Changes in Aerosol Light Absorption Observed in East Asia during the COVID-19 Lockdown

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 자연과학대학 지구환경과학부, 2022.2. 김상우.본 연구에서는 2020년 1월부터 시작된 코로나19의 확산과 이로 인한 경제 활동 봉쇄 조치로 인위적인 에어로졸 및 전구물질 배출량이 감소함에 따라 동아시아 지역에서 관측된 에어로졸의 광흡수 특성 변화와 이로 인한 기후복사효과를 지상 직접 관측(in-situ)과 AERONET 썬포토미터를 통한 대기 기주 특성 관측 자료를 기반으로 분석하였다. 지역에 따른 에어로졸 광학 특성의 변화 양상에는 차이가 있었으나, 2020년 2월과 3월에 대체로 뚜렷한 에어로졸 광학두께의 감소가 관측되었다. 특히, 2020년 3월에 에어로졸 광학두께가 이전 5년(2015-2019) 평균 대비 약 31-46% 감소하였다. 대기 기주에서의 에어로졸 광흡수 정도를 나타내는 광흡수 에어로졸 광학두께 역시 같은 기간 약 22-34% 감소하는 특성을 보였다. 지표 근처에서 관측된 에어로졸의 광산란 계수는 이전 5년 평균 대비 2020년 3-4월에 약 20% 가량 감소한 데 반해, 에어로졸 광흡수 계수는 유의미한 차이를 보이지 않았다. Potential Source Contribution Function (PSCF) 분석 결과, 이 기간 에어로졸 광흡수 계수가 유의미한 변화가 관측되지 않은 것은 국내에서 배출된 광흡수 에어로졸의 영향으로 사료된다. 에어로졸 광학두께의 감소로 지표면에서의 에어로졸 직접복사 강제력은 2020년 3월 연구 대상지역에서 약 17-28% 감소하였으나, 대기 중 에어로졸에 의한 직접복사강제효율은 오히려 이전 5년(2015년 -2019년)과 비교하여 약 24-36% 높게 나타났다. 코로나19 기간 중 산란 에어로졸의 뚜렷한 감소는 광흡수 에어로졸의 상대적 비율 증가로 귀결되었으며, 이는 에어로졸 광학두께의 감소 대비 복사강제력의 감소가 적게 나타나는 주요한 원인이 되었다.Anthropogenic aerosol and precursor emissions decreased due to the lockdown measures implemented to stop the spread of COVID-19 that started in January 2020. In this study, the changes in the light absorption characteristics of aerosols observed in East Asia and the climate effects were investigated using the ground in-situ observation data and column observation data through AERONET. Although differences in the pattern of changes in aerosol optical properties according to regions, in February and March 2020, aerosol optical depth (AOD) significantly decreased over East Asia. In particular, in March 2020, AOD decreased by 31-46% compared to the previous 5-year mean. Absorption aerosol optical depth (AAOD), which indicates the degree of aerosol light absorption in the atmospheric column, also decreased by 22-34% during the same period. The surface aerosol scattering coefficient observed at Anmyon decreased by about 20% in March-April compared to the previous 5-year mean, whereas the aerosol absorption coefficient showed no significant difference. PSCF analysis confirmed that the aerosol absorption coefficient in 2020 was strongly affected by the light absorbing aerosols from domestic sources. The aerosol direct radiative forcing at the surface decreased by 17-28 % due to the decrease of AOD, but the direct radiative forcing efficiency at the atmosphere increased by 24-36% in March 2020 compared to the previous 5 years. The ratio of light absorbing aerosol to scattering aerosol increased, and the decrease in radiative forcing was small compare to the decrease of AOD.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구 배경 1 제 2 절 연구 목적 4 제 2 장 연구 방법 5 제 1 절 관측 지점 5 제 2 절 관측 자료 및 분석 7 제 3 절 황사 입자(흙먼지)에 의한 광흡수 효과 제거 12 제 3 장 연구 결과 13 제 1 절 관측 개황 13 제 2 절 대기 기주 에어로졸의 광학 특성 16 제 3 절 지표면 에어로졸의 광학 특성 22 제 4 절 에어로졸의 직접복사강제력 및 복사강제효율 26 제 4 장 결론 및 제언 29 참고문헌 31 Abstract 37석

EXAMINATION OF PHOTOCHEMISTRY AND METEOROLOGY OF ATMOSPHERIC POLLUTANTS FROM THE NORTH CHINA PLAIN

Increasingly severe air pollution over metropolitan regions in China has raised attention in light of its local and regional impacts on health and climate. Computer models can simulate complex interactions between photochemistry and meteorology to inform policy decisions in reducing ground-level pollution. However, models rely on an accurate portrayal of emissions that often possess large uncertainties over regions with evolving pollution characteristics. This work is comprised of a quantitative analysis of air pollutants in the North China Plain that strives to improve such uncertainties by identification of important sources and meteorological conditions for pollution through the combination of observations and models. Measurements used in this dissertation focus on in situ observations from the Spring 2016 Air chemistry Research in Asia (ARIAs) campaign, which sampled atmospheric composition across the heavily populated and industrialized Hebei Province in the North China Plain. High amounts of ozone (O3) precursors were found throughout and even above the planetary boundary layer, continuing to generate O3 at high rates to be potentially transported downwind. Evidence for the importance of anthropogenic VOCs on O3 production is presented. Concentrations of NOx and VOCs even in the rural areas of this highly industrialized province promote widespread O3 production and in order to improve air quality over Hebei, both NOx and VOCs should be regulated. The ARIAs airborne measurements also provide a critical opportunity to characterize chlorofluorocarbons (CFCs) over a suspected CFC-11 source region in China, finding mixing ratios were well above 2016 global background levels. Based on correlations of CFCs with compounds used in their manufacture, I identify likely source regions of new CFCs production and release, in violation of the Montreal Protocol. Finally, I examine the influence of meteorology on surface and aloft measurements during ARIAs. A multiday persistent high pressure episode is presented as a case study to examine the influence of regional transport on air quality measured during ARIAs. This dissertation provides valuable information for understanding one of the most polluted regions in China. Coordinated field and modeling efforts can together provide scientific guidance to inform pollution control measures to meet air quality targets in China