May 14, 2023
수용체 및 수치 모델링을 통해 밝혀진 도시 에어로졸 구성 변화에 대한 선박 배출 규제의 영향
npj 기후 및 대기 과학
npj 기후 및 대기 과학 6권, 기사 번호: 52(2023) 이 기사 인용
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최근 지역 및 국가 규모에서 다양한 선박 배출 통제가 시행되었습니다. 그러나 전구체 배출 변화와 PM 성분 사이에 존재하는 비선형 관계로 인해 PM2.5 수준에 대한 이들의 영향을 추적하는 것은 어렵습니다. PMF(Positive Matrix Factorization)는 2020년 1월 이후 청정 연료로의 전환으로 인해 항만뿐만 아니라 항만 현장에서도 운송 관련 PM2.5, 특히 황산염 에어로졸 및 금속(V 및 Ni)이 크게 감소했음을 확인합니다. 도시 배경 사이트. CMAQ 민감도 분석에 따르면 2차 무기 에어로졸(SIA)의 감소는 항구에서 바람이 부는 내륙 지역까지 더욱 확대되는 것으로 나타났습니다. 또한 해안 도시 지역의 2차 유기 에어로졸(SOA) 완화는 수용체 모델링 결과나 CMAQ 시뮬레이션을 통해 예상할 수 있습니다. 본 연구의 결과는 해안 도시에서 선박 배출 규제를 통해 인류 건강상의 이점을 얻을 수 있는 가능성을 보여줍니다.
해운 부문의 대기 오염 물질이 전 세계 배출량에 미치는 영향에 대한 우려가 널리 검토되었습니다1,2,3,4. 해양 선박의 배출은 전 세계 인위적 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)의 각각 5~8%와 15%로 추정됩니다1. 평균적으로 해상 활동으로 인한 대기 오염 물질의 70%는 해안선으로부터 400km 이내에서 배출됩니다. 이는 해안 도시의 선박으로 인한 대기 오염 부담과 전 세계 배경 미립자 물질 수준의 잠재적인 중요성을 나타냅니다5. 로스앤젤레스 항구에서의 조종 및 호텔링과 관련된 선박 배출은 내륙 80km에서 관찰된 주요 PM2.5의 1.4%에 기여한 것으로 추정되었습니다6. 선박 배출로 인한 기여는 유럽 해안 지역에서 관찰된 PM2.5 농도의 1~14%로 추정되었으며 핫스팟 지역의 주요 PM2.5에 대해 최대 25%를 차지합니다1,2,5. 일반적인 주변 해양 조건(정오 시 ~6.6시간)에 비해 선박 배출 기둥 내부의 NOx 수명(~1.8시간)이 짧기 때문에 항로 근처에서 질산염 에어로졸(예: NH4NO3 및 NaNO3) 수준이 높아질 수 있습니다7. 또한, 산화 공정에서 촉매 역할을 하는 금속 원소(중유의 연소에서 배출됨)가 포함된 운송 연기에서 이산화황(SO2)이 황산염(SO42−)으로 전환되는 속도가 빨라지는 것은 황산염 에어로졸 수준의 증가를 설명할 수 있습니다. (예: (NH4)2SO4 및 NH4HSO4) 해양 경계층8,9. 또한, SIA 형성에 유리한 대기 조건(높은 상대 습도)으로 SO2가 풍부한 수송된 기단은 해안 도시 근처에서 황산염 에어로졸을 증가시킬 수 있습니다10,11.
운송 배출이 대기 질뿐만 아니라 심혈관 질환, 호흡기 질환 및 조기 사망과 같은 건강에 해로운 결과에 미치는 중요한 영향은 잘 문서화되어 있습니다4,12,13,14,15,16,17. WHO-HRAPIE 프로젝트의 전문가 조사에 따르면, 국제 무역 증가와 저품질 연료 사용과 관련된 대기 오염 증가로 인해 선박 배출은 전 세계적으로 건강과 관련하여 중요한 배출원 범주로 간주되어 왔습니다. 독성 원소를 함유한 에어로졸이 생성됩니다16,18,19,20. 상대적으로 높은 산성도를 지닌 운송 플룸이 이러한 금속 종의 생체 이용률을 증가시킬 수 있기 때문에 에어로졸, 특히 항구 지역의 바나듐(V) 및 니켈(Ni)의 금속 수준 증가에 대한 우려가 설명되어 있습니다8,22,23,24. 다환방향족탄화수소(PAH), 폴리염화 디벤조-p-다이옥신, 폴리염화 디벤조푸란(PCDD/F) 등 선박 배기가스 배출과 관련된 독성 유기 화학물질로 인한 건강상의 위험 가능성도 높아졌습니다5,25. -해안 지역의 선박 배기가스 배출로 인해 발생하는 입자에 대한 우려가 제기되었습니다4,19,26,27.
0.9), compared to the plots for raw measurements (see Supplementary Fig. 4). When the spatial distribution of ratios between shipping tracers was assessed, a slightly enhanced ratio of V to Ni (V/Ni) in PM2.5 was observed at Sin-Hang (2.2, see Fig. 3a), compared to Yeon-San (1.8, see Fig. 3b). The V/Ni ratios obtained in this study were comparable to those reported by others. Manousaks et al. reported that the V/Ni ratio in PM2.5, derived from the PMF shipping-source is 3.040. It was shown that the V/Ni ratios were 2.3–3.5 and 2.06 for shipping exhausts and crustal sources, respectively1,41. The V/Ni ratio measured in shipping fuel oil was about 2.542. Meanwhile, interestingly the ratios of nss-SO42− to V (nss-SO42−/V) in PM2.5 were apparently distinguishable between the two sites, with mean ratios of 35 and 362 at Sin-Hang and Yeon-San, respectively (see Fig. 3c, d). The fact that ammonium sulphates are major secondary inorganic components in PM2.5 and formed during transport may result in the developed levels of SO42− in inland areas. Therefore, it may be inferred that around 90% of nss-SO42− in PM2.5 is attributable to secondary formation at Yeon-San, approximately 6 km to the north of the port regions, while only 10% of nss-SO42− is associated with freshly emitted emissions, under the following assumptions: chemical reaction of V contained in PM2.5 is minor during transport from near port regions to inland location; and the use of PMF-resolved ratio between two components (i.e., nss-SO42−/V) can normalise the shipping plume dilution effect. It was demonstrated that the nss-SO42−/V ratio measured from shipping exhausts ranged from 11 to 2741, and the higher ratio of 200–400 was obtained from inland urban aerosols in the summer, associated with shipping as the source1. The significant contribution from shipping emissions to secondary PM2.5 formation has been outlined in other studies. At Yangshan Harbour in China, the shipping-source contribution to annual PM2.5 was estimated as 1.02 μg m−3 using a PMF-based method, and this value was higher by one order of magnitude than that of primary PM2.5 estimated from V-based method (0.10 μg m−3)16,43. These results have significant implications in terms of the wisdom of controlling shipping emissions in coastal cities to mitigate PM2.5 levels, which can ultimately provide human health benefits./p> 9) and aromatics are more associated with shipping emissions, than vehicular exhausts9. The halogenated hydrocarbons such as chlorofluorocarbon (CFCs), tetrachloroethylene (TCE) and hexachlorobutadiene (HCBD) have been considered as indicators for aged air masses47,48,49,50, however the spatial analysis result in this study showed that these trace gases might be enhanced by local sources in port regions. As shown in Fig. 4a, this factor showed strong seasonality, having an enhanced contribution in summer when influenced by oceanic air masses. As well, there was a distinctive diurnal pattern with higher levels during the daytime. The PMF-derived polar plot showed that the largest concentration for trace gases at Site A was determined by southerly wind at with relatively low wind speed. Thus, Factor 1 was assigned to shipping emission sources./p> 10) appeared in the PMF shipping-source profile (see Supplementary Fig. 7) and intermediate VOCs (IVOC) has been highlighted in SOA formation potential9,67,68./p> MDL; 0.2 when Cij ≦ MDL), and MDL is the detection limit determined by means of repeated measurements./p>
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