1. 서 론

환경오염에서 악취는 악취방지법 제정(‘04)으로 관리지역과 규제시설로 지정하여 관리하고 있지만, 환경통계포털(https://stat.me.go.kr/)에 의하면 관리지역 외의 민원이 2001년과 비교하여 2018년에 72.2%가 증가한 135,217건으로, 악취관리체계에서 벗어난 생활 중심인 지역사회에서도 사회적 갈등의 원인이 되기도 한다(Kim et al., 2003;Oh et al., 2008;Lee et al., 2021). 도심에서는 관리지역이나 규제시설이 극히 드물고, 대부분이 공공환경기초시설(음식물 쓰레기 처리시설, 자원회수시설, 쓰레기 적환장, 하수도 맨홀을 포함한 하수처리시설 등)과 근린생활시설(음식점, 도장시설, 인쇄소, 주유소, 시장 등) 등에서 발생하는 악취 민원의 대부분은 생활악취가 차지하고 있다(Chae et al., 2022;Choi et al., 2022;Oliva et al., 2024).

2022년 기준으로 가까운 동경(15,146 명/km²)보다 인구밀도가 높은 서울(15,551 명/km²)에서 생활악취와 관련하여 2021년에 총 25,155건의 민원이 발생하였고, 이는 전체 민원의 1.1%, 환경 민원의 16.7%로 매년 증가하는 추세이다(Zhao et al., 2023;Kim et al., 2024). 생활악취는 특정 또는 불특정 배출원에서 악취물질이 기상환경에 따라 발생(휘발)하며, 확산과 이동하는 과정에서 주민에게 심미적인 불쾌감으로 민원이 발생하기 때문에, 관리나 대책의 접근방식이 일반적인 악취 관리 지역 또는 규제시설과는 차이가 있다. 이와같이 생활악취는 관리책임이 불분명하고, 미규제 시설이 대부분이며, 취기 강도는 낮고 상시 발생하지 않는 특성으로, 관련 연구나 정책의 접근방식이 후행적이고 단발적인 특성을 가진다.

반면, 대부분의 악취 관련 연구는 산업단지나 특정시설 그리고 도시와 연계된 시설 등이 주거환경이나 주민에 미치는 영향 등을 대상으로 저감 기술 및 방안, 정책 등을 중심으로 이루어지고 있다(Kim et al., 2003;Schauberger et al., 2006;Oh et al., 2008;Schauberger et al., 2012;Olafsdottir and Gardarsson, 2013;Lee et al., 2021). 국외에서는 모델 등을 활용하여 기상요소가 악취 발생에 미치는 영향 또는 쾌적한 주거환경 조성을 목적으로 도시(재)개발 계획단계부터 완충지역, 흡수지역 그리고 이격거리 등 도시(재)구성까지 연구범위를 확대하고 있지만(Schauberger et al., 2006;Sakawi et al., 2011;Schauberger et al., 2012;Badach et al., 2018;Jia et al., 2021;Ozkal, 2023), 이 또한 도심 외곽이나 주변의 고정 악취 배출원이 주거환경이나 주민에 미치는 영향을 중심으로 연구가 진행되었다.

특히, 인구밀도가 세계적 수준이며, 공공환경기초시설이나 근린생활시설 등 외에 악취 규제시설이나 관리 지역이 존재하지 않는 거대도시에서 발생하는 생활악취와 기상요소 사이의 관계를 평가하는 연구나 보고는 극히 드물다. 본 연구에서는 메가시티 서울에서 발생하는 생활악취와 기상인자의 관계를 분석하고, 생활악취 발생에 영향을 미치는 기상인자의 특성을 평가함으로써, 도심에서 생활악취 발생, 저감 및 관리에 활용 가능한 선행적인 기상인자 또는 지표 등을 탐색하고자 하 였다.

2. 연구내용 및 방법

2.1 악취 민원 및 기상자료 수집

생활악취(이하 악취) 민원현황은 서울시에서 관리하는 응답소 민원 분석시스템(https://eungdapso.seoul. go.k/)에 수집된 2014년 1월부터 2021년 12월까지(2,922일) 일일 민원 접수 현황자료를 활용하였다. 응답소 민원 분석시스템과 민원의 수집 및 분류에 대한 설명은 선행 연구에서 상세하게 설명하였으므로 본 연구에서는 생략한다(Kim et al., 2024). 그리고 서울시 기상관측자료는 민원 수집과 동일 기간에 기상자료개방포털(https://data.kma.go.kr/)에 공개된 서울기상관 측소(SWS, 서울특별시 종로구 송월길 52번지, 위도; 37.57142°, 경도; 126.9658°, 해발고도; 85.67 m, 기관지점번호; 108)에서 관측한 13개 기상자료(일자료)를 활용하였다. 기상인자는 악취물질의 휘발, 확산 그리고 이동에 관여한다는 가정에서 분석대상으로 활용했으며, 13개 기상인자(단위, 일자료 취합방법으로 무표시는 시간평균임)는 기온(°C), 이슬점온도(°C), 지면온도(°C), 증기압(hPa), 현지기압(hPa), 해면기압(hPa), 가조시간(hr), 일조시간(hr, 합계), 일사량(MJ/m², 합계), 강수량(mm, 누적), 상대습도(%), 풍속(m/s), 풍향(o, 최다) 등이다. 또한 민원자료의 분류과정에서 취기의 강도나 지속시간을 반영한다고 판단하여, 중복 민원(중복 여부 및 정도는 확인 불가)을 포함한 상태로 자료를 정리하였다.

Fig. 1의 (A)와 (B)는 SWS의 기상 및 관측장비 배치 현황으로 기상관측 환경기준(기상관측표준화법, ‘21)과 기상측기별 설치기준(기상청, ‘19)에 의해 설치되었으며, 기상관측업무는 자동화 시스템인 종관기상 관측장비(Automated Synoptic Observing System, 지상 기상관측지침, ‘24)로 운영한다.

2.2 서울지역의 기상관측량 평가

서울시 관내에서도 광역성, 고층화 및 지구온난화 등에 의해 지역별 집중호우나 도심의 열대야 등과 같은 국지적 기상관측량의 차이가 언론을 통해 확인되고 있다. 본 연구는 악취 발생과 기상요소의 관계를 평가하는 방법으로 SWS(기관지점번호; 108) 관측량을 서울 지역의 대표 관측량으로 활용하여 악취 발생의 기상학적 특성을 분석하였다. 이에 따라 SWS의 관측량이 서울지역을 대표할 수 있는지 여부를 검증하였다. 서울지역에서 운영하며, 기상관측소와 동일하게 장비를 운영· 관리하는 다른 목적의 기상관측자료를 활용하여 SWS 기상관측량과 상대 비교하였다. 상대 관측시설(M.O.E)은 Fig. 1(C)와 같이 배치되어 있고, 서울시에서 운영·관리하는 도시대기측정소(AQMS)와 산성우 측정망(ARMN)의 관측량이다. AQMS는 대기환경측정망 설치·운영지침(국립환경과학원장, ‘22)으로 종로구 등 25개 자치구에 1개소씩 설치되어 있으며, 기상요소인 기온, 상대습도, 풍향 그리고 풍속을, 동일한 지침으로 ARMN인 광진, 북한산, 양재, 용산, 구로 등 5개소에서 강수량을 측정하여, 이들 자료를 TMS (Telemetry Monitoring System)를 통해 수집되고, 서울시보건환경연구원에서 운영·관리하고 있다. SWS를 중심으로 AQMS(반경; 0.5~15.2 km)와 ARMN(반경; 5.1~13.3 km)은 가깝게는 0.5 km, 멀게는 15.2 km에 위치하고 있으며, 측정소의 기상장비는 기상산업진흥원 등의 기관에서 3년에 1회 정기적으로 검정한다.

기상관측량의 평가는 기준인 SWS와 25개 AQMS(기온 등 4요소) 그리고 5개 ARMN(강수량)의 일일 관측값 간의 상대 비율(Slope) 및 기준값(SWS)과의 차이를 관측값의 분산(R)으로 산정하였으며, 이를 통계적으로 평균 ± 표준편차 형태로 처리하여 정량적으로 평가하였다.

2.3 악취민원 발생속도(SR_OCE)의 평가

2014년부터 2021년까지 서울시 악취 민원과 기상관측량의 현황을 Table 1에 요약하였다. 기상요소는 관측 단위의 특성에 따라 온도와 관련한 기온, 이슬점온도와 지면온도, 압력과 관련한 증기압, 현지기압과 해면기압, 태양(빛)과 관련한 가조시간, 일조시간과 일사량, 수분과 관련한 강수량과 상대습도, 그리고 바람과 관련한 풍속과 풍향으로 구분하고, 기상요소의 기상학적 정의나 물리적 의미보다는 관측값 자체를 중심으로 평가하였다. 13개 기상요소가 악취 발생에 미치는 영향에 대한 선행 연구나 보고가 드문 실정이므로, 본 연구에서는 모든 기상요소에 대해서 평가과정과 결과를 상세히 기술하였다.

2014년에서 2021년까지 민원과 기상관측량 자료의 유효율(유효자료 일수/전체 일수 × 100, %)은 Table 1과 같이 99% 이상이었고, 악취 민원의 발생 범위는 0~946건/일, 최대로 일일 946건이 발생하였다. 기상요소인 온도는 –27.6~40.1°C, 현지와 해면기압은 981.0~1038.1 hPa, 증기압은 0.7~32.3 hPa, 가조시간과 일조시간은 0.0~14.8 hrs, 일사량은 0.0~30.4 MJ/m², 강수량은 0.0~144.5 mm, 상대습도는 17.9~99.8%, 풍속은 0.6~6.4 m/s 그리고 풍향은 20°~360° 범위에서 관측되었다. 대부분의 기상요소 산술 평균은 관측 범위의 중간값 부근에 분포하였지만, 강수량은 상대적으로 낮은 값에, 그리고 악취민원 발생 수도 발생 범위의 초반에 집중되는 경향을 확인하였다.

본 연구에 수집된 분석자료는 민원현황과 13종의 기상요소를 포함하여 총 14종이며, 14종 모두 2,922건의 일일 자료를 대상으로 분석하였다. 분석자료가 방대하고, 악취 민원과 기상관측량 사이의 상대적인 특성을 주관적인 판단을 최대한 배제하고 객관적으로 평가하기 위해서 민원현황과 기상관측량을 일정한 방식에 의해 구간으로 나누어 분석하였다. 임의적인 구간 분할로 인한 수학적 평가오류를 최소화하고, 요소의 특성을 최대한 반영할 수 있는 최적의 구간 수는 Sturges’ Rule(K = 1 + 3.3log(N), K; 구간 수, N; 관측자료 수)에 의해서 요소별 자료 수에 기반하여 일정 간격(Table 1의 ※4)으로 13개 구간으로 나누었다(Sturges, 1926).

기상요소를 13개 구간으로 나누고, 구간의 민원과 관측일 현황으로 구간별 악취민원 발생속도(SR_OCE)를 산출하였으며, 기상요소와 악취 발생 관계를 최고의 민원과 관측일의 발생 구간 그리고 집중구간 등으로 악취 발생의 특성을 평가하였다. 다음의 식 (1)과 같이 구간의 악취민원 발생속도(SR_OCE, case/day)는 구간에서 관측된 기상요소의 총 관측일 수(SD_NOD, day)에 대한 총 악취 민원 발생 수(SC_NOC, case)로 정의한다.

여기서, 구간의 민원 수와 관측일 수는 SR_OCE 분석 결과에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 동일 민원 수에 대해서 관측일 수가 적어지면 SR_OCE은 과대로, 동일 관측일 수에 대해서 민원수가 적어지면 SR_OCE은 과소 평가되는 오류를 최소화하기 위해서, 구간의 민원과 관측일 수의 규모에 대한 기준을 설정하여 기준 이하인 구간은 SR_OCE 평가 결과에서 배제하였다. 설정 기준은 구간 수(13)에 대한 전체 민원 수와 관측일 수(민원; 134,976건, 관측일; 2,922일)로, 7.7%(민원 수; 10,383건, 관측일 수; 225일) 이상인 민원 수와 관측일 수의 구간에서 SR_OCE를 도출하였다.

2.4 악취민원 발생강도(I_OCE)의 평가

발생원에서 악취물질이 휘발, 확산과 이동하여 악취 민원으로 발전하는 단계에서 다른 어떠한 요인보다 기상요소의 역할은 중요하지만, 메가시티 서울과 같은 거대도시에서 발생한 생활악취에 대한 기상요소의 역할 또는 영향에 대한 보고는 매우 드물다. 일부 강수 상황이나 풍속 등의 기상요소와 악취 발생 관계는 부분적으로 보고되고 있다. 이러한 현상은 생활악취의 중요성이 규제되는 악취물질보다 위험성이나 시급성이 낮고, 악취 발생 이후에 주민과 면담 등의 사후적이고 소극적인 상황 이해에 기초한 대처가 이루어지며, 서로 다른 기상관측량 단위로 인해 악취 발생에 관여 또는 기여 가능한 기상요소의 상대적 영향에 대한 평가가 어렵기 때문으로 판단한다.

본 연구에서는 기상관측 구간별 민원과 관측일 현황, 그리고 SR_OCE로 악취 발생 특성을 평가하였으며, 이는 기상요소의 일부 구간에 대한 악취 발생 특성으로, 이를 기상요소의 전체 관측량 범위로 확대하여 기상요소가 악취 발생에 미치는 영향을 악취민원 발생강도(I_OCE)로 식 (2)와 같이 정의하고, 평가하였다.

I_OCE는 개별 기상요소의 13개 구간의 SR_OCE에서 전체 악취민원 발생속도(기준, 46.2 cases/day) 이상인 구간의 민원(case)과 관측일 수(day) 현황을 반영하여, 평가범위를 전체 기상관측범위로 확대하는 기법이다. I_OCE는 최고구간의 SR_OCE를 평가하는 과정에서 제외된 7.7% 이하의 민원과 관측일 현황도 포함하며, 전체 기상요소의 관측범위에서 악취 발생에 미치는 영향을 정량화하며, 기상요소의 상대적인 악취발생에 대한 기여도 평가에도 활용하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 메가시티 서울에서 기상관측량의 공간적 특성

메가시티 서울은 고층화와 더불어 도시화에 의해 광역화가 가속되고 있으며, 이상기후로 인한 국지성 호우나 도시열섬 등으로 인해 도심 내에서도 기상관측량이 서로 다르게 관측되는 상황이다. 광역화된 메가시티 서울에서 SWS의 기상관측량에 대한 공간적 특성을 분석하고, 생활악취 발생과 기상요소의 관련성을 평가하는 과정에서, 선행적으로 SWS 기상관측량의 적용에 대한 타당성을 확보하기 위해서 SWS 관측량과 서울시 전역에서 다른 용도로 운영하는 기상관측량을 비교하였다. 기상관측량은 SWS(종로구 송월동)에서 서울의 최외곽(송파구 마천동, 반경; 19.4 km)에 설치된 AQMS와 ARMN으로 2014년 1월부터 2021년 12월까지 일일 관측자료를 활용하였다.

Fig. 2에 SWS에서 가장 원거리에 위치한 금천 AQMS(거리; 15.2 km)의 기온(A), 풍속(B), 풍향(C), 상대습도(D) 그리고 양재 ARMN(거리; 13.3 km)의 강수량(E)과 SWS 관측량 사이의 상관분석(correlation analysis) 결과를 나타내었다. 그리고 SWS와 25개 AQMS(기온 등 4요소) 그리고 5개 ARMN(강수량) 사이의 상대적 관측량(Slope)과 관측량 분산(R)의 통계(F, Mean±SD) 결과를 표시하였다. 상대적 관측량(Slope) 과 분산(R)이 1.000에 근접할수록 두 지점의 거리와 무관하게 기상관측량의 방향성과 관측량이 상호 일치에 가까우며, 0.000에 근접할수록 거리에 따라 기상관측량의 변화가 심하고, 서로 다른 방향성과 관측량에 차이가 존재한다고 판단한다.

SWS에 대한 가장 원거리인 위치한 AQMS와 ARMN(금천과 양재) 사이의 관측량을 평가한 결과(A~E), 기울기(Slope, 상대적 관측량)는 기온(A) 0.970, 풍속(B) 0.317, 풍향(C) 0.389, 상대습도(D) 0.924, 그리고 강수량(E) 0.653으로 분석되었다. AQMS의 기온 (A)과 상대습도(D)는 SWS의 관측량과 유사하지만, 풍속(B)과 풍속(C)은 30% 정도, 강수량(E)은 60% 정도로 관측량이 축소되었다. 강수량은 관측량의 차이는 있지만, 최대 반경 13.3 km에서도 동일 관측일에 강수량이 감지되는 비율이 약 66.3%~68.1%이었고, 관측일의 약 30%는 불일치 하는 강수 특성을 확인할 수 있었다. 한편, AQMS 관측량의 분산(R, 상관계수)은 기온(A) 0.999, 풍속(B) 0.561, 풍향(C) 0.472, 상대습도(D) 0.947, 그리고 강수량(E) 0.825으로 분석되었다. 이러한 결과로 기온, 상대습도 그리고 강수량은 풍속과 풍향보다 상대적으로 분산 정도가 작기 때문에, SWS 관측량 기준에 대해서 AQMS나 ARMN 관측량 차이는 크지 않았지만, 풍속과 풍향은 차이가 존재함을 확인할 수 있었다.

SWS와 25개 AQMS(5개 ARMN)의 기상관측량에 대한 기울기(Slope)와 분산(R)의 통계 분석(Mean±SD)한 결과, 기온(F와 A)과 관련하여 25개 AQMS의 평균 기울기(Slope, F)는 0.972 (R; 0.918)로, 가장 원거리인 금천 AQMS 기울기(A)는 0.970 (R; 0.999)으로 거의 일치하는 결과로 기온의 관측량은 SWS와 AQMS 사이의 거리와 관계없이 상대적 관측량이나 분산의 차이는 없다고 판단할 수 있기에, SWS의 기온관측량을 메가시티 서울의 대표기온으로 평가할 수 있었다. 상대습도(F와 D)에 대해서는 25개 AQMS의 평균 기울기(F)가 0.918 (R; 0.853)과 금천 AQMS 기울기(D)는 0.924 (R; 0.947)로 기온과 같이 거리와 관계없이 상대적 관 측량이나 분산의 차이는 없기에 SWS의 상대습도 관측량의 대표성을 확인할 수 있었다. 또한 강수량(F와 E)과 풍속(F와 B)에 대해서는 원거리 ARMN(E, 0.653 (R; 0.825))과 AQMS (B, 0.317 (R; 0.561))는 Fig. 2의 (F)와 같이 전체 ARMN와 AQMS의 통계분석 결과인 0.824 (R; 0.850)와 0.356 (R; 0.569)보다 관측량은 축소되지만, SWS에서 멀어져도 경향성은 유지되고, 분산은 동일수준으로 유지되는 특성을 확인하였다. 그리고 풍향(F와 C)에 대해서는 전체 AQMS의 기울기가 0.202 (R; 0.296), 가장 원거리인 금천 AQMS의 기울기는 0.389 (R; 0.472)로 SWS 관측량과 25개 AQMS 관측량의 상대 관측량이나 분산정도의 관계성을 확인할 수 없었다.

SWS와 AQMS 그리고 ARMN의 기상관측량을 비교한 결과, 기온과 상대습도를 제외한 강수량, 풍속 그리고 풍향은 국지적 집중호우의 발생, 도시의 고층화·밀집화·광역화에 따른 지표 마찰력 증가로 인해 지역별로 차이가 발생하는 결과를 발생하였다고 평가한다. 반면, 관측소나 측정소의 위치, 측정 높이 그리고 주변 환경 등의 차이도 영향을 미칠 수 있다고 해석도 가능하지만, 기후변화에 따른 집중호우나 도시화가 기상관측량 변동의 주요 원인으로 판단한다. 그러므로 도심의 생활 악취 발생에 기상인자의 영향을 평가하는 경우에는 원거리 기상관측자료의 활용에 대한 사전검토나 다양한 관점에서의 심층 분석이 필요하다고 판단한다.

3.2 기상관측범위에서 악취 민원 발생 특성

2014년부터 2021년까지 서울시의 악취 발생 현황(A)과 기상 관측 범위에서 악취 발생 현황(B~N)을 Fig. 3에 나타내었다. 8년간 총 악취 민원(A)은 134,976건, 일일 평균 46.2건이 발생하였다. 그리고 2018년부터 일일 200건을 초과하였고, 2019년에 최고의 일일 악취 발생 건수인 946건/일을 기록하였다. 민원은 연 단위로 일정한 시기에 집중되는 경향을 보였다.

온도와 관련된 기온(B), 이슬점온도(C), 그리고 지면온도(D)는 영하(–)의 관측범위에서도 일일 200건 이상의 민원이 발생하였으며, 온도가 증가할수록 일일 발생 민원 수도 증가하였다. 관측범위 후반에서 일일 최고 악취발생일이 확인되었다. 압력과 관련된 증기압(E)은 10 hPa 이하에서 민원이 집중되었고, 10 hPa 이상에서는 악취 발생이 일정 수준을 유지하였다. 현지기압(F)과 해면기압(G, 현지기압의 관측지점을 해수면 높이로 보정된 기압)은 관측범위 중반에서 악취 발생이 집중되었으며, 최고 악취 발생일도 관측범위 중반에서 확인되었다. 태양(빛)과 관련된 가조(H)와 일조(I)시간 그리고 일사량(J)은 관측범위 전체구간에서 일일 200건 이상의 악취 민원이 발생하였다. 특히, 가조시간은 최소와 최대 관측지점에서 악취 발생이 집중되었다. 가조와 일조시간 그리고 일사량은 모두 최대 관측지점에서 최고 악취발생일이 확인되었다. 수분과 관련된 강수량(K)은 강수가 없는 날, 그리고 상대습도(L)는 관측범위 중반에서 악취 발생이 집중되었고, 최고 악취발생일은 강수량이 없고, 상대습도는 45% 정도에서 확인되었다. 바람과 관련한 풍속(M)과 풍향(N)에서는 각각 약 2 m/s와 280o(북서) 부근에서 악취 발생이 집중되었으며, 풍향은 약 50o(북북동) 부근에서도 악취 발생이 집중되는 특성을 보였다.

이상과 같이, 생활악취는 2018년부터 200건/일 이상이 발생하였으며, 가조시간(H)과 풍향(N)은 기상관측 범위의 2지점에서, 그 외 11개 기상요소는 1지점에서 악취 발생이 집중되는 기상관측범위에서 악취 발생의 집중 그리고 최고 악취발생일 등의 특성을 확인할 수 있었다. Fig. 3(A~N)과 같이 기상요소 관측범위에서 악취 발생의 집중, 최고 악취발생일 현황, 그리고 기상관측범위에서 악취 발생의 변화 특성 등과 같은 시각적인 관점에서 기상요소의 영향을 평가하였다. 이러한 단순하고 주관적인 평가의 불확실성을 최소화하기 위해, Sturges’ Rule에 따라서 관측범위(2,922건)를 13개 구간으로 구획하고, 구간별 악취 발생 특성을 체계적으로 평가하는 방법의 필요성을 확인하였다.

3.3 기상관측구간의 악취 민원 발생 특성

8년간 시계열적 악취 발생 현황인 Fig. 3(A)와 그리고 기상관측범위에서 악취 발생 현황인 Fig. 3(B~N)를 13개 구간(Table 1의 간격(^※4))별로 악취 발생 현황(발생건수와 관측일)을 Fig. 4에, 그리고 13개 기상요소의 구간별 악취발생 현황(발생건수와 관측일)을 Fig. 5(A~E)에 나타내었다.

악취 민원수와 발생일은 구간별 일일 악취 민원수와 발생일 현황인 Fig. 4와 같이 1구간(72건/일 이하)에서 72,058건과 2,504일, 2구간(73~145건/일)에서 28,494건과 297일이 발생하였으며, 1과 2구간에서 민원 수는 전체의 74.5%, 발생일 수는 98.9%가 집중되었고, 그 이상 구간에서는 민원 수는 약 2,000건 그리고 발생일 수는 10일 이하로 유지되었다.

Fig. 5(A)에 온도와 관련한 기상요소인 기온(1, 1^※, °C), 이슬점온도(2, 2^※, °C) 그리고 지면온도(3, 3^※, °C)의 관측구간별 민원과 관측일(^※) 현황을 나타내었다. 기상관측량 사이의 상관관계는 각각 ⸢지면온도 = 1.06 × 기온 + 0.89, R² = 0.960⸥, ⸢이슬점온도 = 1.08 × 기온 – 9.40, R² = 0.906⸥, 그리고 ⸢이슬점온도 = 0.95 × 지면온도 – 9.34, R² = 0.829⸥로 분석되었으며, 세변수 사이의 상대적 계수는 평균이 약 1.03(1.06, 1.08, 0.95)으로 유사하였다. 기온 10°C일 때, 이슬점온도는 1.4°C, 지면온도는 11.5°C로 기상관측량의 상대적 관계가 성립하였다. 관측범위는 상이하지만, 관측값이 증가함에 따라 관측구간별 민원과 관측일 수는 초반 구간에서 모두 급속하게 증가하고, 중반 구간에서 정체 후에 다시 증가하다가 후반 구간에서 급속하게 감소하는 유사한 변동 특성을 확인하였다. 기온, 이슬점온도 그리고 지면온도의 관측구간에서 최고 민원 발생 구간(구간 평균, °C)은 각각 24.2(21.7%, 구간/전체 비중), 15.3(14.3%) 그리고 26.7(19.3%)이며, 최고 관측일 발생 구간은 각각 24.2(16.7%), 19.1(12.0%) 그리고 26.7(15.4%)이었다. 기상관측량의 상대적 관계식에 의해 기온(°C)으로 환산하면, 민원과 관측일 수의 최고 발생 구간은 각각 약 23.8 (≒ 24.2, 22.9, 24.3)와 약 25.0 (≒ 24.2, 26.4, 24.3)이었다.

Fig. 5(B)에 압력과 관련한 기상요소인 증기압(4, 4^※, 관측기압 = 표시기압 – 1,000, hPa), 현지기압(5, 5^※, hPa) 그리고 해면기압(6, 6^※, hPa)의 관측구간별 민원과 관측일(^※) 현황을 나타내었다. 해면기압과 현지기압 사이의 기상관측량 상관관계는 ⸢해면기압 = 1.05 × 현지기압 – 41.74, R² = 0.999)⸥로 두 기압의 상대적 관측량은 관측 범위는 다르지만 약 1.05로 거의 동일하며, 현지기압(해면)과 증기압 사이의 기상관측량 상관관계는 부(–) 로그형태로 감소하는 경향이 확인되지만, 분산 정도가 커서 상대적 관계식의 표현은 의미가 없다고 판단하였다. 현지(해면)기압의 구간별 민원과 관측일 현황은 초반 구간에서 급속하게 증가하다가, 중반 구간에서는 정체한 후에 후반 구간에서 급속히 감소하는 위로 볼록한 종형 곡선 형태를 보였다. 현지 및 해면기압에서 민원과 관측일의 최고 발생 구간은 각각 1,000.4(19.9와 14.6%)과 1,010.8(19.9와 14.1%)이며, 기상관측량의 상대적 관계식으로 해면기압 1,010.8을 현지기압(hPa)으로 환산하면 1,002.4로, 현지기압의 최고 발생 구간인 1,001.4 (≒ 1,000.4, 1,002.4)와 매우 유사함을 확인하였다. 증기압(hPa)의 민원과 관측일의 최고 발생 구간은 초반 구간인 4.3(13.2와 18.7%)이었고, 증기압이 증가하면, 민원 수는 일정하게 유지되다가 후반 구간에 급격하게 감소하였고, 반면, 관측일 수는 초반 구간부터 선형적으로 계속해서 감소하였다.

Fig. 5(C)에 태양과 관련한 기상요소인 가조(7, 7^※, hr)와 일조시간(8, 8^※, hr) 그리고 일사량(9, 9^※, MJ/m²) 의 관측구간별 민원과 관측일(^※) 현황을 나타내었다. 기상관측량 사이의 상관성은 확인할 수 없었다. 관측범위에서 구간별 가조와 일조시간의 민원과 관측일 현황은 아래로 오목한 형태이었으며, 일사량은 위로 볼록한 형태이었다. 특히, 일조시간의 관측일은 중간 구간에서 급속하게 증가 후 감소하였다. 가조와 일조시간(hr)의 최고 민원 발생 구간은 14.7(23.7%)과 15.1(14.1%)이었고, 최고 관측일 발생 구간은 9.7(17.6%)과 9.0(16.1%)으로 민원과 관측일의 최고 발생 구간에 차이가 있었다. 반면, 일사량은 민원과 관측일의 최고 발생 구간은 10.5(11.9와 14.2%)로 일치하였다.

Fig. 5(D)에 수분과 관련한 기상요소인 강수량(10, 10^※, mm)과 상대습도(11, 11^※, %)의 관측구간별 민원과 관측일(^※) 현황을 나타내었다. 기상관측량 사이의 상관성은 성립하지 않았지만, 상대습도 40% 이하에서는 강수량이 없고, 100% 정도에서는 강수량이 모든 범위에서 관측되었다. 강수량에 대한 민원과 관측일의 최고 발생 구간은 0.6(93.0과 92.8%)으로, 이후 지수적으로 감소하는 경향을 확인하였다. 상대습도는 민원과 관측일이 중반 구간에서 위로 볼록한 형태로 집중되었으며, 최고 발생 구간은 61.5(16.3과 15.7%)로 일치하였다.

Fig. 5(E)에 바람과 관련한 기상요소인 풍속(12, 12^※, 관측풍속 = 표시풍속/100, m/s)과 풍향(13, 13^※, °)의 관측구간별 민원과 관측일(^※) 현황을 나타내었다. 풍속은 2.2(28.0과 27.6%), 그리고 풍향은 57.9°(북동풍, 27.7 과 27.6%)를 중심으로 위로 볼록한 형태로 민원과 관측일이 집중되었으며, 최고 발생 구간도 일치하였다. 또한, 풍향은 280° 부근에서도 민원과 관측일이 집중되는 특성도 확인하였다. 그러나, SWS와 AQMS의 풍향 관측량을 비교한 결과(결과 1)에서 도시의 고층화 등으로 바람길 형성의 영향으로 SWS의 풍향 관측량을 기준으로 서울 전역의 생활악취 발생에 미치는 영향을 평가하기에는 기상관측량의 대표성에 대한 불확실성이 상대적으로 크기 때문에 평가 결과에 대한 신중한 고려가 필요하다고 판단된다.

생활악취 발생에 미치는 기상요소의 영향에 대해서 기상관측량의 구간별로 민원과 관측일 현황으로 평가한 결과, 민원과 관측일의 최고 발생 구간(차이 발생 시 관측일의 최고 발생 구간)은 기온이 24.2°C, 이슬점온도는 15.3°C (19.1°C), 지면온도는 26.7°C, 현지기압은 1,000.4 hPa, 해면기압은 1,010.8 hPa, 증기압은 4.3 hPa, 가조시간은 14.7 hrs (9.7 hrs), 일조시간은 15.1 hrs (9.0 hrs), 일사량은 10.5 MJ/m², 강수량은 0.6 mm, 상대습도는 61.5%, 풍속은 2.2 m/s, 그리고 풍향은 57.9o 이었다. 이슬점온도, 가조시간과 일조시간을 제외한 대부분의 기상요소는 민원과 관측일의 최고 발생 구간이 일치하였다. 위와 같이 관측구간으로 민원과 관측일 현황 등 2가지 요인으로 기상요소가 생활악취 발생에 미치는 영향을 간략히 평가하였지만, 구간별 악취 민원 수와 관측일 수의 최고구간이 불일치 하는 등의 문제점이 발견되었고, 생활악취 발생에 미치는 기상요소의 영향을 상대적으로 평가할 수 있는 새로운 방법론의 필요성을 확인하였다.

3.4 악취민원 발생속도(SR_OCE)에 의한 악취 민원 발생의 특성

기상요소에서 민원과 관측일 수의 최고구간의 차이에 대한 문제점, 그리고 민원 수나 발생일 수 모두 생활 악취의 민원 발생 특성을 평가하는 중요한 인자로 판단되기 때문에, 최고구간의 차이에 대한 문제점과 두가지 인자를 모두 포함할 수 있는 평가기법으로 제안한 구간별 악취민원 발생속도(SR_OCE)를 활용하여 13개 기상요소를 13개 구간으로 나누어 SR_OCE을 평가하고, 그 결과를 Fig. 6에 나타내었다.

Fig. 6과 같이 기상요소의 관측구간이 증가할수록 기온(1), 이슬점온도(2), 지면온도(3), 가조시간(7), 일조시간(8) 그리고 일사량(9)의 SR_OCE은 전반적으로 증가하였지만, 증기압(4), 상대습도(11) 그리고 최다풍향(13)은 증가한 후에 감소하였다. 그 외 현지기압(5), 해면기압(6), 강수량(10) 그리고 풍속(12)은 구간 초반부터 점차 감소하는 경향을 확인하였다. 기상요소 구간별 민원 발생의 최고 SR_OCE (case/day)는 일사량(95.2), 최다풍향(85.3), 일조시간(82.8), 가조시간(73.5), 지면온도(67.7), 해면기압(64.3), 강수량(64.2), 기온(62.7), 증기압(62.7), 현지기압(62.7), 이슬점온도(61.1), 상대습도(53.3) 그리고 풍속(51.2)의 순위이었으나, 구간별 민원 또는 관측일 현황에 적용한 7.7%(100%/13개 구간, 민원 수는 10,383건 그리고 관측일 수는 225일) 미만 기준(SR_OCE의 과대 또는 과소평가의 예방)으로 제외하고, 재평가한 최고의 SR_OCE 순위는 가조시간(73.5), 지면온도(67.7), 일사량(65.1), 해면기압(64.3), 기온(62.7), 현지기압(62.7), 이슬점온도(60.3), 증기압(58.7), 일조시간(54.1), 상대습도(53.1), 풍속(51.2), 최다풍향(48.7) 그리고 강수량(46.3)으로, 제한조건을 적용하면 순위가 변동되었다.

생활악취 발생에 미치는 기상요소를 구간별 SR_OCE로 평가한 결과, 최고 SR_OCE은 가조시간으로, 가조시간(태양이 일출해서 일몰까지 시간)은 기상변화보다는 지리적 위치에 따른 시계열적 요소임을 고려할 때, 이 결과에 대한 추가적인 해석과 분석이 필요하다고 판단하였다. 그리고 생활악취에 미치는 기상요소를 부분적(최고 또는 일부구간)인 민원 수와 발생일 수를 활용한 SR_OCE 최고구간으로 평가하는 기법에서 제한조건으로 제외된 민원과 관측일 수도 포함하는 전체 관측범위를 대상으로 하는 광의적인 평가기법의 필요성을 확인하였다.

3.5 악취민원 발생강도(I_OCE)에 의한 악취 민원 발 생의 특성

기상관측구간의 SR_OCE 평가기법에서 배제된 민원과 관측일 구간을 포함하는 기법으로, 전체 악취 민원 발생 수(134,976건)와 관측일 수(2,922일)를 기준으로 평균 악취 발생 속도(46.2 건 /일) 이상인 기상요소별 SR_OCE 구간 수, 민원과 관측일 현황, 그리고 이를 활용한 악취민원 발생강도(I_OCE)를 Table 3에 정리하였다.

Table 3과 같이 평균 악취 발생 속도(46.2 건/일) 이상인 기상요소의 구간 수는 증기압(9), 최다풍향(8), 기온과 표면온도(7), 이슬점온도, 현지기압, 해면기압, 가조시간 그리고 일사량(6), 상대습도(5), 일조시간, 강수량 그리고 풍속(4) 순서로 많았다. 평균 악취 발생 속도 이상인 구간에서 기상요소별 민원 수(전체 비중; %)는 강수량(98.0), 기온(71.4), 풍속(70.4), 지면온도(68.8), 풍향(64.5), 이슬점온도(63.6), 증기압(62.9), 해면기압(60.3), 가조시간(60.0), 현지기압(58.7), 상대습도(52.3), 일사량(44.2) 그리고 일조시간(28.6)으로, 강수량에서 가장 많은 악취 민원이 발생하였다. 그리고 동일하게 관측일 수는 강수량(97.3), 풍속(66.4), 풍향(60.6), 기온(58.4), 지면온도(55.6), 이슬점온도(52.7), 증기압(52.1), 상대습도(48.9), 해면기압(48.9), 현지기압(47.3), 가조시간(45.8), 일사량(32.0) 그리고 일조시간(21.8)으로 역시 강수량에서 가장 많이 관측되었다.

위에서 광의적으로 민원과 관측일 수를 모두 포함하여 산출한 기상요소별 I_OCE는 일사량(63.8), 가조시간(60.5), 일조시간(60.3), 현지기압(57.2), 표면온도(57.1), 해면기압(57.0), 기온(56.4), 증기압(55.8), 이슬점온도(55.7), 상대습도(49.4), 최다풍향(49.2), 풍속(49.0) 그리고 강수량(46.5)의 순으로 높았으며, 최고의 I_OCE 기상요소는 일사량(63.8 건/일)이며, 최저는 강수량 (46.5 건/일)으로 일사량이 강수량보다 약 37.2%나 높게 생활악취 민원 발생에 영향을 미치는 결과가 도출되었다.

서울시 기상관측 범위에서 SR_OCE을 도출하고, 평균 악취민원 발생속도(46.2 건/일) 이상인 구간의 민원과 관측일 수를 기반으로 기상요소가 생활악취 민원 발생에 미치는 영향을 Table 3과 같이 기상요소의 유사성 그룹별로 I_OCE를 평가하였다. 태양(빛) 관련 기상요소(가조시간, 일조시간, 일사량)가 평균 61.5 건/일로 가장 높고, 수분과 관련한 기상요소(강수량, 상대습도)가 47.5 건/일로 가장 낮다고 판단하였다. 이러한 결과는 악취 유발물질이 배출원 또는 발생지역에서 악취 민원으로 전개되는 과정에서 흡착과 흡수 등의 효과를 제공하는 수분과 관련한 기상요소보다는 악취 유발물질의 휘발, 확산과 이동 등의 효과에 영향을 미치는 태양 관련 기상요소에 의한 기여도가 높다는 의미로도 해석할 수 있다.

4. 결 론

2014년부터 2021년까지 인구밀도는 높고, 공공환경 기초시설이나 근린생활시설 외에 규제시설이나 관리지역이 없는 메가시티 서울에서 발생하는 생활악취 발생과 관련하여 민원현황과 기상관측량을 활용하여 생활 악취 발생과 기상요소 사이의 관계를 분석하였으며, 이를 통해 기상학적 관점에서 생활악취 민원 발생 특성을 평가하였다.

악취 민원은 2018년 이후 일일 200건 이상이 발생하였으며, 가조시간과 풍향을 제외한 11개 기상요소(기온, 이슬점온도, 지면온도, 증기압, 현지기압, 해면기압, 일조시간, 일사량, 강수량, 상대습도, 그리고 풍속)는 1지점 부근에 민원이 집중되는 특성을 확인하였다. 반면, 가조시간과 풍향은 2지점 부근에 민원이 집중되었다. 다수의 악취 민원 수와 발생일 현황에 대해 주관적인 판단을 최소화하고 모집단의 특성을 최대한 유지할 수 있는 합리적인 구간(13개)으로 구획하여 민원과 관측일 수의 특성을 평가하였다. 민원과 관측일 수가 가장 많았던 기상관측구간(구간 평균)은 기온이 24.2°C, 지면온도가 26.7°C, 현지기압은 1,000.4 hPa, 해면기압은 1,010.8 hPa, 증기압은 4.3 hPa, 일사량은 10.5 MJ/ m², 강수량은 0.6 mm, 상대습도는 61.5%, 풍속은 2.2 m/s, 그리고 풍향은 57.9°로, 민원과 관측일 수의 최고 구간은 일치하였지만, 이슬점온도는 15.3°C(민원)와 19.1°C(관측일), 가조시간은 14.7 hrs와 9.7 hrs 그리고 일조시간은 15.1 hrs와 9.0 hrs로 일치하지 않음을 확인 하였다.

구간별 민원과 관측일 수의 최고구간이 불일치하는 문제점과 악취 발생에 미치는 기상요소의 영향을 상대적으로 평가하기 위해 민원과 관측일의 특성을 동시에 반영하면서도 모수의 영향을 배제(7% 미만)한 기상관측량 구간별 악취민원 발생속도(SR_OCE, 건/일)로 평가하면, 가조시간(73.5), 지면온도(67.7), 일사량(65.1), 해면기압(64.3), 기온(62.7), 현지기압(62.7), 이슬점온도(60.3), 증기압(58.7), 일조시간(54.1), 상대습도(53.1), 풍속(51.2), 최다풍향(48.7) 그리고 강수량(46.3)의 순으로 가조시간이 생활악취 민원발생에 구간별 영향으로 가장 높았다. 다만, 가조시간은 기상변화보다는 지리적 위치에 따른 시계열적 요인이 크기 때문에 추가적인 해석이 필요하다고 판단하였다. 그리고 구간별 악취민원 발생속도(SR_OCE)에서 제한된 민원과 관측일 수도 모두 포함한 전체 기상관측량 범위를 반영한 악취 민원 발생강도(I_OCE, 건/일)로 기상요소가 생활악취 민원 발생에 미치는 영향을 평가한 결과, 일사량(63.8), 가조시간(60.5), 일조시간(60.3), 현지기압(57.2), 표면온도(57.1), 해면기압(57.0), 기온(56.4), 증기압(55.8), 이슬점온도(55.7), 상대습도(49.4), 최다풍향(49.2), 풍속(49.0) 그리고 강수량(46.5)의 순으로, 가장 상위인 일사량은 강수량보다 37.2% 높게 생활악취 민원 발생에 영향을 미쳤다고 판단하였다. 그리고 태양(빛) 관련 기상요소(가조시간, 일조시간, 일사량)의 평균 I_OCE는 61.5 건/일로 다른 기상요소보다 생활악취 민원 발생에 가장 큰 영향을 미치는 결과가 도출되었다.

악취 발생에서 기상인자의 역할이나 조건 등의 선행 보고와 본 연구 결과의 특징을 평가하면 다음과 같이 요약할 수 있다. 악취를 주로 발생시키는 기온은 겨울철보다는 기온이 높고 대기가 불안정한 여름철이고, 특히 20~28°C로 온도가 감소하면 민원도 감소한다는 결과(Kim et al., 2003;Sattler and Devanathan, 2007)에 대해서 기온의 구간별 평가에서 최고로 악취민원을 발생시키는 기온은 24.2°C 부근이며, 민원이 집중되는 온도의 전과 후에서 악취 발생 특성을 명확하게 확인하였다. 풍속은 2~4 m/s에서 악취가 집중적으로 발생한다는 결과(Kim et al., 2003;Schauberger et al., 2006;Olafsdottir and Gardarsson, 2013)에 대해서 2.2 m/s 를 중심으로 집중적으로 악취가 발생하고, 강풍보다는 약풍에서 악취 발생이 증가하며, 풍속이 증가하면 악취 발생이 급속하게 저하되는 특성도 명확하게 확인하였다. 상대습도의 악취 발생 구간은 60~80%라는 결과(Kim et al., 2003)에 명확하게 61.5%에서 최고로 악취가 발생하며, 강수량이 없으면 농도가 증가는 결과(Schauberger et al., 2006)에 대부분은 강수량이 없는 조건이라 판단하지만, 0~11.1 mm(평균 0.6 mm) 구간에서 민원과 관측일 수가 90% 이상 집중되었고, 강수량이 증가하면 악취와 관측일 수도 지수적으로 감소하는 결과를 확인할 수 있었다. 다만, 기온이 악취 발생 증가에 가장 큰 영향을 미치는 기상요인이라는 보고(Ozkal, 2023)와 다르게 악취 발생 강도(I_OCE)의 평가에 의하면, 일사량이 기온보다 영향이 크다는 결과를 확인할 수 있었다. 그리고 풍향은 악취 발생에서 협의적이고 국소적인 범위 또는 특정 악취 발생원의 검토 등에서 의미를 찾을 수 있지만, 광의적인 범위 또는 불특정 도심에서 생활악취 발생(사방으로 확산)에 미치는 기상 요소로는 의미가 다른 기상요소보다 낮다고 판단하였다. 다만 시설이나 발생원의 인위적인(방지시설의 비정상 가동 등) 상황이 기상요소보다 악취 발생에 미치는 영향이 크다면, 인위적인 요소를 배제한 기상요소의 상대적인 악취 발생의 영향에 대한 재평가 또한 필요하다고 판단한다.

지역의 악취농도가 높은 경우에 역으로 지역의 기상도를 확인할 수 있다라는 악취농도와 기상요소는 상호 밀접한 관계가 있다는(Olafsdottir and Gardarsson, 2013) 의미에서 기상요소가 생활악취 발생에 미치는 영향을 다각적으로 분석하고, 생활악취 민원 발생에 대한 선행적 기상요소의 지표가 도출된다면, 기상예보를 활용하여 도시에서 발생할 수 있는 생활악취 발생의 정도를 예측하는 악취 예보제도의 시행도 가능하다고 판단한다. 향후, 이러한 결과를 활용하여 생활악취에 대한 시민의 적절한 대응과 주요 악취 발생원으로 판단되는 도심의 공공환경기초시설이나 근린생활시설의 저감 대책과 관리방안 등 사전 대응 시스템의 구축도 가능하리라 판단한다. 그리고 생활악취 범위를 넘어서 지정 배출원이나 관리지역에서도 기상인자를 활용한 악취 발생 저감방안의 모색도 가능하리라 판단한다.