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자료처리

PMF 모델 결과해석 주의 사항

by Prof. Sung-Deuk Choi 2021. 6. 28.

PMF 모델은 미환경청에서 개발한 수용모델로서 대기오염물질의 오염기여도 평가를 위한 모델입니다.

https://www.epa.gov/air-research/positive-matrix-factorization-model-environmental-data-analyses

 

Positive Matrix Factorization Model for environmental data analyses | US EPA

Positive Matrix Factorization is a receptor model developed by EPA to provide scientific support for current ambient air quality standards and implement those standards by identifying and quantifying the relative contributions of air pollution sources.

www.epa.gov

윈도우 GUI 모델이라서 누구라도 쉽게 사용할 수 있습니다. 초보자도 매뉴얼 따라서 연습하면 금방 모델을 사용할 수 있습니다. 그러나 모델 결과 해석에 사용자의 주관이 너무 많이 들어가기 때문에 똑같은 모델링 결과를 주더라도 해석이 많이 다를 수 있습니다.  다변량 측정 자료를 입력자료로 사용해서 10개 내외의 인자(factor)가 나오면 개별 인자가 어떤 오염원을 의미하는지 사용자가 직접 정의를 해서 자료를 해석해야 합니다. 우선, 측정 지역에 대한 상세한 오염현황 이해가 없으면 factor에 엉뚱한 이름을 붙이게 됩니다. 그리고 하나의 factor가 개별 오염원을 의미하는 경우가 많지만 여러 오염원이 섞인 경우도 있습니다. 또한, 이전 많은 연구 논문에서 물리적인 오염원(자동차, 제련공장 등)과 개념적인 오염원(석탄 연소, 2차 생성, 산업활동 등)이 마구 섞여 있습니다. 명확한 기준 없이 오염원을 정의한 셈입니다.

PMF 모델 실행화면 예

제 연구실 박사과정 학생이 작성한 논문을 수정하고 있는데, 제일 시간이 걸리는 곳이 PMF 모델 결과입니다. 이 논문 초안에서는 한 factor를 연료연소(fuel burning)로 정의했습니다. 그런데 연료를 안 쓰는 곳이 없습니다. 산업활동에서도 사용하고, 가정용 난방과 조리를 위해서도 연료를 사용합니다. 따라서 이런 factor는 의미가 없습니다. 그래서 해당 섹션에 아래 코멘트를 추가했습니다. 

One of the major sources of PM2.5 is fuel burning, but it only accounts for about 3%. Check previous papers. 

Bear in mind that not only profiles for chemicals, but temporal variation, and absolute contribution, wind effects, local emission data, and LRAT should be considered together. This section (PMF 모델을 이용한 오염원 기여도 평가) and Section 3.3.2 (CBPF와 PSCF를 이용한 지역/장거리 오염원 영향 평가) need to be well balanced and consistent each other.

 

윗 문장을 더 풀어서 PMF 모델 결과를 해석할 때 기본적으로 검토해야 하는 사항을 아래와 같이 정리했습니다. 

PMF 모델 factor 정의할 때 고려할 사항

1. 해당 연구지역의 주요 대기오염물질 배출량(CAPSS, PRTR) 현황(시공간: 최소한 계절변화와 주요 배출원 위치)을 검토해서 주요 배출원을 파악했는가? 

2. Factor의 기여도(총 농도의 몇 %)가 배출량 세부 항목 기여도를 고려할 때 합당한가?

3. 주풍향을 고려하여 계절별 오염물질 농도수준과 지역 이동을 파악했는가?

4. 중국과 북한(혹은 국내 타 도시)으로부터의 장거리 이동(LRAT)을 고려했는가?

5. Factor의 계절변화가 상식적으로 맞는가? (예: 울산에서 해염(sea salt) 영향은 동풍이 우세한 여름에 강해야 함)

6. PMF 결과가 논문에서 사용한 오염원 파악 기법(CBPF, PSCF, 진단비, 지시자 등) 결과에 부합하는가?

 

위의 사항을 종합적으로 고려해서 factor를 정의해야 하는데, 아무리 전문가라도 해도 쉽지 않습니다. 


이차유기에어로졸 문제

PMF 모델의 입력자료 분석항목이 대부분 OC, EC, ions, metals인데, 이러한 자료만으로 이차유기에어로졸(SOA)을 정의할 수 없습니다. 여러 국내 연구에서 황산염 등을 고려한 이차무기에어로졸(SIA)을 독립 factor로 정의하지만, SOA는 분석 자료 부족으로 정의하지 못합니다. 그러나 SIA를 제외한 나머지 factor는 모두 1차 배출입니다. SOA 관련 factor를 고려하지 못하지만, PM2.5 중량 농도에는 SOA가 분명히 포함되어 있습니다. 이러한 문제를 더 고민해야 합니다.

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