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문제 정의
- 기상요소에는 기온, 풍향, 풍속, 강수량, 습도가 있으며, 본 연구에서는 기온과 풍향, 풍속에 대해 살펴보았다. Fig.
- 본 연구에서는 대기환경 특성을 파악하기 위해 도시 대기환경지도를 활용하는 방법에 대해 살펴보고자 하였다. 도시 내에서도 지리적 특징, 토지이용도에 따라 대기환경 특성은 공간적으로 상이하게 나타나게 되고, 이를 정량적으로 나타내기 위해서 지도를 활용한 분석이 필수적이라 할 수 있다.
- 본 연구에서는 부산지역 대기환경에 대한 이해를 높이고자 도시대기환경지도를 작성하여 대기환경 측면에서 분석해 보았다.
제안 방법
- 2007년 7월 27일 14시에 금정구 지역에서 37.9℃로 가장 높은 기온이 나타나, 이날 오존과 PM10 농도를 분석해 보았다. Fig.
- 본 연구에서는 부산지역 도시대기환경지도를 크게 대기환경요소도와 대기환경분석도로 구분하여 분석을 수행하였다. 대기환경요소도에는 도시지역의 여러 환경적요소에 대한 정보 제공을 목적으로 기상요소도, 지형요소도, 토지이용피복도, 대기오염물질 배출량분포도, 대기오염 분포도로 구성되어 있으며, 대기환경분석도는 공간적 해상도를 높여 대기오염 등을 분석하기 위하여 열환경분석도와 공기흐름도로 구성하였다.
- 대기환경요소도에 입력되는 기상자료는 기상청의 2007~2011년간 AWS(Automated Weather Station) (기상청) 자료를 이용하였으며, 토지이용현황은 환경부 환경지리정보서비스(EGIS)에서 제공하는 2007년 1/50,000의 대분류 및 1/25,000의 중분류 토지피복자료(환경부)를 이용하였다. 배출량은 환경부에서 발표한 부산지역의 면, 선, 점오염원에 의한 PM10, NOx, VOCs 배출량(환경부 국립환경과학원), 대기오염도는 부산광역시 보건환경연구원 대기오염측정망을 이용하였으며, 항목은 오존과 미세먼지를 대상으로 하였고, Arc-GIS 9 및 Surfer 10을 이용하여 대기오염물질에 대한 도시대기환경지도를 작성하였다.
- 본 연구에서는 부산지역 도시대기환경지도를 크게 대기환경요소도와 대기환경분석도로 구분하여 분석을 수행하였다. 대기환경요소도에는 도시지역의 여러 환경적요소에 대한 정보 제공을 목적으로 기상요소도, 지형요소도, 토지이용피복도, 대기오염물질 배출량분포도, 대기오염 분포도로 구성되어 있으며, 대기환경분석도는 공간적 해상도를 높여 대기오염 등을 분석하기 위하여 열환경분석도와 공기흐름도로 구성하였다.
- 바람의 강도와 방향은 열에너지와 대기오염물질의 이류 및 확산에 직접적인 영향을 미치므로 도시 환경에서 이러한 공기흐름을 정확히 파악하는 것은 매우 중요하다. 이를 위해, 각 관측지점별 일별 주풍(풍향, 풍속)을 분석하여 동서방향인 u와 남북방향인 v로 구분하여, 총 12개 AWS 지점자료를 바탕으로 군집분석을 수행하여 3개의 군집으로 구분하였다. 통계분석을 위해 SAS를 이용하여 군집의 수를 추출하였으며, SPSS를 이용하여 각 날짜에 대한 군집을 K-평균 군집분석 방법으로 최종군집을 결정하였다.
- 0°의 해상도를 가지며, 6시간 간격으로 제공되는 NCEP FNL(Final Analyses) 자료를 사용하였다. 지형 및 토지이용자료는 미국항공우주국에서 제공하는 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission) 3초 지형자료와 환경부에서 제공하는 KLU(Korea Land Use) 1초 토지이용자료를 사용하여 정확도를 향상시켰다. 수치모의 수행을 위한 시스템 설정은 Table 1과 같으며, 각 사례일마다 72시간 수치 적분을 실시하였다.
대상 데이터
- 군집 1은 u와 v가 양의 값을 가져 남서계열의 바람이, 군집 2는 u, v 두 성분이 음의 값을 가져 북동계열의 바람, 그리고 군집 3은 u가 양의 값, v가 음의 값을 가져 북서계열의 바람이 나타났다. 구체적 사례분석을 위해 각 군집에서 거리도가 가장 낮은 날을 선정하였는데, 군집1의 경우에는 2010년 9월 3일, 군집 2는 2008년 10월 5일, 군집 3은 2008년 11월 26일을 대상일로 선정하였다.
- 대기환경요소도에 입력되는 기상자료는 기상청의 2007~2011년간 AWS(Automated Weather Station) (기상청) 자료를 이용하였으며, 토지이용현황은 환경부 환경지리정보서비스(EGIS)에서 제공하는 2007년 1/50,000의 대분류 및 1/25,000의 중분류 토지피복자료(환경부)를 이용하였다. 배출량은 환경부에서 발표한 부산지역의 면, 선, 점오염원에 의한 PM10, NOx, VOCs 배출량(환경부 국립환경과학원), 대기오염도는 부산광역시 보건환경연구원 대기오염측정망을 이용하였으며, 항목은 오존과 미세먼지를 대상으로 하였고, Arc-GIS 9 및 Surfer 10을 이용하여 대기오염물질에 대한 도시대기환경지도를 작성하였다.
- 본 연구에서는 ARW(3.3 버전)를 사용하였으며, 초기 입력장으로는 1.0° × 1.0°의 해상도를 가지며, 6시간 간격으로 제공되는 NCEP FNL(Final Analyses) 자료를 사용하였다.
- , 2011). 본 연구에서는 열적환경 분석을 위해 시간최고기온이 나타난 날을 대상으로 기상장 수치모의를 수행하였으며, 공기흐름도를 분석하기 위해 2007년~2011년간 총 1,826일 중 강수량 0.5 mm 이상인 강수일과 황사발생일을 제외한 1,374일을 대상으로 군집 분석한 후 거리도가 가장 낮은 날을 선정하였다. 기상장 수치모델은 WRF(Weather Research and Forecasting model) 시스템을 이용하였다.
- 2006년 발간된 『도시 기후·대기질 통합관리 추진방향에 관한 연구 보고서(Jung, 2006)』에 따르면 도시에서의 대기질 관리와 도시 기후의 관련성 및 통합관리 필요성을 설명하고 있으며, 도시대기환경지도에 대한 개념을 도입하고 이를 대기환경요소도와 대기환경분석도로 구분하여 구성할 것을 제안하고 있다. 본 연구에서는 이 연구에서 제안한 도시대기환경지도의 구성을 바탕으로 부산지역을 대상으로 분석을 수행하였다.
데이터처리
- 이를 위해, 각 관측지점별 일별 주풍(풍향, 풍속)을 분석하여 동서방향인 u와 남북방향인 v로 구분하여, 총 12개 AWS 지점자료를 바탕으로 군집분석을 수행하여 3개의 군집으로 구분하였다. 통계분석을 위해 SAS를 이용하여 군집의 수를 추출하였으며, SPSS를 이용하여 각 날짜에 대한 군집을 K-평균 군집분석 방법으로 최종군집을 결정하였다. Table 2는 군집 수 변동에 따른 R2, pseudo-F, pseudo-t2 값을 나타낸 표로 pseudo-F 값이 전후 단계 보다 높은 결합의 단계나 pseudo-t2 값이 낮아진 결합의 단계, R2 값이 급격히 증가한 단계에서 군집의 수를 결정하게 된다.
이론/모형
- 공간적 해상도를 상세하게 살펴보기 위해 대기환경분석도는 기상장 수치모델을 이용하여 작성하였다. 실제 우리나라에서 친환경 도시계획을 목적으로 하는 도시기후 지도가 시단위로 만들어진 바 있으며 공간적 분포를 살펴보기 위해 기상장 수치모델을 이용하는 연구가 수행된 바 있다(Park et al.
- 5 mm 이상인 강수일과 황사발생일을 제외한 1,374일을 대상으로 군집 분석한 후 거리도가 가장 낮은 날을 선정하였다. 기상장 수치모델은 WRF(Weather Research and Forecasting model) 시스템을 이용하였다. 본 연구에서는 ARW(3.
성능/효과
- NOx 주요 배출원은 이동오염원으로 부산지역에서는 도로를 중심으로 고른 분포를 나타내고 있으나, 비도로이동오염원에 의한 NOx 배출량이 더 높은 수준을 나타내고 있었다. VOCs 배출량 분포는 부산지역 주요 도로를 중심으로 분포되어 있으며, 남해고속도로, 동서고가도로, 부산진구 시내 중심가와 사하구 지역 및 녹산지역 공단을 중심으로 다소 높은 수준을 나타내고 있었다.
- 부산지역 주풍향 군집분석을 수행해본 결과, 남서, 북동, 서풍 계열의 3개 군집으로 구분할 수 있었다. 각 군집에 대한 공기흐름 분석 결과, 남서계열인 군집 1에서는 부산 중심부와 그 외 지역에서 환기조건이 좋지 않은 것으로 분석되었으며, 북동계열인 군집 2에서는 북동 내지 남동의 풍계에 의해 동래구 지역과 기장군 정관일대에서 오염물질 환기에 취약할 가능성이 있는 것으로 나타났다. 군집 3은 북서풍계열으로 기장군 철마면, 반송동, 만덕동에서 바람 방향에 따라 일시적으로 환기가 불리할 수 있는 것으로 판단되었다.
- 각 군집에 대한 공기흐름 분석 결과, 남서계열인 군집 1에서는 부산 중심부와 그 외 지역에서 환기조건이 좋지 않은 것으로 분석되었으며, 북동계열인 군집 2에서는 북동 내지 남동의 풍계에 의해 동래구 지역과 기장군 정관일대에서 오염물질 환기에 취약할 가능성이 있는 것으로 나타났다. 군집 3은 북서풍계열으로 기장군 철마면, 반송동, 만덕동에서 바람 방향에 따라 일시적으로 환기가 불리할 수 있는 것으로 판단되었다.
- 2의 부산 중심부를 3개의 지역(Ⅰ~Ⅲ)으로 나누었던 구역이며, 파란색 박스는 삼면이 산으로 둘러싸인 지역(A~F)을 의미한다. 그 중 E와 F 지역은 주풍향이 산풍의 형태로 나타나 환기에 어려움이 없어 보이며, A~D에서는 주풍향 풍하지역으로 산이 위치해 있어 환기에 다소 취약할 것으로 판단되나, 풍상지역에도 산이 위치해 있어 산풍으로 인한 신선한 공기 유입도 가능할 것으로 판단된다. 이와 더불어 국지적 형태의 대기환경은 지역의 배출량 등이 함께 고려되어져야 할 사항으로 보다 종합적인 검토가 요구된다고 할 수 있다.
- 부산지역 배출량 분포를 살펴본 결과, 부산 중심부에서 TSP, PM10이 다소 높았으며 NOx는 남쪽 해안지역, VOCs는 부산 중심부, 도로, 공단지역일대에서 높게 나타났다. 대기오염도를 보면, 용수리, 광안동, 태종대, 녹산동 등 해안가를 중심으로 오존농도가 다소 높게, PM10은 학장동과 장림동, 녹산동과 같은 부산의 남서지역과 내륙의 명장동 지역이 다소 높게 나타났다.
- 또한, 금정구 일대에 위치한 시내지역과 사상·사하 공업단지, 수영구 해변로를 따라 TSP 배출량이 소폭 높은 것으로 파악되었다.
- 먼저, 2007년~2011년 부산지역 AWS 기온을 분석한 결과, 일평균최고기온은 금정구와 동래에서 높게, 가덕도와 영도에서 낮게 나타났으며, 일평균최저기온은 기장군 및 금정구, 북구 지역이 낮게, 해안가를 따라 대연동 등지에서 높게 나타났다. 일평균풍속은 영도, 광복동 지점이 풍속이 다소 높게, 금정구, 동래, 부산진과 같은 도심지에서 다소 낮게 나타났다.
- 부산지역 배출량 분포를 살펴본 결과, 부산 중심부에서 TSP, PM10이 다소 높았으며 NOx는 남쪽 해안지역, VOCs는 부산 중심부, 도로, 공단지역일대에서 높게 나타났다. 대기오염도를 보면, 용수리, 광안동, 태종대, 녹산동 등 해안가를 중심으로 오존농도가 다소 높게, PM10은 학장동과 장림동, 녹산동과 같은 부산의 남서지역과 내륙의 명장동 지역이 다소 높게 나타났다.
- 부산지역 주풍향 군집분석을 수행해본 결과, 남서, 북동, 서풍 계열의 3개 군집으로 구분할 수 있었다. 각 군집에 대한 공기흐름 분석 결과, 남서계열인 군집 1에서는 부산 중심부와 그 외 지역에서 환기조건이 좋지 않은 것으로 분석되었으며, 북동계열인 군집 2에서는 북동 내지 남동의 풍계에 의해 동래구 지역과 기장군 정관일대에서 오염물질 환기에 취약할 가능성이 있는 것으로 나타났다.
- 7℃로 높게 나타나 동부지역의 일평균최고기온이 전반적으로 높게 나타났다. 일평균 최저기온은 기장이 9.9℃로 가장 낮고 다음으로 금정구(10.8℃)가 낮게 나타났으며, 해운대지역(12.0℃)부터 강서지역까지의 해안지역에서는 일평균최저기온이 다소 높은 것으로 나타났다. 일평균최저기온과 일평균최고기온 차이를 보면 내륙에 위치한 금정구 및 동래지역에서 차가 크게 나타났으며, 해안에 위치한 해운대구와 남구는 차이가 작게 나타났다.
- 0℃)부터 강서지역까지의 해안지역에서는 일평균최저기온이 다소 높은 것으로 나타났다. 일평균최저기온과 일평균최고기온 차이를 보면 내륙에 위치한 금정구 및 동래지역에서 차가 크게 나타났으며, 해안에 위치한 해운대구와 남구는 차이가 작게 나타났다. 일평균풍속은 가덕도가 4.
- 먼저, 2007년~2011년 부산지역 AWS 기온을 분석한 결과, 일평균최고기온은 금정구와 동래에서 높게, 가덕도와 영도에서 낮게 나타났으며, 일평균최저기온은 기장군 및 금정구, 북구 지역이 낮게, 해안가를 따라 대연동 등지에서 높게 나타났다. 일평균풍속은 영도, 광복동 지점이 풍속이 다소 높게, 금정구, 동래, 부산진과 같은 도심지에서 다소 낮게 나타났다. 주풍향은 금정구, 동래구, 북구, 영도, 광복, 가덕도에서는 북동계열, 부산진, 기장에서는 북서계열이 나타났다.
- 해안과 비교적 가까운 거리에 위치해 있는 용수리, 광안동, 태종대, 녹산동은 지형과 기상의 영향으로 오존 농도가 다소 높은 것으로 판단된다. 즉, 육지와 바다의 열적 특성 차이에 의해 발생하는 해풍과 대기경 계층, 해륙풍 순환에 의한 오존 및 오존전구물질의 재순환에 의해 해안에 가까운 이들 지역의 오존 농도가 다소 높게 나타난 영향도 있다고 판단된다. PM10의 분포를 보면, 학장동과 장림동, 녹산동을 중심으로 다소 높게 나타나고 있으며, 부산 시내에 위치해 있는 명장동 일대에서도 다소 높은 수준을 나타내고 있다.
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