한국인, 연간 보름꼴로 미세먼지·오존 등 4중 대기오염에 동시 노출

여러 대기오염 물질에 동시에 노출되는 '복합 오염'은 단일 오염물질 노출보다 건강에 더 치명적일 수 있다. 게티이미지뱅크 제공

한국에서 미세먼지, 초미세먼지, 이산화질소, 오존 4가지 대기오염 물질이 한꺼번에 세계보건기구(WHO) 기준치를 넘는 날이 연간 15일에 달하는 것으로 나타났다.

울산과학기술원(UNIST)은 임정호 지구환경도시건설공학과 교수 연구팀이 주요 대기오염 물질 6종의 지표면 농도를 시간 단위로 동시에 추정하는 인공지능(AI) 모델 '딥맵'을 개발해 동아시아 전역의 복합 대기오염 실태를 분석한 결과 이같은 사실을 확인했다고 30일 밝혔다. 연구 결과는 환경 분야 국제학술지 '환경 과학과 기술(Environmental Science & Technology)'에 20일(현지시간) 게재됐다.

기존 대기오염 관련 연구 대다수는 대기오염 물질을 하나씩 따로 분석했다. 미세먼지와 오존, 이산화질소 등의 대기중 농도가 동시에 높아지는 상황이 빈번하지만 복합 오염을 정밀하게 파악하지 못한 것이다. 지상 관측소는 듬성듬성 흩어져 있어 빈틈이 생기고 위성 관측은 구름에 가리면 데이터를 얻지 못하기 때문이다. 대기화학수송모델도 해상도가 낮아 지역별 세밀한 변화를 잡아내기 힘들다.

딥맵은 한국이 운용하는 정지궤도 환경위성(GEMS) 데이터, 대기화학수송모델, 기상자료, 지상 관측 자료 등을 통합해 미세먼지, 초미세먼지, 이산화질소(NO2), 오존(O3), 일산화탄소(CO), 이산화황(SO2) 등 6종 오염물질의 농도를 시간 단위로 동시에 산출한다. 

특히 딥맵은 10km 단위로 오염 농도를 산출해 지역별 분포를 세밀하게 파악할 수 있다. 오염물질 간 서로 영향을 주고받는 관계를 함께 학습하는 멀티태스킹 구조를 적용해 개별 오염물질을 따로 추정하는 기존 모델보다 정확도가 높아졌다.

AI 모델 '딥맵'의 구조와 분석 결과. 왼쪽 위는 정지궤도 환경위성(GEMS), 기상 모델, 지상 관측소 데이터를 통합해 6종 오염물질 농도를 동시에 추정하는 과정을 보여준다. 오른쪽 위 지도에서 붉은색에 가까울수록 여러 오염물질이 동시에 기준치를 넘는 복합 오염이 심한 지역이다. 중국 화북평원과 한반도에서 복합 오염이 두드러진다. 아래 그래프는 복합 오염 집중 지역의 오염물질 농도가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 보여준다. UNIST 제공

연구팀이 딥맵으로 2021년부터 2023년까지 동아시아 대기질을 분석한 결과 여러 오염물질이 동시에 WHO 단기 권고 기준을 넘는 복합 오염이 광범위하게 발생한 사실이 확인됐다. 미세먼지와 초미세먼지가 동시에 기준치를 넘는 날은 연간 91일로 가장 잦았고 미세먼지·초미세먼지·이산화질소 3종이 함께 기준치를 초과하는 날도 42일에 달했다. 

4종이 한꺼번에 기준치를 넘는 대기오염 4중고는 한국에서 연간 15일, 중국 화북평원에서 24일, 중국 동부에서 19일 발생했다. 주로 겨울철 난방 여파와 봄철 황사, 가을철 오존 생성이 활발한 3월, 4월, 10월에 집중됐다.

임정호 교수는 "기존에는 대기오염을 개별 물질 중심으로 분석해 여러 오염물질이 동시에 작용하는 상황을 충분히 반영하지 못했다"며 "이번 모델은 복합 대기오염을 현실적으로 평가할 수 있게 해 대기질 예보와 환경 정책 수립이 공중보건 연구 등에 활용될 수 있다"고 말했다.

<참고>
doi.org/10.1021/acs.est.5c15772

[임정우 기자 jjwl@donga.com]