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문제 정의
- 이에 본 연구는 Landsat 열적외선 영상자료를 이용하여 대전시의 열 환경 개선 사업의 모니터링을 통해 도시 열 환경 개선에 효과를 가져왔는지에 대한 효과 검증과 동시에 가능한 정책적 대안을 가지고 후속사업을 재정립하기 위한 근거를 마련하고자 한다.
제안 방법
- 마지막으로 추출된 지표온도자료는 동일 일자 및 촬영시간(오전 10시~10시 30분)의 기상청 지표온도를 바탕으로 보정량을 결정하여 차감하는 절차를 진행하였다.
- 방사보정 이후의 지표온도는 관측온도와 상당한 차이가 있기 때문에 대전시의 AWS(Automatic Weather System)에 의한 측정된 동일 일자 및 촬영 시간(오전 10시~10시 30분)의 자료를 바탕으로 보정량을 결정하여 차감하는 절차를 진행하였으며, 영상 자료는 히스토그램 매칭을 통해 다른 두 시기의 자료를 정규화(Image Normalization)하였다.
- 본 연구는 대전시의 열 환경 개선 대책의 효과를 분석하고자 위성영상을 활용하여 대전시의 열 환경 변화를 관찰하고, 각 사업의 효과를 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 대전시의 열 환경 개선 사업의 지표면 온도 추출을 위해 Landsat 열적외선 영상 자료를 활용하였으며, 영상의 선택은 대전시에 시행한 열 환경 개선 사업의 사업 시행 전·후를 고려하고 최대한 동일 시기의 영상을 선택하여 계절에 따른 온도 차이를 줄이고자 하였다. 또한 구름에 의한 분류 오차를 최소화하기 위해 운량 조건(cloud cover) 10% 이하의 자료를 조건을 만족하는 영상을 선택 기준으로 하였다. 이에 따라 활용된 영상 자료는 2000년 4월 6일과 2011년 4월 5일에 촬영된 Landsat ETM+ 영상을 활용하였다(Figure 1).
- 마지막으로 열 환경 개선 사업의 효과 관찰을 위해서 대전시 열 환경 개선 사업의 대표 사례인 녹지형 중앙분리대, 한밭수목원조성, 대전천 복개공사 사업을 중심으로 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서 대전시의 지표 온도 추출하기 위해 활용된 Landsat ETM+ 영상은 1999년 4월에 발사된 위성체로 Landsat Series의 일환으로 발사되어 현재까지 지구를 관측하고 있으며 ETM+ 센서를 탑재하고 있어 기존의 TM Thermal Band에 비해 해상도가 향상된 60m의 공간해상도를 가지고 있다.
- 본 연구에서는 대전시의 열 환경 개선 사업의 지표면 온도 추출을 위해 Landsat 열적외선 영상 자료를 활용하였으며, 영상의 선택은 대전시에 시행한 열 환경 개선 사업의 사업 시행 전·후를 고려하고 최대한 동일 시기의 영상을 선택하여 계절에 따른 온도 차이를 줄이고자 하였다. 또한 구름에 의한 분류 오차를 최소화하기 위해 운량 조건(cloud cover) 10% 이하의 자료를 조건을 만족하는 영상을 선택 기준으로 하였다.
- 또한 구름에 의한 분류 오차를 최소화하기 위해 운량 조건(cloud cover) 10% 이하의 자료를 조건을 만족하는 영상을 선택 기준으로 하였다. 이에 따라 활용된 영상 자료는 2000년 4월 6일과 2011년 4월 5일에 촬영된 Landsat ETM+ 영상을 활용하였다(Figure 1).
데이터처리
- 대전시의 열 환경 개선 사업 시행에 따른 변화 양상을 파악하기 위해 GIS 기반의 공간패턴 분석을 시행하였다. 공간패턴 분석을 위해서는 GIS기반의 통계기법을 이용한 공간 패턴 분석은 분석 지역의 특정 요인의 공간적 자기 상관성을 파악하기 위한 전역적 모란 지수(Global Moran’s I) 분석, 국지적 공간 단위에서 나타나기 위한 국지적 모란지수(Local Moran’s I)를 기초로 한 Cluster Map을 작성으로 이루어진다.
- 영상으로부터 획득 온도자료는 GIS 프로그램인 ArcGIS 9.3을 활용하여 대전시의 전역적, 국지적 분포 패턴 분석을 통해 온도 분포 경향을 분석하였다.
이론/모형
- 이에 따라 본 연구에서는 미국항공우주국(NASA)에서 제시한 지표온도 계산법을 적용 하였다. 먼저 영상자료의 복사휘도 값은 식 (1)를 활용하였다(Chander et al.
- 현재 제공되고 있는 Landsat ETM+ 영상은 기본적인 방사량과 기하보정이 수행된 자료이지만 보다 더 정확한 위치보정을 위해 Erdas Imagine 9.1을 이용하여 기하보정을 수행하였고, 내삽법에서는 Nearest Neighbor Method를 적용하여 60m*60m로 재배열(resampling)하였다.
성능/효과
- 대전시의 2000년, 2011년의 열 환경 특성은 고온역이 존재하는 H-H유형의 경우 대전광역시의 원도심과 둔산동 일대의 신시가지에서 나타나는 반면 저온역이 나타나는 L-L 유형은 시외곽 산지에서 나타나는 양극화 양상이 나타나고 있었다. 그러나 2011년에는 2000년에 비해 정(+) 적인 군집성이 상대적으로 약해지고, 부(-)적인 군집성이 높아지는 추세가 나타나 H-H지역의 감소(2000년 89.98km2 → 2011년 82.04km2)를 되어 그 동안 대전시에서 추진했던 열 환경 개선 사업이 상당한 효과가 나타나고 있음을 확인 할 수 있었다.
- 대전시의 2000년, 2011년의 열 환경 특성은 고온역이 존재하는 H-H유형의 경우 대전광역시의 원도심과 둔산동 일대의 신시가지에서 나타나는 반면 저온역이 나타나는 L-L 유형은 시외곽 산지에서 나타나는 양극화 양상이 나타나고 있었다. 그러나 2011년에는 2000년에 비해 정(+) 적인 군집성이 상대적으로 약해지고, 부(-)적인 군집성이 높아지는 추세가 나타나 H-H지역의 감소(2000년 89.
- 이상의 결과에서와 같이 현재까지 대전시의 열 환경 완화 정책은 어느 정도 소기의 성과를 이루었다고 판단할 수 있다. 그러나 저온역 지역의 감소 현상으로 볼 때 일부 지역 열 환경 조건이 악화되고 있음으로 저온역 지역에 대한 대책 마련도 필요할 것으로 판단된다.
- 이와 같이 대전시 열 환경 개선 사업은 최소 0.1℃~최대 1.2℃의 온도 하강 효과를 보여 상당한 열 환경 개선 효과를 보이고 있음을 확인할 수 있었다. 특히 녹지 공원 조성 사업의 결과에서 저감 효과와 범위가 가장 두드러지게 나타나 대전시에서는 녹지공원 확충에 초점을 맞춘 정책 시행과 관리가 필요할 것으로 판단된다.
후속연구
- 이상의 결과에서와 같이 현재까지 대전시의 열 환경 완화 정책은 어느 정도 소기의 성과를 이루었다고 판단할 수 있다. 그러나 저온역 지역의 감소 현상으로 볼 때 일부 지역 열 환경 조건이 악화되고 있음으로 저온역 지역에 대한 대책 마련도 필요할 것으로 판단된다. 또한 과밀화 된 도시 지역에서 녹지공간 조성을 위한 부지 마련이 어려운 만큼 지붕이나 옥상을 녹화하거나 도시 농업의 공간으로서 활용함으로서 지표온도 상승을 저감하는 방안도 고려되어야 할 것이다.
- 본 연구에서 열 환경 분석을 위한 영상 활용과정에서 공간해상도의 한계점으로 인해 도시 지표의 공간 구조를 충분히 반영하기 어려웠고, 지역적 차이를 반영할 수 있는 소단위 구역 설정이 미비한 점이 본 연구의 한계로 지적될 수 있다. 따라서 향후 연구에서는 이를 보안하여 보다 객관적인 정보 제시가 이루어져야 할 것이다.
- 따라서 현재 진행되고 있는 열 환경 개선 사업은 제시된 H-H 유형에서 지속적으로 유지되어야 할 것이며, 상대적으로 쾌적한 열 환경이 조성된 L-L에서는 더 이상 훼손이 진행되지 않는 방향이 설정되어야 대전광역시의 열 환경 개선이 보다 효과적으로 진행될 수 있을 것으로 사료된다.
- 그러나 저온역 지역의 감소 현상으로 볼 때 일부 지역 열 환경 조건이 악화되고 있음으로 저온역 지역에 대한 대책 마련도 필요할 것으로 판단된다. 또한 과밀화 된 도시 지역에서 녹지공간 조성을 위한 부지 마련이 어려운 만큼 지붕이나 옥상을 녹화하거나 도시 농업의 공간으로서 활용함으로서 지표온도 상승을 저감하는 방안도 고려되어야 할 것이다.
- 본 연구에서 열 환경 분석을 위한 영상 활용과정에서 공간해상도의 한계점으로 인해 도시 지표의 공간 구조를 충분히 반영하기 어려웠고, 지역적 차이를 반영할 수 있는 소단위 구역 설정이 미비한 점이 본 연구의 한계로 지적될 수 있다. 따라서 향후 연구에서는 이를 보안하여 보다 객관적인 정보 제시가 이루어져야 할 것이다.
- 열 환경 개선의 사업의 대표 사례로 녹지공원과 녹지형 중앙분리대, 하천복개 사업 시행 결과 최소 0.1℃에서 최대 1.2℃까지 평균 온도가 낮아진 것으로 확인 되었으며, 특히 녹지 공원 조성 사업은 열 환경 개선 효과와 범위가 가장 효과적으로 나타나 향후 녹지 공간 확충에 초점을 맞춘 정책 시행과 관리가 필요할 것으로 판단된다.
- 2℃의 온도 하강 효과를 보여 상당한 열 환경 개선 효과를 보이고 있음을 확인할 수 있었다. 특히 녹지 공원 조성 사업의 결과에서 저감 효과와 범위가 가장 두드러지게 나타나 대전시에서는 녹지공원 확충에 초점을 맞춘 정책 시행과 관리가 필요할 것으로 판단된다. 그러나 과밀화된 도시에서 대규모 녹지공원 부지의 확보가 어려운 만큼 옥상녹화와 도시농업 등의 유효 공간 활용 방법을 통해 녹지를 확보를 추진하는 것도 효과적일 것으로 판단된다.
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