서울 도시계획 정책을 적용한 기후영향평가 - 남북녹지축 조성사업을 대상으로 - Urban Climate Impact Assessment Reflecting Urban Planning Scenarios - Connecting Green Network Across the North and South in Seoul -원문보기
도시 계획적 측면에서 도시의 구조적 변화에 따른 기후영향을 파악하여 그 결과를 도시계획에 반영하는 것은 중요하다. 서울시에서는 도시계획 시나리오 정보를 제공하기 위해 도시계획정보시스템(Urban Plan Information System, UPIS)을 활용 중이다. 지자체의 실제 도시계획에 따른 기후영향을 평가하고 분석하기 위해서는 UPIS에서 제공하는 도시계획시나리오와 도시기후분석모델을 손쉽게 연계할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 국립기상과학원의 도시기후분석모델(Climate Analysis Seoul, CAS)과 도시계획 시나리오를 연계하는 기술을 개발하였다. CAS는 건물과 식생의 물리적 배치에 따른 온도, 바람 등의 국지규모 변화와 중규모 기상모델인 MetPhoMod(METeorology and atmospheric PHOtochemistry mesoscale MODel)의 분석결과를 바탕으로 찬공기의 생성, 이동, 정체와 바람흐름, 열적환경 등을 분석하는 기능을 가지고 있다. 정밀한 도시정보를 모델에 적용하기 위해 고해상도의 항공 LiDAR(LIgit Detection And Ranging) 측량을 통해 생성된 래스터자료(1m 해상도)와 KOMPSAT-2(KOrea Multi-Purpose SATellite) 위성영상 자료(4m 해상도)를 이용하여 토지피복 및 수치표고자료로 활용할 입력자료를 생성하였다. 보다 정확한 도시지면 특징을 반영하기 위해 수치표면모델인 DSM(Digital Surface Model)과 수치지형모델인 DTM(Digital Terrain Model)을 전산유체역학모델(Computational Fluid Dynamics, CFD) 입력자료로 사용하여 상세바람분석을 수행하였다. 8방위의 유입류를 고려하여 재정비 전후의 도시구조물 주변의 흐름 및 풍속 분포와 녹지축 형성 전후의 열환경 변화를 분석하였다. 현실적인 기상상태 반영을 위해 CAS의 중규모 기상장을 입력자료로 사용하였으며, 그 결과 재정비에 따른 도시구조물 변화에 의해 바람길에 큰 변화가 확인되었다. 녹지축 형성 이후 전반적으로 재정비지역 주변의 온도가 감소하였다. CAS와 CFD의 연동을 통해 도시지역 재정비와 녹지축 형성 전후의 주변 바람길과 열환경에 대한 실제적인 평가가 가능하며, 도시개발계획과 녹지조성계획 수립에 유용할 것으로 기대된다.
도시 계획적 측면에서 도시의 구조적 변화에 따른 기후영향을 파악하여 그 결과를 도시계획에 반영하는 것은 중요하다. 서울시에서는 도시계획 시나리오 정보를 제공하기 위해 도시계획정보시스템(Urban Plan Information System, UPIS)을 활용 중이다. 지자체의 실제 도시계획에 따른 기후영향을 평가하고 분석하기 위해서는 UPIS에서 제공하는 도시계획시나리오와 도시기후분석모델을 손쉽게 연계할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 국립기상과학원의 도시기후분석모델(Climate Analysis Seoul, CAS)과 도시계획 시나리오를 연계하는 기술을 개발하였다. CAS는 건물과 식생의 물리적 배치에 따른 온도, 바람 등의 국지규모 변화와 중규모 기상모델인 MetPhoMod(METeorology and atmospheric PHOtochemistry mesoscale MODel)의 분석결과를 바탕으로 찬공기의 생성, 이동, 정체와 바람흐름, 열적환경 등을 분석하는 기능을 가지고 있다. 정밀한 도시정보를 모델에 적용하기 위해 고해상도의 항공 LiDAR(LIgit Detection And Ranging) 측량을 통해 생성된 래스터자료(1m 해상도)와 KOMPSAT-2(KOrea Multi-Purpose SATellite) 위성영상 자료(4m 해상도)를 이용하여 토지피복 및 수치표고자료로 활용할 입력자료를 생성하였다. 보다 정확한 도시지면 특징을 반영하기 위해 수치표면모델인 DSM(Digital Surface Model)과 수치지형모델인 DTM(Digital Terrain Model)을 전산유체역학모델(Computational Fluid Dynamics, CFD) 입력자료로 사용하여 상세바람분석을 수행하였다. 8방위의 유입류를 고려하여 재정비 전후의 도시구조물 주변의 흐름 및 풍속 분포와 녹지축 형성 전후의 열환경 변화를 분석하였다. 현실적인 기상상태 반영을 위해 CAS의 중규모 기상장을 입력자료로 사용하였으며, 그 결과 재정비에 따른 도시구조물 변화에 의해 바람길에 큰 변화가 확인되었다. 녹지축 형성 이후 전반적으로 재정비지역 주변의 온도가 감소하였다. CAS와 CFD의 연동을 통해 도시지역 재정비와 녹지축 형성 전후의 주변 바람길과 열환경에 대한 실제적인 평가가 가능하며, 도시개발계획과 녹지조성계획 수립에 유용할 것으로 기대된다.
When making urban planning, it is important to understand climate effect caused by urban structural changes. Seoul city applies UPIS(Urban Plan Information System) which provides information on urban planning scenario. Technology for analyzing climate effect resulted from urban planning needs to dev...
When making urban planning, it is important to understand climate effect caused by urban structural changes. Seoul city applies UPIS(Urban Plan Information System) which provides information on urban planning scenario. Technology for analyzing climate effect resulted from urban planning needs to developed by linking urban planning scenario provided by UPIS and climate analysis model, CAS(Climate Analysis Seoul). CAS develops for analyzing urban climate conditions to provide realistic information considering local air temperature and wind flows. Quantitative analyses conducted by CAS for the production, transportation, and stagnation of cold air, wind flow and thermal conditions by incorporating GIS analysis on land cover and elevation and meteorological analysis from MetPhoMod(Meteorology and atmospheric Photochemistry Meso-scale model). In order to reflect land cover and elevation of the latest information, CAS used to highly accurate raster data (1m) sourced from LiDAR survey and KOMPSAT-2(KOrea Multi-Purpose SATellite) satellite image(4m). For more realistic representation of land surface characteristic, DSM(Digital Surface Model) and DTM(Digital Terrain Model) data used as an input data for CFD(Computational Fluid Dynamics) model. Eight inflow directions considered to investigate the change of flow pattern, wind speed according to reconstruction and change of thermal environment by connecting green area formation. Also, MetPhoMod in CAS data used to consider realistic weather condition. The result show that wind corridors change due to reconstruction. As a whole surface temperature around target area decreases due to connecting green area formation. CFD model coupled with CAS is possible to evaluate the wind corridor and heat environment before/after reconstruction and connecting green area formation. In This study, analysis of climate impact before and after created the green area, which is part of 'Connecting green network across the north and south in Seoul' plan, one of the '2020 Seoul master plan'.
When making urban planning, it is important to understand climate effect caused by urban structural changes. Seoul city applies UPIS(Urban Plan Information System) which provides information on urban planning scenario. Technology for analyzing climate effect resulted from urban planning needs to developed by linking urban planning scenario provided by UPIS and climate analysis model, CAS(Climate Analysis Seoul). CAS develops for analyzing urban climate conditions to provide realistic information considering local air temperature and wind flows. Quantitative analyses conducted by CAS for the production, transportation, and stagnation of cold air, wind flow and thermal conditions by incorporating GIS analysis on land cover and elevation and meteorological analysis from MetPhoMod(Meteorology and atmospheric Photochemistry Meso-scale model). In order to reflect land cover and elevation of the latest information, CAS used to highly accurate raster data (1m) sourced from LiDAR survey and KOMPSAT-2(KOrea Multi-Purpose SATellite) satellite image(4m). For more realistic representation of land surface characteristic, DSM(Digital Surface Model) and DTM(Digital Terrain Model) data used as an input data for CFD(Computational Fluid Dynamics) model. Eight inflow directions considered to investigate the change of flow pattern, wind speed according to reconstruction and change of thermal environment by connecting green area formation. Also, MetPhoMod in CAS data used to consider realistic weather condition. The result show that wind corridors change due to reconstruction. As a whole surface temperature around target area decreases due to connecting green area formation. CFD model coupled with CAS is possible to evaluate the wind corridor and heat environment before/after reconstruction and connecting green area formation. In This study, analysis of climate impact before and after created the green area, which is part of 'Connecting green network across the north and south in Seoul' plan, one of the '2020 Seoul master plan'.
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문제 정의
구해정 등(2007)은 기상환경영향평가 모형(전산유체 역학 모형)을 평가함으로써 기상환경영향평가제도 정립의 필요성과 향후 기상환경영향평가 기술개발이 이루어져야 함을 시사하였다. 따라서 본 연구에서는 바람의 상대적인 강도 분포를 나타내고, 해상도가 큰 중규모 바람을 모의하는 CAS의 바람분석기능을 보완하기 위해 도시지역 상세규모 대기흐름 해석이 가능한 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모델을 결합하여 CAS에서 분석이 어려운 건물단위의 상세 바람흐름을 분석하고자 하였다.
현재는 재정비 계획이 변경되었으나, 본 연구에서는 도시계획 정책과 도시기후분석모델을 연계하여, 환경변화에 따른 기후영향분석 · 평가 체계의 활용성을 제시하기 위해 실제 계획을 적용하고자 하였다.
가설 설정
본 모델은 3차원 비정수, 비회전, 비압축 대기 흐름계를 가정하며 코리올리 효과를 배제 한다. 지배 방정식계(Table 3)는 유한체적법(finite volume method)과 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation) 알고리즘을 사용하여 엇갈림 격자계(staggered grid system)에서 수치적으로 풀이된다.
kr)에서 제공하는 도로명주소 전자지도를 이용하여 구축하였다. 이 자료의 건물 위치 및 층수 정보를 이용하여 현재의 토지피복 및 건물높이 정보에 활용하였고, 한 층을 4m로 가정하고 DSM을 구축하였다. CASE3은 녹지가 조성됨으로써 건축물이 없는 것으로 전제하였기 때문에 피복물의 높이를 모두 제거한 DSM으로 구축하였다.
제안 방법
이 자료의 건물 위치 및 층수 정보를 이용하여 현재의 토지피복 및 건물높이 정보에 활용하였고, 한 층을 4m로 가정하고 DSM을 구축하였다. CASE3은 녹지가 조성됨으로써 건축물이 없는 것으로 전제하였기 때문에 피복물의 높이를 모두 제거한 DSM으로 구축하였다. CASE 별 DSM 비교를 통해 새로운 녹지축 조성 과정에서 건물들이 수직적으로 발달하면서 남북방향으로 녹지축이 조성됨을 확인할 수 있다(Figure 6).
CAS구동을 위한 토지피복은 WS(water surfaces), TV(tall vegetation), VS(vegetated surfaces), US(unvegetated surfaces), BS(built-up surfaces)의 5가지 유형으로 분류하여 구축한다. 상세지역의 토지피복 구축을 위해 사용된 자료는 KOMPSAT-2 위성영상과 항공LiDAR자료, 현재와 미래 건축물 구조를 나타내기 위한 도로명주소 전자지도와 도시재정비 계획지도이다.
UPIS, CAS, CFD_NIMR_ SNU 총 3가지 시스템을 이용하여 기후영향평가체계를 구축하고, 이 체계로부터 도시계획 사례에 따른 상세 열 환경 및 바람환경을 모의하여, 토지이용 · 건물배치·외관비 변화에 따른 기후영향결과를 분석하였다.
DTM 입력자료 구축에 대해서는, CASE1의 경우 이채연 등(2012a)이 구축한 방법과 같은 방법을 사용하여 구축하였다. 국토지리정보원이 제공한 평균점밀도 2.5pt/m2의 항공 LiDAR 자료를 사용하였으며, LiDAR 점군분류(points classifications)를 통해 지형, 건물, 교목을 구분하였고 이 중 지형으로 분류된 지도를 이용하여 DTM을 생성하였다. CASE2와 3은 현재와 비슷한 지형을 유지할 것이라는 것을 전제로 CASE1과 같은 자료를 사용하였다.
기후영향을 보다 상세하게 분석하기 위해 재정비된 영역(1,400m×700m)만을 선정하여 상세분석을 수행하였다.
녹지축 조성에 따른 중규모 연직 변화를 알아보기 위해 상층 500m까지 중앙부분을 아래(남산방향)에서 위로(종묘방향) 단면을 분석하였다. 3가지 CASE에 대해 새벽 3시(03LST)와 낮 3시(15LST)의 연직 분포를 비교해보면(Figure 13) 새벽 상층 50m 부분에 녹지축이 조성되면서 온도가 낮아진 것을 확인할 수 있다(upper).
첫째, 도시의 바람길이나 오염물질 정체지역을 분석하기 위한 수치표고 · 지면 자료를 구축하고 토지피복의 형태에 따라 달라지는 지표영향을 고려하기 위해 고해상도 토지피복자료를 구축한다. 둘째, 중규모 기상모의를 위한 초기장을 생성, 국지적 열부하계수를 계산, 중규모 수치모의(MetPhoMod)를 통한 기온장과 바람장 모의, 도시구조자료로부터 계산된 열전도, 열확산, 열용량 등으로부터의 국지적 영향을 분석한다. MetPhoMod의 환경설정은 Table 2에 나타내었다.
보통의 도시계획 기본도는 지리정보시스템에서 바로 사용가능한 형태가 아닌 디지털 설계도면에 가깝다. 따라서 토지피복지도 작성에 필요한 분류별로 유형화하여 digitizing하는 방법을 사용하여 분류하였다(Figure 4). 최종적으로 모델에 입력되는 토지피복의 영역은 5m 해상도, 가로 세로 5km×5km영역으로 각 CASE 별 분류지도를 Figure 5에 나타내었다.
4m/s 풍속의 바람길과 건물 외관비 변화에 따른 건물사이의 바람순환이 형성됨을 확인하였다. 또한 기후영향에 따른 추가 계획을 제언하게 되는 경우를 위해 임의의 시나리오를 구성하여 모델 입력자료를 구축하는 방법도 확립하였다. 본 연구에서 구축한 녹지축 확장 시나리오를 통해 녹지의 면적과 길이가 확대될 경우, 기온이 최대 3.
기후영향평가체계를 수립하기 위하여, 상세한 도시계획의 정보를 제공하는 서울도시계획포털(Urban Plan Information System, UPIS)의 정보를 활용하였고, 도시기후분석을 위해 과학적 · 객관적인 정보 제공이 가능한 CAS를 이용하였다. 또한 상세바람을 분석하기 위해 건물단위의 바람 흐름을 분석할 수 있는 CFD를 결합하였다. 3가지 분석 시스템을 결합한 기후영향평가체계는 기존의 제한되고 주관적인 분석이 아니라, 검증된 기후분석 도구를 이용해서 실제 계획을 반영한 정량적 영향평가가 가능하다는 것을 보여준다.
본 연구는 세운상가재정비 지역을 대상으로 UPIS와 CAS, CFD_NIMR_SNU를 결합하여 도시기후분석에 적합한 기후영향평가체계를 구축하였다. 세운상가 재정비사업을 대상으로 재정비 전과 후, 그리고 단순 전후 분석이 아닌 계획 제안에 사용될 수 있도록 가상 시나리오를 이용한 입력자료를 구축하여 각각에 대한 기후영향을 분석하였다.
상세 바람흐름 모의를 위해 CFD_NIMR_SNU를 이용하여 3가지 CASE에 대한 바람분석을 수행하였다. 지표부근의 바람분석 결과, CASE1은 상가 건물과 건물 주변으로 복잡한 흐름이 나타났으며, 건물들의 차폐효과에 의해 상가주변의 풍속은 유입류에 비해 크게 감소하는 경향을 보였다.
본 연구는 세운상가재정비 지역을 대상으로 UPIS와 CAS, CFD_NIMR_SNU를 결합하여 도시기후분석에 적합한 기후영향평가체계를 구축하였다. 세운상가 재정비사업을 대상으로 재정비 전과 후, 그리고 단순 전후 분석이 아닌 계획 제안에 사용될 수 있도록 가상 시나리오를 이용한 입력자료를 구축하여 각각에 대한 기후영향을 분석하였다. 입력자료 구축에는 도시계획시스템에서 제공된 정보와 위성자료, 항공 LiDAR, 도로명주소 전자지도 등이 사용되었으며 각각의 CASE에 대한 5m 해상도의 토지피복과 수치 지형/표면 지도를 구축하여 모델을 구동하고 그 영향을 분석하였다.
MetPhoMod의 환경설정은 Table 2에 나타내었다. 셋째로 앞에서 분석된 국지규모 및 중규모 결과들을 이용하여 CAS의 사용자인터페이스(Graphic User Interface)로 열 환경과 바람순환에 대한 결과가 표출되며, 산출 결과들을 이용하여 도시계획시나리오에 따른 도시개발 전후의 기후분석 및 기후변화 시나리오에 따른 미래기후환경모의 및 기후취약지역을 분석한다.
앞에서 분석된 차고 신선한 공기의 생성, 중규모 및 국지규모 기온분포를 이용하여 종합적인 기온분포 지도를 생성하였다. 종합 기온분포지도는 다른 기후분석지도와 마찬가지로 전체 영역의 평균에 대한 상대적인 열 부하를 나타낸다.
세운상가 재정비사업을 대상으로 재정비 전과 후, 그리고 단순 전후 분석이 아닌 계획 제안에 사용될 수 있도록 가상 시나리오를 이용한 입력자료를 구축하여 각각에 대한 기후영향을 분석하였다. 입력자료 구축에는 도시계획시스템에서 제공된 정보와 위성자료, 항공 LiDAR, 도로명주소 전자지도 등이 사용되었으며 각각의 CASE에 대한 5m 해상도의 토지피복과 수치 지형/표면 지도를 구축하여 모델을 구동하고 그 영향을 분석하였다. 연구결과는 다음과 같다.
세운상가 재정비 사업은 상가 건축물을 재건축하고 도심속 작은 수공간들이 조성되며, 상가 중심에 녹지축을 조성하는 사업으로, 종묘 - 세운상가 - 남산의 녹지 연결을 하여 바람길을 확보하고자 하는 사업이다. 재정비가 되면서 조성되는 녹지축의 폭은 약 80m, 길이는 950m 이며 본 연구에서는 재정비 전(CASE1), 재정비 후(CASE2), 그리고 추가적으로 녹지축의 길이와 폭을 확장시킨 CASE3에 대하여 분석하였다. CASE3는 세운상가의 북쪽에 있는 녹지인 종묘와 남쪽의 남산이 녹지축으로 완전히 이어졌을 경우로써 가상 계획을 적용한 사례이다.
수평격자 간격은 10m, 연직격자 간격은 5m로 설정하였다. 적분 간격은 2초로 하여 총 3600초 동안 수치적분을 실시하였다.
첫째, 도시의 바람길이나 오염물질 정체지역을 분석하기 위한 수치표고 · 지면 자료를 구축하고 토지피복의 형태에 따라 달라지는 지표영향을 고려하기 위해 고해상도 토지피복자료를 구축한다.
토지피복과 피복물의 높이와 구조의 변화는 기후에 미치는 영향이 크기 때문에 각 사례별로 토지피복의 비율 변화를 분석하였다. 피복의 비율 차이를 자세하게 분석하기 위해 5km×5km영역인 Domain1) 3(Detail Region, DR)에서 재정비가 이루어지는 영 역만 을 선 정 하 여 (1,400m×700m) 분 석 하 였 다 (Figure 2, 3).
대상 데이터
5pt/m2의 항공 LiDAR 자료를 사용하였으며, LiDAR 점군분류(points classifications)를 통해 지형, 건물, 교목을 구분하였고 이 중 지형으로 분류된 지도를 이용하여 DTM을 생성하였다. CASE2와 3은 현재와 비슷한 지형을 유지할 것이라는 것을 전제로 CASE1과 같은 자료를 사용하였다. DSM 입력자료 구축에 대해서는, 연구지역 내에 국가보안지역이 포함되어 있어, LiDAR 자료에서 건축물의 높이가 공개되지 않은 부분이 있다.
상세바람장 분석을 위한 전산유체역학 모델의 입력자료로는 CAS에서 사용된 동일한 지형자료와 기상장자료를 사용하였다. CAS의 입력자료인 DSM을 이용하여 지표경계 입력자료를 생성하고(Figure 8) MetPhoMod 바람장자료를 수평, 연직 내삽하여 CFD 바람경계 입력자료로 사용하였다(Figure 9). 수치실험 영역의 크기는 동서로 2km, 남북으로 2km이며 연직방향의 크기는 0.
기후영향평가체계를 수립하기 위하여, 상세한 도시계획의 정보를 제공하는 서울도시계획포털(Urban Plan Information System, UPIS)의 정보를 활용하였고, 도시기후분석을 위해 과학적 · 객관적인 정보 제공이 가능한 CAS를 이용하였다.
DSM 입력자료 구축에 대해서는, 연구지역 내에 국가보안지역이 포함되어 있어, LiDAR 자료에서 건축물의 높이가 공개되지 않은 부분이 있다. 따라서 이 부분의 건물자료는 국토교통부의 국가공간정보유통시스템(http://www.nsic.go. kr)에서 제공하는 도로명주소 전자지도를 이용하여 구축하였다. 이 자료의 건물 위치 및 층수 정보를 이용하여 현재의 토지피복 및 건물높이 정보에 활용하였고, 한 층을 4m로 가정하고 DSM을 구축하였다.
본 연구에서는 도심재정비 사업 중 서울 남북녹지축 조성사업의 일부분인 ‘세운상가재정비사업’을 대상으로 하였다.
지배 방정식계(Table 3)는 유한체적법(finite volume method)과 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation) 알고리즘을 사용하여 엇갈림 격자계(staggered grid system)에서 수치적으로 풀이된다. 상세바람장 분석을 위한 전산유체역학 모델의 입력자료로는 CAS에서 사용된 동일한 지형자료와 기상장자료를 사용하였다. CAS의 입력자료인 DSM을 이용하여 지표경계 입력자료를 생성하고(Figure 8) MetPhoMod 바람장자료를 수평, 연직 내삽하여 CFD 바람경계 입력자료로 사용하였다(Figure 9).
CAS구동을 위한 토지피복은 WS(water surfaces), TV(tall vegetation), VS(vegetated surfaces), US(unvegetated surfaces), BS(built-up surfaces)의 5가지 유형으로 분류하여 구축한다. 상세지역의 토지피복 구축을 위해 사용된 자료는 KOMPSAT-2 위성영상과 항공LiDAR자료, 현재와 미래 건축물 구조를 나타내기 위한 도로명주소 전자지도와 도시재정비 계획지도이다. 이채연 등(2012a)은 은평뉴타운을 대상으로 고해상도로 개선한 입력자료와 기존에 사용하던 수치지형도 및 수치주제도를 이용한 입력 자료를 사용했을때, 각각 모의된 국지기온과 관측 자료를 비교분석한 결과 기존방법을 사용할 때(r = −0.
dwg)으로 제공받아 CAS에 적용될 수 있도록 변환하였다. 설계도면의 좌표정의와 스케일 고정을 위해 기존에 사용하였던 토지피복자료를 AutoCAD 환경으로 변환하여 참조자료로 사용하였다. 보통의 도시계획 기본도는 지리정보시스템에서 바로 사용가능한 형태가 아닌 디지털 설계도면에 가깝다.
CAS의 입력자료인 DSM을 이용하여 지표경계 입력자료를 생성하고(Figure 8) MetPhoMod 바람장자료를 수평, 연직 내삽하여 CFD 바람경계 입력자료로 사용하였다(Figure 9). 수치실험 영역의 크기는 동서로 2km, 남북으로 2km이며 연직방향의 크기는 0.8km이다. 수평격자 간격은 10m, 연직격자 간격은 5m로 설정하였다.
피복의 비율 차이를 자세하게 분석하기 위해 5km×5km영역인 Domain1) 3(Detail Region, DR)에서 재정비가 이루어지는 영 역만 을 선 정 하 여 (1,400m×700m) 분 석 하 였 다 (Figure 2, 3).
이론/모형
수치표고모델의 종류로는 지형높이 정보를 나타내는 수치지형모델(Digital Terrain Model, DTM)과 지형높이정보와 피복물의 높이정보를 함께 포함하는 수치표면모델(Digital Surface Model, DSM)이 있다. DTM 입력자료 구축에 대해서는, CASE1의 경우 이채연 등(2012a)이 구축한 방법과 같은 방법을 사용하여 구축하였다. 국토지리정보원이 제공한 평균점밀도 2.
, 2009; Kim and Baik, 2010). 본 연구에서 사용된 CFD모델은 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 방정식계에 기초한 CFD_NIMR_SNU(NationalInstitute Meteorological Research, Seoul National University) 모델이다. CFD_NIMR_SNU 모델은 Kim and Baik(2004)과 동일한 모델이며, Brown et al.
본 모델은 3차원 비정수, 비회전, 비압축 대기 흐름계를 가정하며 코리올리 효과를 배제 한다. 지배 방정식계(Table 3)는 유한체적법(finite volume method)과 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation) 알고리즘을 사용하여 엇갈림 격자계(staggered grid system)에서 수치적으로 풀이된다. 상세바람장 분석을 위한 전산유체역학 모델의 입력자료로는 CAS에서 사용된 동일한 지형자료와 기상장자료를 사용하였다.
성능/효과
또한 상세바람을 분석하기 위해 건물단위의 바람 흐름을 분석할 수 있는 CFD를 결합하였다. 3가지 분석 시스템을 결합한 기후영향평가체계는 기존의 제한되고 주관적인 분석이 아니라, 검증된 기후분석 도구를 이용해서 실제 계획을 반영한 정량적 영향평가가 가능하다는 것을 보여준다.
CASE3은 녹지가 조성됨으로써 건축물이 없는 것으로 전제하였기 때문에 피복물의 높이를 모두 제거한 DSM으로 구축하였다. CASE 별 DSM 비교를 통해 새로운 녹지축 조성 과정에서 건물들이 수직적으로 발달하면서 남북방향으로 녹지축이 조성됨을 확인할 수 있다(Figure 6).
UPIS에서 제공하는 설계 도면을 이용하여, 세운상가 재정비에 따라 건축물의 구조가 바뀌고 녹지축이 조성되면서 기온이 평균 0.2K, 최대 약 1.8K 감소하였고, 0~2.4m/s 풍속의 바람길과 건물 외관비 변화에 따른 건물사이의 바람순환이 형성됨을 확인하였다. 또한 기후영향에 따른 추가 계획을 제언하게 되는 경우를 위해 임의의 시나리오를 구성하여 모델 입력자료를 구축하는 방법도 확립하였다.
4m/s 풍속의 새로운 바람길이 생성되었다. 또한 상가지역의 건물 외관비 변화에 따라 건물 사이에서의 순환이 발생하였고 재정비에 따라 건물이 고층화됨에 따라 상층바람 환경에 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 건축물이 모두 없어지고 종묘와 남산을 잇는 확장된 녹지축이 형성된 CASE3의 경우 CASE1, 2와는 달리 유입된 흐름을 저해하는 건물과 같은 구조물들이 없기 때문에 마찰 효과가 저감되고, 흐름분리나 순환류가 발생하지 않기 때문에 비교적 풍속이 상승함을 확인할 수 있다.
또한 기후영향에 따른 추가 계획을 제언하게 되는 경우를 위해 임의의 시나리오를 구성하여 모델 입력자료를 구축하는 방법도 확립하였다. 본 연구에서 구축한 녹지축 확장 시나리오를 통해 녹지의 면적과 길이가 확대될 경우, 기온이 최대 3.1K 감소하는 효과가 크게 나타나는 것을 확인하였다. 세운재정비계획의 도심 녹지 조성은 녹지의 폭과 면적에 따라 미치는 영향이 다르게 나타났으며, 중규모 영향보다 국지규모에서 영향이 크게 나타났고, 재정비에 따른 바람길 생성 및 건축물의 높이에 따른 상층바람의 영향을 확인하였다.
지표면의 영향이 적은 지역(weak), 지표면의 물리적인 영향을 받는 지역(mechanically), 지표면의 물리적인 영향 및 도시화로 인한 열적인 영향을 받는 지역(urban)으로 분류된다. 상가건물이 밀집되어있는 CASE1은 지표면의 영향과 열적인 영향을 모두 받는 지역으로 분류되었지만, 재정비로 인해 녹지가 조성되고(CASE2) 확장되면서(CASE3) 열적 영향을 받는 지역이 감소하는 것으로 분석되었다.
1K 감소하는 효과가 크게 나타나는 것을 확인하였다. 세운재정비계획의 도심 녹지 조성은 녹지의 폭과 면적에 따라 미치는 영향이 다르게 나타났으며, 중규모 영향보다 국지규모에서 영향이 크게 나타났고, 재정비에 따른 바람길 생성 및 건축물의 높이에 따른 상층바람의 영향을 확인하였다.
또한 낮 3시에는 CASE 3의 재정비지역 외에 확장된 녹지축부분에 온도가 낮아졌다(lower). 주로 지표면 주변의 온도 변화가 나타났으며, 녹지축의 조성이 지표부근 중규모 연직기온분포에 영향을 미쳤다는 것을 알 수 있었으나, 50m 이상 높이에서는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
상세 바람흐름 모의를 위해 CFD_NIMR_SNU를 이용하여 3가지 CASE에 대한 바람분석을 수행하였다. 지표부근의 바람분석 결과, CASE1은 상가 건물과 건물 주변으로 복잡한 흐름이 나타났으며, 건물들의 차폐효과에 의해 상가주변의 풍속은 유입류에 비해 크게 감소하는 경향을 보였다. CASE2는 녹지축이 형성되면서 남북으로 넓은 공간이 확보되었고, 이에 따라 녹지축 구역에 0~2.
5K 차이가 났다. 특히 녹지가 확장되면서 차이는 더 크게 나타났고, 중규모적 영향보다는 국지규모에서 녹지축에 의한 기온감소 효과가 더 큰 것으로 분석되었다.
후속연구
미래의 기후분석 결과는 도시계획이 시행되기 전 계획 수립단계에서 기후에 어떠한 영향을 미칠 것인지에 대한 기본적인 평가 자료로 활용될 수 있을 것이며 도시환경 변화가 사람에 미치는 영향을 반영하는 생명기상 모델과 결함됨으로써 도시를 쾌적하게 관리할 수 있는 가이드라인을 제공하고, 도시계획 정책 결정의 근거가 될 수 있을 것이다. 또한 CAS와 CFD모델의 연동을 통해 도시재정비에 의한 바람환경의 상세변화를 평가할 수 있었으며 최근 중요성이 대두되고 있는 바람길이나 오염물질 확산통로를 위한 도시계획에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 연계시스템은 향후 도시기후에 초점을 맞춘 다른 모델들과의 연계가능성을 보여주는 계기가 되었고.
또한 지면물리과정 및 지면변수 개선과 인공열, 건물·식생이 고려된 Sky View Factor, 복사 에너지 등의 결합으로 도시의 지역적 특성에 맞는 맞춤형 기후분석모델로 개선될 것이다.
도시개발, 재정비, 재생 등 다양한 도시구조의 변화에 따라 어떠한 기후적인 영향이 나타나는지에 대한 상세 정보는 기후변화 영향평가, 도시계획 및 관리 의사결정지원뿐만 아니라 향후 시민건강 및 위험 정보 예측에도 사용될 수 있다. 미래의 기후분석 결과는 도시계획이 시행되기 전 계획 수립단계에서 기후에 어떠한 영향을 미칠 것인지에 대한 기본적인 평가 자료로 활용될 수 있을 것이며 도시환경 변화가 사람에 미치는 영향을 반영하는 생명기상 모델과 결함됨으로써 도시를 쾌적하게 관리할 수 있는 가이드라인을 제공하고, 도시계획 정책 결정의 근거가 될 수 있을 것이다. 또한 CAS와 CFD모델의 연동을 통해 도시재정비에 의한 바람환경의 상세변화를 평가할 수 있었으며 최근 중요성이 대두되고 있는 바람길이나 오염물질 확산통로를 위한 도시계획에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
특히 재정비지역 중심에 위치해있던 저층의 상가 건물이 고층건물의 형태로 좌우로 재정비 되면서 건축물이 위치한 구조에 따라 정체지역이 나타난다. 이는 도심에서 생성된 오염물질이 순환되지 못하고 정체되어 있을 수 있기 때문에 건축물 배치와 관련하여 재정비 계획의 수정이 필요함을 제언할 수 있다. CAS에서는 정체가 되지 않는 지역(no significant), 지형에 의해 정체되는 지역(induced by topography), 지형과 건물에 의해 공기가 정체되는 지역(induced by constructions)으로 구분하여 분석된다.
이러한 연계시스템은 향후 도시기후에 초점을 맞춘 다른 모델들과의 연계가능성을 보여주는 계기가 되었고. 향후 지자체의 다른 도시계획(마곡지구개발, 용산공원 조성 등)에 적용 가능하다. 또한 지면물리과정 및 지면변수 개선과 인공열, 건물·식생이 고려된 Sky View Factor, 복사 에너지 등의 결합으로 도시의 지역적 특성에 맞는 맞춤형 기후분석모델로 개선될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국토교통부에서 개발한 도시계획정보시스템이란 무엇인가?
국토교통부는 2008년부터 도시계획정보시스템을 개발하여 서울시를 시작으로 전국 지방자치단체에 확산운영중이다. 도시계획정보시스템은 국민들의 재산권과 밀접한 도시계획 정보를 전산화하여 국민들에게 제공하고, 행정기관의 도시계획 관련 의사결정을 지원하는 시스템이다. 이 시스템과 연계한, 도시계획으로 인한 기후영향을 진단 및 평가 가능한 기후모델이 필요하다.
서울시에서 기후 에너지 지도를 제작한 이유는 무엇인가?
독일에서는 연방공간계획법(German federal regional planning Act)에 따라 도시건설기본계획을 통해 공간 및 개발계획 자체에 환경성을 고려하도록 하고, 다양한 공간 및 환경정보를 축적하여 계획수립에 활용하고 있다(환경부·국토교통부, 2013). 서울시의 경우 기후 및 대기환경 개선, 에너지 사용 저감, 친환경적인 토지이용 방안, 지속가능한 도시관리를 위한 전략 수립을 위하여 기후 에너지 지도를 제작한 바 있다. 신동훈 등(2011)은 서울 및 수도권 지역을 대상으로 중규모 기상모델인 WRF(Weather Research and Forecasting)를 이용하여 도시기후 지도와 도시계획 및 관리를 위한 지침도를 작성하였으며, 변혜선 등(2009)은 도시녹지의 분석과 기후의 분석을 동시에 접근하여 비오톱지도를 작성하고 이를 바탕으로 도시기후 분석을 실시하여 도시녹지계획 및 기후관리계획을 수립한 후, 이를 토지이용계획에 적용하는 기법을 제시하였다.
도시기후란 무엇인가?
도시 내에서 유사한 토지피복 및 이용 유형은 뚜렷한 국지기후 특성을 가지는데, 이것은 도시 구조, 건물 재질, 식생의 양, 인간활동의 영향이 포함된다(이채연 등, 2014). 도시지역에 나타나는 국지적 기후특성을 도시기후라고 하며, 도시기후는 사람들의 삶의 질과 직접적인 연관이 있다. 그러므로 도시계획을 할 때 건물 구조와 토지이용 변화가 기후에 미치는 영향을 파악하고, 그 결과를 설계에 반영해야 한다.
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