2003-2023년 동안 한국의 지역적 토지피복변동이 여름철 도시 기후 변동에 미치는 영향 분석

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 도시화의 영향을 분석하기 위해 기상관측자료, 재분석자료, WRF-UCM 수치 모의를 활용하여 21년간(2003-2023년)의 도시화의 영향을 분석하였다. 연구 대상 지역은 청주시로 하였고 연구 사례일은 8월 1일 0900 KST - 8월 6일 0800 KST 까지로 선정하였다. 먼저, 환경부 중분류 토지피복지도를 이용하여 청주시의 토지피복변화를 분석하였다. 청주시는 시가지의 비율이 2003년과 비교하여 2023년에는 3.1 %p 늘어났다. 하위유형별로는 주거지역이 0.8 %p 줄어들고 상업/공업/교통지역이 4.0 %p 늘어나 도시가 확장 되었음을 알 수 있었다. 기상관측소 자료를 활용하여 청주시의 도시화 영향 을 분석하기 위해 청주의 도심과 교외의 기상관측소를 선정하고 기상관측소 의 실측 기온 자료를 활용하여 도시-시골방법으로 분석하였다. 40년 동안 청주시의 점진적으로 상승하는 추세를 보였으며(0.087℃yr-1), 아노말리 분석결 과 2003년은 –0.79℃로 기준기온보다 낮았고, 2023년은 3.06℃로 기준기온보 다 높았다. 21년동안 도시와 시골의 기온의 일변화는 전형적인 기온의 일변 화 패턴을 보이며 도시(Mean=28.51℃, SD=2.24℃)는 시골(Mean=26.83℃, SD=2.84℃)보다 일관되게 높은 기온 값을 보였다. 도시편향크기는 일 평균기온 1.69℃, 주간평균기온 0.95℃, 야간평균기온 2.43℃로 나타나 도시와 시골의 차이는 야간에 가장 컸다. 도시 편향의 추세는 한반도 전체 의 도시 편향 추세가 감소를 나타낸 것과 대조적으로 모두 0보다 커 도시편향 시계열의 증가추세를 나타냈다. 21년 동안의 도시화 기여도는 일평균기온 에서 1.05℃(3.67 %), 주간평균기온에서 0.28℃(0.93 %), 야간평균기온에서 1.80℃(6.66 %)로 추정되었다. 본 연구에서는 기상관측자료와 재분석자료를 활용하여 도시화의 영향을 분석하기 위해 충청지역(충북, 충남, 대전, 세종)의 기상관측소 82곳의 기상관측자료와 ERA5 재분석자료를 활용하였다. 기상관측자료와 ERA5 재분석자료의 차이를 이용해 추정한 2003년부터 2023년까지 의 21년동안 청주시의 도시화 효과는 야간평균기온에서 2.95℃(SD=1.58℃), 주간평균기온에서 2.52℃(SD=1.30℃), 일평균기온에서 0.40℃(SD=2.19℃)로 추 정되었다. 또한, 본 연구에서는 WRF-UCM 수치모의를 활용하여 토지피복의 영향을 분석하기 위해 2003년과 2023년의 환경부 중분류 토지피복지도 자료와 LDAPS, FNL 자료를 활용해 WRF-UCM 수치 모의를 실시하였다. 2023년 토지피복지도와 2003년 토지피복지도를 이용해 추정한 2003년부터 2023년까지의 토지피복변화의 영향은 야간평균기온에서 0.15℃(SD=0.70℃), 주간평균 기온에서 0.14℃(SD=0.57℃), 일평균기온에서 0.12℃(SD=0.41℃)로 추정되었 다. WRF-UCM 수치모의를 활용하여 기후변동의 영향을 분석하고 도시화의 기여도를 추정하기 위해 2003년과 2023년의 환경부 중분류 토지피복지도 자료와 FNL 자료를 활용해 WRF-UCM 수치 모의를 실시하였다. 2003년부터 2023년까지의 기후변동의 영향은 일평균기온에서 2.61℃(SD=0.45℃), 주간평균기온에서 3.49℃(SD=0.46℃), 야간평균기온에서 2.40℃(SD=0.42℃)로 추정되 었다. 그리고 2003년부터 2023년까지의 기후변동과 도시화의 중첩된 영향은 일평균기온에서 2.66℃(SD=0.49℃), 주간평균기온에서 3.50℃(SD=0.51℃), 야 간평균기온에서 2.56℃(SD=0.52℃)로 추정되었다. 토지피복변화의 영향과 기 후변동의 영향을 이용하여 도시화 기여도 분석한 결과, 청주시의 도시화 기여도는 일평균기온에서 4.6 %, 주간평균기온에서 4.0 %, 야간평균기온에서 6.3 %로 추정되었다. 이러한 연구결과를 바탕으로 청주시의 기온 상승은 주로 도시화로 인한 열 섬 효과와 기후변동의 복합적인 결과임을 확인할 수 있었다. 특히, 주간보다 야간에 도시화의 영향이 더 크게 나타나 도시 열섬 현상이 강화되었음을 시 사한다. 본 연구는 청주시의 도시화와 기후변화에 대한 대응 전략 수립에 중요한 기초 자료를 제공하며, 지방도시의 지속 가능한 발전과 주민들의 삶의 질 향상을 위한 맞춤형 기후변화 적응 전략 개발에 기여할 것이다. 향후 다 양한 지방 도시를 대상으로 한 추가 연구를 통해 지역별 열환경 변화를 종합적으로 이해하고, 도시 계획 시 열환경을 고려한 인프라 구축 및 녹지 공간 확보 방안을 모색할 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 배경 및 필요성 1
• 2. 연구의 목적 4
• Ⅱ. 이론적 배경 6
• 1. 도시화로 인한 열환경 특성 6
• 2. 도시열섬과 기후변화 11
• 3. WRF-UCM 모델 15
• Ⅲ. 자료 및 분석방법 21
• 1. 연구 대상 지역 21
• 2. 토지피복지도 자료 23
• 3. 연구 사례일 선정 23
• 4. 청주시 토지피복변화 분석 방법 27
• 5. 기상관측소 자료를 활용한 도시화 영향 분석 방법 28
• 6. 기상관측자료와 재분석자료를 활용한 도시화 영향의 공간적 분석 방법 38
• 7. WRF-UCM 수치 모의를 활용한 토지피복의 영향 분석 방법 40
• 8. WRF-UCM 수치 모의를 활용한 기후변동의 영향 및 도시화 기여도 분석 방법 50
• Ⅳ. 연구 자료 분석 결과 55
• 1. 청주시 토지피복변화 분석 55
• 2. 기상관측소 자료를 활용한 도시화의 영향 분석 60
• 가. 기후평년기간동안의 한반도 도시화 영향 분석 60
• 나. 기상관측소 자료를 활용한 여름철 청주시 장기 기후변동 분석 66
• 다. 도시와 시골의 기온 차이 분석 67
• 라. 도시와 시골의 기온변화에 대한 도시화 영향 분석 70
• 3. 기상관측자료와 재분석자료를 활용한 도시화 영향의 공간적 분석 72
• 가. 기상관측자료의 분석 72
• 나. 재분석자료의 분석 76
• 다. 기상관측자료와 재분석자료를 활용한 도시화 영향의 공간적 분석 78
• 4. WRF-UCM 수치 모의를 활용한 토지피복변화 영향의 공간적 분석 82
• 가. WRF-UCM 수치 모의 검증 82
• 나. 토지피복변화에 따른 열환경 비교 분석 84
• 다. 토지피복변화의 영향 분석 94
• 5. WRF-UCM 수치 모의를 활용한 기후변동의 영향 및 도시화 기여도 분석 99
• 가. WRF-UCM 수치 모의 검증 99
• 나. 기후변동의 영향 분석 102
• 다. 기후변동과 도시화의 중첩된 영향 분석 106
• 라. 토지피복변화의 영향과 기후변동의 영향을 이용한 도시화 기여 도 분석 109
• V. 종합 논의 111
• 1. 청주시의 토지피복변화 111
• 2. 한반도 도시화 영향과 청주시 도시화 영향 비교 112
• 3. 기상관측자료와 재분석자료를 활용하여 분석한 청주시 도시화 영향 114
• 4. WRF-UCM 수치 모의를 활용하여 분석한 청주시 토지피복변화의 영향 115
• 5. WRF-UCM 수치 모의를 활용하여 분석한 청주시 도시화 기여도 117
• 6. 본 연구의 한계점 및 WRF-UCM 활용의 의의 118
• VI. 요약 및 결론 120
• 참 고 문 헌 125
• ABSTRACT 145
• 부 록 149

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