본 연구에서는 우리나라의 수도이자 PM2.5 고농도 사례가 주로 발생하는 지역인 서울을 대상으로, PM2.5를 구성하는 주요 대기오염물질인 질산염과 유기 에어로졸(Organic Aerosol, OA)의 생성을 대기질 모델링을 사용하여 조사하였다. 이전부터 PM2.5 관측, 대기질 모델링을 통한 질산염과 OA 생성에 대한 연구들이 진행되었으나, 본 논문은 이전 연구들과는 다소 다른 관점을 제시하고자 하였다. 먼저, 기존 연구들은 질산염의 국지적 생성에 주목하였으나, 본 연구에서는 서해에 존재하는 다량의 질산에 주목하였다. 그리고 기존 OA 연구의 한계점이었던 organic matter to organic carbon ratio (OM/OC ratio)의 계절별 변화를 제시하였고, 새로운 OA 메커니즘을 도입한 대기질 모델링 결과를 관측치와 비교하여 기존 연구에 제시된 OA 과소 모사 문제를 해결하고자 하였다.
본 논문은 총 6개의 챕터로 구성되어 있으며, Chapter 1에 본 논문과 관련된 서론을, Chapter 2에 본 논문에 서술된 연구와 관련된 배경 지식을 서술하였다. 마지막으로 Chapter 6에 본 논문의 요약과 추후 연구로 권장하는 사항들을 서술하였다. 연구 부분은 Chapter 3부터 Chapter 5까지 해당되는데, 각 Chapter의 요약은 아래와 같다.
Chapter 3에서는 서울에서 발생한 고농도 사례 중, 이틀 넘게 PM2.5 주의보가 지속된 고농도 사례를 다중일 고농도 사례(Multi-day PM2.5 episode)를 정의하였고, 해당 고농도 사례의 화학적 특징을 조사하였다. 서울에서 발생한 다중일 고농도 사례 기간 중, 질산염이 해당 고농도 사례의 주된 물질이었다. 이를 근거로 하여 Chapter 4에서는 2018년 1월에 발생한 다중일 PM2.5 고농도 사례에서의 질산염 생성 과정을 Community Multiscale Air Quality (CMAQ) 모델링을 통해 규명하였다. 그 결과, 서해에 다량으로 존재한 질산 가스가 서풍~북서풍을 타고 국내로 유입되어 암모니아 가스와 반응하여 입자상 질산염을 생성하는 것이 관찰되었다. 특히 야간 시간, 서해에 풍부하게 존재한 오존이 비균질 N2O5 액상 반응을 촉진하여 질산 가스를 생성하는데 기여를 하였고, 저농도 사례에 비해 풍속이 느린 편서풍으로 인해 고농도 사례에서의 질산염 생성이 더 촉진되었다. 질산염 생성 모사에 이어, Chapter 5에서는 KORUS-AQ (Korea-United States Air Quality studies) 연구가 진행된 2016년을 대상으로 서울에서의 OA 모사를 진행하였다. 모사 결과, 겨울철은 1차 유기에어로졸(Primary Organic Aerosol, POA)과 인위적 2차 유기에어로졸(Secondary Organic Aerosol from Anthropogenic VOC, ASOA)의 기여도가 높았고, 여름철은 생물성 2차 유기에어로졸(Secondary Organic Aerosol from Biogenic VOC, BSOA)의 기여도가 가장 높았다. 모사된 월별 OM/OC ratio는 추운 계절에서 따뜻한 계절로 갈수록 값이 증가하였다.