환경 연구: 기후 변화로 일부 지역 스모그 감소 더 어려워질 수도
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연구: 기후 변화로 일부 지역 스모그 감소 더 어려워질 수도
MIT의 새로운 연구에 따르면 지구 온난화는 스모그의 주요 구성 요소인 유해 대기 오염 물질인 지상 오존을 제어하는 우리의 미래 능력을 저해할 가능성이 높습니다.
이 결과는 과학자와 정책 입안자들이 대기 질과 인간 건강을 개선하기 위한 더욱 효과적인 전략을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 지상 오존은 천식부터 심장 질환에 이르기까지 여러 가지 해로운 건강 문제를 유발하며 매년 수천 건의 조기 사망을 초래합니다.
연구진의 모델링 접근법에 따르면 기후 변화로 인해 지구 온난화가 진행됨에 따라 북미 동부와 서유럽의 지상 오존은 질소 산화물 배출 감소에 덜 민감해질 것입니다. 즉, 동일한 대기 질 개선 효과를 얻으려면 질소 산화물 배출을 더 많이 줄여야 합니다.
그러나 이 연구는 동북아시아에서는 정반대의 현상이 나타날 수 있음을 보여줍니다. 동북아시아에서는 배출량 감축이 미래에 지상 오존 감소에 더 큰 영향을 미칠 것입니다.
연구자들은 기온과 풍속과 같은 기상학적 요인을 시뮬레이션하는 기후 모델과 대기 중 화학 물질의 이동과 구성을 추정하는 화학 물질 전달 모델을 결합했습니다.
연구자들의 앙상블 방식은 가능한 미래 결과 범위를 생성함으로써 내재적인 기후 변동성을 더 잘 포착하여 많은 이전 연구보다 더 완전한 그림을 그릴 수 있었습니다.
"미래의 대기 질 계획은 기후 변화가 대기 오염의 화학적 성질에 어떻게 영향을 미치는지 고려해야 합니다. 동일한 대기 질 목표를 달성하려면 질소 산화물 배출량을 더 크게 줄여야 할 수도 있습니다."라고 MIT 지구, 대기 및 행성 과학(EAPS)의 대학원생이자 이 연구에 대한 논문의 주저자인 Emmie Le Roy가 말했습니다.
그녀의 공동 저자로는 MIT 지속 가능성 과학 및 전략 센터의 박사후 연구원인 Anthony YH Wong, MIT 지속 가능성 과학 및 전략 센터의 수석 연구 과학자인 Sebastian D. Eastham, EAPS의 Peter H. Stone 및 Paola Malanotte Stone 교수인 Arlene Fiore가 있습니다. 데이터, 시스템, 사회 연구소(IDSS)와 EAPS의 교수이자 수석 저자인 노엘 셀린(Noelle Selin)이 이 연구를 수행했습니다. 이 연구는 오늘 Environmental Science and Technology에 게재되었습니다 .
오존 제어
지상 오존은 지구를 유해한 자외선으로부터 보호하는 성층권 오존층과는 다릅니다. 오존은 인간, 동물, 식물의 건강에 해로운 호흡기 자극 물질입니다.
지상 오존 제어는 특히 어려운데, 이는 햇빛이 있는 환경에서 질소 산화물과 휘발성 유기 화합물이 복잡한 반응을 일으켜 대기에서 생성되는 2차 오염 물질이기 때문입니다.
"따뜻하고 화창한 날에 오존 농도가 높아지는 것은 바로 이 때문입니다."라고 르 루아는 설명합니다.
규제 기관들은 일반적으로 산업 공정에서 발생하는 질소 산화물 배출을 줄여 지표면 오존을 줄이려고 노력합니다. 하지만 지표면 오존은 질소 산화물 및 휘발성 유기 화합물과 비선형적으로 상호작용하기 때문에 이러한 정책의 효과를 예측하기는 어렵습니다.
화학적 환경에 따라 질소 산화물 배출을 줄이면 지표면 오존이 오히려 증가할 수 있습니다.
셀린은 "과거 연구는 오존 형성에 있어 배출의 역할에 초점을 맞췄지만, 에미의 연구에서는 기상의 영향이 매우 중요합니다."라고 말합니다.
연구진은 연구를 수행하기 위해 지구 대기 화학 모델과 미래 기상을 시뮬레이션하는 기후 모델을 결합했습니다.
이 기후 모델을 사용하여 연구 대상 지역의 기후 변동성을 반영하는 방식으로 예상되는 기온과 풍속과 같은 요인을 시뮬레이션하여 미래 연도별 기상 입력 데이터를 생성했습니다.
그런 다음 그들은 이러한 입력을 대기 화학 모델에 입력했는데, 이 모델은 기상 및 배출로 인해 대기의 화학적 구성이 어떻게 변할지 계산합니다.
연구원들은 오존을 형성하는 전구체 화학 물질의 수치가 역사적으로 높고 데이터를 제공하기 위한 잘 확립된 모니터링 네트워크가 있는 지역인 북미 동부, 유럽 서부, 중국 북동부에 초점을 맞췄습니다.
그들은 2080년에서 2095년 사이의 16년 동안 높은 온난화와 낮은 온난화의 두 가지 미래 시나리오를 모델링하기로 했습니다.그들은 질소 산화물 배출량을 10% 감축했을 때의 효과를 보기 위해 2000년에서 2015년을 포착한 역사적 시나리오와 이를 비교했습니다.
기후 변동성 포착
Le Roy는 "가장 큰 과제는 기후가 해마다 자연적으로 변한다는 것입니다.따라서 기후 변화의 영향을 분리하려면 자연적 변동성을 넘어 볼 수 있을 만큼 충분한 연도를 시뮬레이션해야 합니다."라고 말합니다.
그들은 대기 화학 모델링의 최근 발전과 병렬 컴퓨팅을 활용하여 여러 해를 동시에 시뮬레이션함으로써 이러한 과제를 극복할 수 있었습니다. 연구진은 16년 단위의 시뮬레이션을 5회 실시하여 각 시나리오에 대해 80년의 모델 연도를 도출했습니다.
연구진은 북미 동부와 서유럽이 토양의 질소산화물 배출량 증가에 특히 민감하다는 것을 발견했습니다. 질소산화물 배출량은 기온 상승으로 인한 자연적 배출입니다.
이러한 민감성으로 인해 지구 온난화가 진행되고 토양에서 대기로 유입되는 질소산화물 양이 증가함에 따라, 인간 활동으로 인한 질소산화물 배출량 감소가 지표면 오존에 미치는 영향이 줄어들 것입니다.
"이것은 기후 변화가 대기질에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 더 잘 이해하기 위해 이 모델에서 생물권 표현을 개선하는 것이 얼마나 중요한지를 보여줍니다."라고 르 루아는 말합니다.
한편, 동북아시아의 산업 공정은 질소산화물 배출 단위당 더 많은 오존을 생성하기 때문에, 이 지역의 배출량을 줄이면 향후 온난화 시나리오에서 지표면 오존 감소가 더 커질 것입니다.
"하지만 이것이 좋다고는 할 수 없습니다. 전반적으로 오존 농도가 더 높아졌다는 것을 의미하기 때문입니다."라고 르 루아는 덧붙입니다.
연평균 기상 데이터에 의존하는 대신 상세한 기상 시뮬레이션을 실행함으로써 연구진은 인간 건강에 미치는 잠재적 영향에 대해 더욱 완전한 그림을 얻을 수 있었습니다.
"평균 기후만이 중요한 것은 아닙니다. 통계적 이례적인 현상일 수 있는 오존 농도가 높은 날이 하루라도 있다면, 대기질 목표를 달성하지 못하고 인간 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이는 우리가 관심을 가져야 할 문제입니다."라고 르 루아는 말합니다.
연구진은 앞으로 기상학과 대기질의 교차점을 계속 탐구할 계획입니다. 또한 산불이나 바이오매스 연소처럼 변동성이 큰 다른 기후 변화 요인을 고려하도록 모델링 방식을 확장하고자 합니다. 셀린은
"모델에서 수행하기 어렵더라도 대기질 과학자들이 기후 변동성의 전체 범위를 고려하는 것이 중요하다는 것을 보여주었습니다. 왜냐하면 이는 여러분이 얻는 답에 실질적인 영향을 미치기 때문입니다."라고 말합니다.
이 연구는 MIT 프레시스 대통령 펠로우십, JH 및 EV 웨이드 펠로우십, 그리고 MIT 마틴 패밀리 지속가능성 펠로우십의 지원을 받았습니다.
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