일반기술

도시 대기특성 예측 및 응용기술 개발

도시 대기특성 예측 및 응용기술 개발 연구 사업은 도시 기상 특성 감시 및 특성 분석, 전산유체역학 모형 개발 및 이를 이용한 도시 지역 상세 기상 예측, 그리고 Landsat TM 영상을 이용한 도시 지역 열환경 분석의 크게 네 가지 분야로 나누어 수행하였다.도시 기상 특성 감시에서는 도시 열환경, 도시 수문 상태, 도시 내부의 바람길 등 도시 기상 특성을 파악하기 위해 서울 지역 도시 기상 특성감시 시스템을 활용하여 도시 내부의 토지 피복 변화가 도시 기상에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 사례로 청계천 복원 전·후의 기상 특성을 집중관측을 통해 비교 분석하였다.도시 기상 특성 분석에서는 도심지와 교외 지역의 기존 AWS 측정 자료와 지상기상관측 자료를 이용하여 도시 열섬의 특성을 분석하고 토지 피복에 따른 열수지 모델을 구축 및 검증하였다. 그리고 도시 효과의 영향을 알아보기 위해 서울의 강우 특성을 풍향별로 분석하였다.전산유체역학(CFD) 모형 개발 및 이를 이용한 도시 지역 상세 기상 예측에서는 중규모 모형실험 결과를 2차년도(2004년)에 개발된 전산유체역학 모형의 경계 유입 조건으로 사용하는 접합 기술을 개발하였다. 중규모 모형 실행 결과의 정확성을 검증하기 위하여 관측된 종관 해수면 기압장과 모형 결과를 비교 검증하였으며, 가장 안쪽 영역에서는 지상 관측소와 자동기상 관측소 자료를 중규모 모형 결과와 비교 검증하였다. 이를 이용하여 서울시 청계천 지역에서의 상세 흐름을 수치 모사하는 연구를 수행하였다.Landsat TM 영상을 이용한 도시지역 열환경 분석에서는 서울 지역을 중심으로 토지피복, 식생지수 및 지표온도 분포 특성 등을 지형과 함께 시·공간적으로 분석함과 동시에 도시 열의 공간적 분포 특성을 보다 체계적으로 해석할 수 있는 기법을 개발하였다. 이를 토대로 도시 지표 온도 분포를 탐지하고자 ASTER 영상 2 scene (2004년 4월 17일 주간 2B03 영상, 2004년 10월 10일 야간 2B03 영상)의 열적외 센서(TIR)를 이용하여 서울시의 지표 온도 분포도를 작성하고 자동기상관측(AWS) 값과 상관 분석을 실시하여 상관 계수를 구하였으며 ASTER 영상의 VNIR 센서를 이용하여 정규식생 지수를 추출하여 지표온도와의 상관성 분석을 실시하였다. 아울러 위성영상자료와 GIS 공간 분석기법을 이용하여 청계천 주위의 온도 분포 패턴에 관하여 알아보았다.도시 열환경 특성을 파악하기 위해 서울지역 도시 기상 특성 감시 시스템을 활용하여 토지 피복 변화가 도시 기상에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 사례로 청계천 복원 전·후의 기상 특성을 관측을 통해 분석하였다. 도시 기상 특성 분석 연구에서는 2003년 서울 지역의 31개 AWS 자료와 청계천 집중관측 자료를 이용하여 도시 열섬의 시·공간적 구조를 분석하였다. 토지 피복에 따른 도심 열환경 평가를 위한 열수지 모델의 적용 및 검증에서는 초지인 해남 관측소와 콘크리트로 된 서울 도심지의 숭신초등학교 옥상에서 관측된 복사값을 이용하였다. 중규모 모형 결과 자료를 접합 기술을 사용하여 경계 조건 자료로 만든 후 이를 전산 유체 역학 모형에 적용하여 서울시 청계천 지역의 상세 기상장 예측에 이용하였다. 중규모 흐름의 변화가 도시 내 상세 흐름에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 중규모 모형 결과 중에서 흐름의 변화가 가장 뚜렷한 6 시간을 전산 유체 역학 모형의 적분 시간으로 정하여 모형을 실행하였다. 전산 유체 역학 모형에서 변화하는 경계 조건에 의해 나타나는 도시 내 상세 흐름이 모사되었다. 서울시 지표온도 분포도, 토지피복 및 정규식생지수 등의 분포도를 작성하고 지표온도 분포도를 기반으로 AWS 자료, 식생활력 지수, 토지피복 항목과 상관성 분석을 수행하였으며 GIS 근접분석을 통하여 청계천 주위의 지형과 함께 시·공간적으로 분석함과 동시에 도시 열의 공간적 분포 특성을 보다 체계적으로 해석할 수 있는 기법을 개발하였다. 또한 Landsat 영상의 대체를 위해 지구관측위성인 EOS AM1의 ASTER 영상자료를 활용하여 지표 열 분포도를 작성하고 이를 기반으로 다양한 활용가능성을 제시하였다. 아울러 청계천 복원 후의 ASTER 영상 자료를 활용하여 청계천 복원전과 후의 지표환경 분석을 통하여 장기적으로 모니터링 함으로써 청계천 관리 및 변화에 따른 다양한 정보를 수집할 수 있을 것으로 판단되며 나아가 청계천 뿐 아니라 서울시의 기후환경 특성을 고려한 도시계획수립에 있어 그 기초자료와 합리적인 적용기법으로 활용되어질 수 있을 것이다.