[인하대 산학협력단 수도권 미세먼지연구·관리센터] ① 올해의 주요 연구성과…한범순 교수 연구팀

인하대학교 산학협력단 수도권 미세먼지연구·관리센터는 2025년 한해 쉼 없이 달려왔다. 서울·인천·경기 등지 수도권의 교통·산업·생활 부문 등 다양한 배출 특성을 분석하고 대기환경 개선 방향을 찾는데 온 힘을 다했다. 이런 노력에 힘입어 센터는 수도권 대기환경 연구의 중심기관으로 우뚝 섰다. 2022년 문을 연 이래 센터는 연구와 교육, 세미나 등 대기질 개선을 위한 다양한 활동을 펼쳤다. 수도권뿐 아니라 전국 단위의 대기환경 관리 정책 수립에도 영향력을 미치는 기관으로 성장했다. 본보는 수도권 대기질 관리 고도화를 위한 인하대 산학협력단 수도권 미세먼지연구·관리센터의 올해 주요 연구성과를 싣는다.

한범순 교수 연구팀, 초고해상도 대기환경 모델링으로 인천 대기질 정밀 진단한다

대기환경 모델은 여러 대기과학 방정식을 컴퓨터로 계산해 대기질을 수치적으로 모의하는 컴퓨터 프로그램이다. 이 모델은 지상과 대기 공간을 일정한 크기의 격자로 나누고, 격자마다 오염물질의 농도, 기온, 풍속 등을 계산해 전체 대기질 상태를 모의한다.

대기질의 공간 분포를 얼마나 정밀하게 표현할 수 있는지는 격자의 크기에 의해 결정되며, 이를 모델의 해상도라고 부른다. 격자의 크기가 작아질수록(고해상도가 될수록) 오염물질의 분포를 더 세세히 묘사할 수 있고, 예측 정확도도 향상된다.

특히 인천과 같은 복잡한 지형과 다양한 배출원이 뒤섞여 있는 지역은 해상도 1㎞ 이하의 초고해상도 대기환경 모델이 필요하다는 지적이 이어져 왔다. 하지만 국내 현업 예보 시스템의 해상도는 수도권의 경우 3㎞이고, 최대 해상도도 1㎞ 수준에 머물러 있다. 국지 오염 특성을 충분히 반영하지 못하는 한계가 존재했다.

한범순 교수 연구팀은 해상도 0.3㎞ 이하의 초고해상도 대기환경 모델링 시스템을 구축했다. 이 시스템은 중요한 대기 난류를 직접 모의하고, 작은 규모의 난류만 모수화해 도시권의 미세한 기류 구조까지 구현할 수 있다. 대기 오염물질의 세밀한 움직임을 나타낼 수 있다는 점이 핵심이다.

초고해상도 모델링 시스템의 성능 검증을 위해 연구팀은 2019년 5월 24일 인천에서 발생한 고농도 오존 사례를 분석했다. 이때는 맑고 바람이 약하며 고온이 지속해 오존 농도가 크게 상승했던 기간이다.

초고해상도 모델링 시스템 결과 기온, 풍속, 이산화질소(NO₂) 농도 등 주요 대기환경 지표의 공간적 분포가 저해상도 대기환경 모델 결과 대비 더 정교하게 재현됐다. 인천의 동별 농도 차이도 보다 뚜렷하게 드러났다.

또한 낮에 일어나는 상승기류와 하강기류가 오염물질을 수송하며, 이로 인해 상승기류가 나타나는 지역과 하강기류가 나타나는 지역 간의 오염물질 농도 차이가 나타난다는 사실도 확인했다. 이런 사실은 인천의 복잡한 지형과 다양한 배출원, 세밀한 바람 흐름이 지역별 농도 차이를 만들어낸다는 사실을 시사한다.

연구팀은 향후 개발된 시스템을 활용해 인천 지역의 고농도 대기오염 발생 원인을 보다 심층적으로 분석할 계획이다. 오염물질 농도에 기여하는 요소를 바람에 의한 유입, 난류에 의한 확산, 대기 중 화학반응, 배출로 나눠 분석하는 오염물질 농도 진단 도구도 구축할 예정이다.

이번 연구를 통해 인천 지역의 오염물질 농도 예측 및 진단의 정확도를 높이고 보다 효율적인 대기오염 관리 정책을 수립할 수 있을 것으로 기대된다. 보다 세세한 대기오염물질의 거동 파악을 통해 동 단위 대기오염물질 농도 예측할 수 있을 것으로 연구팀은 전망한다.

이를 토대로 안심하고 숨 쉴 수 있는 운동 장소를 진단하고 정류장 미세먼지 쉼터가 필요한 장소 선정하는 등 시민들의 피부에 와 닿는 대기관리 정책을 세우는 기반이 될 수 있을 것으로 연구팀은 진단한다.

/박정환 대기자 hi21@incheonilbo.com