황사와 미세먼지의 차이

국립기상과학원 황사연구과장 류상범

최근 황사와 미세먼지에 대한 관심이 많아지면서 관련 뉴스를 전하는 언론 보도 역시 예전에 비해 구체적이고 전문화되고 있다. 일각에서는 21세기에 가장 신속하게 대처하고 극복해야할 문제로까지 인식되고 있는 듯하다. 작년에 개봉되었던 화제작 ‘인터스텔라’에서 주인공이 새로운 지구를 찾아 우주로 떠나야만 했던 이유의 근본 원인으로 우리가 황사라 부르는‘모래폭풍’을 설정하였다. 대기 중 먼지현상인 황사와 미세먼지가 어떤 현상이기에 이처럼 뜨거운 관심을 받고 있는가?

황사는 자연현상이다.
황사와 미세먼지는 하늘을 부옇게 만들고 먼거리까지 이동한다는 점에서 매우 비슷하나 주로 봄에 영향을 주는 황사와 달리 미세먼지는 일년내내 영향을 주며 발생과정과 특성 역시 많은 차이가 있다. 황사는 주로 아시아 대륙의 몽골과 중국의 사막지역, 황하 중류의 건조 지대, 황토 고원, 내몽골 고원에서 한랭전선의 후면에서 부는 강한 바람에 의해 흙먼지나 모래가 공중으로 떠올라 바람을 타고 이동하면서 천천히 지표에 떨어지는 현상으로, 삼국사기와 같은 옛 문헌에도 기록되어 있는 아주 오래된 자연현상이다.
그림 1은 최근 13년간 우리나라로 유입된 황사의 경로별 발생률을 정리한 것이다. 국내로 유입되는 황사의 80% 이상은 고비 사막과 내몽골 고원에서 발원되어 북서기류를 타고 이동해 왔음을 알 수 있다. 그리고 약 18% 정도가 중국 북동지역에서 발원한 것이다. 황토 고원에서 발원한 황사가 우리나라에 영향을 준 경우는 매우 드물다. 발원지에서의 황사입자 크기는 1∼1,000㎛로, 이 중 우리나라에서 관측되는 황사입자의 크기는 대기에서 수 일 이상 떠다닐 수 있는 약 1∼10 ㎛ 크기이다. 황사에는 칼슘, 마그네슘 등 자연기원의 물질이 많이 있다.

그림 1. 최근 13년간 (2002~2014년, 114 사례)의 황사유입 경로별 발생율
         (출처 : 국립기상과학원 황사연구과)

미세먼지는 인위적이다.
이와 달리 최근 국내외적으로 많은 관심을 받고 있는 미세먼지는 가정의 난방과 취사, 자동차 운행, 공장에서의 화석연료의 사용, 산불 및 화전 경작 등으로 발생한 인위적인 의해 발생한 입자로, 크기는 황사보다 훨씬 작은 2㎛ 이하이다. 미세먼지에는 사람에게 해로운 황산염, 질산염, 중금속 등이 많이 포함되어 있으므로 미세먼지 농도가 높아지면 황사때 보다 더 많은 주의가 필요하다. 그리고 현재 중국 동부지역의 활발한 산업 활동으로 배출된 미세먼지들이 국경을 넘어 우리나라에 영향을 주고 있다.

송월동에 위치한 기상청 서울 황사감시센터에서 다단식 에어로졸 입자 포집기(MOUDI, Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor)의 여과지를 이용하여 입자 크기별로 포집한 황사 입자와 미세먼지 입자의 특성을 비교해 보면 그 차이를 뚜렷하게 알 수 있다. 그림 2의 왼쪽은 지난 2월말 이례적으로 짙은 겨울 황사가 우리나라에 영향을 주었을 때 여과지로 포집한 황사의 입자 크기별 수농도의 분포와 색깔을 보여준다. 주로 1.8∼10㎛ 입자 크기에서 고농도를 나타나며 여과지에 포집된 입자의 색깔은 누런 황토 색깔을 띠고 있다.
이와 달리 작년 2월말 미세먼지 농도가 높았을 때 여과지로 포집한 그림 2의 오른쪽에서는 0.56∼1.8㎛ 입자크기에서 고농도가 나타나며 색깔은 짙은 회색이다. 즉 황사는 주로 발원지인 사막이나 건조 지대의 토양에서 만들어진 흙먼지로 이루어져 있지만, 미세먼지는 대부분 자동차나 공장에서 발생한 검은색의 아주 작은 입자인 검댕이 같은 오염물질로 이루어져 있음을 알 수 있다.

그림 2. 황사와 미세먼지의 입자크기별 수농도 특성 차이 (출처 : 국립기상과학원 황사연구과)

황사와 미세먼지의 예측방법
이러한 황사와 미세먼지의 발생원과 성분의 차이로 인해, 황사와 미세먼지 발생을 감시하고 이동경로를 예측하는 방법 역시 차이가 있다.
황사는 기상청에서 황사 발원지와 그 부근에 설치한 「한‧중 황사공동 관측망」과 위성 정보 등을 이용하여 발원지의 상태와 이동경로상 황사의 농도변화를 실시간으로 감시하고, 또한 자체 개발한 황사예측모델「아담2」을 이용해 발원지에서 발생한 황사가 우리나라에 어떤 영향을 줄 것인지를 사전에 예측한다.
한편 미세먼지의 경우, 소관부서인 환경부의 국립환경과학원과 날씨를 예보하는 기상청의 긴밀한 협업에 의해 미세먼지예측 정보를 생산하고 있다.

현재 동작구 신대방동 기상청 본부청사에서 합동 근무 중인 환경부 국립환경과학원과 기상청의「환경기상 통합 예보실」은 현정부의 주요 정책 방향 중 하나인 ‘부처간 벽 허물기과 협업’의 대표적인 사례이다. 향후에도 환경부와 기상청은 긴밀한 협업을 통해 황사와 미세먼지의 감시 및 예측기술을 향상시켜 황사와 미세먼지의 피해를 최대한 억제한‘안전 대한민국’을 만드는데 노력을 아끼지 않을 것이다.
지난 중국출장 때 방문한 상하이와 베이징의 거리에서는 미세먼지 대응을 주제로 한 여러 종류의 광고 벽보들을 쉽게 눈에 띄었으며, 그동안 경제성장을 위해 환경보전에 무관심했던 중국에서 경제성장 대신 환경을 강조하는 뉴스가 연일 방송되어 매우 인상적이었다.