[논문]도시의 수목이 기온의 조절에 미치는 영향

김수봉; 김해동

문제 정의

열수지 및 복사수지 해석을 통하여 태양 복사에너지가 식피층 내외에 분배되는 에너지를 분석한 결과, 식피층에서는 지면도달 태양에너지의 대부분이 수증기 증발로 소모되어(약 70%), 태양에너지의 대부분의 온도상승으로 나타나는 나대지에 대하여 저온이 형성됨을 알 수 있었다. 이로부터 가로수의 증산작용으로 소모하는 에너지가 기온저하에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있었다.
이에 본 연구는 도시녹지시설의 일부인 가로수가 도시의 온·습도를 조절하여 미기후 개선에 미치는 영향을 알아보는데 그 목적이 있다.

가설 설정

1을 이용해서 순복사량을 산출하였다. 상·하 방향의 장·단파복사에너지는 나대지에 설치한 자동기상관측 장치로부터 측정하였고 나무에 대한 알베도( "/)는 Watanabe와 Kondo(1994)를 따라서 0.1 로 가정하였다.
같은 양의 수목을 일정한 구역 내에 자유로운 이식배치가 가능하다는 가정 하에 기온완화효과를 최대로 발휘할 수 있는 배치를 조사하였다. 이를 위하여 구역 내에 존재하는 전체적인 수목의 양을 일정하게 하고, 식생군락지를 서로 다르게 분할하고 그 사이는 나대지로 하였을 때의 비교계산을 수행하였다.
지표면온도는 적외온도로 나대지면의 온도를 매시간 측정하여 구하였으며, 열수송속도와 지표면의 습윤도는 Sugawara와 Kondo(1995) 를 따라서 다음과 같이 가정하였다. 지표면이 아스팔트와 콘크리트로 포장되어 있는 경우 ChU=0.

제안 방법

가로수가 도시기온 저하에 미치는 효과를 정량적으로 평가하기 위하여, 대표적인 가로수 중의 하나인 플라타너스를 대상으로 미기상학적 관측을 수행하였다. 측정대상수목의 종류와 크기는 평균적인 크기의 가로수에 근접한 것으로 하였다.
2. 관측

관측항목은 지중온도, 지표면온도, 기온, 식피층 온£, 일사량, 순복사량, 풍속 등인데, 이들 관측센스를 자료 집록 장치 (Automatic Weather Observation System(AWS), CR-10, 미국 Campbell사)에 연결하고 노트북 컴퓨터 프로그램에 매분 간격으로 자동으로 관측하여 저장되게 하였다(Figure 1 참조). 자료 분석을 위한 관측은 1998년 8월 30일 0시에서 24시까지 24시간 연속으로 이루어졌다.
매분 간격으로 관측된 식피층 내외의 온·습도와 바람자료 및 복사량 자료로부터 1시간 평균자료를 계산하여 분석에 사용하였다. 이들 1시간 평균자료를 이용하여, 식피층 내외의 온도분포의 차이를 비교하였다.
이를 바탕으로 복사수지와 열수지 해석을 수행하여 수목이 하계 기온저하에 미치는 효과를 정량적으로 평가할 수 있었다. 열수지 및 복사수지 해석을 통하여 지상에 도달하는 태양복사에너지가 식피층의 내외에서 재분배되는 에너지 형태의 차이를 분석하여, 식피층 내외에서 나타나는 현열(顯熱, sensible heat)과 잠열의 재분배 차이를 평가하였다. 현열이란 에너지의 부가와 손상이 온도상승과 하강으로 나타나는 경우의 열을 말한다.
분석에 사용하였다. 이들 1시간 평균자료를 이용하여, 식피층 내외의 온도분포의 차이를 비교하였다. 이를 바탕으로 복사수지와 열수지 해석을 수행하여 수목이 하계 기온저하에 미치는 효과를 정량적으로 평가할 수 있었다.
같은 양의 수목을 일정한 구역 내에 자유로운 이식배치가 가능하다는 가정 하에 기온완화효과를 최대로 발휘할 수 있는 배치를 조사하였다. 이를 위하여 구역 내에 존재하는 전체적인 수목의 양을 일정하게 하고, 식생군락지를 서로 다르게 분할하고 그 사이는 나대지로 하였을 때의 비교계산을 수행하였다. 그 결과에 의하면, 식생 간격이 짧은 쪽이 명확히 기온 저하효과가 넓은 영역에 걸쳐서 크게 나타났다.
자료 분석을 위한 관측은 1998년 8월 30일 0시에서 24시까지 24시간 연속으로 이루어졌다. 관측은 부산대학교 구내의 플라타너스(수고 약 5m, 흉고직경 약 30cm)가 식재된 콘크리트 포장 도로변에서 수행되었다 이날 정오 경에 국지적으로 형성된 연직 방향의 적운형태 웅대적운으로 인하여 정오 전후의 관측치는 불안정하였다(Figure 2 참조).

대상 데이터

자료 분석을 위한 관측은 1998년 8월 30일 0시에서 24시까지 24시간 연속으로 이루어졌다. 관측은 부산대학교 구내의 플라타너스(수고 약 5m, 흉고직경 약 30cm)가 식재된 콘크리트 포장 도로변에서 수행되었다 이날 정오 경에 국지적으로 형성된 연직 방향의 적운형태 웅대적운으로 인하여 정오 전후의 관측치는 불안정하였다(Figure 2 참조). 분석한 자료는 30일의 매분 자료를 사용하였다 관측항목은 지중온도 지표면온도 기온 식피층 기온, 일사량, 순복사량, 풍속이었다 그리고 식피층(vegetation canopy) 온도는 지상 3미터 상공에서, 풍속은 나대지 2m 상공, 기온 및 일사량과 순복사량은 나대지 1.
본 연구에서 사용된 엽면적지수는, Welles와 Norman(1991)에 의해 제시된 중위도 지역의 활엽수림에 대한 값인 7.0 所 %師 2을 사용하였다.

데이터처리

따라서 구하였다. 그리고 본 연구에서 추정된 결과를 Hwang, Su Jin(1994) 의 그것과 비교하였다.

이론/모형

수목의 영역으로 입사된 태양복사에너지는 그곳에는 다른 형태의 에너지로 재분배되는데, Hwang, Su Jin(1994) 의 연구방법에 따라 그 비율이 계산되었다. 식 피층 내에서 태양에너지가 현열로 재분배되는 비율은 아주 작았지만 잠열로 재분배되는 것은 평균 약 0.
위의 방법으로 추정한 수목의 잠열소모량과 지면 도달 일사량간의 비를 Hwang, Su Jin(1994)의 에너지 재분배기법을 따라서 구하였다. 그리고 본 연구에서 추정된 결과를 Hwang, Su Jin(1994) 의 그것과 비교하였다.

성능/효과

1. 야외관측결과 일사가 강한 시간동안(2~5시)의 기온은 식피층기온보다 1℃~2.5℃ 높았고, 엽면온도는 식피층보다 1℃~2℃ 낮은 것을 관찰할 수 있었다. 이는 엽면의 증산작용이 활발하여 식피층 내 저온이 형성되며, 이는 식피층 내의 열을 빼앗아 기온저하를 유발시키기 때문이다.
2. 열수지 및 복사수지 해석을 통하여 태양 복사에너지가 식피층 내외에 분배되는 에너지를 분석한 결과, 식피층에서는 지면도달 태양에너지의 대부분이 수증기 증발로 소모되어(약 70%), 태양에너지의 대부분의 온도상승으로 나타나는 나대지에 대하여 저온이 형성됨을 알 수 있었다. 이로부터 가로수의 증산작용으로 소모하는 에너지가 기온저하에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있었다.
그들은 은행나무, 플라타너스 및 단풍나무를 선정하여 수종별로 잎들에 의한 단위시간 및 단위 엽면적당 증산량을 운반형 적외 가스분석기를 이용하여 현지에서 측정하였다. 관측결과에 의하면, 측정대상 수목의 총엽면적당 증산량과 일장을 곱하여 단목(單木)의 8월 하루 증산량을 산정하면, 플라타너스가 230kg, 단풍나무가 250kg이었다. 이에 소모되는 열량을 계산하면, 250시, 000gram><0.
(1986)이 1차원 지면-식 피층-대기의 결합모델로 최성기의 조밀한 식피층에서 구한 잠열 플럭스 310 叼酬 2보다 약간 작은 값이다. 관측치로 계산한 열수지 항들은 기존의 연구들과는 연구대상 및 조건의 차이 때문에 그 값 자체를 비교할 수는 없지만 잠열 플럭스가 더 크게 추정되고 현열 플럭스가 그 보다 작게 추정되어 식피층의 특성을 잘 나타내었다.
이를 위하여 구역 내에 존재하는 전체적인 수목의 양을 일정하게 하고, 식생군락지를 서로 다르게 분할하고 그 사이는 나대지로 하였을 때의 비교계산을 수행하였다. 그 결과에 의하면, 식생 간격이 짧은 쪽이 명확히 기온 저하효과가 넓은 영역에 걸쳐서 크게 나타났다. 따라서 하나의 식생 구간을 작게 하더라도 나대지 구역의 구간을 짧게 하는 것이 기온저하에 효과적이라고 주장하였다.
숲이 갖는 기후완화효과가 확인되었다. 다음으로 맑은 날 저녁에, 일반풍이 약해지는 시간대에 0.5m/s 이하인 약풍이 삼림에서 도심지역으로 불어 나오고 있다는 것이 확인되었다. 마지막으로 각종 대기오염 물질 흡수력을 평가해 본 결과, 일산화질소는 관측정확도의 문제로 정량적인 평가가 곤란하였지만, 오존과 이산화질소는 일 평균 긱각 0.
5m/s 이하인 약풍이 삼림에서 도심지역으로 불어 나오고 있다는 것이 확인되었다. 마지막으로 각종 대기오염 물질 흡수력을 평가해 본 결과, 일산화질소는 관측정확도의 문제로 정량적인 평가가 곤란하였지만, 오존과 이산화질소는 일 평균 긱각 0.30ppb ml sec, llppb ml sec 이었다. 이들 값은 기존의 연구에서 얻어진 식생상의 증가와 비교해서 타당한 값으로, 메이지 신궁 숲의 대기 정화기능이 정량적으로 평가되었다.
먼저, 메이지 신궁의 삼림은 1초에 펫트병 100개에 상당하는 수증기를 도시대기 중으로 방출하고 있었다 또 도심지역의 열수지와 비교하여 본 결과, 메이지 신궁의 숲이 갖는 기후완화효과가 확인되었다. 다음으로 맑은 날 저녁에, 일반풍이 약해지는 시간대에 0.
관측은 부산대학교 구내의 플라타너스(수고 약 5m, 흉고직경 약 30cm)가 식재된 콘크리트 포장 도로변에서 수행되었다 이날 정오 경에 국지적으로 형성된 연직 방향의 적운형태 웅대적운으로 인하여 정오 전후의 관측치는 불안정하였다(Figure 2 참조). 분석한 자료는 30일의 매분 자료를 사용하였다 관측항목은 지중온도 지표면온도 기온 식피층 기온, 일사량, 순복사량, 풍속이었다 그리고 식피층(vegetation canopy) 온도는 지상 3미터 상공에서, 풍속은 나대지 2m 상공, 기온 및 일사량과 순복사량은 나대지 1.5m 상공에서 관측되었다.
30ppb ml sec, llppb ml sec 이었다. 이들 값은 기존의 연구에서 얻어진 식생상의 증가와 비교해서 타당한 값으로, 메이지 신궁 숲의 대기 정화기능이 정량적으로 평가되었다.
이들 1시간 평균자료를 이용하여, 식피층 내외의 온도분포의 차이를 비교하였다. 이를 바탕으로 복사수지와 열수지 해석을 수행하여 수목이 하계 기온저하에 미치는 효과를 정량적으로 평가할 수 있었다. 열수지 및 복사수지 해석을 통하여 지상에 도달하는 태양복사에너지가 식피층의 내외에서 재분배되는 에너지 형태의 차이를 분석하여, 식피층 내외에서 나타나는 현열(顯熱, sensible heat)과 잠열의 재분배 차이를 평가하였다.
6kcal(증발잠열, 물 Igram을 증발시키는 데에 소모되는 열량) = 150, 000kcal이다. 즉, 플라타너스나 단풍나무 한 그루의 8월 하루 증산량은 5, 100kcal/h(15평형) 냉방능력을 가진 냉방기 2대를 약 13시간 이상 가동하는 효과에 상당하였다

후속연구

3. 따라서 현대의 새로운 환경문제로 대두된 도시 열섬현상을 완화하고 아울러 미기후의 개선을 도모하기 위해서는 앞으로 각 지방자치단체는 다른 환경사업에 비해 재정적으로 부담이 적은 가로수와 같은 수목 식재 사업에 역점을 두어야 할 것으로 사료된다. 아울러 지자체의 환경적 특성을 고려한 전략적인 식재계획의 수립이 시급하다고 하겠으며 도시녹지의 환경적·경제적 효과에 대한 조경학적인 연구가 지속되어야 할 것으로 사료된다.
따라서 거리가로수가 도시의 하계기온 저하에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있었다. 그러나 이 자료는 정오에 출현한 웅대적운의 영향으로 불안정한 양상을 보이기도 하였고 관측항목중에서 가장 중요한 엽면온도가 약 반일에 걸쳐서만 관측이 이루어졌기 때문에 나무가 하루 중에 흡수하는 대기중의 열량을 정량적으로 평가하는데는 한계가 있었다. 그럼에도 불구하고 관측항목의 일변화 패턴을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
따라서 현대의 새로운 환경문제로 대두된 도시 열섬현상을 완화하고 아울러 미기후의 개선을 도모하기 위해서는 앞으로 각 지방자치단체는 다른 환경사업에 비해 재정적으로 부담이 적은 가로수와 같은 수목 식재 사업에 역점을 두어야 할 것으로 사료된다. 아울러 지자체의 환경적 특성을 고려한 전략적인 식재계획의 수립이 시급하다고 하겠으며 도시녹지의 환경적·경제적 효과에 대한 조경학적인 연구가 지속되어야 할 것으로 사료된다.
차후 연구과제5、도시수목의 겨울철 열 저장효과 평가와 거리가로수를 대상으로 하여 다양한 외적 조건에 따른 도시수목의 기온 저감효과를 평가할 필요가 있을 것으로 판단된다.

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