공한다 458
       (d) 서울의 경우 해외 도시들과 달리 크기가 크지 않으므로, 지역별로 나누어 관리하기 보다는 주변지역 배출원과의 반응성을 고려하여 통합적으로 관리되어야 한다. 이에 경기도, 충청남도 등 서울에 영향을 줄 수 있는 주변 지역의 관측 농도를 함께 제공하는 방안을 검토할 수 있다 458
      ③ 실내 활동 유도 459
       (a) 활동도를 기반으로 오존 노출에 대한 위해도를 제공함으로써 오존 노출에 대한 심각성을 전파한다 459
       (b) 폭염과 함께 관리하여 적절한 대피소를 마련하며, 시민들이 실제로 대피소를 이용할 수 있도록 홍보해야 한다 459
     (2) 장기 대책 459
      ① 다각적인 관측자료 확보 459
      ② 관리정책의 마련 459
      ③ 동북아 지역 규모의 공동 연구 459
     (3) 오존 관리 체계 제안 460
      ① 광화학 모델 기반 오존 농도 모의 및 기여도 분석 460
      ② 국내 영향이 높은 기간 선정 461
      ③ 주요 전구물질 선별 461
      ④ 삭감 대상물질 선정 및 주요 배출원 추정 463
      ⑤ 삭감 대상 배출원에 따른 저감 대책 마련 463
 III. 연구결과 29
 IV. 참고문헌 464