[논문]도심지의 온열성상에 관한 연구 -제1보 도심지 온열환경 예측모델을 위한 실측조사-

손원득; 이성

문제 정의

따라서 본 논문에서는 나고야를 대상으로 도심 시가지의 온열환경 예측시, 중요한 경계조건인 도심 시가지의 상공부 대기의 열성상에 관해 실측을 통하여 분석함으로써 시가지 규모의 1차원 도시 Canopy 모델화를 위한 기초적 자료를 제시하고자 한다.
따라서 본 연구는 이러한 실측 결과를 바탕으로, 제2보에서 도심부의 온열성상을 예측하기 위한 시가지 규모의 1차원 도시 Canopy 모델을 제안하여 도시온난화 요인을 정량화하고자 한다.
본 논문에서는 나고야를 대상으로 도심 시가지의 온열환경 예측시, 중요한 경계조건인 도심 시가지의 상공부 대기의 열성상에 관해 1995〜1997년 및 2000〜2002년의 6년간에 걸친 실측을 통하여 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 6년에 걸친 실측결과로부터 도심부의 온열성상을 파악하고, 시가지 규모의 1차원 도시 Canopy 모델을 이용하여 도시온난화 요인을 정량화하고자 한다.
본 장에서는 각 계절간의 청천일을 대표일로 설정하여, 일일주기의 상공부 대기의 성상에 관해 고찰하고자 한다. 각 계절간의 대표일은 청천일(일일 일조시간 6시간 이상)이 며칠간 계속되고, 비교적 바람이 약하며 온화한 날을 선정하였다.

대상 데이터

온도, 풍향 및 풍속의 관측 지점을 Table 1에 나타내었다. 1995〜1997년 및 2000〜2002년까지의 관측데이터를 본 연구의 검토를 위해 이용하였다.
본 장에서는 각 계절간의 청천일을 대표일로 설정하여, 일일주기의 상공부 대기의 성상에 관해 고찰하고자 한다. 각 계절간의 대표일은 청천일(일일 일조시간 6시간 이상)이 며칠간 계속되고, 비교적 바람이 약하며 온화한 날을 선정하였다.
1에 최근 100년간의 나고야시의 연평균 온도의 추이를 나타내었다. 검토 대상 지역인 나고야시 도심부의 기상조건을 대표하여, 나고야시 도심부 중심에 위치한 TV타워의 관측데이터를 이용하였다(Fig. 2 참조). 온도, 풍향 및 풍속의 관측 지점을 Table 1에 나타내었다.
검토지역으로서 일본 아이치켄에 위치한 나고야 도심부(Sakae)를 대상으로 하였다. 일본의 3대 도시인 나고야시는 도시열섬현상의 영향으로 최근 100년간의 연평균기온이 약 1.

성능/효과

(1) 검토대상 도심 시가지의 상공 2지점(지상 75m, 139m)에서의 풍향은 연중 거의 동일한 방향으로 나타났으며, 이 기간의 두 지점간의 상공에서의 대기의 혼합은 거의 없음을 확인하였다.
(2) 월평균 풍속은 추기에서 동기까지 증가하며, 춘기에서 하기까지 감소하는 연주기적인 변동을 나타내었다.
(3) 상공 139m 실측 지점까지의 계절별 평균 온위분포는 계절별로 거의 동일한 경향을 보였으며, 동기의 상공부 대기는 매우 안정된 상태이며, 하기의 상공부 대기는 불안정한 상태로 다른 계절에 비해 연교차가 크게 나타났으나, 연주기적으로 변동한다는 것을 명확히 하였다.
(4) 상공 40m 이상에서의 8월의 시간별 높이에 따른 기온 감소율은 1995년을 제외하고 거의 동일한 경향을 보였으며, 높이별 상공부 대기의 열교환량은 일정한 일주기로 변동하는 것으로 사료된다.
8에 동기(冬期) 대표일의 온위차 수직분포를 나타내었다. 동기의 대기성상의 일변화폭은 춘기 및 동기와 동일한 경향의 일변동을 나타내었으나, 심야에서 새벽에 걸친 대기의 안정도는 다른 계절에 비해 크게 나타났다. 또한 대기성상의 시간별 변화의 폭은 춘기 및 추기와 유사하게 나타났으며, 대표일 이외의 쾌청일의 대기성상도 Fig.
전 절의 고찰결과로부터 실측대상 지역인 일본 나고야시 도심부의 상공에서 그 풍향, 풍속 및 온도성상은 월평균적으로는 연주기적인 성상을 나타내고 있음을 명확히 하였다. 따라서 상공의 경계조건으로서 연주기적 조건을 사용함으로써 월평균적인 도심부 시가지의 온열성상의 예측이 가능함을 확인할 수 있었다.
일반적으로 이 지역의 풍향은 도심 북쪽에 위치한 산맥의 영향으로 연중 거의 북(N)으로 나타나지만, 하기에 대해서는 남쪽에서 불어오는 해풍 영향을 크게 받고 있음을 알 수 있다. 또한 관측지점의 지상 75m 및 135m 지점의 각 월별 풍향은 연중 거의 일정하게 나타났다. 따라서 두 지점간의 상공에서의 대기의 혼합은 거의 없는 것으로 추정된다.
3에 나타낸 바와 같이 평균 풍속에 대해서는 풍속 관측의 전 지점에서 추기에서 동기에 걸쳐 풍속이 증가하며, 춘기에서 하기에 걸쳐 풍속이 감소하는 경향이 나타났다. 또한 지상 75 m 지점에서는 각 월의 평균 풍속이 거의 모든 연도별로 일정하게 나타난 것에 비해, 지상 135m 지점에서는 연도간의 약간의 차가 관측되었다.
추기에서 동기에 걸쳐 실측대상 지역의 대기는 안정한 상태로 나타났으며, 하기에서는 불안정한 상태로 나타났다. 또한 하기가 다른 계절에 비해 온위의 연교차가 크게 나타났으며, 월평균 기온이 높은 연도일수록 상공부 대기는 더욱 불안정한 상태를 나타내었다. 하기가 다른 계절에 비해 연교차가 크게 나타난 이유는, 각 연도의 연평균 기온차와 그에 따른 인공적인 배열 등의 영향이 다른 계절보다 증가했기 때문이라고 추정된다.
이상의 결과로부터, 실측대상 지역인 일본 나고야시 도심부에서는 추기 및 동기에 대해서는 지상 100m 부근에서, 춘기 및 하기에 대해서는 지상 100m 이상의 지점에서 도시 Canopy 경계층이 위치하는 것으로 추정되며, 이 경계층은 연주기적인 변동이 있는 것으로 추정되어진다.
전 절의 고찰결과로부터 실측대상 지역인 일본 나고야시 도심부의 상공에서 그 풍향, 풍속 및 온도성상은 월평균적으로는 연주기적인 성상을 나타내고 있음을 명확히 하였다. 따라서 상공의 경계조건으로서 연주기적 조건을 사용함으로써 월평균적인 도심부 시가지의 온열성상의 예측이 가능함을 확인할 수 있었다.
7에 추기(秋期) 대표일의 온위차 수직분포를 나타내었다. 추기 대기성상의 시간변화는 춘기와 거의 동일한 경향을 나타내었으나, 대기의 안정도는 춘기보다 상승하는 경향을 나타내었다. 단, 추기에도 춘기와 동일하게 대기성상의 시간별 변화의 폭은 비교적 크게 나타났다.
2절에서 나타낸 하기의 평균 온위분포의 연교차는 10-40m 부근의 대기영향이 크게 나타난 것으로 추정된다. 한편 지상 80~ 139m 부근의 높이별 기온 감소율의 변동은 연도별 차가 거의 없으며, 이 높이에서는 지표면 부근의 열적 영향을 거의 받지 않는다는 것을 알 수 있었다.

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