Variation and Vertical Fluxes of Marine Aerosols by Three Dimensional Wind Components

국문 초록 (Abstract)

2009년 6월과 2010년 7월에 동중국해에 위치한 이어도 해양과학기지에서 입경별 에어로솔 수 농도 (0.3 ∼ 10.0 ㎛), 3차원 풍향풍속 (동서풍, 남북풍, 그리고 수직풍) 및 지상기상관측을 실시하여 강수시스템의 이동에 따른 에어로솔 수 농도 및 수직플럭스의 변동 특성 및 방출량을 연구하였다.
에어로솔 수 농도는 입자계수기를 이용하여 1분마다 관측을 하였고, 10분간 적분하여 분석에 사용하였다. 에어로솔 수직플럭스는 1990년에 Businger and Oncley가 제안한 Relaxed Eddy Accumulation 방법을 이용하여 1시간의 수직 플럭스 변동 특성을 연구하였다.
에어로솔 수 농도 분석 결과, 전체적으로 1.0 ㎛ 이상의 에어로솔 입자가 강수 중에 크게 변동 하였으며, 하강류에서 상승류로 변함에 따라 크게 증가하였다. 2009년 6월 18일 사례에서는 강수 중에 조대모드 에어로솔 (> 1.0 ㎛)이 상승류 (+0.4 m s^(-1))가 나타남에 따라 약 5배 증가하였다. 강수 후에는 조대모드와 축적모드 입자 (≤ 1.0 ㎛)의 수 농도가 각각 92 %와 45 %가 제거되었다. 2010년 7월 3일 사례에는 강수 중에 조대입자가 남서풍의 상승류가 나타날 때 높은 농도가 유지 되었다.
2009년 6월 18일 사례의 에어로솔 수 농도 플럭스는 강수 중에 상승류와 동서방향의 모멘텀의 영향으로 음의 값에서 양의 값으로 변하였다. 강수 후에는 상승류가 나타났음에도 세정효과로 인해 음의 플럭스 값이 나타났다. 2010년 7월 3일 사례에서는 상승류와 음의 침적속도가 나타남에 따라 에어로솔 수 농도 플럭스가 높은 값이 나타났으며, 강수 후에는 0에 가까운 값으로 감소하였다. 따라서 에어로솔 수 농도 플럭스는 수직풍, 남북의 모멘텀 플럭스와는 양의 상관관계가 나타났고, 침적속도, 동서의 모멘텀 플럭스와는 음의 상관관성을 나타내었으며 강수 후에는 에어로솔 수 플럭스가 감소하여 음의 값 또는 0에 가까운 값을 가졌다.
2009년 6월 18일 사례에서는 0.3 ∼ 3.0 ㎛의 입자의 크기가 증가함에 따라 에어로솔의 부피 방출량이 0.12 ㎛^(3) m^(-2) s^(-1)에서 1.65 ㎛^(3) m^(-2) s^(-1)까지 증가하였으며, 3.0 ㎛ 이상의 부피 방출량은 0.04 ㎛3․m-2․s-1로 감소하였다. 특히 1.0 ∼ 3.0 ㎛와 3.0 ∼ 5.0 ㎛ 입자의 부피 방출량이 각각 1.03 과 1.65 ㎛^(3) m^(-2) s^(-1)로 나타났다. 2010년 7월 3일 사례에서는 0.5 ∼ 0.7 ㎛와 3.0 ∼ 5.0 ㎛의 부피 방출량이 최대로 나타났다. 0.3 ∼ 1.0 ㎛와 3.0 ㎛ 이상의 입자 영역에서는 부피 방출량이 감소하고, 1.0 ∼ 3.0 ㎛ 입자 영역에서 부피 방출량이 다시 증가하였다.
2009년의 비 강수 시에 축적모드와 조대모드의 부피 방출량은 각각 0.24 ± 0.08과 0.54 ± 0.44 ㎛^(3) m^(-2) s^(-1)로 조대모드 부피 방출량이 약 2.3배 높게 나타났고, 2010년에는 0.48 ± 0.22와 0.16 ± 0.09 ㎛^(3) m^(-2) s^(-1)로 축적모드 부피방출량이 3배 높게 나타났다. 이어도 해양과학기지에서의 집중관측 후 10일간의 고산 기상대에서 관측된 강수량은 2009년 (약 110 mm)과 비교하여 2010년 (약 131 mm)에 약 18 % 증가하였다. 이때, 이어도 해양과학기지에서 관측된 0.3 ∼ 0.7 ㎛ 크기 입자의 부피 방출량은 약 54 % 증가하였다. 이는 축적모드 에어로솔이 1주에서 2주간 대기 중에 체류하여 구름응결핵 역할을 하고 (IPCC, 2007), 6월 초에서 7월 중순까지 아시아 지역의 하층에서 남서풍이 우세하게 나타나 (Zhao et al., 2007) 축적모드 에어로솔 증가가 총강수량을 증가시키는 요인이 됨을 알 수 있었으며 (Cui et al, 2010), 특히 1.0 ㎛ 크기 이하의 축적모드 중 0.3 ∼ 0.7 ㎛ 입자의 증감 여부가 차기 강수증감에 크게 기여하는 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• CHAPTER PAGE
• List of Tables ⅲ
• List of Figures ⅳ
• Chapter 1. Introduction 4
• Chapter 2. Material and methods 11
• 2.1 Observation description 11
• 2.2 Sampling and instruments 13
• 2.3 Data analysis method 20
• Chapter 3. Variation of aerosol number concentration with vertical velocity 27
• 3.1 Variation of aerosol number concentration on 18 June 2009 27
• 3.2 Variation of aerosol number concentration on 3 July 2010 41
• Chapter 4. Flux variation of aerosol number concentration with turbulent parameters during precipitation 60
• 4.1 Flux variation of aerosol number concentration on 18 June 2009 60
• 4.2 Flux variation of aerosol number concentration on 3 July 2010 88
• Chapter 5. Flux evaluation of aerosol volume concentration over marine boundary layer 114
• 5.1 Flux of aerosol volume concentration in precipitation days 114
• 5.2 Flux of aerosol volume concentration in clear days 126
• Chapter 6. Summary and conclusion 134
• 6.1 Effect on the flux of marine aerosol volume concentration on precipitation 134
• 6.2 Conclusion 137
• References 141
• Acknowledgment (Korean) 153