Abstract
To know the differences in ionic compositions in rain and snow as well as snow influence on the chemical characteristics of winter precipitation, precipitation samples were collected by the wet-only automatic precipitation sample, in winter(November-February) in the Iksan located in the northwest of Chonbuk from 1995 to 2000. The samples were analyzed for concentrations of water-soluble ion species, in addition to pH and electrical conductivity. The mean pH of winter precipitation was 4.72. According to the type of winter precipitation, the mean pH of rain was 4.67 and lower than 5.05 in snow. The frequencies of pH below 5.0 in rain were about 73%, while those in snow were about 30%. Snow contained 3 times higher concentrations of sea salt ion components originated from seawater than did rain in winter, mainly $Cl^-,\;Na^+$, and $Mg^{2+}$. Neglecting sea salt ion components, $nss-SO_4^{2-}$ and $NO_3^-$ were important anions and $NH_4^+$ and $nss-Ca^{2+}$ were important cations in both of rain and snow. Concentrations of $nss-SO_4^{2-}$ was 1.3 times higher in rain than in snow, while those of $nss-Ca^{2+}$ and $NO_3^-$ were 1.5 and 1.3 times higher in snow, respectively. The mean equivalent concentration ratio of $nss-SO_4^{2-}/NO_3^-$ in winter precipitation were 2.4, which implied that the relative contribution of sulfuric and nitric acids to the precipitation acidity was 71% and 29%, respectively. The ratio in rain was 2.7 and higher than 1.5 in snow. These results suggest that the difference of $NO_3^-$ in rain and snow could be due to the more effective scavenging of $HNO_3$ vapor than particulate sulfate or nitrate by snow. The lower ratio in snow than rain is consistent with the measurement results of foreign other investigators and with scavenging theory of atmospheric aerosols. Although substantial $nss-SO_4^{2-}$ and $NO_3^-$ were observed in both of rain and snow, the corresponding presence of $NH_4^+,\;nss-Ca^{2+},\;nss-K^+$ suggested the significant neutralization of rain and snow. Differences in chemical composition of non-sea salt ions and neutralizing rapacity of $NH_4^+,\;nss-Ca^{2+}$, and $nss-K^+$ between rain and snow could explain the acidity difference of rain and snow. Snow affected that winter precipitation could be less acidic due to its higher neutralizing rapacity.
강설과 강우에서의 이온성분 차이와 강설이 겨울철 강수의 화학적 특성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 전북 익산지역에서 1995년부터 2000년까지 강우와 강설의 포집이 가능한 매 $11\sim12$월과 $1\sim2$월 동안에 자동강수채취장치를 사용하여 강수를 포집한 후 pH와 전기전도도 그리고 수용성 이온성분의 농도를 측정하였다. 겨울철 강수의 평균 pH는 4.72이었으며, 강수의 침적형태에 따라서는 강설(5.05)보다 강우(4.67)에서 높은 산성도를 나타내었다. pH 5.0 이하의 저 pH 발생빈도는 강우의 경우 약 73%이었으며, 강설은 30%이었다. 이온성분의 경우 강설은 강우에 비해 해염에서 기원하고 있는 이온성분들의 농도가 높게 나타났는데, 특히 $Cl^-$, $Na^+$, $Mg^{2+}$ 의 경우 3배 이상의 농도 차이를 나타내었다. 해염기원 성분을 제외할 경우 강우와 강설 모두 음이온에서는 $nss-SO_4^{2-}$와 $NO_3^-$가 그리고 양이온에서는 $NH_4^+$와 $nss-Ca^{2+}$가 주성분인 것으로 나타났다. 이중 $nss-SO_4^{2-}$는 강우에서 1.3배 높은 농도를 나타낸 반면, $nss-Ca^{2+}$와 $NO_3^-$의 경우 강설에서 각각 1.5배와 1.3배 높은 농도를 나타내었다. 겨울철 강수 중 $nSS-SO_4^{2-}/NO_3^-$의 당량농도비는 2.4이었는데 이것은 강수의 산성도에 대한 $H_2SO_4$의 기여율이 71%이고 그 나머지가 $HNO_3$에 의한 것임을 의미한다. 강우와 강설에서는 각각 2.7과 1.5를 나타내었는데 이것은 입자상의 $SO_4^{2-}$나 $NO_3^-$보다 가스상의 $HNO_3$가 강설에서 효율적으로 제거되기 때문으로 국외의 다른 실측 연구결과와도 일치하고 있으며, 대기에어로졸의 세정이론과도 잘 부합되는 것으로 나타났다. 익산지역의 겨울철 강우와 강설 모두 $nss-SO_4^{2-}$와 $NO_3^-$가 국내 외 비오염지역에 비해 고농도로 검출되었지만, 이에 대응하는 알칼리성의 $NH_4^+$, $nss-Ca^{2+}$, $nss-K^+$ 등이 존재함으로써 중화작용이 이 지역 강수의 중요한 특징으로 나타났다. 그러나 강우와 강설에서의 이온성분의 차이 그리고 산성원인물질에 대한 이들 알칼리성 물질의 중화능 차이에 의해 강우에 비해 강설의 산성도가 낮은 것으로 나타났으며, 결과적으로 강설은 겨울철 강수의 산성도를 완화시키는 역할을 하는 것으로 파악되었다.
