[논문 리뷰] The study of ground-level ozone in Kiev and its impact on public health

А. В. Шаврина, I. A. Mikulskaya외 4명|arXiv (Cornell University)|2012. 04. 09.

Air Quality Monitoring and Forecasting참고 문헌 4인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 2005–2007년 기간 동안 키이우에서 지면 오존 농도를 UAM-V 대기질량 모델을 사용해 모델링하고, 지상 기반 UV-오존 분석기 데이터와 위성 Aura-OMI 관측 자료를 기반으로 예측치를 검증한다. 모의된 오존 농도와 측정된 오존 농도 간에 강한 상관관계(r = 0.72–0.78)를 보이며, 호흡기 질환 통계와도 유사한 경향을 보여, 오존 모델링이 우크라이나 도시의 공중보건 위험을 신뢰성 있게 예측할 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

Ground-level ozone in Kiev for an episode of its high concentration in August 2000 was simulated with the model of the urban air pollution UAM-V (Urban Airshed Model). The study of total ozone over Kiev and its concentration changes with height in the troposphere is made on the basis of ground-based observations with the infrared Fourier spectrometer at the Main Astronomical Observatory of National Academy of Sciences of Ukraine as a part of the ESA-NIVR-KNMI no 2907. In 2008 the satellite Aura-OMI data OMO3PR on the atmosphere ozone profiles became available. Beginning in 2005, these data include the ozone concentration in the lower layer of the atmosphere and can be used for the evaluation of the ground-level ozone concentrations in all cities of Ukraine. Some statistical investigation of ozone air pollution in Kiev and medical statistics data on respiratory system was carried out with the application of the "Statistica" package. The regression analysis, prognostic regression simulation, and retrospective prognosis of the epidemiological situation with respect to respiratory system pathologies in Kiev during 2000-2007 were performed.

연구 동기 및 목표

• 2000년에서 2007년 사이에 지면 오존이 키이우의 호흡기 건강에 미친 후행적 영향을 평가하기 위해.
• 지상 기반 UV-오존 분석기 및 위성 Aura-OMI 데이터를 기반으로 오존 농도 모의치를 검증하기 위해.
• 지면 오존 농도 수준과 도시 거주자들의 호흡기 질환 유병률 간의 예측 가능한 연관성을 수립하기 위해.
• 지상 모니터링이 제한된 우크라이나에서 모델링 및 위성 데이터를 활용한 공중보건 위험 평가의 가능성을 평가하기 위해.
• 우크라이나 도시의 오존 관련 공중보건 위험을 정량화하여 환경보건 정책 개발을 지원하기 위해.

제안 방법

• 2000년 8월 고오존 이벤트 동안 키이우의 지면 오존 농도를 UAM-V(도시 대기권 모델) 대기질량 모델링 시스템을 사용해 모의한 바.
• 烏克蘭 국립 식물원에 설치된 지상 기반 UV-오존 분석기(TESCO-49C)의 측정치와 모의치를 비교 검증한 바.
• 2005–2007년 기간 동안 위성에서 유도된 오존 프로파일을 Aura-OMI 기구로부터 통합하여 대류권 및 지면 오존 농도를 추정한 바.
• 오존 농도와 호흡기 질환 유병률 데이터 간의 상관관계를 분석하기 위해 Statistica 소프트웨어 패키지를 사용해 회귀 분석 및 예측 시뮬레이션을 수행한 바.
• 오존-건강 관계의 예측 정확도 평가를 위해 근사제곱오차(RMSE)와 상관계수(r)를 적용한 바.
• 지역적 추세를 정량화하기 위해 레인시히 연구소의 EURAD 모델을 사용해 오존 이벤트를 비교 시뮬레이션하였으며, 오데사 지역의 경우도 포함한 바.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2000–2007년 기간 동안 키이우에서 모의된 지면 오존 농도와 관측된 호흡기 질환 유병률 간 상관관계는 어느 정도인가?
• RQ2 지상 기반 UV-오존 분석기 측정치와 비교했을 때 UAM-V 모델의 오존 예측 정확도는 어떠한가?
• RQ3 위성에서 유도된 Aura-OMI 오존 프로파일 데이터는 우크라이나의 도시 지역에서 지면 오존 농도를 신뢰성 있게 추정할 수 있는가?
• RQ4 키이우에서 지면 오존과 호흡기계 병리 간의 통계적 관계는 강도와 유의미성 측면에서 어떠한가?
• RQ5 모델 기반의 오존 관련 건강 위험 예측치와 실제 의료 통계 간의 비교 결과는 어떠한가? 격차를 설명할 수 있는 요인들은 무엇인가?

주요 결과

• 모의된 오존 농도(UAM-V)와 성인의 호흡기 질환 유병률 간 상관계수는 0.76로 강한 정적 상관관계를 나타낸다.
• 측정된 오존(TESCO-49C)과 성인의 호흡기 질환 유병률 간 상관계수는 0.72로 지상 측정치의 신뢰성을 확인한다.
• 어린이의 천식성 기관지염의 경우, 모의치와의 상관계수는 0.76이며, 측정치와의 상관계수는 0.78로 일관된 예측 능력을 보여준다.
• 성인 호흡기 질환 예측의 경우, 모의된 오존을 사용한 근사제곱오차(RMSE)는 15.0%이며, 측정된 오존을 사용한 경우는 16.5%로 모두 2σ(95% 신뢰수준) 기준 이내에 해당한다.
• UAM-V를 사용해 모의한 키이우 평균 오존 농도는 국립 식물원에서 측정된 값과 일치하여, 모델이 도시 전체 평균에 대해 정확함을 검증한다.
• 예측된 건강 통계와 실제 통계 간 격차는 특히 알레르기 천식의 경우, 개인의 의료 이용 증가, 자가 치료, 치료 개선 등으로 인한 것으로 추정된다.