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

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

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