본 연구는 노인 노쇠 코호트 참여자를 대상자로, 농도 추정 알고리즘이 적용된 실외 실시간 PM2.5(Particulate Matter less than 2.5 μm in diameter) 간이측정기 기반 농도를 측정하고, 이 측정값을 인근 국가 측정망의 측정결과와 비교하여, 서로 간의 연관성을 확인하고자 하였다. 이를 통해 국가측정망 대비 간이측정기의 오차 정도를 확인하고 이러한 오차에 영향을 미치는 결정인자를 확인하여 실외 노출량 측정이 국가 측정 인프라로는 접근이 어려운 PM2.5 측정 사각지대를 간이측정기 자료와 연동하여 농도 추정의 고도화를 달성할 수 있도록 하고자 하였다.

연구를 진행하기 위해 도시, 산단, 농촌에 거주하는 만 65세 이상 비흡연자 노인 각 29명, 26명, 26명(총 81명)에 대한 실외 PM2.5 측정은 2021년 11월부터 2022년 7월까지 가을, 겨울, 봄, 여름의 순으로 4계절 (계절별 2주) 동안 수행되었다. 본 연구에서는 연구진이 직접 환경부의 인증기관으로부터 1등급 인증을 받은 간이측정기를 연구참가자의 동의하에, 아파트 베란다 외부나, 일반 주택 또는 빌라의 외부 공간에서 측정하였다. 연구 진행시, 대기오염 이외 국소 배출원(차량, 흡연)의 영향을 최소화 하기 위해, 아파트 빌라 등의 장소에서 주차장, 흡연장소가 간이측정기 설치장소와 대면할 경우 위치를 옮겨 설치하였고, 자료의 이상치 존재여부를 확인하여, 국소배출원의 영향을 최소화 하였다.

실외 PM2.5 측정은 실시간 PM2.5 간이측정기를 활용하여, 자료의 저장 및 정제과정을 거친 1시간 자료를 활용하였고, 연구기간 동안의 국가측정망 PM2.5 데이터와 기상데이터를 추출하여 실외 간이측정기 설치 주소와 가장 인근 지역에 있는 국가측정망 자료를 연동하여, 108,997건의 간이측정기-국가측정망 자료의 쌍을 확보하였다.

간이측정기로 측정된 각 가을, 겨울, 봄, 여름의 실외 PM2.5 농도의 농도분포는 국가측정망의 값과 비슷한 것으로 나타났다. 1시간 간격의 국가측정망의 PM2.5 농도값(N) 대비 계절별 실외 간이측정기(O)의 농도비(O/N)의 중앙값(사분위수)은 가을철 도시, 산단, 농촌이 0.7(0.5~1.0), 1.0(0.8~1.3), 1.0(0.7~1.4)로 나타났고, 겨울철 도시, 산단, 농촌은 0.9(0.7~1.1), 1.0(0.8~1.2), 0.9(0.7~1.1)로 나타났다. 봄철 도시, 산단, 농촌의 농도비 중앙값(사분위수)은 0.9(0.7~1.2), 1.0(0.7~1.4), 1.0(0.7~1.4)로 나타났으며, 여름철 도시, 산단, 농촌은 0.8(0.6~1.2), 1.0(0.7~1.5), 0.9(0.5~1.7)로 나타났다. 동일한 계절내 도시, 산단, 농촌의 농도비 분포는 통계적으로 유의한 차이(p＜0.001)가 있는 것으로 나타났다.

국가측정망 대비 실외 간이측정기의 오차는 계절성을 보이는 것으로 나타났다. 가을철 실외 간이측정기 자료와의 국가측정망 자료의 오차(Bias)는 중앙값(사분위수)으로서 -0.1(-0.4~0.2)로 나타났고, 겨울철과 봄, 여름은 각각 -0.1(-0.3~0.1), 0.0(-0.3~0.3), 그리고 -0.1(-0.4~0.4)로 나타났다.

이러한 오차에 영향을 미치는 요인을 다변수 회귀분석으로 평가하였다. 국가측정망 자료의 자체 분산 그리고 간이측정기 데이터의 분산, 국가측정망과 간이측정기 사이의 거리, 지역 (농촌 : 도시 산단), 계절 (여름 : 타계절), 온도, 습도, 그리고 36분위 바람 특성을 분석대상으로 조사하였다. 동일 시간대 간이측정기와 국가측정망의 두 측정값 오차는 두 측정기 사이의 거리와는 일관된 연관성을 확인할 수 없었다. 하지만, 상대 습도는 계절성을 보정한 상태에서도 습도가 높아질 경우, 오차가 커지는 것으로 나타났다. 농촌지역보다는 도시 및 산단 지역에서 오차의 크기가 크게 나타나는 경향을 확인하였고, 기온의 상승도 오차의 상승과 관련이 있는 것으로 나타났으나, 풍속 및 풍향 (남북, 동서)의 영향은 본 연구에서는 유의하게 나타나지 않았다. 본 연구의 결과는 향후 간이측정기의 내부 보정알고리즘의 고도화에 기여할 것으로 판단한다.