오존 오염, 야간 농촌 지역에서도 포착

UNIST, AI 기반 오존 추정 모델 개발

도심과 농촌 지역의 시간대별 오존 농도 및 기준 초과 분포 비교. /UNIST

주간 도심뿐만 아니라 야간 농촌 지역의 오존(O₃) 오염도 대비가 필요하다는 연구 결과가 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 임정호 지구환경도시건설공학과 교수팀이 자체 개발한 인공지능(AI) 모델로 분석한 결과, 오존이 밤사이 농촌 지역에 장기간 체류하는 양상을 포착했다고 6일 밝혔다.

오존은 산소 원자 세 개로 이뤄진 기체로, 햇빛과 공기 중 오염물질이 반응하면서 생성되는 2차 오염물질이다. 하루 중 기온이 높은 오후 시간대에 가장 짙게 나타난다. 오존은 초미세먼지보다 작아 일반적인 보건용 마스크로도 차단되지 않고, 폐포 깊숙이 침투해 염증 반응을 유발할 수 있다.

연구팀은 구름에 상관없이 동아시아 전역의 지표면 오존 농도를 24시간 고해상도로 추정할 수 있는 AI 기반 전천후(All-sky) 모델을 개발했다. 기존 모델은 구름이 지표를 가리면 관측 공백이 생겨 정확한 추정이 어려웠던 반면, 연구팀이 개발한 AI 모델은 구름이 낀 조건에서도 오존 농도를 추정할 수 있다. 또 기존 글로벌 대기질 재분석 자료(CAMS)보다 40배 촘촘한 2㎞의 해상도를 지녀 좁은 지역에서 발생하는 국지적 고농도 오존도 포착할 수 있다.

연구팀은 ‘히마와리-8’ 위성의 밝기 온도와 기온, 풍속, 태양복사랑 등 다양한 기상 데이터를 결합하고, AI가 어떤 정보를 근거로 예측했는지 분석할 수 있는 설명 가능한 인공지능 기법을 적용해 이 모델을 개발했다고 밝혔다. 밝기 온도는 위성이 지표나 대기에서 감지한 적외선 에너지를 온도로 환산한 값으로 실제 기온뿐 아니라 햇빛 세기나 대기의 열 상태 같은 여러 환경 조건에 영향을 받는다. AI는 이 밝기 온도를 통해 오존이 얼마나 생성될 가능성이 있는지 간접적으로 파악할 수 있다.

이 모델로 동아시아 지역을 분석한 결과, 오존 농도는 주간 도심 지역에서 높게 나타났다. 일부 도시 인근 농촌 지역에서는 일몰 이후에도 오존이 빠르게 감소하지 않고 오히려 장시간 체류하며 고농도를 유지하는 경향이 확인됐다.

임 교수는 “지상 관측소가 대부분 도심에 집중돼 있어 놓칠 수밖에 없었던 오존의 지역·시간별 특성을 정확히 반영한 것으로, 향후 오존 계절 관리제와 같은 환경 정책 수립에도 정밀한 근거 자료로 활용될 수 있다”고 설명했다.

이번 연구는 환경부, 해양수산부, 교육부의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 지난 5일 국제 학술지 ‘유해물질저널’(Journal of Hazardous Materials)에 실렸다.

참고 자료

Journal of Hazardous Materials(2025) DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.137369

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