공공보건 개선을 고려한 오존 오염에 대한 연방 정부 기준 강화로 인해, 이를 측정할 과학적 방법과 모델 수립의 중요성이 더욱더 커지고 있다. 미국 해양대기관리처와 콜로라도 대학교는 해당 내용을 골자로 하는 논평을 “Science” 최신호에 발표하였다.
Owen Cooper 박사는 논평에서, 새롭고 강력한 오존 기준 설정은 주 및 지역 수준의 대기질 관리자에게 도전 과제가 될 것으로 보았다. 지난 11월, 미국 환경보호청은 일차 오존 기준을 75ppb에서 70 또는 65ppb로 낮추는 기준안을 제시하였다. 이는 기존에 알려진 노약자 및 천식과 같은 호흡기 질환자에게 미칠 수 있는 오존의 영향력을 바탕으로 설정되었다. 환경보호청의 최종 결정은 2015년 10월에 완료될 것으로 예상된다.
오존 오염은 다양한 발생원에 의해 일어나며 일부는 지역 경계를 넘어서기도 하기 때문에, 주 정부 및 지역 공무원들에게는 이번의 오존 기준 재설정이 새로운 문제로 다가오고 있다. 특정 장소의 경우, 일정량의 오존 오염이 자동차와 기타 발생원 등의 지역 오염원에 의해 발생한다. 하지만 추가적인 오존 발생량은 바다를 건너 오거나 미국의 다른 지역에서 날아온 것일 수 있다. 또한 일부 오존의 경우 대기 오존층 상단에서 하강하거나 자연 발생원으로부터 생산된 것이다.
Cooper 박사는 이러한 모든 오존 발생원의 분류는 과학을 통해 이루어진다고 강조한다. 그는 "이러한 작업은 쉽지 않지만, 우리 연구자들은 오존이 어디에서 발생했는지 밝혀내는 방법을 알고 있다. 이러한 발생원 정보는 대기질 관리자가 적정한 지역 오존 발생량 한계를 감소시킬 때 알아야 할 필요가 있는 바로 그 정보"라고 설명하였다.
오존은 사람의 호흡기 건강에 영향을 미치는 오염물질일 뿐 아니라, 식물 성장을 방해하고 곡물에 위해를 가한다. 오존은 대기 중으로 배출된 질소 산화물(NOx)과 휘발성유기화합물(VOCs)이 태양광 아래에서 반응을 일으키면서 발생한다. 자동차, 전력발전소 및 기타 발생원으로부터 배출되는 질소 산화물과 휘발성유기화합물을 제어하기 위해 미국 내 수많은 자치 주들은 현재의 75ppb 기준을 만족하여야 한다. 현재 기준으로, 목표 달성을 하지 못한 자치정부의 수는 227개이나, 기준을 70 또는 65ppb로 강화할 경우, 목표 미달 자치 정부의 수는 각각 358, 558개로 늘어날 것으로 보인다.
과학자들은 이번에 발표된 논평에서, 얼마나 많은 오존이 미국으로 유입되고 있는지 정량화해야 한다고 주장한다. 이를 위해서는 추가적인 측정이 필요하며, 지상에서의 기기 측정 및 항공기와 기구를 이용한 대기 측정이 요구된다. 이러한 관찰모델 결과를 바탕으로, 과학자들과 대기질 관리자들은 특정 지역의 오존 발생원을 결정하는데 활용되는 컴퓨터 모델의 성능을 평가할 수 있게 된다. 컴퓨터 모델의 예측값이 관측값과 성공적으로 일치할 경우, 과학자들과 대기질 관리자들은 앞으로의 국내 오존 오염 제어 조치를 더 강력한 신뢰감을 바탕으로 진행할 수 있다.
비지역적 요소가 특정 인근에 중요하게 작용할 경우 미국의 오존 규제 체계에는 예외와 기타 허용량에 관한 단계를 가지기 때문에, 이러한 정보는 매우 중요하다. 동아시아 등지에서 미국 서부로 유입된 발생원으로 인해 오존 농도의 기준 범위(baseline)가 영향을 받는 등, 최근 수십년 동안 외부 요인의 영향 또한 커져왔다. Cooper 박사는 "오존 기준 범위는 증가하고 있으며, 특히 높이 증가한 지역인 미국 서부 지역은 성층권 또는 역풍 발생원에서 발생하는 고농도의 오존에 더욱 강력하게 영향을 받는다. 공공 보건 보호를 위해 연방 오존 기준 수치를 낮출 경우, 대기질 관리자를 위한 자유재량권이 감소할 것으로 보인다. 측정과 과학이 이러한 새로운 규제의 지평을 성공적으로 안내하는데 중요한 역할을 할 것"이라고 설명하였다.
Stricter limits for ozone pollution would boost need for science, measurements
A tougher federal standard for ozone pollution, under consideration to improve public health, would ramp up the importance of scientific measurements and models, according to a new commentary published in the June 5 edition of Science by researchers at NOAA and its cooperative institute at the University of Colorado Boulder.
The commentary, led by Owen Cooper of the Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences and NOAA's Earth System Research Laboratory, looks at how a new, stricter ozone standard would pose challenges for air quality managers at state and local levels. In November, the Environmental Protection Agency proposed lowering the primary ozone standard from 75 parts per billion (ppb) to 70 or 65 ppb, based on ozone's known effects on children, the elderly and people who have lung diseases, such as asthma. A decision by the EPA Administrator is expected in October 2015.
The problem for state and local officials is that ozone pollution has several sources, some of which are beyond their borders. At any given place, a certain amount of the ozone pollution comes from local emissions by vehicles and other sources. Additional amounts can blow in from pollution sources across the ocean or in other parts of the United States. And some ozone is produced from natural sources or descends from the upper atmosphere's ozone layer.
Sorting all this out is where science comes in, says Cooper.
"It's not easy, but we do know how to figure out where the ozone comes from," he said. "This source information is exactly what air quality managers will need to know when the margin for allowable locally produced ozone shrinks."
Ozone is a pollutant that has respiratory health effects in humans and also impairs plant growth and damages crops. It is produced when emissions of nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOCs) react in the presence of sunlight. Controls on NOx and VOC emissions from vehicles, power plants and other sources have enabled many U.S. counties to meet the 75 ppb standard, but the number of counties in "nonattainment" status (currently at 227) would jump to 358 or 558 if the standard is revised to 70 or 65 ppb, respectively.
The new commentary suggests that to quantify how much ozone flows into the United States from all upwind sources, additional measurements would be needed, from instruments on the ground, on balloons and on aircraft. These observations could help scientists and air quality managers evaluate the performance of the computer models that are used to determine sources of ozone at a particular location. Once the models can successfully replicate the observed ozone levels, scientists and air quality managers will have greater confidence in the model estimates of how much of that observed ozone is beyond the reach of domestic control measures.
That information is critical because the U.S. regulatory framework has procedures for exceptions and other allowances if non-local factors are significant for a given locality. And, those outside factors have been growing in recent decades, with sources in South and East Asia pushing up the baseline of ozone that enters the western U.S., for example.
"The ozone baseline is rising, especially in high-elevation regions of the western U.S. that are more strongly influenced by high ozone coming from upwind sources or from the stratosphere. Lowering the federal ozone standard to protect public health will reduce the wiggle room for air quality managers. We point out that measurements and science will be crucial to successfully navigating the new regulatory landscape," Cooper said.
The EPA has stated that it will assist states in ensuring that sources of ozone outside of U.S. borders do not create unnecessary control obligations.
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