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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 부산에 위치하고 있는 9개 지점 기상관측자료를 활용하여 부산광역지역을 몇 개의 바람 권역으로 구분하기 위하여 군집분석을 수행하였다.
- 따라서 이번 연구는 부산지역의 상세 바람 권역 정보 도출이나 대기오염자동측정소 위치 평가를 위한 기초 분석으로서 부산지역에 위치하고 있는 기상관측지점의 기상정보를 바탕으로 부산지역의 기후분석을 수행하여 측정소가 위치한 지역간의 상관성을 살펴보고 이들 결과를 바탕으로 부산지역에서의 바람권역 대분류 분석을 수행하고자 한다.
- 본 연구에서는 위에서 제안한 방안으로 연구를 진행하기 위해 부산지역 9개 지점의 기상관측자료를 활용하여 바람권역 대분류를 수행하였다.
- 본 연구에서는 현재 부산지역에 설치되어 있는 대기오염 자동측정망 위치의 적정성을 살펴보기 위한 선행연구로서 부산지역의 기온 및 바람 자료의 기후분석을 수행하였다.
- 묶는 것이다. 즉, 유사 풍계를 나타내는 일정규모의 지역을 하나의 '바람권역(Wind Sector)'으로 설정하여 기본적으로 이렇게 구분된 각각의 바람권역에 측정소를 배치하는 방법을 개발하는 것이다.
제안 방법
- 그러나 앞서의 분석에서는 군집의 개수를 6개로 결정하였지만 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 서면 등의 부산 도심지역인 동래구와 부산진구 사이를 또 다른 하나의 군집으로 분석하였다. 즉, 성긴 기상관측의 이유로 인해 관측지점이 없는 부산 도심지역을 동래구, 혹은 부산진구에 포함시켜 군집을 결정하기에는 해석상의 문제가 제기되기 때문이다.
- 상관성 분석을 수행하였다. 그리고 이들 기상관측자료의 분석정보를 활용하여 부산지역을 대상으로 바람권역 대분류 군집분석을 수행하였다.
- 다음으로 행정구역상 부산광역시에 포함된 강서구와 기장군 각각에 대해서도 위에 서술한 바와 같이 서면 등과 같은 부산 도심지역을 새로운 대분류권역으로 설정한 것과 마찬가지로 새로운 군집으로 각각 분석하였다. 즉, 서면 등의 부산 도심지역을 새로운 군집으로 설정한 것과 마찬가지로 강서구와 기장군 각각의 경우도 기상관측이 이루어지지 않았을 뿐이며 Fig.
- 60 의 매우 유사한 바람권역 환경으로 분석되었다. 둘째 영도구는 부산진구와 중구에 다소 유사한 바람 권역 환경을 나타내었고 남구는 수영구 및 해운대구와 유사한 바람권역 환경을 나타내었지만 앞서 결정된 군집개수로 인해 각각 하나의 군집으로 따로 분석하였다. 그리고 북구는 군집간의 거리가 가장 먼 하나의 군집으로 결정하였다.
- 즉, 군집을 나누고자 하는 목적에 맞게 그 군집의 특성을 정확히 대변하며 관련 있는 변수들을 선정하는 것이다. 둘째는 유사성의 즉정으로써 측정한 변수들을 이용하여 모든 개체들 간의 거리 (Distance) 또는 비유사성 (Dissimilarity)을 계산하여 모든 개체들 사:이의 .비유사성을 나타내는 거리행렬을 구한다.
- 먼저, 최근 5년 동안(2000년 1월 1일~2004년 12 월 31일)의 양산을 제외한 부산지역 내 9개 기상관즉지 점에서 관즉한 풍향 , 풍속 자료를 토대로 위에 설명한 K-평균 군집분석을 이용하여 공간적 바람 권역을 분류하였다. 즉, 본 연구의 취지 및 앞서 분석한 기상요소별 기후특성과 기상요소에 대한 지점별 상관성 결과로 인해 양산을 제외한 부산지역 9개 지점 관측자료를 이용하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 부산지역에 설치되어 있는 기상대 및 자동기상관측장비 (AWS)의 자료를 이용하여 지점별 기온과 바람에 대한 기후분석과 관측지점 간의 상관성 분석을 수행하였다. 그리고 이들 기상관측자료의 분석정보를 활용하여 부산지역을 대상으로 바람권역 대분류 군집분석을 수행하였다.
- 부산지역의 기상 특성을 파악하기 위하여 최근 5 년 동안(2000 ~ 2004)의 부산지역 내 기상관측자료를 이용하여 주요 기상요소들(기온, 바람)의 특징을 살펴보았다. 부산은 계절풍이 탁월한 대륙의 동쪽 한반도 남동연안에 위치하고 있기 때문에 사계절이 뚜렷한 온대기후와 해양성 기후를 나타낸다.
- 위의 분석된 군집개수를 이용하여 거리 측도에 의한 군집을 결정하였다. 우선 분석결과에 나타난 약어를 관측지점명과 연결시켜 Table 7에 나타내었다.
- 특호], 평지에는 각종 고층건물을 포함한 도시가 발달하여 지형적, 지리적인 요소와 함께 인공적인 요소까지 추가되어 세밀한 바람장을 분석하는데 많은 어려움이 따르고 있는 실정이다. 이러한 부산지역의 전체적인 바람의 패턴과 그에 대한 지역적인 차이를 알아보기 위하여 기상대 및 9개의 AWS 자료를 대상으로 기온, 동서방향 바람성분, 남북방향 바람 성분에 대해 각 지점별 상관성을 분석하였다.
- 즉, 군집개수에 따른 R-Square와 군집간의 거리, 그리고 군집 내 개체간의 거리를 의미하는 PSF 와 PST2를 분석하여 가장 최적의 분류 군집 개수를 결정한다. 이러한 방법은 단지 비교의 목적에서만 유용하게 이용되며, 또한 각 변수에 대한 F-값은 각 군집을 결정하는데 있어서 상대적인 중요도의 의미를 나타내고 있다.
- 풍속을 입력자료로 하여 분석한 6개의 부산지역 바람길 대분류 권역 외에도 위에 서술한 바와 같이 3개의 바람길 대분류 권역을 추가하여 분류하였다. 즉, 부산진구 및 연제구, 강서구, 그리고 기장군을 각각 G, H, 그리고 I로 표시하여 또 다른 대분류 바람 권역으로 설정, 이후에 이 지역에 대한 바람길 상세분류분석을 수행하였다.
- 그리고 각각의 기상관측지점에서 관측된 풍향. 풍속을 입력 자료로 하여 군집분석을 수행하였다. 그러나 이 과정에서 Glahn and Lowry"'가 지적하였던 것과 같이 진북을 기준으로 시계방향으로 10° 간격으로 관측한 풍향 및 ni/s 단위의 풍속을 그대로 적용하지 않고 바람의 동서성분(U)과 남북성분(V) 으로 변환하여 군집분석에 입력하였다.
- 풍속을 입력자료로 하여 분석한 6개의 부산지역 바람길 대분류 권역 외에도 위에 서술한 바와 같이 3개의 바람길 대분류 권역을 추가하여 분류하였다. 즉, 부산진구 및 연제구, 강서구, 그리고 기장군을 각각 G, H, 그리고 I로 표시하여 또 다른 대분류 바람 권역으로 설정, 이후에 이 지역에 대한 바람길 상세분류분석을 수행하였다.
대상 데이터
- 먼저, 본 연구의 목적에 부합하여 부산지역 내 9 개의 기상관측지점을 군집분석의 대상으로 하였다. 그리고 각각의 기상관측지점에서 관측된 풍향.
- 본 연구의 대상지역인 부산지 역은 Fig. 1의 지형도에서 볼 수 있듯이 우리나라 남동 연안에 위치하며, 서쪽은 낙동강을 경계로 김해와 접하고, 남쪽은 부산만, 수영만을 끼고 남해에 면하고 있으며, 북쪽은 양산시와 경계를 이루고 있다. 총 면적은 약 763kn?로 동쪽 끝은 장안읍 효암리( 129°18'.
- 분류하였다. 즉, 본 연구의 취지 및 앞서 분석한 기상요소별 기후특성과 기상요소에 대한 지점별 상관성 결과로 인해 양산을 제외한 부산지역 9개 지점 관측자료를 이용하여 분석하였다.
데이터처리
- 따라서 대기유동장 분석을 통한 공간적인 바람 권역의 유사성을 분류하기 위해 본 연구에서는 위의 K-평균 군집분석을 이용하였다.
- 본 연구에서는 부산광역지역을 대상으로 바람 권역 대분류를 수행하기 위해 과학적 객관성이 확보돤 K-평균 군집분석을 이용하였다. 즉, 여러 가지 사례에 대해 선택한 입력변수에 기준하여 상대적으로 동질적인 사례들을 분류하는 군집분석을 수행함에 있어 본 연구는 그 방법 및 결과에 있어 가장 안정하고 정확한 K-평균 군집분석을 이용하였다.
- K-평균 군집분석을 이용하였다. 즉, 여러 가지 사례에 대해 선택한 입력변수에 기준하여 상대적으로 동질적인 사례들을 분류하는 군집분석을 수행함에 있어 본 연구는 그 방법 및 결과에 있어 가장 안정하고 정확한 K-평균 군집분석을 이용하였다.
성능/효과
- 5년간 부산지역에서의 기온 관측 자료를 분석한 결과 여름에는 덥고 겨울에는 추운 내륙지역의 기후 특성과는 달리 여름철과 겨울철의 기온차가 크게 나타나지 않고 완만한 전형적인 해양성 기후를 나타내고 있음을 알 수 있다.
- 이러한 이유는 우리나라가 여름과 겨울에 바람 장미 분석결과와 마찬가지로 남서풍 및 북풍의 탁월한 계절풍의 영향으로 전체적으로 바다에서 육지로 또한 육지에서 바다로 불어 가는 남북방향 바람 성분이 이 계절에 탁월하게 나타나므로 각 지점별 상관도가 증가하는 것으로 사료된다. 더불어 봄,가을에도 해안지역에서 발생한 해풍의 유입이 내륙까지 이루어지고 산지의 모양을 따라 남에서 북으로 침투하는 형태가 이루어져 남북방향의 바람 성분이 증가하고 따라서 상관도도 증가하는 것으로 분석할 수 있다.
- 4에서와 같이 낙동강 서편의 평야 지역인 강서구와 태백산맥 끝자락에 위치한 산악지역 및 남동해안 지역인 기장군에 대해 새로운 각각의 군집으로 분석하여야 한다. 더욱이 강서구의 대저동과 녹산동, 기장군의 용수리와 기장읍에는 부산지역 대기오염측정소가 각각 설치되어 있는 실정과 함께 부산지역 대기오염측정망 위치 적정성이라는 본 연구의 목적으로 인해 이 지역에 대해 각각 대분류 권역으로 설정하는 것이 타당하다고 판단하여 분석하였다.
- 6801 로 높게 나타났으며 남구(942)와 수영(950), 수영(950) 과 해운대(937) 순으로 높은 상관관계를 나타내었다. 동서성분과 마찬가지로 남북방향의 바람성분 상관도 분석에서도 같은 내륙지점, 또는 같은 해안지점 간의 상관도가 내륙지점과 해안지점 간의 상관도에 비해 뚜렷이 높음을 알 수 있었고 동시에 같은 내륙지점 보다는 같은 해안지점에서의 상관도가 다소 높은 상관성을 나타내었다.
- 955로 상당히 높았으며 군집개수가 5개에 비해, 그리고 7개에 비해 R-Square 값의 증가분이 가장 높음을 알 수 있다. 또한 군집간의 거리를 의미하는 PSF와 군집 내 개체들 간의 거리를 의미하는 PST2 결과에서도 군집의 개수가 6일 경우를 전후하여 뚜렷한 증가와 감소를 나타내어서 관즉지점 9군데를 각각의 바람에 대한 유사성으로 군집을 분류할 때 6개의 군집개수가 가장 타당함을 알 수 있었다.
- 먼저, 최근 5년간(2000~20皿년)의 기상자료를 바탕으로 기온 및 풍향, 풍속을 분석한 결과, 기온에 있어서는 부산광역지역에 위치한 9개 지점 간의 상관성이 매우 높게 나타났다. 이는 기온에 있어는 주간과 야간에 태양일사의 존재 유무에 의한 기온의 상승과 하강이 거의 가장 크게 영향을 받기 때문이며 태양일사 자체도 좁은 지역별로 큰 편차를 보이지 않기 때문인 것으로 판단되었다.
- 부산지역의 기상관측자료를 활용하여 수행한 바람 권역 대분류 군집분석 결과, 부산지역은 6개의 바람 권역 군집으로 분류되었다. 그러나 현재 부산광역지역에 위치한 기상관측지점의 공간적 광역성으로 인해 대2류'군집분석에서는 부산 도심지역과 강서구 및 기장군 등이 제외되었으나 이들 지역의 지형적, 지리적 입지조건으로 볼 때 다른 군집들에 포함시키기에 타당성이 부족하므로 또 다른 군집 군으로 분류하였다.
- 또한, 본문에는 지면 관계상 도표를 제시하지 않았지만 전체적인 .상관도는 겨울이 가장 높고 다음이 가을, 봄, 여름 순으로 나타났으며, 이는 계절에 따른 내륙지점과 해안지점 사이의 상관도가 높은 것으로 분석되었다. 그리고 계절풍 등의 영향으로 인해 육지에서 바다 쪽으로 바람이 부는 계절에는 해안지역이라도 해수의 영향을 여름에 대해 덜 받는 것으로 사료된다.
- 아니라는 점이다. 위에서 설명한 바와 같이 기존의 대기오염자동측정망 위치 결정 요소들과 더불어, 지금까지는 거의 고려되지 않았던 바람분포와 같은 기상정보를 정확하고 충실하게 결정 요소로서 활용하여야 한다는 점을 본 연구에서는 강조하고 있는 것이라는 점을 밝혀둔다.
- 이상의 바람장미를 통한 풍계 분석에서도 알 수 있듯이, 앞서 살펴본 지점별 기온경향과 달리 지점별로 풍계가 무척 다양하고 상이하게 나타나고 있음을 알 수 있다. 즉, 풍계에 있어서 지점 간 편차가 크게 나타나고 있다.
- 전체적으로 가을이 되면서 여름과 비교하여 남풍의 비율은 크게 감소하고 북풍과 북북동풍이 우세하게 되며 북서풍의 비율이 증가하는 경향을 보인다. 겨울에는 북서쪽의 시베리아 기단의 영향으로 다른 계절과는 상이하게 북서풍과 서풍이 우세한 것으로 분석되었다.
- 지금까지 살펴 본 기온과 동서방향 및 남북방향 바람 성분의 상관도를 분석해 본 결과, 해안에 위치하고 있는 관측지점들 간의 상관성이 내륙에 위치한 관측지점들 간의 상관성보다 지형지물의 영향을 덜 받기 때문에 종관적인 바람장을 그대로 반영함으로 인해 상관성이 높은 것으로 사료되며 동시에 내륙 및 해안지점에 대한 지형적인 특성이 상관 성분 석에서 잘 반영되고 있는 것으로 분석되었다.
- 첫째 부산진구와 중구의 유클리드 거리가 0.20으로 분석되어 바람권역 환경이 가장 유사하였고 다음으로 수영구와 해운대가 0.34로 유사한 바람 권역 환경을 나타내었다. 그리고 금정구와 동래구도 0.
- . 풍속 관측 자료를 바람의 동서 성분(U)과 남북성분(V)으로 재처리 군집분석을 수행한 결과, 가장 타당한 군집개수는 6개로 분석되었다.
- 3에 나타난 바와 같이 최근 5년 동안 풍향 . 풍속 관측 자료를 토대로 군집개수를 6으로 하여 유클리드 거리에 의해 분석한 결과, 금정구와 동래구, 수영구와 해운대구, 부산진구와 기상청이 위치한 중구, 그리고 북구, 남구, 영도구로 각각 분류되었다. 즉, 금정구와 동래구의 경우 바람권역에 있어 같은 환경을 가진 지역이며, 수영구와 해운대구, 그리고 부산진구와 기상청이 위치한 중구의 경우도 바람 권역에 있어서는 유사한 환경에 놓여 있는 지역으로 분석할 수 있다.
- 9873으로 가장 높게 나타났다. 한편, 10개의 관측지점을 해안선과의 거리에 따라 내륙(양산, 금정구, 동래구, 북구)과 연안(중구, 영도구, 해운대, 부산진구, 남구, 수영구)으로 분류하였을 때, 내륙지점과 연안지점 사이의 상관도는 같은 분류에 속한 지점 간 상관도보다 다소 낮게 나타났다. 이것은 내륙지역보다 연안지역이 해수의 영향을 더욱 뚜렷하게 받은 결과로 판단된다.
후속연구
- 본 연구에서의 설정한 각각의 바람 권역은 기본적으로 바람의 동질성이 있는 영역을 구분한 것이다. 따라서 기류의 흐름에 민감하게 반응하는 대기오염물질의 거동을 살펴보는 데에도 참고자료가 될 수 있을 것이다.
- 이러한 결과는 현재 부산광역지역에서 시행하고 있는 하절기 오존경보제의 권역의 재평가에도 활용이 가능할 것이다. 본 연구에서의 설정한 각각의 바람 권역은 기본적으로 바람의 동질성이 있는 영역을 구분한 것이다.
- 분석하였다. 즉, 서면 등의 부산 도심지역을 새로운 군집으로 설정한 것과 마찬가지로 강서구와 기장군 각각의 경우도 기상관측이 이루어지지 않았을 뿐이며 Fig. 4에서와 같이 낙동강 서편의 평야 지역인 강서구와 태백산맥 끝자락에 위치한 산악지역 및 남동해안 지역인 기장군에 대해 새로운 각각의 군집으로 분석하여야 한다. 더욱이 강서구의 대저동과 녹산동, 기장군의 용수리와 기장읍에는 부산지역 대기오염측정소가 각각 설치되어 있는 실정과 함께 부산지역 대기오염측정망 위치 적정성이라는 본 연구의 목적으로 인해 이 지역에 대해 각각 대분류 권역으로 설정하는 것이 타당하다고 판단하여 분석하였다.
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