본 연구에서는 부산(Busan)에 설치된 자동기상관측망(AWS)과 국립수산과학원에서 관측하는 부산(Busan)과 기장(Gijang)지점의 해수면온도(SST)자료를 활용하여 부산(Busan)지역의 연안에서 발생하는 대규모 냉수대에 의해 형성된 차가워진 냉기가 도시기온에 미치는 영향을 살펴보았다. 첫째, 냉수대가 발생한 날(cold water)은 연안지역과 도심지역의 기온차가 약 $1^{\circ}C$이상 나타났으며, 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 연안지역과 도심지역의 기온차가 약 $0.5^{\circ}C$로 냉수대가 발생한 날(cold water)보다 낮은 기온차를 보였다. 둘째, 주간의 경우 냉수대가 발생한 날(cold water)은 연안지역이 도심에 비해 약 $1^{\circ}C$ 정도 낮았다. 반면 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 연안지역과 도심의 기온차가 약 $0.4^{\circ}C$로 냉수대가 발생한 날(cold water)에 비해 낮은 분포 차를 보였다. 반면 야간의 경우는 냉수대가 발생한 날(cold water)의 연안지역이 도심에 비해 약 $1.2^{\circ}C$, 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 연안지역이 도심에 비해 약 $0.9^{\circ}C$ 낮았다. 야간의 기온은 주간의 기온에 비해 냉수대 발생 유 무에 상관없이 높은 기온차를 보였다.
본 연구에서는 부산(Busan)에 설치된 자동기상관측망(AWS)과 국립수산과학원에서 관측하는 부산(Busan)과 기장(Gijang)지점의 해수면온도(SST)자료를 활용하여 부산(Busan)지역의 연안에서 발생하는 대규모 냉수대에 의해 형성된 차가워진 냉기가 도시기온에 미치는 영향을 살펴보았다. 첫째, 냉수대가 발생한 날(cold water)은 연안지역과 도심지역의 기온차가 약 $1^{\circ}C$이상 나타났으며, 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 연안지역과 도심지역의 기온차가 약 $0.5^{\circ}C$로 냉수대가 발생한 날(cold water)보다 낮은 기온차를 보였다. 둘째, 주간의 경우 냉수대가 발생한 날(cold water)은 연안지역이 도심에 비해 약 $1^{\circ}C$ 정도 낮았다. 반면 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 연안지역과 도심의 기온차가 약 $0.4^{\circ}C$로 냉수대가 발생한 날(cold water)에 비해 낮은 분포 차를 보였다. 반면 야간의 경우는 냉수대가 발생한 날(cold water)의 연안지역이 도심에 비해 약 $1.2^{\circ}C$, 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 연안지역이 도심에 비해 약 $0.9^{\circ}C$ 낮았다. 야간의 기온은 주간의 기온에 비해 냉수대 발생 유 무에 상관없이 높은 기온차를 보였다.
The effects of the cold air generated from large cold water mass at the coastal area on observed air temperature in Busan were investigated using AWS(Automatic Weather Station) data at the Busan area operated by Korea Meterological Administration and SST(Sea Surface Temperature) data at the Gijang a...
The effects of the cold air generated from large cold water mass at the coastal area on observed air temperature in Busan were investigated using AWS(Automatic Weather Station) data at the Busan area operated by Korea Meterological Administration and SST(Sea Surface Temperature) data at the Gijang and Busan area operated by Korean National Fisheries Research Development Institute. First, the temperature difference between the coastal area and the city area was about $1^{\circ}C$ during cold water mass day while it was about $0.5^{\circ}C$ if cold water mass was not appeared. Second, for day time, the temperature at the coastal area was about $1^{\circ}C$ lower than that at the city area during cold water mass day, but the difference was only about $0.4^{\circ}C$ without cold water mass. On the other hand, for night time, the temperature at the coastal area was about $1.2^{\circ}C$ lower than that at the city area during cold water mass day and the difference was about $0.9^{\circ}C$ without cold water mass. As a result, temperature differences at night time were higher than those at day time whether or not cold water mass appeared. The reason for higher temperature at night time might be the urban heat island phenomenon.
The effects of the cold air generated from large cold water mass at the coastal area on observed air temperature in Busan were investigated using AWS(Automatic Weather Station) data at the Busan area operated by Korea Meterological Administration and SST(Sea Surface Temperature) data at the Gijang and Busan area operated by Korean National Fisheries Research Development Institute. First, the temperature difference between the coastal area and the city area was about $1^{\circ}C$ during cold water mass day while it was about $0.5^{\circ}C$ if cold water mass was not appeared. Second, for day time, the temperature at the coastal area was about $1^{\circ}C$ lower than that at the city area during cold water mass day, but the difference was only about $0.4^{\circ}C$ without cold water mass. On the other hand, for night time, the temperature at the coastal area was about $1.2^{\circ}C$ lower than that at the city area during cold water mass day and the difference was about $0.9^{\circ}C$ without cold water mass. As a result, temperature differences at night time were higher than those at day time whether or not cold water mass appeared. The reason for higher temperature at night time might be the urban heat island phenomenon.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 부산(Busan)지역에 설치된 자동기상관측망(이하 AWS(Automatic Weather System)로 표기)자료와 국립수산과학원에서 제공하는 표면수온(SST: Sea Surface Temperature, 이하 수온으로 표기) 자료를 활용하여 냉수대 발생 유무에 따른 부산(Busan) 지역 기온의 공간적 분포를 살펴보고, 이를 통해 국지적으로 발현한 냉수대가 도시기온에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다.
본 연구에서는 여름철 기온이 높았던 해인 2010년을 대상으로 부산(Busan)에 설치된 AWS와 국립수산과학원에서 제공하는 수온자료를 활용하여 부산(Busan)지역의 연안을 따라서 매년 거의 6월~8월중에 발생하는 대규모 냉수대가 부산(Busan)지역 기온에 미치는 영향을 살펴보았다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
냉수대가 발생한 날(cold water)과 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)을 대상으로 부산(Busan)지방기상청에서 제공하는 AWS 10개 지점의 평균기온을 이용하여 일평균과 주․ 야간의 기온공간분포를 살펴보았다(그림 7). 냉수대가 발생한 날(그림 7(a))의 경우 연안지역과 도심의 기온차가 크게는 약 1℃이상 차이가 있었다.
다음으로 냉수대 발생이 도시기온 변화에 미치는 영향을 파악하고자 시간대별 기온자료를 이용하여 일평균과 주·야간으로 나누어 기상관 측지점별 평균기온을 구하였다.
다음은 냉수대 발생에 따른 기온의 공간분포 특성을 파악하기에 앞서 기온의 상승에 영향을 미치는 부산(Busan)지역의 토지피복현황을 살펴보고, 표 2에 구별로 구분하여 제시하였다. 중구(Jung-Gu)는 부산(Busan)의 대표적인 상업밀집지역으로 도시화지역의 비율이 약 78%, 동구(Dong-Gu)는 상업과 주거지역의 비율이 약 60%으로 산림지역과 농경지 및 나지의 비율이 다른 지역에 비해 낮다.
다음은 본 연구기간 동안 냉수대 발생에 따른 수온변화를 살펴보기 위하여 냉수대가 발생한 지점(부산(Busan), 기장(Gijang))과 냉수대가 발생하지 않은 지점(산양(Sanyang))으로 나누어 비교 제시하였다. 먼저 냉수대가 발생하지 않는 산양(Sanyang)지점은 6월초부터 8월 말까지 계속해서 수온이 증가함을 알 수 있다.
다음은 평균풍속의 변화를 연안지역과 내륙지 역으로 나누어 살펴보았다(그림 5). 연안지역 (그림 5(a))의 경우 주간에는 냉수대 발생에 상관없이 거의 동일한 풍속 값을 나타내었고, 야간에는 냉수대가 발생하지 않는 날(non cold water)이 냉수대가 발생한 날(cold water)보다약 0.
다음은 해륙풍에 의한 도심으로의 냉기유입 가능성을 살펴보기 위하여 주간(그림 8)과 야간(그림 9)으로 나누어 기온의 공간분포를 제시하였다. 먼저 주간의 경우 냉수대가 발생한 날(그림 8(a))의 연안지역은 약 27℃, 도심은 약 28℃ 이상으로 연안지역이 도심에 비해 약 1℃ 정도 낮았다.
대상일은 냉수대가 강하게 발달한 날(이후 냉수대가 발생한 날(cold water)로 표기)과 냉수대의 영향이 없는 날(이후 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)로 표기)로 나누어 살펴보았다. 냉수대가 발생한 날(cold water)은 냉수대가 발생하고 3일 이상 지속된 기간 중부산(Busan)지역이 고기압 중심에 위치하고 운량이 4이하이며, 일사가 강한 날(20 MJ/㎡이상인 날)을 대상으로 선정하였다.
둘째, 냉수대 발생 유·무에 따른 국지기상변 화를 살펴보았다.
다음으로 냉수대 발생이 도시기온 변화에 미치는 영향을 파악하고자 시간대별 기온자료를 이용하여 일평균과 주·야간으로 나누어 기상관 측지점별 평균기온을 구하였다. 또한 구한 평균 기온을 Surfer 프로그램에 적용하여 냉수대 발생 유무에 따른 등온선을 작성하여 기온분포도를 제시하였다.
다음은 선정된 연구대상일에 대한 자료처리및 분석 방법이다. 먼저 기온과 수온자료를 이용하여 냉수대 발생 유무에 따른 기상요소(기온, 풍향, 풍속)의 시간대별 변화를 살펴보았다. 다음으로 냉수대 발생이 도시기온 변화에 미치는 영향을 파악하고자 시간대별 기온자료를 이용하여 일평균과 주·야간으로 나누어 기상관 측지점별 평균기온을 구하였다.
셋째, 냉수대 발생 유·무에 따른 도시의 열적 분포 특성을 알아보기 위해 기온의 공간분포를 살펴보았다.
자료처리를 위하여 ArcGIS 프로그램을 이용하여 아래의 7개 항목으로 분류하여 산출하였다(그림 2와 표 2 참고). 토지피복 분류는 수변지역(Water), 도시화지역(Urban and built-up), 나지(Bare soil), 초지(Grassland), 산림지역(Mountain and forests), 논(Paddy field)과 밭(Dry field) 등 7개 항목으로 분류하였으나, 표 2의 항복별 토지피복비율에서는 논과 밭을 농경지로 합하여 제시하였다.
대상 데이터
대상일은 냉수대가 강하게 발달한 날(이후 냉수대가 발생한 날(cold water)로 표기)과 냉수대의 영향이 없는 날(이후 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)로 표기)로 나누어 살펴보았다. 냉수대가 발생한 날(cold water)은 냉수대가 발생하고 3일 이상 지속된 기간 중부산(Busan)지역이 고기압 중심에 위치하고 운량이 4이하이며, 일사가 강한 날(20 MJ/㎡이상인 날)을 대상으로 선정하였다. 반면 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 냉수대 발생한 전후 일주일에 대해 냉수대가 발생한 날(cold water)과 같은 조건의 날을 선정하여 표 1에 제시하였다.
그림 2는 기상관 측지점에 대한 지리적 · 지형적 특성 파악을 위하여 토지이용도를 제시하였다. 분석에 이용된 토지피복도는 국가수자원관리종합정보시스템 (Water Management Information System, 또는 WAMIS(http://www.wamis.go.kr/))에서 제공하는 토지이용자료를 사용하였다. 토지피복도는 래스터형식의 자료들로써 Landsat 자료를 기반으로 하여 Transverse Mercator 중부원점 좌표계를 갖는 30m 공간해상도로 작성되었다(Park and Tak, 2013).
수온은 국립수산과학원에서 제공하는 여름철 (6∼8월)의 연안정지관측자료 중 부산(Busan) 연안에 위치한 부산(Busan)과 기장(Gijang) 관측지점의 자료를 활용하였다.
수온은 국립수산과학원에서 제공하는 여름철 (6∼8월)의 연안정지관측자료 중 부산(Busan) 연안에 위치한 부산(Busan)과 기장(Gijang) 관측지점의 자료를 활용하였다. 이 자료는 연안정지관측지점에서 매일 오전 10시에 관측된 수온 자료이다. 이 자료를 바탕으로 국립수산과학원 에서는 주변해역에 비해 5℃ 내외의 온도 차이가 나타나는 해역을 대상으로 냉수대 발생에 대한 주의보와 경보를 발령한다.
이 자료를 바탕으로 국립수산과학원 에서는 주변해역에 비해 5℃ 내외의 온도 차이가 나타나는 해역을 대상으로 냉수대 발생에 대한 주의보와 경보를 발령한다. 이러한 냉수대가 도시의 열적분포에 미치는 영향을 파악하기 위해 수온자료와 같은 기간을 대상으로 부산 (Busan)지역에 설치된 AWS(9개 지점)의 기온, 풍향, 풍속, 운량, 일사량 등의 자료를 이용하였다.
데이터처리
토지피복도는 래스터형식의 자료들로써 Landsat 자료를 기반으로 하여 Transverse Mercator 중부원점 좌표계를 갖는 30m 공간해상도로 작성되었다(Park and Tak, 2013). 자료처리를 위하여 ArcGIS 프로그램을 이용하여 아래의 7개 항목으로 분류하여 산출하였다(그림 2와 표 2 참고). 토지피복 분류는 수변지역(Water), 도시화지역(Urban and built-up), 나지(Bare soil), 초지(Grassland), 산림지역(Mountain and forests), 논(Paddy field)과 밭(Dry field) 등 7개 항목으로 분류하였으나, 표 2의 항복별 토지피복비율에서는 논과 밭을 농경지로 합하여 제시하였다.
성능/효과
넷째, 해륙풍의 의한 도심으로의 냉기유입 가능성을 살펴보기 위해, 먼저 주간의 경우 냉수 대가 발생한 날(cold water)은 연안지역이 도심에 비해 약 1℃ 정도 낮았다. 반면 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 연안지역과 도심의 기온 차는 약 0.
다음으로 평균풍속은 냉수대 발생 유·무에 상관없이 야간에는 거의 차이가 없으나, 주간에는 냉수대가 발생한 날(cold water)이 최대 약 0.4m/s, 냉수대가 발생하지 않은 날(non cold water)은 최대 약 0.2m/s의 차를 보였다.
또한 내륙지역은 지형과 지리적인 영향에 의해서 냉수대 발생 유·무에 상관없이 동일한 풍향을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
둘째, 냉수대 발생 유·무에 따른 국지기상변 화를 살펴보았다. 먼저 평균기온의 변화를 보면, 연안지역은 주간에 냉수대가 발생한 날 (cold water)이 냉수대가 발생하지 않은 날 (non cold water)보다 약 2.1℃, 야간에는 평균 약 1.3℃ 낮았다. 이러한 기온의 차는 연안에서 발생한 냉수대에 의해 차가워진 공기가 지속적으로 연안지역으로 유입되었기 때문으로 판단된다.
또한 내륙지역은 부산진(Busanjin), 북구(Bukgu) 지점은 남풍이 우세하였고, 그 외 금정 (Gumjeong), 동래(Dongnae)지점은 남서풍과 북동풍이 우세하였다. 반면 냉수대가 발생하지 않는 날(non cold water)의 연안지역은 냉수 대가 발생한 날(cold water)에 비해 수영만 (Suyeongman) 지점을 제외하고는 북동풍이 증가됨을 알 수 있었다. 내륙지역은 냉수대가 발생한 날(cold water)과 같은 경향을 나타내었다.
반면 일본은 도시에 축척되는 대기오염물질의 해소 및 자연정화를 위해서 해륙풍을 이용한 연안의 신선한 공기를 도심으로 유입시키고자 하는 연구는 많이 이루어지고 있다. 오사카에서는 해륙풍 방향을 고려한 도시 및 건축계획이 도시의 온도를 낮추는데 효과가 있는 수단으로 인식되었고, 후쿠오카에서는 도심의 간선도로가 차가운 해풍을 이동시켜 도시내부의 온도를 저감시키는 효과를 가지고 있다는 것을 확인하였다. 그러나 우리나라는 일본과 달리 냉수대 발생에 의해 차가워진 연안의 신선한 공기가 도심의 기온에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다.
첫째, 여름철의 수온변화를 살펴보면 냉수대가 발생하지 않은 경우 약 20℃이상 높은 온도를 나타내었고, 냉수대가 발생하는 경우 약 13℃이하까지 낮아짐을 알 수 있었다.
2m/s 차가 나타났다. 해륙풍순환에서 냉수대가 발생하여 해수온도가 낮아진 경우에는 낮에 해풍 (남풍계열)은 탁월하게 발생하나 야간에 육풍 (북풍계열)발생빈도는 약화되는 현상을 연안에서 확인할 수 있었다. 이에 따라서 풍속도 낮의 해풍 풍속(낮 시간대)이 냉수대가 발생하였을 때가 그렇지 않았을 때보다 강하였다.
후속연구
그러나 도심은 도시구조물과 지리적 지형적 영향으로 해풍에 의한 찬 공기의 유입이 원활하지 못한 것으로 판단되며, 그로인해 냉수대 발생에 따른 영향이 거의 없었다. 그러나 향후 연안에서 발생한 냉수대로 인해 형성된 냉기류의 유입과 더불어 해풍의 유입을 원활히 하는 환경친화적 도시계획을 실천한다면 도심의 기온을 낮추는데 큰 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다.
현재 우리나라는 여름철 기온상승으로 인한 전력수요량의 급증으로 에너지절약을 위한 여러 가지 대책을 수립하고 실천하고 있다. 그러므로 본 연구의 결과를 토대로 연안의 차가워진 공기를 도심으로 유입시키기기 위한 연구가 활발히 이루어진다면 여름철 에너지 사용량 감소에 도움이 될 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연안정지관측자료의 수온을 바탕으로, 국립수산과학원에서 발령하는 것은?
이 자료는 연안정지관측지점에서 매일 오전 10시에 관측된 수온 자료이다. 이 자료를 바탕으로 국립수산과학원 에서는 주변해역에 비해 5℃ 내외의 온도 차이가 나타나는 해역을 대상으로 냉수대 발생에 대한 주의보와 경보를 발령한다. 이러한 냉수대가 도시의 열적분포에 미치는 영향을 파악하기 위해 수온자료와 같은 기간을 대상으로 부산 (Busan)지역에 설치된 AWS(9개 지점)의 기온, 풍향, 풍속, 운량, 일사량 등의 자료를 이용하였다.
본 연구에서, 토지피복 분류를 수행한 7개 항목은 무엇인가?
자료처리를 위하여 ArcGIS 프로그램을 이용하여 아래의 7개 항목으로 분류하여 산출하였다(그림 2와 표 2 참고). 토지피복 분류는 수변지역(Water), 도시 화지역(Urban and built-up), 나지(Bare soil), 초지(Grassland), 산림지역(Mountain and forests), 논(Paddy field)과 밭(Dry field) 등 7개 항목으로 분류하였으나, 표 2의 항복별 토지피복비율에서는 논과 밭을 농경지로 합하여 제시하였다.
냉수대가 나타나면 어떤 영향을 미치는가?
이러한 냉수대가 나타나면 연안역의 표층수온이 급격히 감소함으로써 짙은 안개가 발생하여 선박의 항해에 많은 지장을 주고 인근 해역의 해륙풍의 강도변화에 영향을 미쳐 국지적인 기상변화를 초래한다. 냉수대의 출현 요인 중 특히 바람의 원인을 보면, 3∼4m/s의 남풍 또는 남서풍이 3일 이상 지속적으로 나타날 때 (Lee, 1983), 저층으로부터 저온의 냉수가 표층으로 상승함으로써 발현되는 특징이 있다 (Kim et al.
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