상세 공간정보를 활용한 국지기온 분석 개선 -서울 은평구 뉴타운을 사례로-

이채연 ( Chae Yeon Yi ),안승만 ( Seung Man An ),김규랑 ( Kyu Rang Kim ),최영진 ( Young Jean Choi ),( Dieter Scherer ) 한국지리정보학회 2012 한국지리정보학회지 Vol.15 No.1

도시의 국지기후 분석에 충분한 공간해상도의 정확한 분석을 위해서는 이를 지원할 정밀한 공간정보가 필요하다. 1~4m 해상도의 항공 LiDAR(Light Detection And Ranging) 자료와 KOMPSAT-2(Korea Multi-Purpose Satellite-2) 위성영상 자료를 이용하여 초고해상도(5m)입체적 지형·지면·토지피복 모델을 개선하였다. CAS(Climate Analysis Seoul)를 이용하여 도시내부의 지표면 속성비율과 건물의 밀집도·높이·면적에 따른 열적용량과 국지규모 기온을 분석하였다. 자료의 정밀도 향상 결과가 국지규모 기온 분석에 미치는 효과를 평가하기 위해, 개선이전 및 이후 국지기온 분석 결과와 ASTER 위성영상 지표면온도 및 지상 기온관측 자료를 각각 비교·분석하였다. 그 결과 개선이후 국지규모 기온분석 결과와 ASTER 지표면온도 비교시, 건물(BS)지역에서 높은(R=0.76) 상관관계가 나타났다. 지상 기온관측과의 비교에서도 그 편차가 개선이전 1.27K보다 개선되어 0.70K로 나타났다. 본 연구 결과로부터 초고해상도 공간정보가 현실을 잘 반영할 뿐만 아니라 이를 이용한 상세한 기온분석이 가능함을 알 수 있었다. 향후도시 개발·계획 시나리오에 대한 상세도시기후 예측 및 분석에 본 연구의 정밀한 지형·지면·토지피복 모델 기술 등이 활용될 수 있을 것이다. A higher spatial resolution is preferable to support the accuracy of detailed climate analysis in urban areas. Airborne LiDAR (Light Detection And Ranging) and satellite (KOMPSAT-2, Korea Multi-Purpose Satellite-2) images at 1 to 4 m resolution were utilized to produce digital elevation and building surface models as well as land cover maps at very high(5m) resolution. The Climate Analysis Seoul(CAS) was used to calculate the fractional coverage of land cover classes in built-up areas and thermal capacity of the buildings from their areal volumes. It then produced analyzed maps of local-scale temperature based on the old and new input data. For the verification of the accuracy improvement by the precise input data, the analyzed maps were compared to the surface temperature derived from the ASTER satellite image and to the ground observation at our detailed study region. After the enhancement, the ASTER temperature was highly correlated with the analyzed temperature at building (BS) areas (R=0.76) whereas there observed no correlation with the old input data. The difference of the air temperature deviation was reduced from 1.27 to 0.70K by the enhancement. The enhanced precision of the input data yielded reasonable and more accurate local-scale temperature analysis based on realistic surface models in built-up areas. The improved analysis tools can help urban planners evaluating their design scenarios to be prepared for the urban climate.

수도권 열섬 중심으로부터 교외까지의 거리 및 국지적 지표특성이 야간 기온분포에 미치는 영향

이채연 ( Chae Yeon Yi ),김규랑 ( Kyu Rang Kim ),안승만 ( Seung Man An ),최영진 ( Young Jean Choi ) 한국지리정보학회 2014 한국지리정보학회지 Vol.17 No.1

서울과 주변을 포함하는 수도권에서 발생하는 열섬현상의 특성들을 정량적으로 이해하기 위하여 GIS 및 AWS 관측 자료들을 이용하여 여름과 겨울 야간 기온분포의 공간 경향 그래프를 작성하였다. 또한 기온 변동성에 영향을 미치는 요인들과 31개 AWS 지점들의 야간 평균기온과의 상관성을 분석을 하였다. 그 결과, 야간 평균기온(2004년∼2011년) 최고지점과 최저지점의 차이는 여름 4.5℃, 겨울 7.1℃ 임을 확인하였다. AWS 지점들 주변의 국지적 지표특성과 기온과의 상관성 분석 결과, 지점별 야간 평균 기온과 반경 1km 이내의 인공피복의 상관계수가 여름(0.84)과 겨울(0.78) 모두에서 높게 나타나 지표면 피복이 중규모적인 도시 열환경 관리에 있어 다른 요인들보다 더 큰 영향을 주는 요인임을 확인하였다. 한편 수도권 야간기온에 대한 회귀모형을 변수선택법을 이용하여 개발한 결과 1km 규모에서 보다 200m 규모에서 상세한 지표특성 변수가 선택됨을 알 수 있었는데, 규모에 따른 모형의 설명력에는 큰 차이가 없었다. 따라서 200m 정도의 상세한 지표특성 자료를 이용하는 기후분석 모델의 구현이 가능함을 알 수 있었으며, 모델의 설명력은 1km 수준으로 분석하였을 때와 비슷한 수준인 57%(겨울)∼72%(여름)이었다. In order to understand the impacts of surface characteristics and the distance from the urban heat island center to suburban areas on the mean night time air temperature, we analyzed GIS and AWS observational data. Spatial distributions of mean night time air temperature during the summer and winter periods of 2004-2011(six years) were utilized. Results show that the temperature gradients were different by distance and direction. We found high correlation between mean night-time air temperature and artificial land cover area within 1km and 200m radii during both summer(R=0.84) and winter(R=0.78) seasons. Regression models either from 1km and 200m land surface data explained the distribution of night-time temperature equally well if the input data had sufficient resolution with detailed attribute including building area and height.

고밀도 관측자료를 이용한 야간 지면냉각과 찬공기 이동 분석 -서울 은평구 뉴타운 사례

이채연 ( Chae Yeon Yi ),김규랑 ( Kyu Rang Kim ),최영진 ( Young Jean Choi ),원혜영 ( Hye Young Won ),( Dieter Scherer ) 한국지리정보학회 2012 한국지리정보학회지 Vol.15 No.4

기후분석은 도시 쾌적도를 고려하는 도시계획에 있어 중요한 요소 중 하나이다. 도시지역의 기후는 종관규모보다 작은 국지규모의 기후 영향을 받는데, 본 연구에서는 도시 안에서의 야간 지면냉각과 찬공기 생성 및 유입의 효과를 분석함으로써 도시지역의 국지기후에 대한 영향을 정량화 하고자 하였다. 서울관측소 풍속에 미치는 종관 기상의 영향은 30%정도인 반면, 관측소 주변의 지형·건물·열적 현상의 영향은 70%정도인 것으로 나타났다. 또한 서울 은평구 뉴타운의 연구지역에 대하여 서울기후분석(CAS, Climate Analysis Seoul) 모델로 분석한 결과, 국지영향 기온편차 분포에서 토지피복률에 따라 도시 및 도시외곽 지역의 기온 특성이 함께 존재하고 있음을 보여주었다. 또한 고밀도 관측 자료로부터 각 지점들의 시간대별 열적반응이 국지영향 기온편차 분포와 일치함을 알 수 있었다. 관측지점들 중 실개천을 따라 설치된 지점들의 일변동은 유사하게 나타났는데, 인근 산으로부터 경사면을 따라 유입된 찬공기의 생성, 이동, 정체는 관측된 수직기온경도를 이용하여 표현되었다. 실개천의 입구에서 관측된 수직기온경도는 지면 냉각에 의한 것과 외부로부터의 찬공기 유입이라는 두 가지로 설명될 수 있다. 지면냉각은 풍속과 관계없이 존재하지만, 찬공기 유입에 의한 냉각효과는 풍속이 낮을 때만 일어났다. 풍속의 강약에 따른 회귀분석식을 이용하여, 찬공기 유입 냉각효과는 국지적인 지면 냉각의 84%였다는 것을 밝혔다. 본 연구를 통해 지역특성이 국지기후에 미치는 영향의 크기를 기존의 정적인 기온영향 분석에서 동적인 찬공기 유입분석으로 확장하였다. 이 연구를 바탕으로 앞으로의 기후분석에서는 도시민의 쾌적도를 지원하기 위한 도시개발계획의 찬공기 특성 변화를 분석할 수 있게 될 것이다. Climate analysis is important in urban planning for human comfort. Synoptic weather conditions can only resolve the 30% of local variance of wind conditions whereas 70% of the variance arise from local terrain, buildings, and other small scale thermal conditions. Climate Analysis Seoul (CAS) was developed to resolve such micro-scale climate. The Local-scale air temperature Deviation (LD) analysis map from CAS showed the co-existence of built-up and suburban areas in the study region (CR, Cold-air analysis Region) despite its small extent. Temperature, humidity, wind speed, and wind direction were monitored in CR. Hourly observed cooling rate agreed well with LD. Cold air production, transportation, and stagnation was visualized by the observed Vertical Temperature Gradient (VTG) along the small stream in CR. VTG observed at the upper-most stream can be divided into two components: radiative cooling and cold air inflow from outside. Radiative cooling exists regardless of the wind speed whereas cold air inflow occurs only with calm wind. From the regression analyses based on the wind speed, the inflow portion was determined as 84% of radiative cooling. Climate analysis in the future will be able to characterize the changes in cold air by urban development plan to support the human comfort.

토지이용도와 기상모델을 이용한 서울기후분석(CAS)지도 개발

이채연 ( Chae Yeon Yi ),엄정희 ( Jeong Hee Eum ),최영진 ( Young Jean Choi ),김규랑 ( Kyu Rang Kim ),( Dieter Scherer ),( Ute Fehrenbach ),김근회 ( Geun Hoi Kim ) 한국지리정보학회 2011 한국지리정보학회지 Vol.14 No.1

도시 및 환경계획에서는 국지적 기후에 미치는 부정적인 영향을 줄이고 긍정적인 영향을 지속시킬 수 있는 계획 도출이 필요하다. 본 연구는 서울의 도시 및 환경계획 수립을 위해 국지 기온과 바람의 흐름을 고려하여 현실적인 기후분석지도의 개발을 목적으로 수행되었다. 서울기후분석(Climate Analysis Seoul, CAS) 지도는 서울의 도시환경 구조 변화 양상을 적시에 반영하기 위하여 도시기후 분석 및 기후지도 프로세스를 갖춘 전자지도(digital map)이다. 지면의 피복과 기복에 대한 분석자료와 중규모 기상모델인 MetPhoMod의 모의수행 분석결과를 바탕으로 찬공기 생성·이동·정체, 바람흐름, 열적 환경 등을 정량적으로 분석한 결과가 CAS 지도에 담겨있다. 본 연구에서 개발된 CAS를 이용함으로써 도시 개발이 기후에 미치는 영향의 분석 및 평가가 용이하게 되었다. 도시기후분석지도를 통해 도시 및 환경 분야의 계획 과정에서 삶의 질 향상을 위한 기후요소의 활용이 더욱 편리해 질 것으로 기대한다. It is needed to preserve good effects and to prevent bad influences on local climate in urban and environmental planning. This study seeks to develop climate analysis maps to provide realistic information considering local air temperature and wind flows. Quantitative analyses are conducted by CAS for the production, transportation, and stagnation of cold air, wind flow and thermal conditions by incorporating GIS analysis on land cover and elevation and meteorological analysis from MetPhoMod - a mesoscale weather model. The CAS helps The easier analysis and assessment of urban development on local climate. It will contribute to the better life of the people in cities by providing better understanding of the local climate to the urban space planners.

도시지역 복사플럭스 관측자료를 이용한 태양복사모델 개선 효과 분석

양호진(Yang, Ho Jin),권혁기(Kwon, Hyuk Gi),이채연(Yi, Chae Yeon),김태석(Kim, Tae Seok) 한국측량학회 2021 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2021 No.11

노면온도 예측을 위한 서울시 주요도로 대상 도로단위 그림자 영향 분석

안숙희(Ahn, Suk Hee),권혁기(Kwon, Hyuk Gi),배효정(Bae, Hyo Jeong),이채연(Yi, Chae Yeon) 한국측량학회 2021 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2021 No.11

서울 도시계획 정책을 적용한 기후영향평가 -남북녹지축 조성사업을 대상으로-

권혁기 ( Hyuk Gi Kwon ),양호진 ( Ho Jin Yang ),이채연 ( Chae Yeon Yi ),김연희 ( Yeon Hee Kim ),최영진 ( Young Jean Choi ) 한국환경영향평가학회 2015 환경영향평가 Vol.24 No.2

When making urban planning, it is important to understand climate effect caused by urban structural changes. Seoul city applies UPIS(Urban Plan Information System) which provides information on urban planning scenario. Technology for analyzing climate effect resulted from urban planning needs to developed by linking urban planning scenario provided by UPIS and climate analysis model, CAS(Climate Analysis Seoul). CAS develops for analyzing urban climate conditions to provide realistic information considering local air temperature and wind flows. Quantitative analyses conducted by CAS for the production, transportation, and stagnation of cold air, wind flow and thermal conditions by incorporating GIS analysis on land cover and elevation and meteorological analysis from MetPhoMod(Meteorology and atmospheric Photochemistry Meso-scale model). In order to reflect land cover and elevation of the latest information, CAS used to highly accurate raster data (1m) sourced from LiDAR survey and KOMPSAT-2(KOrea Multi-Purpose SATellite) satellite image(4m). For more realistic representation of land surface characteristic, DSM(Digital Surface Model) and DTM(Digital Terrain Model) data used as an input data for CFD(Computational Fluid Dynamics) model. Eight inflow directions considered to investigate the change of flow pattern, wind speed according to reconstruction and change of thermal environment by connecting green area formation. Also, MetPhoMod in CAS data used to consider realistic weather condition. The result show that wind corridors change due to reconstruction. As a whole surface temperature around target area decreases due to connecting green area formation. CFD model coupled with CAS is possible to evaluate the wind corridor and heat environment before/after reconstruction and connecting green area formation. In This study, analysis of climate impact before and after created the green area, which is part of ‘Connecting green network across the north and south in Seoul’ plan, one of the ‘2020 Seoul master plan’.

겨울철 도로 내 고해상도 복사량 산출 및 검증

권혁기(Kwon, Hyuk Gi),양호진(Yang, Ho Jin),이채연(Yi, Chae Yeon),임도현(Lim, Do Hyun) 한국측량학회 2021 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2021 No.11

태양복사모델(SOLWEIG)의 복사플럭스 자료를 활용한 노면온도 예측: 서울시 내부순환로 대상

안숙희 ( Suk-hee Ahn ),권혁기 ( Hyuk-gi Kwon ),양호진 ( Ho-jin Yang ),이근희 ( Geun-hee Lee ),이채연 ( Chae-yeon Yi ) 한국지리정보학회 2020 한국지리정보학회지 Vol.23 No.4

본 연구는 대상도로인 내부순환로에 대해 태양복사모델(SOlar and LongWave Environmental Irradiance Geometry-model, SOLWEIG)을 통해 산출한 도로의 그림자 패턴을 사용하여 항상 그늘이 지는 음영지역을 살펴보고, 열수지법을 기반으로 한 노면온도예측모델(road surface temperature prediction model, 이하 RSTPM)과 SOLWEIG 모델을 연계하여 고해상도의 태양복사정보를 활용한 도로의 노면온도를 예측하고자 하였다. 우선, 그림자 패턴 및 복사플럭스 산출의 정확도를 높이기 위하여 안개, 구름, 강수 등의 영향을 최소화할 수 있는 사례일을 선정하여, 고도 및 지형의 효과에 따른 그림자의 영향을 살펴보았다. 그 결과, 터널 입출구와 고도가 높은 지역에서 그림자 영역이 오래 지속되었고, 그림자의 영향을 많이 받는 구간의 복사량 감소가 뚜렷하게 나타났다. 이는 노면온도 예측결과에 반영되어 지형적으로 개방된 지점에서는 노면온도가 높게 예측되고, 고도가 높은 지점들은 그렇지 않은 지점에 비해 상대적으로 낮게 예측되었다. 본 연구의 결과는 겨울철 기상상황에 따른 도로 결빙구간을 예측하여 도로 관리자 및 운전자의 의사결정 자료로서의 활용이 기대된다. The purpose of this study was to predict road surface temperature using high-resolution solar radiation data. The road surface temperature prediction model (RSTPM) was applied to predict road surface temperature; this model was developed based on the heat-balance method. In addition, using SOLWEIG (SOlar and LongWave Environmental Irradiance Geometry-model), the shadow patterns caused by the terrain effects were analyzed, and high-resolution solar radiation data with 10 m spatial resolution were calculated. To increase the accuracy of the shadow patterns and solar radiation, the day that was modeled had minimal effects from fog, clouds, and precipitation. As a result, shadow areas lasted for a long time at the entrance and exit of a tunnel, and in a high-altitude area. Furthermore, solar radiation clearly decreased in areas affected by shadows, which was reflected in the predicted road surface temperatures. It was confirmed that the road surface temperature should be high at topographically open points and relatively low at higher altitude points. The results of this study could be used to forecast the freezing of sections of road surfaces in winter, and to inform decision making by road managers and drivers.