서울시 대규모 녹지의 토지피복 및 식생구조에 따른 온도 차이 연구 = The Difference in Temperature According to the Land Coverage and Vegetation Structure of Large-Scale Green Area in Seoul

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The study was carried out to try to investigate and reveal the temperature difference of the large-scaled green area in the city according to ground coverage, vegetation type, vegetation structure, and the quantity of green(Ratio of green coverage, Index of plant crown volume). And the regression model by the quantity of green(Ratio of green coverage, Index of plant crown volume) was built to grasp the green which should be preserved in the development of the city quantitatively. Based on them, the purpose is to be utilized as the basic data of the plan to reduce the increase of city's temperature and the method to create the green through preservation of the green in the center of the city and creation of the green when urbanization will be developed in the future.
The research site was Olympic Park in Songpa-gu in Seoul and temperature fluctuation by each type was analyzed with the temperatures which were measured in the field(Aug. 19th, 2010, 06:00 to 22:30) by ground coverage, vegetation type, vegetation structure, and the quantity of green(the ratio of green coverage, Index of plant crown volume). The relationship between the effect factors and temperature fluctuation were investigated and revealed through the correlation analysis, regression analysis, and ANOVA. And the index of plant crown volume that the significance with the temperature in the quantity of green which is the quantity variable was admitted built the estimated model of temperature fluctuation according to its changes.
The temperature values which were measured in Olympic Park and the measured values of AWS in Songpa-gu showed the similar tendency but there was a little difference in the width that the temperature increases in the morning. It was judged to be because the measured values in the pavements, water level, and meadows without block of solar radiation of the enumeration districts in the site were measured by the relative high temperature. The temperature distribution of other vegetation areas that there was block of solar radiation except them were similar with AWS of Songpa-gu or its width of temperature fluctuation was smaller. It was judged that more thermal energy is relatively required in increase of the temperature in the vegetation areas under the conditions of solar radiation like this.
The whole day temperature analysis(06:00 to 22:30) was carried out based on the data which were actually measured in the field. But the analysis was again carried out by extracting the temperature of the high temperature time zone(12:00 to 16:00) which is highest during the day as the significance was not admitted in the temperature difference in the vegetation area.
The ground coverage type whose temperature is lowest in the relationship with the temperature by ground coverage type in the whole day analysis was forest(31.01℃). And the ground coverage type whose temperature is highest was the pavement(33.23℃). The forest(31.01℃) and artificial green space(31.54℃) are relatively applicable to the low temperature zone and the water(32.39℃) and the pavement area(33.23℃) in order belonged to the high temperature zone. Also, there was the temperature difference of 0.53℃ between the existing forests and artificial green space.
As for the vegetation type, significance that there is the difference of temperature between the vegetation areas which have the different vegetation from the pavements, water level, and meadows was admitted in the level of 1%. But significance about the difference of temperature between the vegetation types was not admitted. But temperature distribution was showed in order of exotic broad leaf(33.33℃), native broad leaf(33.49℃), exotic needle-shaped leaf(33.98℃), native needle-shaped leaf(34.34℃) in the analysis of the high temperature time zone. Significance that exotic and native broad leaves and native needle-shaped leaf of them have the difference of temperature in the level of 1% and 5% as 1.01℃ and 0.85℃ was admitted. The exotic leaf that the lower temperature was relatively measured was judged to be done because it was usually and densely planted in the created artificial green space.
As for the vegetation structure, significance of the temperature difference by it in the whole day analysis was not admitted. As for the analysis of the high temperature time zone, significance that the temperature difference of tree stratum+shrub layer(32.73℃) and tree stratum+herbaceous layer(34.04℃) and tree stratum+shrub layer+herbaceous layer(33.90℃) is each 1.31℃ and 1.17℃ was admitted in the level of 1% and 5%. The order that the vegetation structure has the effect on temperature was said to be high tree, middle tree, and bush. But this study judged that there was the effect in the changes of the quantity of green according to the changes of the vegetation structure.
As for the whole day analysis on the quantity of green, significance about the difference of temperature in the ratio of green coverage and the index of plant crown volume was not admitted. But significance in both of items of the quantity of green was admitted in the analysis of the high temperature time zone. The difference of the temperature by the ratio of green coverage was in order of 85%(33.49℃), 148%(33.83℃), 78%(34.24℃), and 81%(35.08℃). And as the difference of temperature between the enumeration districts of the ratio of green coverage, 81% and the ones of 85% and 145% was each 1.59℃ and 1.25℃, significance about the difference of temperature was admitted in the level of 1%. As the higher the index of plant crown volume is, the lower temperature is, significance of the negative correlation was admitted in the level of 1%. As the model of temperature changes according to the index of plant crown volume is Y = 36.693-0.148X(Y: quantity of temperature change, X: Index of plant crown volume), it was expected that the effect to reduce temperature of -1.036℃ when the plant crown volume of 7㎥/㎡ is extended.
As for the difference of temperature by the green type (the vegetation type, the vegetation structure, and the quantity of green), time between 12:00 and 16:00 which is the high temperature time zone of the day was largest. It was judged that the effect to reduce temperature of the green is most effective when it's hottest during the day based on this.
Based on the temperature which was measured by vegetation structure and type, the result which applied it to the biotope map of Olympic Park has found that there is no any problem to use it because it showed the similar tendency with the distribution chart of earth's surface temperature in the existing satellite map but did the contrary tendency in the water level. It was estimated that it resulted from the effect of solar radiation due to absence of tree stratum which blocks it and radiant heat reflected from the water level. The fact that the temporary effect to block solar radiation of tree stratum has the great effect on increase of temperature in the lower part could be found through comparative analysis of three drawings. As the quantitative increase due to reckless planting of trees has the effect on cold air generated due to use of various lands and generation of the regional reflux, the situation which cannot give thermal comfort to the visitors who use parks can occur. Therefore, arrangement which considers the relationship between the water level and planting when parks are created will be required.
Synthesizing this study result, it was judged that the increase of temperature can be minimized by less than +1℃ only if the index of plant crown volume of 7㎥/㎡ will be secured when the urbanization area is developed in the existing green areas. And when the type that the lowest temperature is measured in the large-scaled green of Olympic Park in Seoul was synthesized, the temperature of the broad leaf forest in the forest area was lowest. The temperature of the exotic broad leaf forest was lowest in the vegetation type. But it was judged that the plant crown volume and the ratio of ground coverage are high because planting density is high according to the characteristics of green space that exotic tree species are planted.
The temperature of the forests was lowest in the natural state and followed by the one of green space which was artificially secured. Preservation of the forests which are located in the center of cities will be preferentially required when they will be developed in the future. And it is judged that the green which respond to the damaged area if the damage of the green in forests will be unavoidably inevitable. And it was judged that estimation of the temperature according to the green types will be possible as application of the temperature measured in the vegetation structure and type to the biotope map just had the difference in the water level type and showed the similar result with distribution of earth's surface temperature

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 도시 내 대규모 녹지의 토지피복, 식생유형, 식생구조, 녹지량(녹피율, 녹지용적계수)에 따른 온도 차이를 규명하고자 수행하였다. 또한 도시개발 시 도시온도 저감을 위해 보존해야 하는 녹지의 정량적인 파악을 위하여 녹지량별(녹피율, 녹지용적계수) 회귀모형을 구축하였다. 본 연구결과는 향후 시가지개발 시 도시온도 상승을 줄일 수 있는 녹지조성을 위한 기초자료로 활용하는데 목적이 있다.
연구대상지는 서울시 송파구의 올림픽공원을 대상으로 하였으며 토지피복, 식생유형, 식생구조, 녹지량(녹피율, 녹지용적계수)별 현장실측(2010년 8월 19일, 06:00～22:30)한 온도로 각 유형별 온도변화량을 분석하였다. 영향요인과 온도변화량과의 상관분석 및 일원배치분산분석(ANOVA)를 통해 관계를 규명하였고, 수량변수인 녹지량 중 온도와의 유의성이 인정된 녹지용적계수는 회귀분석을 통해 녹지용적계수의 변화에 따른 온도변화량 예측모형을 구축하였다.
올림픽공원에서 측정된 온도값과 송파구 AWS의 측정값은 비슷한 경향치를 보였으나, 오전시간대에 온도가 증가하는 폭에서 다소 차이가 있었다. 이는 대상지 내 조사구 중 일사의 차단이 없는 포장지역, 수면, 초지에서 측정된 값이 상대적 고온으로 측정된 것에 기인한 것으로 판단되었다. 그 외 일사의 차단이 있었던 다른 식생지의 온도분포는 송파구 AWS와 비슷하거나 온도변화폭이 다소 적었다. 이는 같은 일사조건 시 식생지 내의 온도승강에 상대적으로 더 많은 열에너지가 필요한 것으로 판단되었다.
현장 실측한 자료를 기준으로 종일 온도분석(06:00～22:30)을 실시하였으나, 식생지 내의 온도차이가 유의성이 인정되지 않아, 하루 중 가장 온도가 높은 고온시간대(12:00～16:00)의 온도를 추출하여 분석하였다.
종일 온도분석에서 토지피복유형별 온도와의 관계 중 온도가 가장 낮은 토지피복유형은 산림(31.01℃)이었으며, 가장 온도가 높은 토지피복유형은 포장지역(33.23℃)이었다. 상대적으로 저온역에 녹지인 산림(31.01℃)과 조성녹지(31.54℃)가 해당되었고, 수면(32.39℃), 포장지역(33.23℃) 순으로 고온역에 속하였다. 또한 같은 녹지 중에서도 기존의 산림과 조성 녹지간 온도 차이는 0.53℃이었다.
식생유형은 종일 온도분석에서는 포장지역, 수면, 초지와 다르게 식생이 있는 식생지들간의 온도차이가 있다는 것이 1% 수준에서 유의성이 인정되었다. 하지만 식생유형간 온도차이에 대한 유의성은 인정되지 않았다. 그러나 고온시간대 온도분석에서는 외래활엽수림(33.33℃), 자생활엽수림(33.49℃), 외래침엽수림(33.98℃), 자생침엽수림(34.34℃) 순으로 온도분포를 보였다. 이 중 외래활엽수림 및 자생활엽수림과 자생침엽수림유형은 각각 1.01℃, 0.85℃로 1%, 5% 수준에서 온도차이가 있다는 유의성이 인정되었다. 상대적으로 온도가 낮게 측정된 외래활엽은 주로 조성녹지에 밀식되어 온도가 낮게 측정된 것으로 판단되었다.
식생구조는 종일 온도분석에서 식생구조별 온도 차이의 유의성이 인정되지 않았다. 고온시간대 온도분석에서는 교목층+관목층(32.73℃)과 교목층+초본층(34.04℃), 교목층+관목층+초본층(33.90℃)의 온도 차이가 각각 1.31℃, 1.17℃ 있다는 것에 1%, 5% 수준의 유의성이 인정되었다. 식생구조에서 온도에 영향을 미치는 순서는 교목, 아교목, 관목의 순서라고 하였지만 본 연구에서는 식생구조의 변화에 따른 녹지량의 변화가 영향이 있었던 것으로 판단되었다.
녹지량에 대한 종일 온도분석은 녹피율과 녹지용적계수에서 온도차이에 대한 유의성이 인정되지 않았다. 그러나 고온시간대 온도분석에서는 녹지량 중 두 가지 항목에서 모두 유의성이 인정되었다. 녹피율별 온도 차이는 85%(33.49℃), 148%(33.83℃), 78%(34.24℃), 81%(35.08℃)순이었고 녹피율 81%의 조사구와 85%, 145% 조사구의 온도 차이가 각각 1.59℃, 1.25℃로 1% 수준에서 온도 차이에 대한 유의성이 인정되었다. 녹지용적계수는 증가하면 증가할수록 온도가 낮아지는 음(-)의 상관관계가 0.01수준(양쪽)에서 유의성이 인정되었다. 녹지용적계수에 따른 온도 변화모형은 Y = 36.693 - 0.148X(Y: 온도 변화량, X: 녹지용적계수)로 7㎥/㎡의 녹지용적을 늘릴시 -1.036℃의 온도저감효과가 있을 것으로 예상되었다.
녹지유형(식생유형, 식생구조, 녹지량)에 의한 온도차이는 하루 중 고온시간대인 12～16시 사이가 가장 컸다. 이를 토대로 녹지의 온도저감 효과가 하루 중 가장 더울 때 효과가 있는 것으로 판단되었다.
식생구조와 식생유형별 측정된 온도를 기준으로 올림픽공원의 비오톱지도에 적용한 결과, 기존 위성지도의 지표면 온도분포도와 유사한 경향을 보여 사용에 지장이 없어보이나, 수면에서 상반되는 경향을 보였다. 이는 일사차단을 하는 교목층의 부재로 일사의 영향과 수면에서 반사되는 복사열에 기인한 것으로 추정되었다. 교목층의 일사차단 효과가 그 하부의 온도상승 여부에 많은 영향을 준다는 것을 3개 도면의 비교분석을 통해 알 수 있었다. 그러나 수목의 무분별한 식재로 인한 양적 증가는 다양한 토지이용으로 인하여 생기는 찬공기 및 국지성환류의 생성에 영향을 주어 공원이용객들에게 온열쾌적감을 주지 못하는 상황이 발생할 수도 있다. 그러므로, 공원 조성시 수면과 식재지와의 관계를 고려한 배치가 필요할 것이다.
본 연구결과를 종합하면 기존 녹지지역에서 시가화지역으로 개발할 때, 녹지용적은 7㎥/㎡의 녹지용적계수를 확보해야만 +1℃ 이하로 온도 상승을 최소화 할 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 서울시 올림픽공원의 대규모 녹지 중 가장 온도가 낮게 측정된 유형을 종합하면, 산림지역의 활엽수림이 가장 온도가 낮았다. 식생유형에서는 외래활엽수림이 가장 온도가 낮았으나, 이는 외래수종이 식재되는 조성녹지의 특성상 식재밀도가 높아 녹지용적과 녹피율이 높게 나타난 것으로 판단되었다. 자연적인 상태에서는 산림의 온도가 가장 낮았으며, 다음으로는 인공적으로 확보한 조성녹지의 온도가 낮았다. 앞으로 도시개발 시 도심 내 위치한 산림의 보존이 우선적으로 필요하며, 부득이하게 산림녹지의 훼손이 불가피하다면 훼손하는 면적에 상응하는 면적 녹지가 조성되어야 할 것으로 판단되었다. 또한, 식생구조와 식생유형에서 측정된 온도를 비오톱지도에 적용하는 것은 수면 유형에서의 차이만 있을 뿐 전반적으로 지표면 온도분포와 유사한 결과를 보여, 녹지유형에 따른 온도 추정이 가능할 것으로 판단되었다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 연구배경 및 목적 1
• 제 2 장 연구의 이론적 고찰 3
• 제 1 절 도시 온도 영향요인 연구 3
• 제 2 절 도시 열섬현상 저감방안 연구 7
• 제 3 절 녹지의 기온저감효과 연구 10
• 제 3 장 연구내용 및 수행체계 15
• 제 1 절 연구내용 15
• 제 2 절 연구수행체계 17
• 제 4 장 연구방법 19
• 제 1 절 연구대상지 19
• 제 2 절 조사분석방법 20
• 1. 조사구별 온도 실측 20
• 1) 조사구 선정 및 유형 분류 20
• 2) 조사시기 설정 21
• 3) 온도 측정 23
• 2. 온도 영향요인 분석 25
• 1) 토지피복유형 25
• 2) 식생유형 25
• 3) 식생구조 25
• 4) 녹지량 25
• 3. 온도와 영향요인간 관계 분석 28
• 제 5 장 결과 및 고찰 29
• 제 1 절 연구대상지 특성 29
• 1. 송파구 도시열섬특성 29
• 1) 지형분석 29
• 2) 토지이용 32
• 3) 지표면 온도 34
• 2. 연구대상지 특성 36
• 1) 올림픽공원 개요 36
• 2) 올림픽공원 토지이용유형 37
• 3) 올림픽공원 토지피복현황 39
• 4) 올림픽공원 식생분포현황 41
• 제 2 절 실측 온도 44
• 제 3 절 온도 영향요인 분석 51
• 1. 토지피복유형 51
• 2. 식생유형 51
• 3. 식생구조 53
• 4. 녹지량 55
• 1) 녹피율 55
• 2) 녹지용적계수 55
• 제 4 절 온도와 영향요인간 관계 분석 56
• 1. 종일 온도분석 56
• 1) 토지피복유형 56
• 2) 식생유형 59
• 3) 식생구조 63
• 4) 녹지량 67
• 5) 종합 69
• 2. 고온시간대 온도분석 72
• 1) 토지피복유형 72
• 2) 식생유형 74
• 3) 식생구조 79
• 4) 녹지량 83
• 5) 종합 88
• 3. 종합 고찰 90
• 제 5 절 녹지유형에 따른 온도분포모형 검증 92
• 제 6 장 결론 97
• 인용문헌 101