이동수단 전환(자가용에서 열차로)에 따른 블랙 카본(BC) 노출 변화와 이를 측정하기 위한 이동식 측정 장비의 신뢰성 및 연구 방법론 분석 doc_id PCY_201601290641378351_7

교통수단으로부터 대기오염 배출량을 줄일 수 있는 가장 효과적인 방법 중 하나는 자가용에서 경전철, 지하철과 같은 선로 교통수단으로의 대중교통 수단을 제공하는 것이다. 개인 자동차와 비교하여 열차는 꽤 많은 여객을 운송하고 훨씬 적은 배출량을 방출한다. 열차는 날씨 또는 물리적인 환경에 속박되지 않고 장거리 여행을 할 수 있도록 해준다. 우리는 개인 자동차에서 열차 교통으로 선택하는 대중의 수행 집단을 달성 할 수 있는 경우, 대기오염물질 배출을 대폭 감축하면서 도시의 교통 체증을 완화 할 수 있을 것이다. 비록 열차는 장기적으로는 도시 교통 문제의 해결에 도움이 될 수도 있지만, 단기적으로는 도시에서의 통근에 관한 몇 가지 문제를 제기한다. 높은 오염도의 도심 환경에서 열차를 이용하여 이동하는 것은 열차를 사용하는 사람들에게 초기에는 더 많은 대기 오염에 노출될 수도 있다. 지하철 시스템은 일반적으로 도시의 주변 환경에 비해 2 ~ 3 배 이상 오염 인 것으로 밝혀졌다 (Cartenì, Cascetta and Campana 2015; Y.-H. Cheng and Yan 2011; Johansson and Johansson 2003; Kam et al. 2011). 오염 물질의 노출 측정을 기반으로, 이동수단 전환에 따른 오염 물질 노출 변화에 서로 다른 주행 특성의 영향을 추정했다. 전반적으로, 오염 물질의 노출은 차량에서 열차로 전환하면서 약 25% 증가했다. 그러나 일반적으로 창문을 연 차량 운전자들은 통근 하는 동안 차량에서 열차로 이동수단을 이동함에 따라 노출은 38%까지 줄일 수 있다. 반면에, 창문을 닫은 차량 통근자들은 차에서 열차로 이동수단을 바꾸면서 60%정도의 노출이 증가되었다. 환승역으로의 추가적인 도보 이동을 고려할 때, 차량 통근자들(창문을 전체 이동시간의 반을 열고, 나머지 반을 닫고 이동)의 평균은 추가적인 도보 이동을 고려하냐 안하냐에 따라 노출 정도가 22-26%까지 증가할 것으로 보인다. 추가적인 도보 이동은 오염 노출에 인식할 정도의 효과는 갖고 있지 않는 반면에, 환기를 이용하는 차량에서 열차로 이동했을 때 오염 노출 변화에 큰 차이를 야기하고 있다. 요약하면, BC의 이동수단에 따른 차이는 일반적으로 열차 통근자들이 차량으로 통근하는 사람들보다 더 많이 노출되는 것으로 보인다. 그러나 주행 조건을 기반으로 이 차이를 살펴볼 때, BC의 차이는 대부분 환기 선택, 온도의 차이와 역까지의 이동에 의해 영향을 받는 것으로 보인다. 자가용의 환기 선택이 BC 노출에 실질적인 영행을 미치고 있다는 것은 흥미롭다. 특히 차량 환기 조건의 선택으로 창문을 열고 주행했을 때, 창문을 닫았을 때보다 약 3배정도 높다. 이 결과는 자가용의 환기 조건이 차량 내부의 초미립자 농도에 영향을 미치는 AER(공기환기율)의 70%임을 설명하는 (Fruin et al., 2011) 이전의 연구와 일치하고 있다. 이 연구 결과는 이전의 연구에서 발견된 것처럼 BC의 노출의 이동수단간 차이는 명백하게 떨어지지 않는다. 일반적으로 운전 중에 창이 열린 상태로 주행하는 것을 선호하는 특정 드라이버는 열차 출퇴근으로 이동수단을 전환함으로 이익을 얻을 수 있다. 셋째, 제4장에서는 미국 LA에서 추진한 파일럿 샘플 연구의 과정과 분석결과를 기술하였다. 실측조사의 핵심은 경전철 이용자에 대해 이동식 측정기인 Aethalometer (AE51)을 이용하여 1분 단위로 Black Carbon(BC)를 측정하는 것으로 이루어졌다. AE51은 BC를 측정하기 위해 보편적으로 사용되는 이동식 측정기기로, 필터에 걸러진 BC 입자의 측정을 통해 광학적 흡수의 변화로 감지한다. 이는 특히 디젤의 배출을 측정하고 감지하는데 매우 유용하다. 이동식 GPS 기기는 실측 표본(Sample)을 수집하는 과정에서 지역 정보를 기록하는데 사용되었다. 기록된 GPS 경로는 BC 측정값과 함께 정리되어, 이동 경로를 따라 보다 자세하고 공간적인 정보를 제공한다. 모든 장치는 최근의 펌웨어인 706 버전으로 업데이트 되었다. 유량은 150ml/m으로 설정하였으며, ATN<50, 일분 간격의 샘플링 도출을 하였다. 다음은 측정 샘플링 장비의 설치 상태를 보여준다. 5개의 AE51 장비를 배낭 안쪽에 넣어두거나 끈으로 묶었으며, 이 장비와 연결되는 튜브는 외부 공기와 접촉을 확보하기 위해 배낭의 위쪽에 고정시켰다. 공기는 지속적으로 장치로 주입되었으며, 장치는 외부 공기에 포함된 Back Carbon의 농축 정도를 기록하였다. GPS 역시 현장 측정자의 지리학적 위치를 기록하기 위해 배낭에 부착되었으며, 이 지리정보는 나중에 측정된 BC와 함께 시간과 정보를 제공하기 위해 샘플링 궤적을 다시 기록하였다. 비록 휴대용 Aethalometers는 가볍고 작기 때문에 이동하면서 샘플링하기에 좋지만, 이 장치는 측정하는 동안 미묘한 진동이나 충격에 취약하다. BC 측정과 신뢰성을 확보기 위해, 우리는 다른 블랙 카본의 다른 장비 사이의 측정값 일치 정도를 조사하였다. 이 상호 비교로부터 세 가지의 일반적인 패턴이 나타났다. 먼저 측정값은 높은 노출 상황에서 보다 일치된 값을 보였다. 장치 간의 차이는 낮은 노출 값의 상황에서 자주 발생한다. 이것은 샘플링 시 진동이나 충격에 민감함과 Aethalometer 감도 및 저농도의 오염 물질 측정의 정밀도가 이 요인에 부분적으로 관련되어 있다. 열차를 탈 때보다 자가용을 운전할 때 측정값의 불일치가 더욱 많이 드러났는데, 이는 엔진의 진동과 노면의 열악한 상황으로 인해 발생하는 차량 내부의 지속적인 진동이 발생하기 때문으로 판단되었다. 장비 A2에서의 측정값은 많은 경우에서 다른 장치와 다른 값을 보이곤 했다. 서로 다른 이동 수단과 관계없이, A2와 다른 장치 사이의 불일치는 샘플링한 모든 측정에서 관찰되었다. 낮은 노출 상황에서 A2 장치는 다른 장치들과는 달리 BC의 측정값이 시각적으로 달랐다. 특히 측정값이 0과 가까울 때, A2 장치는 특히 노출이 낮은 상황에서 잠재적으로 측정값의 오류를 나타내면서, 대부분의 경로에서 좋지 않은 노출값을 기록하였다. 또한 열차를 탔을 때의 BC 측정을 하는 동안, A2 기기는 다른 장치에 비해 신뢰도가 낮은 결과를 나타냈다. 6일동안 시범적인 연구를 바탕으로, A2 장치는 모든 기기 중 문제성이 있다고 판단되었다. 여기서의 “Power Analysis”는 일종의 보론적인 부분으로 여기서 행한 시범연구의 샘플 크기가 적정한지 여부를 검토 또는 검증하기 위해 시행되었다. 가설이 테스트 되어지는 것에 따라 노출에 의미 있는 차이를 감지하는 데 필요한 샘플의 크기는 다양하다. 두 번째 가설이 외부 노출에서의 차이에 관한 것이라면, 첫 번째 가설은 이동수단 내부에서의 노출을 비교하는 것이다. 여기에서는 다른 power level의 적절한 샘플 사이즈를 측정하기 위해 시범적인 샘플링 결과를 사용하였다. 여기서 Power란 이것이 실제로 발생했을 경우 이를 발견할 확률이다. 이 범위는 0에서 1이며, 1-power는 타입 II 오류 (가정이 잘못 되었을 때, 두 집단에서 동일한 결과가 나올 것이라는 가설을 허용함) 의 확률과 동일하다. 즉, power가 높을수록 연구자들이 현저한 효과를 찾을 수 있다.