시베리아 고기압(Siberian High, SH)은 동아시아의 겨울철 대기 순환을 지배하며, 이 지역의 지름 ≤ 2.5 μm인 입자상 물질(PM2.5) 농도를 강하게 조절한다. SH는 상당한 일별 변동을 보이지만, 선행연구들은 PM2.5 농도에 대한 단기적 영향보다는 계절 및 연간 효과에 주로 초점을 맞추었다. 본 연구는 SH 강도 변화와 연계된 대기 순환의 발달 양상이 대한민국 서울에서 고농도 PM2.5(≥ 35 µg m−3) 발생과 어떤 관련이 있는지를 규명한다. 계층적 군집화(hierarchical clustering) 방법을 사용하여 2008–2022년 겨울철 동안 서울에서 발생한 94건의 고-PM2.5 사례에 해당하는 시놉틱(synoptic) 패턴을 SH의 강도에 따라 두 그룹으로 분류하였다: 강한 SH 49건과 약한 SH 45건이다. 각 SH 패턴은 상층 및 하층 대류권에서 서로 다른 역학적·열역학적 과정들을 통해 서로 다른 일 단위 시간 척도에서 고-PM2.5 사례를 유발할 수 있다. 강한 SH는 한국 상공에서 이동성 고기압으로 전환되어 하층 대류권에서 바람 속도를 감소시킨다. 이러한 조건은 대기 환기(ventilation)를 억제하고 역학적 안정성을 강화하여, 표층 부근의 PM2.5가 2일 이내에 빠르게 축적되기 유리한 환경을 제공한다. 약한 SH 사건 동안에는 상층 대류권의 고기압성 순환이 중·하층 대류권의 기온을 상승시켜, 하층 대류권의 열적 안정성이 증가한다. 대기 오염물질은 상층 대기로 확산되지 못하고 4일에 걸쳐 점진적으로 고농도 PM2.5 수준으로 축적된다. 본 연구는 강한 SH와 약한 SH 패턴 모두에서 나타나는 대기 순환의 발달이 서로 다른 시간적 특성을 통해 서울의 대기질 악화에 중요한 역할을 함을 보여준다. SH에 의해 유도되는 이러한 대기 순환은 오염 사례의 예상 시점을 바탕으로 예측 정확도를 향상시키고 표적 배출 제어 전략을 가능하게 하는 데 유용한 통찰을 제공한다.

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