환경기능사 필기대비 요약 - 대기환경

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환경기능사 자격증 필기대비 요약

대기환경, 오염확산, 굴뚝의 연기모양

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환경기능사 필기대비 용어 정리
오로라(Aurora) - 우주에서 지구로 유입되는 하전 입자들이 지구 자기력선을 따라 대기로 낙하하여 대기 중 원자 혹은 분자들과 충돌하면 빛을 방출하게 되는 것이다. 오로라는 고도 100km부터 320km(열권)사이에서 주로 발생하며 자극을 중심으로 약 20° 떨어진 위도 대에 주로 분포한다.(남극, 북극)

아르곤(Ar) - 백열등, 형광등, 진공관에 쓰인다.

오존(O3, ozone) - 색깔은 옅은 푸른색, 독특한 냄새, 공기의 정화(淨化)에 사용되며 살균작용에 의한 음료수 소독, 표백이나 유기화합물의 구조 결정 등에 사용된다. ‘냄새를 맡다’를 뜻하는 그리스어 ozein을 따왔다.

네온(Ne) - 네온등, 방전관에 쓰인다.

 

전항력(코리올리의 힘) - 회전하는 운동계(지구 자전)에서 운동하는 물체를 관측할 때 나타나는 가상적인 힘이 전향력이다. 전향력은 극 지방에서 최대이고, 적도에서 최소이다.  이 북극에서 적도를 향해 물체를 발사했을 때, 물체가 이동하는 동안에 지구의 자전으로 지구상의 관측자에게는 물체를 던진 방향보다 오른쪽으로 휘어져 이동하는 것으로 관측된다.

 

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대기의 연직구조는?
위에서부터, 열권/중간권/성층권/대류권
~80km/80km~50km/50km~11km/11km(10Km)~
대기권 밖은 외기권이라 한다.(1,000Km 이상)
대류권은 10km, 11km로 규정에 차이가 있다.

대기의 연직구조

열권
지표에서 80km 이상
고도가 높을수록 기온 올라감
오로라 발생(100km 이상)
인공위성이 위치하는 대기권
전리층(오로라), 이온층(분자들의 이온화)

중간권
지표에서 50~80km
고도가 올라가면서 기온이 낮아진다.
80km 부근에서 대기권 중 기온이 제일 낮음

성층권
지표에서 11~50km
20~30km(25~35km) 사이에 오존층 존재, 자외선이 흡수된다.
고도 높을수록 기온 올라감

성층권 전체의 오존 양은 300DU(약 3mm)이고 태양에서 나오는 자외선을 흡수하여, 산소 원자(O)와 산소(O2)로 분해한다. 또 산소원자나 분자가 오존으로 합성될 때도 자외선이 필요하다. 
공기의 수직이동이 없는 안정상태, 그래서 비행기가 다닌다.

 

 

성층권에서 고도가 올라갈 수록  기온이 높아지는 이유는?

오존층이 자외선을 흡수하여 산소원자, 분자로 분해하고 또 오존을 합성하는 화학반응이 일어난다. 성층권  내부는 발열반응으로 기온이 높은 것이다.

대류권
지표에서 11km(적도지방 16km, 극지방 8km)
여름 높아지고, 겨울 낮아짐(극지방이 낮은 이유)
공기의 수직이동, 대류, 기상현상, 대기오염발생
고도가 오를수록 온도 내려감

오존층의 두께 표시는?
Dobson,
1 Dobson = 0.01mm(10^-2)
극지방이 두껍고 400_Dobson
적도지역은 200_Dobson
평균 두께는 300_Dobson

대류권에서 고도 km당 기온의 하강 정도는?
11km까지 +15도 정도에서 -60도까지 떨어짐
75도 /11km = 6.81
평균 6.5도/km씩 떨어진다고 봄


대기의 구성성분은?
N2 > O2 > Ar > CO2 > Ne, He...
질소 > 산소 > 아르곤 > 이산화탄소

** 질산 아이....로 외우면 될 듯

공기의 조성성분 구성

구분	부피 (ppm)	부피 비율	중량 (ppm)	질량 비율
N2	780900	78.09	755100	75.5
O2	209500	20.95	231500	23.1
A	9300	0.93	12800	1.28
CO2	300	0.03	460	0.046
Ne	18		12.5
He	5.2		0.72
CH4	2.2		1.2
Kr	1		2.9
N2O	1		1.5
H2	0.5		0.03
Xe	0.08		0.36
O3	0.01		0.02

그 외 NH3, H2O2

대기성분 중 대기에 체류시간이 긴 순서는?
N2 > O2 > N20 > CH4...

**질산 아질 메...로 외우면 되려나..

 

대기오염과 기온역전현상
대기는 일반적으로 고도가 상승하면 기온이 내려가야 하는데, 대기오염으로 인하여 반대로 기온이 올라가고 온도 차이로 인하여 대기의 혼합이 이루어지지 않는 현상을 말한다.

기온 역전현상

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역전층이란?

기온은 고도가 증가함에 따라 감소하는 분포를 보이는데, 반대로 기온이 고도에 따라 상승하는 층을 역전층이라 한다. 역전층이 존재하면 오염물질의 확산을 방해한다.

 

 

기온 역전이 자주 발생하는 시기는?

11월 ~ 다음 해 5월(겨울~봄)

 

 

기온 역전 현상의 종류는?

접지역전 (지표상)	공중역전 (대기중)
복사역전 이류역전	침강역전 난류역전 전선역전

복사역전의 특징
맑고 바람 없는 날
가을~봄
아침에 해뜨기 직전에
습도가 적을 때
지표면에서 강하게 나타남(접지역전)
공기의 수직 혼합이 안 일어나기에 대기오염 축적
런던 아침의 스모그의 원인


침강역전현상의 특징은?
고기압 중심에서 기층이 침강하면서 기온이 단열 변화하여 기온 상승
배출원의 상부에서 발생(공중역전)
장기 지속 시 오염물질을 고농도로 축척
LA 한낮의 스모그의 원인
20~30도
여름 한낮에
배출원은 연료 배기가스
광화학, 질소산화물, O3상승

 

 

 

역전층의 종류

 

복사 역전층(radiation inversion layer)
태양이 진 동안 지표면은 지구복사에너지를 계속해서 방출하기 때문에 지표의 온도가 낮아지게 되면서 만들어진 역전층을 복사 역전층 이라고 한다. 

복사 역전층이 만들어질 때에는 지표의 온도가 급격히 낮아지게 되어 안개가 종종 발생한다. 가장 쉽게 볼 수 있는 기온역전으로 춥고 긴 겨울 밤 하늘이 맑고 평온하여 지표가 급격하게 장파 복사를 방출할 때 발생한다. 복사 역전은 고위도 지역일수록 잘 발생한다.

이류 역전층(advection inversion layer)
차가운 지표상에 외부에서 따뜻한 공기가 흘러 들어왔을 때, 하층의 기온이 상층의 기온보다 낮은 경우 이류에 의해 발생하는 역전층을 이류 역전층 이라고 한다. 

이러한 조건은 해안 지역에서 차가운 바다 위로 바람이 불어와서 발생한다. 이류역전은 연중 어느 시기에나 상대적으로 찬 수면 위로 바람이 불어올 때 발생하는데, 보통은 밤의 짧은 시간에 나타난다.

 

 

침강 역전층(subsidence inversion layer)
고기압권의 지상에서는 공기가 발산하여 주위로 유출되기 때문에 상층에서는 공기가 침강한다. 이 하강하는 공기가 단열 압축되어 그 아래쪽의 층보다도 따뜻한 공기층을 만들게 되는데, 이를 침강 역전층이라고 한다.

지표면 근처에서 일어나는 다른 기온역전들과는 달리 침강역전은 상부에서 발생하는 현상으로, 보통 고기압 조건과 연관되는데, 고기압은 아열대 지역의 연중 특징이며 겨울철 북반구 대류의 특징이다. 침강역전은 보통 저층의 난기류가 하강기류를 방해할 때 발생하며 때로는 수천m에 이를 정도로 아주 두껍다.

전선 역전층(frontal inversion layer)
전선의 존재로 인해 고온의 기단은 상층에, 저온의 기단은 하층에 자리하여 발생하는 역전층을 전선 역전층 이라고 한다.

전선을 따라서 발생하는 역전층이기 때문에 전선이 정체하면 대기 오염은 심해진다.

분지냉각 역전
분지의 기온역전은 차가운 공기가 주변 산 사면을 따라 하강하여 분지의 바닥에 고이게 되어 발생한다. 중위도 일부 지역에서 잘 발생하며 분지 냉각 역전(cold-drainage inversions)이라고 부른다.

 

난류역전(turbulent inversion)
대기 중에서 난류가 강한 층과 그 위쪽의 흩어짐이 적은 층 사이에서 발생하는 온도의 역전을 말한다. 

안정된 대기가 지형이 복잡한 곳을 지나서 흐르면 하층부분이 흩어져서 혼합되고, 그곳의 연직온도 분포가 단열감률에 가까워지나, 상층은 그대로이기에 그 하부와 난류층 윗면과의 사이에 온도의 역전이 생긴다.

 

출처 : 이 글은 CC-BY-SA 3.0에 따라 공개 배포되는 위키백과 문서 를 사용합니다.

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굴뚝의 유효고에 영향을 주는 요소는?
(유효고는 굴뚝의 높이와 연기의 수직상승 높이)
굴뚝의 높이,
배기가스의 온도,
외기의 수평 풍속

 

 

 

굴뚝의 유효높이는?

굴뚝의 유효높이(effective height) 

 

He = Hs + ∆H

 

굴뚝의 유효고

 

 

풍속과 기온에 따른 오염물질 확산 형태를 결정짓는 요소는?

대기의 안정도,

풍속,

기온에 따라 오염물질의 확산 형태가 달라진다.

 

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지붕형(lofting, 처마형) : 역전층이 굴뚝 아래에

지붕형 확산

대기상태가 굴뚝의 높이보다 낮게 역전층이 형성되어 있고, 상층은 불안정 상태일 때 발생하는 연기 형태이며 쾌청하고 바람이 약한 초저녁부터 이른 아침에 걸쳐 발생한다. 높은 굴뚝에서 배출되는 연기는 상층으로 확산되므로 지표 부근에서의 오염농도는 다른 형태에 비해 적은 특징을 보인다.

주로 초저녁부터 아침에 발생

바람 약하고 맑은 날

상층 불안, 하층 안정

 

** 그래프는 대기의 온도의 변화이다.  역으로 올라가다(역전)가 원래대로 하강하고 있다.

** 역전층이 발생하면 안정되어 오염물질의 확산이 어렵다.

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훈증형(fumigation) : 역전층이 굴뚝 위에

훈증형

 

 

지붕형과 반대의 형태로 대기상태가 일출 후 지표가 태양열을 받아 가열되어 굴뚝 하단 일정 높이까지 불안전 대기층이고, 굴뚝 높이 위쪽은 역전층이 형성되어 있을 때 발생하는 연기 형태로 지표면을 향하여 확산함으로 지표의 오염도는 최대치에 달한다. 태양고도가 높아지면서 점차 약화되는 특징이 있어, 지속시간이 짧아 길어야 30분 정도 관찰된다. 햇볕이 지표의 온도를 증가시키면 지표 부근의 역전을 제거되지만 온도 경사가 (-)인 지역에서는 혼합이 급속히 일어나 발생하는 연기의 모양

 

접지역전층 해소되면서 일출 후 발생

맑고, 바람이 약한 날

지표 오염도가 높다.

대기 상층은 안정

대기 하층은 불안정

증기처럼 아래로 오염

 

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부채형(fanning) : 접지역전

부채형 확산

대기상태가 굴뚝 위의 상당한 높이까지 강한 기온역전(접지역전, 지표역전)이 형성되어 나타나는 연기 형태로 쾌청한 날의 밤에서 새벽 사이에 주로 발생한다. 수직 운동의 억제로 풍하측의 오염물 농도를 예측하기가 어려우며  굴뚝이 주위의 지형에 비하여 낮을 경우 그 지형에서의 오염은 매우 심각하다.

 

아침과 새벽에 잘 발생

굴뚝이 낮을 때 지표 부분에 심각한 오염

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원추형(coning, 추형) : 중립

원추형 확산

 

대기상태가 중립 조건일 때 나타나는 연기 형태로 바람이 다소 강하고, 구름이 많이 낀 밤중에 주로 관찰되며 확산 방정식(가우시안 분포)에 의하여 오염물질의 확산을 추정할 수 있다.

 

주로 오후에 발생

바람 강하고 흐린 날 발생

오염의 단면 분포가 가우시안 분포를 보인다.

 

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환상형(looping, 파상형) : 불안전 상태

환상형 확산

 

대기가 매우 불안정해지는 과 단열적 상태에서 나타나는 연기 형태로, 청명하고 바람이 약한 한낮, 주로 태양복사열이 강한 여름철에 발생한다. 상하층의 공기의 혼합이 왕성하여 대기오염물질을 잘 확산시키므로 전반적인 오염도는 적으나 국지적이고, 일시적으로 다른 연기 형태에 비해 일시적으로 지상에서 최대 착지 농도가 가장 높은 농도를 보이는 것이 특징이다.

 

주로 한낮에 발생한다.

바람이 약하고 맑은 날 발생

지표 부분에 부분적으로 고농도 오염 발생

 

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구속형(trapping) : 역전(아래 위로 구속)

구속형 오염확산

 

 

상층은 침강역전이 하층은 복사역전이 형성되어 굴뚝의 배출 지점 상하로 역전층이 형성되었을 때 발생하는 연기 형태로 지표면의 오염도는 낮은 편이나, 확산이 되지 않아 배출지점 고도에서는 매우 높은 오염도를 나타낸다.

 

주로 밤부터 새벽에 발생한다.

고기압 지역에서 발생

상층은 침강성 역전, 하층은 복사성 역전

**중간에 구속이 되었다.

 

 

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