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문제 정의
- 본 연구에서는 고층 건물이나 주변 지형이 일조 관측환경에 미치는 영향을 상세하게 진단하고 분석하고자 한다. 이를 위하여, 주변에 높은 산이나 대규모 고층 건물이 존재하는 서울과 대구 ASOS (Automated Synoptic Observing System) 지점 일대를 대상으로 일조 차단 모델을 적용하였다.
- 본 연구에서는 서울과 대구 ASOS 지점 일대를 대상으로, 일조 모델을 이용하여 주변 지형과 건물이 일조 관측환경에 미치는 영향을 조사하였다. 태양 위치 계산법을 사용하여 태양 방위각과 고도각을 계산하고, 건물과 지형에 대해 GIS 자료를 사용하여 3차원 지형 자료를 구축하였다.
- 본 연구의 목적은 관측소 주변 건물과 지형이 일조 관측환경에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 이를 위하여 관측소 주변에 높은 산과 건물이 존재하는 서울과 대구 ASOS 주변 지역을 대상지역으로 선정하였다.
제안 방법
- 가을철 대상기간(10월 11일~10월 17일) 중, 전운량(= 0.4)이 가장 낮은 10 월 17 일에 대해 자세히 분석 하였다. 이 날 일조 모델로 계산한 일출 시간과 일몰 시간은 각각 6시 33분, 17시 47분으로 천문연구원 계산 결과와 일치한다.
- 4월 16, 17, 20일은 구름이나 안개 때문에, 관측된 일조시간이 계산된 일조시간보다 작다. 건물이 일조 차단에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 대상기간(4월 14일~4월 20일) 중 전운량이 가장 낮은 날(4월 18일, 전운량 = 0.3)을 자세히 분석하였다. 이 날 천문연구원에서 계산한 일출 시간과 일몰 시간은 각각 5시 53분, 19시다.
- 겨울철 대상기간(1월 2일~1월 8일) 중, 전운량(= 2.1) 이 가장 낮고 근거리 건물과 원거리 건물 영향이 나타나는 1월 7일에 대해 분석하였다. 이 날 일조 모델이 계산한 일출 시간과 일몰 시간은 각각 각각 7시 36 분과 17시 26분으로 천문연구원 계산 시간과 일치한다.
- 겨울철은 대상기간(12월 22일~12월 28일)중 전운량(= 0)이 가장 낮은 12월 22일에 대해 조사하였다. 이 날 천문연구원에서 계산한 일출 시간과 일몰 시간은 각각 7시 43분, 17시 18분이다.
- 계산한 태양 방위각·고도각과 3차원 지형 자료를 이용하여, 관측소 주변에 높은 산과 건물이 존재하는 서울과 대구 ASOS 지점에 대해 계절별·시간별로 일조 관측환경을 평가하였다.
- 관측소 주변 지역에 고층 건물과 높은 산악 지형이 위치하여 건물과 지형에 의한 일조 차단 영향 가능성이 높은 서울 ASOS 지점(ASOS 108)에 대해 계절별로 일주일 동안의 일조시간을 계산하였고, 이를 관측 자료와 비교·분석하였다.
- 그리고 모든 격자셀에 대해 관측지점과 격자셀 중심을 잇는 방위각(α)과 고도각(β)을 계산한다.
- 대구 ASOS 지점(ASOS 143)에 대해 계절별로 일조시간을 계산하였고, 이를 관측 자료와 비교·분석 하였다.
- 10과 같다. 대상기간(4월 2일~4월 8일) 중 전운량이 가장 낮은 날(4월 3일, 전운량 = 1.4)에 대해 자세히 분석하였다. 이 날 천문연구원에서 계산한 일출 시간과 일몰 시간은 각각 6시 9분, 18시 48분이다.
- 동일한 방법으로, 여름철 일조시간과 일조 차단에 대해 분석하였다(Fig. 6). 대상기간(6월 10일~6월 16일) 동안, 대부분 구름이나 안개에 의해 부분적으로 일조가 차단된 것으로 분석된다.
- 먼저, 대상지역에 존재하는 모든 건물과 지형은 10 m × 10 m ×5 m의 크기를 갖는 단위 격자셀을 이용하여 구축한다.
- 이 과정을 일분 단위로 반복적으로 계산하여, 관측지점에서의 일조시간을 계산한다. 본 연구에서는 이를 이용하여 일조 차단이 발생한 시각에 대해 건물이나 지형의 영향을 분석하였고, 건물이 존재하는 경우와 건물이 존재하지 않는 경우를 구분하여, 건물에 의한 일조 차단 영향을 분석하였다.
- 상기에서 계산한 태양 고도각·방위각과 GIS자료로 구축한 지형 자료를 이용하여 각 지점에 대한 일조 차단 영향을 다음과 같이 계산한다(Fig. 3).
- 57%이다. 서울 ASOS 지점의 경우, 4월 14일~4월 20일(봄), 6월 10일~6월 16일(여름), 10월 8일~10월 14일(가을), 12월 22일~12월 28일(겨울)에 대해 분석하였다. 대구 ASOS 지점의 경우, 분석일은 4월 2일~4월 8일(봄), 7월 6일~7월 12일(여름), 10월 11일~10월 17일(가을), 1월 2일~1월 8일(겨울)이다.
- 대구 ASOS 지점의 경우, 분석일은 4월 2일~4월 8일(봄), 7월 6일~7월 12일(여름), 10월 11일~10월 17일(가을), 1월 2일~1월 8일(겨울)이다. 일조 관측 자료는 1시간 간격의 자료이고, 수치 계산은 1분 간격으로 수행하였다.
- 대상기간(6월 10일~6월 16일) 동안, 대부분 구름이나 안개에 의해 부분적으로 일조가 차단된 것으로 분석된다. 전운량이 가장 낮은 6월 12일(전운량 = 2.5)에 대해 자세히 분석하였다. 이날 천문연구원에서 계산한 일출 시간과 일몰 시간은 각각 5시 10분과 19시 52분이다.
- 이 방법은 율리우스 일을 사용하여 천구 적도를 기준면으로 원일점, 근일점, 이심률, 평균근점이각, 천구 적도와 황도, 태양 적경과 적위를 계산하여 태양 위치를 산정한다. 즉, 행성들의 궤도 자료로부터 행성 위치를 계산하고, 세차현상을 황도 좌표계의 경도에 더하는 것으로 계산한다. 그러나 관측자의 운동에 의해 천체의 겉보기가 영향을 받는 현상과 행성간의 수차는 무시한다.
- 본 연구에서는 서울과 대구 ASOS 지점 일대를 대상으로, 일조 모델을 이용하여 주변 지형과 건물이 일조 관측환경에 미치는 영향을 조사하였다. 태양 위치 계산법을 사용하여 태양 방위각과 고도각을 계산하고, 건물과 지형에 대해 GIS 자료를 사용하여 3차원 지형 자료를 구축하였다. 계산한 태양 방위각·고도각과 3차원 지형 자료를 이용하여, 관측소 주변에 높은 산과 건물이 존재하는 서울과 대구 ASOS 지점에 대해 계절별·시간별로 일조 관측환경을 평가하였다.
- 한국천문연구원(Korea Astronomy and Space Science Institute, KASI)에서 제공하는 시간별 자료를 이용하여 태양 방위각과 고도각 계산 결과를 비교·검증하였다.
대상 데이터
- 가을철(10월 8일~10월 14일)에는 구름이나 안개에 의한 일조 차단이 가장 적은 10월 14일(전운량 = 0.5)에 대해 조사하였다. 천문연구원 자료와 본 연구에서 시뮬레이션한 일출 시간과 일몰 시간은 각각 6시 39분, 17시 57분으로 동일하다.
- C지점 아파트는 사계절에 대해 일조를 차단하지 않았다. 남서쪽으로 약 235 m 거리에 위치한 D 지점 아파트는 1월 1일부터 2월 9일, 11월 4일부터 12월 31일까지 일조를 차단하였다.
- 대상지역은 서울과 대구 ASOS 지점을 중심으로 동서·남북 방향으로 각각 2 km의 영역이다(Figs. 1 and 2).
- 대상지점에 대한 상세 지형 자료는 GIS 자료를 사용하여 구축하였다. GIS 자료는 상세하고 정확한 지형 정보를 포함하기 때문에, 상세지역에 대한 3차원 지표경계자료를 구축하는 데 사용되고 있다(Baik et al.
- 건물이나 지형에 의한 일조 차단 영향을 수치 모의하고, 이를 관측 자료와 비교하기 위해서는 GIS 자료의 작성 년도와 자료의 관측 년도가 일치하여야 한다. 본 연구에서는 2008년에 관측된 자료 중에서 각 계절에 대해 일주일간 전운량이 35% 이하인 날을 선정하였다. 단, 여름철 최저 전운량은 서울과 대구 ASOS 지점에서 각각 44.
- 본 연구에서는 건물과 지형에 대한 입력 자료를 구축하기 위하여, 2008년에 작성된 지리정보시스템(Geographic Information System, GIS) 자료를 사용하였다. 건물이나 지형에 의한 일조 차단 영향을 수치 모의하고, 이를 관측 자료와 비교하기 위해서는 GIS 자료의 작성 년도와 자료의 관측 년도가 일치하여야 한다.
- 서울과 대구 ASOS 지점 모두 동서, 남북 방향으로 100개의 격자를 고려하였다. 연직 방향의 경우, 대상지역 내의 건물과 지형 높이를 고려하여, 서울과 대구 ASOS 지역에 각각 53개와 26개의 격자를 고려하였다. 이를 기반으로 구축한 연구 대상지역의 3차원 지형을 Fig.
- 이를 위하여, 주변에 높은 산이나 대규모 고층 건물이 존재하는 서울과 대구 ASOS (Automated Synoptic Observing System) 지점 일대를 대상으로 일조 차단 모델을 적용하였다. 이 논문은 총 4장으로 구성되며, 연구의 배경과 필요성을 제 1장에서 서술하였다. 제 2장에서는 연구 방법, 사용한 일조 차단 모델, 대상지역, 대상기간에 대해 서술한다.
- , 2012). 이 연구에서 사용한 격자 해상도는 동서, 남북, 연직 방향으로 10 m, 10 m, 5 m이다. 서울과 대구 ASOS 지점 모두 동서, 남북 방향으로 100개의 격자를 고려하였다.
- 본 연구의 목적은 관측소 주변 건물과 지형이 일조 관측환경에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 이를 위하여 관측소 주변에 높은 산과 건물이 존재하는 서울과 대구 ASOS 주변 지역을 대상지역으로 선정하였다. 대상지역은 서울과 대구 ASOS 지점을 중심으로 동서·남북 방향으로 각각 2 km의 영역이다(Figs.
- 본 연구에서는 고층 건물이나 주변 지형이 일조 관측환경에 미치는 영향을 상세하게 진단하고 분석하고자 한다. 이를 위하여, 주변에 높은 산이나 대규모 고층 건물이 존재하는 서울과 대구 ASOS (Automated Synoptic Observing System) 지점 일대를 대상으로 일조 차단 모델을 적용하였다. 이 논문은 총 4장으로 구성되며, 연구의 배경과 필요성을 제 1장에서 서술하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 사용한 태양 위치(방위각과 고도각)는 Schlyter (2010)가 제안한 모델을 사용하여 계산하였다. 대상일에 대해 관측지점(위도, 경도)을 기준으로 태양 방위각과 고도각을 계산하여 태양 위치를 결정한다.
성능/효과
- 결론적으로, 본 연구를 통하여 일출 직후와 일몰 직전에 건물이나 지형이 일조 관측환경에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 도심지에 위치한 관측소의 경우는 근거리에 위치한 건물뿐만 아니라 원거리에 위치한 지형이나 건물의 영향도 받기 때문에, 일조시간에 대한 정확한 관측환경을 조성하기 위해서는 관측소 주변 1 km 이상에 위치한 높은 산악 지형이나 건물까지도 고려해야 할 필요가 있다.
- 본 연구에서는 Schlyter (2010)의 행성위치계산법을 사용하였으나, 한국천문연구원에서는 Meeus (1998)가 제안한 행성위치계산법을 사용하였기 때문에 태양 방위각과 고도각 계산 결과에 작은 오차가 발생하였다. 그러나 본 연구에서 사용한 일조 모델이 전반적으로 태양 방위각과 고도각을 정확하게 계산하고 있음을 알 수 있다.
- 대구 ASOS 지점에 대하여 시간에 따른 태양 고도 각·방위각 변화에 따라, 계절별로 다른 지역에 위치한 건물에 의한 일조 차단 현상이 나타남을 확인하였다.
- 첫째, 지형 자료 해상도 등으로 인해 건물에 의한 일조 차단 효과가 과장되었을 수 있다. 둘째, 일조 모델에서는 태양 중심 고도와 관측지점 사이에 위치한 건물이나 지형에 의한 태양광 차단 유무를 기준으로 일조 차단을 판단하는데, 일출과 일몰시의 태양광 굴절 효과를 반영하지 못한 결과로 분석된다. 특히, 지형 자료 해상도에 의한 오차에 대하여, 김도용 등(2013) 은 건물 외관이 구축된 지형 자료 해상도 차이를 비교하여 고해상도 지표자료를 사용한 계산결과가 관측 일조에 더 근사하게 나타남을 보였다.
- 태양 고도각·방위각은 율리우스 일과 시간에 대한 함수이기 때문에, ASOS 지점의 일조 차단을 유발하는 건물과 지형이 다르다. 모든 분석기간 동안 전운 량이 0이라고 가정하였을 때, 건물에 의한 평균적인 일조 차단 시간은 봄, 여름, 가을, 겨울철에 대하여 각각 23분, 3분, 8분, 0분이다. 봄철은 일몰 직전에 원거리에 위치한 건물의 영향으로 일조 차단이 가장 많이 발생하였다.
- 대구 ASOS 지점에 대하여 시간에 따른 태양 고도 각·방위각 변화에 따라, 계절별로 다른 지역에 위치한 건물에 의한 일조 차단 현상이 나타남을 확인하였다. 모든 분석기간 동안 전운량이 0이라고 가정하였을 때, 건물에 의한 평균적인 일조 차단 시간은 봄, 여름, 가을, 겨울철에 대하여 각각 14분, 6분, 37분, 21분이다. 가을철은 일출 직후와 일몰 직전에 인접한 건물과 원거리에 위치한 건물의 영향으로 일조 차단이 가장 많이 발생하였고, 여름철은 주로 인접한 건물에 의한 일조 차단으로 건물에 의한 영향이 가장 적게 발생하였다.
- 또한, 보다 정확한 일조 관측을 위해서는 관측소 주변 지역과 원거리에 위치한 고층 건물의 건축이나 지형 변화 등을 지속적으로 감시하고 진단할 필요가 있다. 본 연구에서 개발한 일조 모델은 광범위한 지형, 건물의 영향을 반영하여 일조 관측환경을 평가할 수 있는 유용한 도구라고 판단된다.
- 일출 직후에는 남서쪽에 위치한 고층건물(병원)에 의해 일조 차단이 발생했고, 일몰 직전에는 남동쪽에 위치한 고층 건물(아파트 단지)에 의해 일조 차단이 발생했다. 서울과 대구 ASOS 지점에 대한 일조 모델 결과는 대체적으로 건물이나 지형에 의한 일조 차단 영향을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 그러나 지형 자료 해상도에 의한 오차와 함께 일출과 일몰시의 태양광 굴절 효과를 반영하지 못하는 문제는 개선해야 할 사항이다.
- 5a). 원인을 분석한 결과, 서울 ASOS 지점의 서쪽 725 m 지점에 위치한 아파트 단지에 의해 일조 차단이 발생했다(Fig. 5b). 서울 ASOS 지점의 경우, 주변 지형에 의해 일조시작 시간이 지연되었고, 주변 지형과 건물에 의해 일조끝 시간이 단축되었다(Table 1)
- 관측된 일조끝 시간은 15시 43분이고, 건물을 고려한 경우에는 15시 47분인 반면, 건물을 고려하지 않은 경우에는 16시 24분이다. 즉, 일출 직전과 일몰 직후에는 건물에 의한 일조 차단 영향이 ASOS 자료에 반영됨을 확인할 수 있다(Fig. 12a). 일몰 직전에는 남서쪽 약 235 m 지점에 위치한 아파트 단지에 의한 일조 차단이 발생했다(Fig.
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