[논문]위성영상을 통한 서울시 지표온도 분석

정종철

doi:10.14249/eia.2013.22.1.019

위성영상을 통한 서울시 지표온도 분석
The Land Surface Temperature Analysis of Seoul city using Satellite Image 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.22 no.1, 2013년, pp.19 - 26

Abstract ▼ AI-Helper

The propose of this study is to analyze the optimum spatial resolution of the urban spatial thermal environment structure and to evaluate of the possibility detection using aerial photographs and thermal satellite images. The proper techniques of the optimum spatial resolution for the urban spatial thermal environment structure were analyzed. Thermal infrared satellite image of Seoul city were used for the change rate of surface temperature variation and suggested to the spatial extent and effects of urban surface characteristics and spatial data was interpreted as regions. To extract the surface temperature, Landsat thermal infrared satellite image compared with an automatic weather station data and in the field of the measured temperature and surface temperature by thermal environment affects, the spatial domain has been verified. The surface temperature of the satellite images to extract after adjusting surface temperature isotherms were constructed. The changes in surface temperature from 2008 to 2012 the average surface temperature observation images of changing areas were divided into space. The results of this study are as follows: Through analysis of satellite imagery, Seoul city surface temperature change due to extraction comfort indices were classified into four grades. The comfort index indicative of the temperature of Gangnam-gu, $23.7{\sim}27.2(^{\circ}C)$ range and Songpagu, a $22.7{\sim}30.6(^{\circ}C)$ respectively, the surface temperature of Yeouido $25.8{\sim}32.6(^{\circ}C)$ were in the range.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 서울시의 도시개발과 녹지관리정책 등의 지표 환경변화에 대한 문제를 고려하여 지표온도를 분석하고, 지표변화의 정도가 서울시의 도시 내부 기온변화에 대해 공간적으로 나타나는 경향을 해석하였다. 또한 이를 토지피복과 토지이용의 관점에서 토지피복 변화와 지표온도변화 요인을 평가하였다.
본 연구에서는 광범위한 지역의 지표온도 자료 추출이 가능한 인공위성 영상의 지표온도 자료와 인공위성영상자료에서 분석하기 어려운 도심의 토지피복현황 조사 자료를 연계하여 서울시 전체의 지표온도변화와 지표 온도 변화에 미치는 지표 특성을 공간적으로 파악하였다.
본 연구에서는 서울시 토지피복지도를 행정구의 단위로 세분화하여 서울시 구별 토지피복형태를 파악하였다. 서울시의 경우 피복형태에 따른 지표면 변화량은 다른 시-도에 비해 적은 면적에 해당하고 대부분 도심재개발과 도시공원 등의 확충이 토지피복의 주요 변화 인자로 나타났다.
서울시의 도시공간에 대한 지표 특성은 다양한 공간 해상력에 의해 평가가 가능하다. 본 연구에서는 서울시를 촬영한 항공사진(ASD80 디지털 카메라)에 의해 도시 지표 특성에 대한 공간적 변화를 조사하였다.

제안 방법

2. 인공위성 영상분석을 통한 도시온도 추출과 지표 온도 변화율을 4개 등급으로 구분하였다.
따라서 본 연구에서는 서울시의 도시개발과 녹지관리정책 등의 지표 환경변화에 대한 문제를 고려하여 지표온도를 분석하고, 지표변화의 정도가 서울시의 도시 내부 기온변화에 대해 공간적으로 나타나는 경향을 해석하였다. 또한 이를 토지피복과 토지이용의 관점에서 토지피복 변화와 지표온도변화 요인을 평가하였다.
최종적으로 수정된 수치지도의 토지피복지도를 위성영상에서 추출한 지표온도 지도와 중첩 비교하여 가장 최근의 토지피복 현황도와 각각의 위성영상 시기별 지표온도 지도를 작성하였다. 또한, 토지피복의 변화 지역을 구분하여 최신의 토지피복지도와 위성영상에서 추출된 지표 온도의 관측시기별 지표온도 지도와 토지피복의 변화를 비교하였다.
본 연구에서는 서울시의 도시 지표온도에 영향을 미치는 토지피복변화와 1996년부터 2010년의 Landsat 위성자료에 의해 서울시 지표온도 지도를 작성하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 다음과 같은 시사점을 도출하였다.
본 연구에서는 지표온도 변화 관측에 의해 생태하천, 식생 분포지역과 고층 건물, 여의도 공원, 인공 녹지 지역의 평균 지표 온도의 변화를 Fig 8과 같이 작성된 지도에서 비교하였다. 영등포구의 지표 온도 변화 특성은 약 2.
서울시 토지피복의 공간 특성은 환경부 토지피복지도를 기반으로 ArcGIS를 사용하여 2006년 서울시 토지피복 지도를 작성하였고, 이를 2011년과 2012년에 촬영한 디지털 항공사진(공간해상력 50cm, 삼아항업)과 중첩하여 토지피복이 변화한 지역을 ArcGIS를 사용하여 편집하였다.
서울시 지표온도 변화 영향요인은 토지피복 변화의 평균 지표 온도 저감 효과에 의해 콘크리트와 아스팔트, 나대지 공간 밀도에 따른 지표온도 증가가 나타났다. 이를 공간적으로 추출하기 위해 서울시 지표 온도 변화 정도를 산출하였고, 지표 온도값의 등간 구분값을 이용하였다.
4°C의 범위로 나타났다. 지표 온도 변화 관측 자료를 기반으로 하여 서울시의 지표온도 변화는 Fig 9와 같이 작성하고, 서울시 지표온도 변화의 변화 정도를 4개 등급으로 구분하여 제시하였다.
Fig 7은 서울시 영등포구의 지표온도 변화 요인 중 토지피복의 변화가 나타난 지역을 변화탐지 피복지도로 구분한 것이다. 지표온도는 개발지역인 나대지 지역에서 공간적 차이가 뚜렷하게 구분되는데 이러한 나대지와 같은 지표온도 변화 핫스팟 지역을 Landsat 열적외 관측에 의한 서울시의 지표온도 변화 정도를 비교하였다. Fig 8은 연구에 사용된 개별 위성영상의 지표온도를 나타낸 것으로 1996년 9월 영상자료를 기반으로 서울시 지표온도 공간분포 지도를 작성하여 제시하였다.
위성에 의한 지표온도 지도는 각각의 위성사진 취득시점별로 작성하였는데, 이때 지표온도의 공간적 변화가 나타나는 지역의 특성을 등급화하였다. 지표온도의 변화 비교는 2006년과 2012년 토지피복 변화 지역과 비교하여 지역적 토지피복의 차이에 따른 지표온도의 공간적 분포를 제시하였다. 토지피복의 변화를 모든 위성사진과 비교하는 것은 과거 토지피복지도의 자료를 취득하기 어려워 최근 2006년과 2012년 토지피복 변화에 의한 변화지역과 획득된 위성영상의 모든 자료를 비교하여 각각의 시기별 지표온도 변화가 나타나는 공간적 범위를 등급 지도로 작성하여 제시하였다.
서울시 토지피복의 공간 특성은 환경부 토지피복지도를 기반으로 ArcGIS를 사용하여 2006년 서울시 토지피복 지도를 작성하였고, 이를 2011년과 2012년에 촬영한 디지털 항공사진(공간해상력 50cm, 삼아항업)과 중첩하여 토지피복이 변화한 지역을 ArcGIS를 사용하여 편집하였다. 최종적으로 수정된 수치지도의 토지피복지도를 위성영상에서 추출한 지표온도 지도와 중첩 비교하여 가장 최근의 토지피복 현황도와 각각의 위성영상 시기별 지표온도 지도를 작성하였다. 또한, 토지피복의 변화 지역을 구분하여 최신의 토지피복지도와 위성영상에서 추출된 지표 온도의 관측시기별 지표온도 지도와 토지피복의 변화를 비교하였다.
지표온도의 변화 비교는 2006년과 2012년 토지피복 변화 지역과 비교하여 지역적 토지피복의 차이에 따른 지표온도의 공간적 분포를 제시하였다. 토지피복의 변화를 모든 위성사진과 비교하는 것은 과거 토지피복지도의 자료를 취득하기 어려워 최근 2006년과 2012년 토지피복 변화에 의한 변화지역과 획득된 위성영상의 모든 자료를 비교하여 각각의 시기별 지표온도 변화가 나타나는 공간적 범위를 등급 지도로 작성하여 제시하였다.
디지털 항공사진의 공간해상도 50cm의 항공사진자료에 의한 나대지 구분은 지표 온도 지도의 이상지역을 찾는데 적용 가능 하였고, 인공위성 영상자료를 이용한 원격탐사기법은 광범위한 지역의 지표면 지표온도자료를 획득할 수 있어 도시 지표온도 변화를 연구하는데 활용 가치가 높은 것으로 파악되었다. 토지피복의 변화에 따른 지표온도의 변화는 해당지역의 전체적인 기온변화에 영향을 미치는데 본 연구에서는 토지피복변화의 관측을 2011년과 2012년 항공사진으로 작성하였다(Fig 6(a)).

대상 데이터

지표온도 열적외선 위성영상자료의 획득은 서울시를 공간범위로 자료 획득이 이루어졌다. 서울시 전역을 동시에 관측하는 Landsat TM, ETM+ 자료(116-034; 1996년 9월 16일, 2000년 5월 7일, 2001년 9월 4일, 2006년 9월 13일, 2007년 7월 30일, 2009년 5월 8일, 2009년 8월 28일; 구름, 2009년 9월 13일, 2009년 9월 29일, 2009년 10월 15일, 2009년 12월 18일, 2010년 1월 3일, 2010년 2월 4일, 2010년 2월 20일)를 서울시 지역적 범위에서 지표면 열 관측 자료로 분석하였다(Fig 1).
열적외선 위성자료의 복사보정은 지표온도 분포도 등의 작성에 필요한 열 적외 원격탐사 자료를 토지피복 자료와 비교하였고, 지상관측의 기온 분포는 기상청 자동관측 장비에 의한 기온분포 자료를 활용하였다.
지표온도 열적외선 위성영상자료의 획득은 서울시를 공간범위로 자료 획득이 이루어졌다. 서울시 전역을 동시에 관측하는 Landsat TM, ETM+ 자료(116-034; 1996년 9월 16일, 2000년 5월 7일, 2001년 9월 4일, 2006년 9월 13일, 2007년 7월 30일, 2009년 5월 8일, 2009년 8월 28일; 구름, 2009년 9월 13일, 2009년 9월 29일, 2009년 10월 15일, 2009년 12월 18일, 2010년 1월 3일, 2010년 2월 4일, 2010년 2월 20일)를 서울시 지역적 범위에서 지표면 열 관측 자료로 분석하였다(Fig 1).

성능/효과

1. 서울시 지표온도 변화 영향요인은 토지피복 변화의 평균 지표 온도 저감 효과에 의해 콘크리트와 아스팔트, 나대지 공간 밀도에 따른 지표온도 증가가 나타났다. 이를 공간적으로 추출하기 위해 서울시 지표 온도 변화 정도를 산출하였고, 지표 온도값의 등간 구분값을 이용하였다.
3. 연구대상지 전체 평균 온도는 지표 온도를 기준으로 21.85°C(한강과 하천 및 호수 포함)로 기온과 평균 온도 차이가 6°C정도 온도차가 있는 것이 토지피복 변화 지역에서 분석되었다.
그림 4와 5의 비교에서 처럼 녹지와 공원 등의 지표는 건물과 도로 등의 지표 특성에 비해 10 -15(°C)의 차이를 나타내고 있는데 위성자료의 공간해상력이 120m×120m의 픽셀영역으로 21개 분류체계에 따른 지표온도를 구분하기 어려운 점을 파악할 수 있었다.
디지털 항공사진의 공간해상도 50cm의 항공사진자료에 의한 나대지 구분은 지표 온도 지도의 이상지역을 찾는데 적용 가능 하였고, 인공위성 영상자료를 이용한 원격탐사기법은 광범위한 지역의 지표면 지표온도자료를 획득할 수 있어 도시 지표온도 변화를 연구하는데 활용 가치가 높은 것으로 파악되었다. 토지피복의 변화에 따른 지표온도의 변화는 해당지역의 전체적인 기온변화에 영향을 미치는데 본 연구에서는 토지피복변화의 관측을 2011년과 2012년 항공사진으로 작성하였다(Fig 6(a)).
85°C(한강과 하천 및 호수 포함)로 기온과 평균 온도 차이가 6°C정도 온도차가 있는 것이 토지피복 변화 지역에서 분석되었다. 서울시 지표온도 변화의 토지피복 변화 영향 요인 분석은 항공 사진으로 구분하여 비교하였으나, 본 연구에서 적용한 Landsat TM, ETM+의 공간해상도 적용에 있어서 도시 지표의 공간 구조가 복잡할수록 지표온도 산출값의 오차를 비교하기 어려웠고, 식생밀도가 높은 대상지의 지표온도는 등급 오차가 낮은 것으로 분석되었다.
다만 인공위성 영상 자료 취득 당시의 이상기후 현상이나 우천 등의 기상악화는 대상지 지표온도에 전반적인 영향을 미칠 수 있어 연구대상지를 중심으로 취득일의 기상상태에 대한 고려가 필요하였다. 자동기상측정망 자료 중 각 인공위성영상자료의 촬영시기를 기준으로 촬영 전 2일, 촬영일, 촬영후 1일의 4일간의 기상개황을 분석한 결과 대체적으로 촬영전과 촬영후의 기온, 풍속 등의 심한 변화는 없었으며 강우로 인한 급격한 온도변화도 없는 것으로 분석되었다.
특히 서울시 지표온도의 공간적인 분포는 토지피복의 형태 중 열복사에너지와 밀접한 관계를 가지는 대상물질에 따라 Fig 4, Fig 5와 같이 강남구의 지표온도 중에서 핫스팟 지점을 위성자료에서 산출하여 지표특성 분류 특성과 위성에 의한 지표온도 산출자료의 공간적 비교가 가능한 것으로 판단되었다.

후속연구

하지만 서울시의 열 환경 특성을 위성영상을 이용하여 도시의 지표면 열복사 특성과 비교하여 서울시의 도시 내부 열 환경 지표를 산출하고 도시공간의 열 환경용량을 해석하는 연구는 부족한 실정이다. 또한 고해상도의 디지털 항공사진을 이용하여 토지의 변화를 탐지하고, 토지의 이용계획과 토지피복의 관리 형태에 따라 도시의 열 환경 개선을 평가하고 쾌적한 도시 환경을 계획하는 것은 서울시의 도시 지표 열 환경관리에서 보다 효과적으로 도시 기후를 평가 관리할 수 있는 기법의 연구방법 제안이 된다고 판단된다. 공공시설의 녹지공간분포를 분석하여 열용량의 저감 효율을 판단하고, 이에 따른 열복사에너지의 흐름을 파악하는 것이 도시 발생 열을 저감하고 에너지 관리와 도시 활동인구의 기후변화에 따른 급격한 열 피해에 의한 인명사고를 저감하는데 매우 중요한 요소라고 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	급격한 도시화로 도시에 어떤 변화가 생겼는가?	급격한 도시화는 양호한 자연생태계를 훼손하고 있으며, 도시화가 진행되는 과정에서 발생하는 토지이용변화에 따른 녹지감소는 태양복사열에 의한 열수지 체계를 변화시키는 근본적인 요인으로 작용하여 이전과는 다른 도시기후가 발생하게 된다고 김수봉 등(2001)은 보고하였다. 특히, 도시화 과정에서 나타나는 가장 뚜렷한 도시기후의 변화는 기온상승에 의한 열대야와 폭염에 의한 야외 활동의 제한으로 도시생활의 만족도를 저하시키고 있다. 특히 열대야와 폭염은 노약자의 건강 피해에 영향을 미치는 핵심적 요소이며, 기후변화에 따라 대도시의 폭염에 의한 사망률이 증가할 것으로 예측되고 있다.
	도시의 개발은 무엇의 원인이 되는가?	도시의 개발은 숲, 야산, 농경지, 묵밭 등의 녹지환경이 도시 내부에 분포하는 면적을 급격히 감소시키고, 나대지와 콘크리트, 아스팔트 공간에서 일어나는 태양 방사량과 증발에 사용되는 에너지가 급격히 증가하여 기후학적 미기상 변화가 나타나는 원인이 되고 있다(강인식, 1995). 태양열의 복사에너지는 이러한 도시환경의 구성 요소 중 지표면 상태에 따라 도시내부로 유입되는 태양에너지를 증가시키게 되는데 이러한 열에너지의 증가는 건물의 냉방과 교통시설과 같은 인위적 요인 등 다양한 열 발생원과 함께 도시의 기온을 증가시키는 요인이 된다.
	서울시의 도시 개발과 도로교통망의 성장이 온도 상승에 영향을 줬다는 근거는 무엇인가?	서울시의 도시 개발과 도로교통망의 성장이 서울시의 도시기온 상승에 크게 기여해왔다는 사실은 도시 기온변화 관측에서 뚜렷한 현상으로 나타나고 있다(김학열, 2003). 도시의 성장과 도시 열 환경의 문제를 공간적으로 연구한 사례는 도시녹지 공간의 중요성(김경환 등,2000;박경훈 등,1999;백상훈 등,2009;박인환 등,2005)을 제시하는 연구가 많은데, 이광호 등(2002)은 전주시의 성장에 따른 도시 내부 열 환경에 대한 공간적 변화를 분석하고 도시 성장의 공간적 특성이 도시 열 환경에 매우 치명적인 영향을 미치고 있음을 제시하였고, 정종철(2009)은 열 적외 복사특성을 이용하여 위성영상자료에 의한 도시열섬효과와 도시 내부의 열 환경 밀도 등을 분석하는 연구를 수행하여 전주시의 1984년부터 2005년까지 연도별 월평균 기온, 일조시간, 강우량 자료 등의 기상관측 자료를 일 자료와 월 평균자료 단위로 위성자료와 비교 분석하였다. 또한, 김현옥 등(2012)은 도시지역의 토지피복유형이 지표면 온도에 미치는 영향을 일산 신도시를 중심으로 연구하여 토지피복과 기온변화의 연구를 수행하였고, 이강국 등(2008)은 대구광역시를 대상으로 열 환경 분포 특성을 분석하여 토지이용에 따른 온도 분포의 지역적 차이를 도심내의 녹지 및 수변지역과 도심지역간에 온도 차이로 설명하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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