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문제 정의
- 본 연구는 광범위한 지역의 온도자료 추출이 가능한 인공위성 영상의 온도자료와 인공위 성영 상자료에서 분석하기 어려운 도심 내 아파트단지의 조성녹지, 투수 포장지 등의 토지이용현황 조사자료를 연계하여 아파트 단지 내부에 조성된 녹지 및 오픈스페이스가 아파트 단지 전체의 온도변화에 미치는 영향을 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 각 연구대상지 지표면온도의 평균값과 단지내 온도 변화에 영향을 미칠 것으로 예상되는 변수들인 토양피 복유형, 건물밀도, 식생지수 등과 온도값의 관계를 분 석하고자 토양피복유형 및 건물밀도, NDVI의 변수와 온도값의 상관관계를 분석하였으며 이들을 독립변수 로, 인공위성영상자료를 활용한 대상지 온도값을 종속 변수로 한 회귀분석을 실시하여 각 변수가 온도에 미 치는 영향의 정도를 회귀식으로 모형화하고자 하였다. 분석 프로그램은 SPSS for Windows 11.
- 도시 온도변화 영향요인으로는 토양피 복유형 , 건물 밀도, 식생지수로 구분하여 조사하였다.
- 본 연구에 서 는 Landsat ETM+ Band 4와 Band 3을 조합하여 계산한 대상지 내부의 식생활력도인 NDVI 를 0〜255까지의 값으로 변환하여 분석 에 사용하였다.
- 서울시 1/1, 000수치지도를 바탕으로 대상지 경계를 작성한 후 각 대상지의 인공위성영상 DN값을 추출 하여 대상지 온도를 추정하였고 DN값으로 산정 한 각 대상지의 상대적 온도값은 섭씨온도(V)로 변환하였 다. 변환식은 NASA에서 제시한 Landsat ETM+ 영상의 온도변환식을 사용하였는데 그 내용은 다음과 같다.
- 토양피 복유형은 포장지 역 과 녹지지 역 으로 대 분류하 였으며 포장지역은 다시 건폐지, 불투수포장지, 투수 포장지로 구분하였는데 아파트단지의 경우 각 단지별로 건물의 규모 및 녹지의 형태가 불규칙하여 대상지 전지 역의 토양피복 형 태를 조사하였다.
- 토양피복유형에 따른 온도차이의 검증을 위하여 연 구대상지 면적에서 식물녹화지역의 면적 비를 나타내 는 녹지율과 건폐지 면적비율인 건폐율을 산출하였다. 건물의 밀도는 전체면적에 대한 건축물의 바닥 총면 적을 비율로 나타낸 값인 용적율을 산출하였으며 녹지 의 활력도를 평가하기 위해서 개발된 식생지수는 가장 일반적으로 사용되고 있는 NDVI(Normalised Differ ence Vegetation Index)* 이 용하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 도시온도에 영향을 미치는 외적 요소인 바람의 세기, 지리적 요소인 지역 간 고도차, 경사도 및 경사향 등에 의한 온도분포 편차 등이 상대적으로 적은 것으로 판단되는 서울 강남지역을 대상으로 하였다. 서초구, 강남구.
- 송파구 일대의 아파트단지를 대상으로 주변지역 현황, 토지이용유형, 토양피복유형, 녹지비율 등(서울특별시, 2000b)을 고려하여 전체 36 개 지역의 아파트단지를 선정하였다. 선정된 아파트단 지는 면적이 17, 955rrf~268, 336itf이었으며 조성년도 는 1973년〜1992년으로 대부분 1970년대 후반-1980 년대 초반이었고 주 층고는 5층〜 18층이었다(Table 1).
- 서초구, 강남구. 송파구 일대의 아파트단지를 대상으로 주변지역 현황, 토지이용유형, 토양피복유형, 녹지비율 등(서울특별시, 2000b)을 고려하여 전체 36 개 지역의 아파트단지를 선정하였다. 선정된 아파트단 지는 면적이 17, 955rrf~268, 336itf이었으며 조성년도 는 1973년〜1992년으로 대부분 1970년대 후반-1980 년대 초반이었고 주 층고는 5층〜 18층이었다(Table 1).
- 인공위성영 상자료는 Thermal Band의 해상도가 60m x 60m인 Landsat 7호(ETM + ) 의 영상 2scene (2000년 9월 4일, 2001년 6월 3일)을 사용하였다. 인공위성영상자료 취득 당시의 이상기후 현상이나 우 천 등의 기상악화는 대상지 온도에 전반적인 영향을 미칠 수 있어 연구대상지를 중심으로 취득일의 기상상 태에 대한 고려가 필요하였다.
데이터처리
- 아파트단지 내 온도분포모형을 구축하기 위하여 투수 + 녹지율, 녹지율, 건폐율, NDVI값을 독립변수로, 대상지온도값을 종속변수로 하여 회귀분석을 실시하였다. 용적율의 경우 상관관계 분석과 산점도를 분석 한 결과 대상지 온도값과의 상관관계가 미약한 것으로 판단되어 본 분석에서는 제외하였다.
이론/모형
- 토양피복유형에 따른 온도차이의 검증을 위하여 연 구대상지 면적에서 식물녹화지역의 면적 비를 나타내 는 녹지율과 건폐지 면적비율인 건폐율을 산출하였다. 건물의 밀도는 전체면적에 대한 건축물의 바닥 총면 적을 비율로 나타낸 값인 용적율을 산출하였으며 녹지 의 활력도를 평가하기 위해서 개발된 식생지수는 가장 일반적으로 사용되고 있는 NDVI(Normalised Differ ence Vegetation Index)* 이 용하였다.
- 서울시 1/1, 000수치지도를 바탕으로 대상지 경계를 작성한 후 각 대상지의 인공위성영상 DN값을 추출 하여 대상지 온도를 추정하였고 DN값으로 산정 한 각 대상지의 상대적 온도값은 섭씨온도(V)로 변환하였 다. 변환식은 NASA에서 제시한 Landsat ETM+ 영상의 온도변환식을 사용하였는데 그 내용은 다음과 같다.
성능/효과
- 1999년 서울시 자동기상관측망(AWS)에서 관찰한 기온자료를 이용한 기상 추정결과 강남지 역은 전지 역에서 고르게 높은 온도를 보였고(오성남과 부경온, 2000) 서울지역 내에서 4계절 모두 바람이 약하였다 (서울특별시, 2000a). 1/25, 000 Scale의 서울시 지도에서 고도 20m 간격으로 작성된 등고선을 추출하여 분석한 결과 강남지역은 지역간 고도차가 거의 없는 것으로 분석되었다.
- 2000년 9월 4일은 각 대상지의 온도가 22.48- 32.47幻의 범위이었으며 2001년 6월 3일에는 21.23〜34.1812로 2000년 9월영상과 비교하여 온 도분포범위가 넓은 것을 확인할 수 있으나 대상지 전 체 평균온도는 각 28.09으(2000년 9월)와 28.08幻 (2001년 6월)로 온도차가 거의 없는 것으로 분석되 었다(Table 2).
- 종합하여 본 결과 대상지내 녹지율. NDVI값이 높을수록 대상지 온도가 낮았으며 불투수포장율이 높을 수록 온도값은 높았다. 또한 투수포장지역은 대상지 온도제어에서 녹지와 함께 대상지 온도를 낮추는 역할 을 하는 것으로 분석되었다.
- 각 대상지별 건물의 용적율을 산출한 결과 조사지 031(잠실주공1단지아파트) 이 용적율 97.90%로 가 장 저밀도로 개발된 지역이었으며 건물의 주 층고가 12층인 조사지 010(한신신반포8차아파트)이 가장 고밀도로 개발된 지역으로 용적율은 313.78%이었다. 전체 지역의 평균용적율은 174.
- 각 대상지의 NDVI값을 변환한 결과, 2000년 9월 영상은 99.52(조사지 022)〜115.80(조사지 017) 의 범위에 있었으며 2001년 6월영 상은 조사지 022가 93.45로 가장 낮았으며 조사지 030°1 128.49로 가 장 높았다. 전체평균은 2000년 9월영상이 107.
- 건폐율, 녹지율, 불투수포장율과 아파트단지 내 온 도와의 상관관계 정도를 측정하기 위한 Tearson의 상관계수’를 구한 결과 녹지율은 -0.603(20이년 6 월) ~-0.616(2001년 9월)으로 모두 음(-)의 상관관계를 보였으며 유의확률 0.01 수준에서 통계적으로 유의하였고 불투수포장율은 0.387(2000년 9 월)〜0.394(20이년 6월)로 유의확률 -0.05수준에서 유의한 양( + )의 상관관계를 보였으나 건폐율은 통계적으로 유의하지 않았다.
- 인공위성영상자료 취득 당시의 이상기후 현상이나 우 천 등의 기상악화는 대상지 온도에 전반적인 영향을 미칠 수 있어 연구대상지를 중심으로 취득일의 기상상 태에 대한 고려가 필요하였다. 기상청 기상측정소 중 강남구 삼릉초등학교(강남구 삼성2동 42)와 서초구 서울교육대학교(서초구 서조동 1650), 송파구 롯데월 드(송파구 잠실동 40-1)에 설치된 자동기상측정망 (AWS) 자료 중 각 인공위성영상자료의 촬영시기를 기준으로 촬영전 2일, 촬영일, 촬영후 1일의 4일간 기상개황을 분석한 결과 대체적으로 촬영전과 촬영후의 기온, 풍속 등의 심한 변화는 없었으며 강우로 인한 급 격한 온도변화도 없는 것으로 분석되었다.
- 단계선택 (stepwise)에 의한 다중회귀분석결과 2000년 9월영상과 2001년 6월영상 모두 독립변수 중 투수+ 녹지율만이 회귀식에 채택되었으며 채택된 독립변수는 F검정과 T검정에서 모두 유의수준 0.01 에서 유의하였으며 회귀식의 수정결정계수(R2)는 각 41.4(2000년 9월)와 40.4(2001년 6월)이었다 (Table 5).
- 대상지온도와 대상지 내부의 NDVI와의 상관관계 분석결과 상관계수가 각각 -0.423(2000년 9월 4일), -0.360(2001 년 6월 3일)으로 NDVI값이 높을 수록 대상지의 온도는 낮은 것으로 분석되었으며 이는 신뢰도 95%수준에서 유의하였다(Table 5).
- NDVI값이 높을수록 대상지 온도가 낮았으며 불투수포장율이 높을 수록 온도값은 높았다. 또한 투수포장지역은 대상지 온도제어에서 녹지와 함께 대상지 온도를 낮추는 역할 을 하는 것으로 분석되었다. 본 연구는 연구대상지가 넓게 분포하고 있는 등, 대상지의 특성상 다양한 주위 환경변수의 제어에 어려움이 있었으며 온도값의 추정 자료인 인공위성영상의 단위 cell 크기가 60m x 60m 로 정밀한 영상보정 후에도 대상지 경계지점의 경우 주변지역과 중복이 되는 등.
- 본 회귀분석에 의하면 투수포장지와 녹지면적이 1%씩 증가함에 따라 2000년 9월의 경우에는 아파트 단지 내 온도가 0.291t씩 하락하는 것으로 예측할 수 있었으며 20()1년 6월의 경우는 투수포장지와 녹 지면적의 증가에 따른 온도의 하락폭이 조금 더 큰 것 으로 분석되어 투수포장지와 녹지면적 1%의 증가가 0.36B2만큼 온도하락을 가져오는 것으로 예측되었다.
- 우수침투면적율에 따른 온도분포를 알아보기 위하여 투수포장지를 녹지면적에 합산한 값과 불투수포장 면적에 합산한 값을 각각 대상지 온도와 분석한 결과 투수포장면적 을 불투수포장면적 에 합산하여 산출한 상관계수값(0.603-0.616)보다 녹지면적에 합산한 상관계수값(-0.636〜-0.643)이 보다 높게 분석되었다 (Table 3).
- 종합하여 본 결과 대상지내 녹지율. NDVI값이 높을수록 대상지 온도가 낮았으며 불투수포장율이 높을 수록 온도값은 높았다.
- 21%로 가장 높았다. 평균녹지 율은 35.77%로 대상지 대부분이 조성된 지 20년 정도가 지난 아파트단지로 비교적 높은 녹지면적을 확보 하고 있었다. 모래포설지 등의 투수포장지 비율은 조 사지 002가 투수포장지가 없어 가장 낮았고 조사지 027이 7.
후속연구
- 건물규모에 의한 그림자효과를 간접적으로 측정하 고자 설정한 기준인 건축물의 용적율은 온도값과의 상관관계분석결과 통계적으로 유의하지 않아 단순한 용적율의 증가로 그림자효과를 설명하기에는 한계가 있는 것으로 판단되어 추후 건물그림자 효과에 대한 정밀한 조사연구가 뒷받침되어야 할 것으로 판단되었다
- 영상이 지니는 해상도의 한계로 인한 오차가 있는 것으로 추정되었다. 추후 대 상지의 보다 정밀한 자료구축 즉, 대상지 내부, 경계지점, 주변지역 등의 온도실측을 통해 대상지온도 뿐만 아니라 주변지역에 의한 온도값 변화정도 등을 파악한 후 도시미기후분석을 실시하여 도심고온화 현상을 줄 일 수 있는 도시환경개선방안 연구의 진행이 요구되었다.
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