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토지 피복별 차등 가열이 도시 지역의 흐름과 기온에 미치는 영향
Effects of Differential Heating by Land-Use types on flow and air temperature in an urban area 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.32 no.6, 2016년, pp.603 - 616  

박수진 (부경대학교 환경대기과학과) ,  최소희 (한국전력기술) ,  강정은 (부경대학교 환경대기과학과) ,  김동주 (부경대학교 환경대기과학과) ,  문다솜 (부경대학교 환경대기과학과) ,  최원식 (부경대학교 환경대기과학과) ,  김재진 (부경대학교 환경대기과학과) ,  이영곤 (국립기상과학원 응용기상연구과)

초록
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본 연구에서는 기상청 현업 국지기상모델(Local Data Assimilation and Prediction System, LDAPS)과 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모델을 접합하여, 서울 종로구 송월동에 위치한 지동기상관측소(서울 ASOS) 주변 지역의 기상 환경을 분석하였다. 토지 피복별 차등 가열이 도시 지역의 대기 흐름과 기온에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 시간 변화에 따른 토지 피복별 지표면 온도와 그림자 영역에 대한 지표면 온도 감소 효과를 고려하였다. LDAPS 모델은 상세한 건물, 지형, 지표면 가열 효과를 고려하지 못하기 때문에, 풍속을 과대모의 하고 기온을 과소 모의하였다. 건물과 지형의 마찰 효과와 태양 복사에 의한 지표면 가열을 고려할 수 있는 LDAPS-CFD 접합 모델은 서울 ASOS 지점의 관측 풍속과 유사한 풍속을 모의하였고, 관측 기온을 잘 재현하였다. 주로 동풍이 부는 오전 시간대에는 LDAPS-CFD 접합 모델 또한 기온을 과소모의 하였는데, 이는 서울 ASOS 지점의 풍상측(동쪽)에 위치한 경희궁 주변 지역에 주로 수목이 분포하고 있고, 표면 온도가 상대적으로 낮기 때문인 것으로 판단된다. 그러나, 주로 남동풍 계열의 바람이 부는 오후 시간대에는 풍상측에 위치한 건물의 표면 가열의 효과로 인해 서울 ASOS 지점의 관측 기온을 상대적으로 잘 모의하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the effects of differential heating by land-use types on flow and air temperature at an Seoul Automated Synoptic Observing Systems (ASOS) located at Songwol-dong, Jongno-gu, Seoul was analyzed. For this, a computation fluid dynamics (CFD) model was coupled to the local data assimilati...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • , 2011), 이들 연구에서는 중요한 기상 인자인 기온에 대한 상세 정보를 제공하지 못했다. 본 연구에서는 기상청에서 현업 운용 중인 국지기상예측시스템과 CFD 모델을 접합하여, 토지 피복별 차등 가열이 도시 지역의 흐름과 기온에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 GIS 자료로부터 현실적인 건물과 지형 자료를 구축하고, 토지 피복별 지표면 온도의 일변화를 고려하였다.
  • 본 연구에서는 서울 ASOS 주변 지역을 대상으로 토지 피복별 차등 가열이 도시 지역의 흐름과 기온에 미치는 영향을 분석하였다. 기상청이 현업 운용 중인 국지기상예측시스템(LDAPS)과 건물과 지형 효과를 고려할 수 있는 상세규모 모델(CFD model)을 접합하여, 도시 지역에 대한 보다 현실적인 흐름과 기온을 수치 모의하였다.

가설 설정

  • 알제리 El-Oued의 도시 협곡에서 측정한 여름철 지표면 온도 자료(Bourbia and Awbi, 2004)의 일중 변화 경향을 이용하여 각 토지 피복에 따른 시간별 지표면 온도를 구축하였고, 이를 CFD 모델의 입력 자료로 사용하였다. 사용이 가능한 표면 온도의 일변화 관측 자료의 부재 때문에, 알제리 El-Oued의 위도(33.22 N)와 서울의 위도(37.22 N)가 다소 차이가 있지만 시간별 지표면 온도의 일변화 경향이 같다고 가정하였다. Bourbia and Awbi(2004)에서 측정한 지표면 온도 자료를 이용하여, 식 (3)과 같은 지표면 온도의 일변화 경향을 산출하였다.
  • , 2014; Kwon and Kim, 2015; Yang and Kim, 2015). 이 CFD 모델은 3차원, 비정수, 비압축 대기 흐름 계를 가정하여 Reynolds Averaged NavierStokes (RANS) 방정식 계를 풀이한다. 벽면 경계에서 난류 경계층 효과를 반영하기 위하여 Versteeg and Malalasekera(1995)의 벽면 함수를 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
토지 피복 변화는 어떤 현상을 발생시키는가? 특히, 도시 지역 중심 지역에서의 인간 활동은 대기 오염과 도시 열섬 현상 등을 유발하게 되었는데, 이들 현상이 도시 지역의 대기환경에 미치는 영향에 관한 연구 결과들이 큰 관심사로 대두되고 있다. 일반적으로 도시 개발이나 성장에 따른 토지 피복 변화는 열 플럭스를 증가 시켜, 도시 지역의 기온을 증가시킨다(Hanna et al., 2009; Hang and Li, 2010; Kim and Baik, 2010).
CFD 모델의 장점은 무엇인가? Lee and Kim (2011)은 GIS 자료와 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모델을 이용하여 도시 지역의 고층 건물 건축 전과 후의 흐름을 비교하고, 건물에 의한 계절별 풍향과 풍속의 일변화를 분석하였다. CFD 모델은 세밀한 지형과 건물 정보를 고려한 고해상도 계산이 가능하고, 다양한 기상 인자에 대한 분석이 가능하다 (Coirier and Kim, 2006; Yoshie et al., 2007; Kim and Kim, 2009; Zheng et al.
GIS 기반의 중규모 기상 모델과 CFD 모델을 결합한 모델의 사용이 필요한 이유는 무엇인가? 현재 기상청에서 현업 운용 중인 국지기상예측시스템(Local Data Assimilation and Prediction system, LDAPS) 등을 포함한 중규모 기상 모델은 관측 자료를 기반으로 현실적인 기상 현상의 수치 모의가 가능하지만, 시·공간 해상도의 한계로 인해 건물을 고려한 도시 지역 내의 상세 흐름을 모의하기 어렵다. 따라서, 도시 지역의 흐름과 이에 따른 대기질 확산을 현실적으로 수치 모의 하기 위해서는 GIS를 기반으로 중규모 기상 모델과 CFD 모델이 연동된 접합 모델의 사용이 필요하다.
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참고문헌 (36)

  1. Arakawa, A., and V.R. Lamb, 1977. Computational design of the basic dynamical processes of the UCLA general circulation model. Methods in computational physics, 17: Academic press, 173-265. 

  2. Asaeda, T., V.T. Ca, and A. Wake, 1996. Heat storage of pavement and its effect on the lower atmosphere. Atmospheric Environment, 30: 413-427. 

  3. Baik, J.-.J., S.-B. Park, and J.-.J. Kim, 2009. Urban flow and dispersion simulation using a CFD model coupled to a mososcale model. Journal of applied Meteorology and Climatology, 48: 1667-1681. 

  4. Bourbia, F., and H.B. Awbi, 2004. Building cluster and shading in urban canyon for hot dry climate, Part 1: Air and surface temperature measurements. Renewable Energy, 29: 249-262. 

  5. Charney, J.G., and N.A. Phillips, 1953. Numerical integration of the quasi-geostrophic equations for barotropic and simple baroclinic flow. Journal of Meteorology, 10: 71-99. 

  6. Cheng, X., and F. Hu, 2005. Numerical studies on flow fields around buildings in an urban street canyon and cross-road. Advances in Atmospheric Sciences, 22: 290-299. 

  7. Choi, H.-W., D.-Y. Kim, J.-J. Kim, K.-Y. Kim, and J.-H. Woo, 2012. Study on dispersion characteristics for fire scenarios in an urban area using CFD-WRF coupled model. Atmosphere, 22: 47-55. 

  8. Coirier, W.J., and S. Kim, 2006. Summary of CFDUrban results in support of the Madison square garden and urban dispersion program field tests. American meteorological Society, J5.5. 

  9. David, B. 1980. The computation of equivalent potential temperature. Monthly Weather Review, 108: 1046-1053. 

  10. Hang, J., and Y. Li, 2010. Wind conditions in idealized building clusters: Macroscopic simulations using a porous turbulence model. Boundary-Layer Meteorology, 136: 129-159. 

  11. Hanna, S.R., M.J. Brown, F.E. Camelli, S.T. Chan, W.J. Coirier, O.R. Hansen, A.H. Huber, S.R. Kim, and R.M Reynolds, 2006. Detailed simulations of atmospheric flow and dispersion in downtown Manhattan: An Application of Five Computational Fluid Dynamics Models, Bulletin of the American Meteorological Society, 87: 1713-1726. 

  12. Hanna, S.R., O.R. Hansen, M. Ichard, and D. Strimaitis, 2009. CFD model simulation of dispersion from chlorine railcar releases in industrial and urban areas. Atmospheric Environment, 43: 262-270. 

  13. Kim, J.-J. and J.-J. Baik, 2005. Physical experiments to investigate the effects of street bottom heating and inflow turbulence on urban street-canyon flow. Advances in atmospheric Sciences, 22: 230-237. 

  14. Kim, J.-J. and J.-J. Baik, 2010. Effects of street-bottom and building-roof heating of flow in treedimensional street canyon. Advances in atmospheric Sciences, 27: 513-527. 

  15. Kim, J.-J. and D.-Y. Kim, 2009. Effects of building density on flow in urban areas. Advances in atmospheric Sciences, 26: 45-56. 

  16. Kim, J.-J., E. Pardyjak, D.-Y. Kim, K.-S. Han, and B.-H. Kwon, 2014. Effects of Building-Roof Cooling on Flow and Air Temperature in Urban Street Canyons, Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences, 50: 365-375. 

  17. Kim, H.O., and J.M. Yeom, 2012. Effect of the urban land cover types on the surface temperature: Case study of Ilsan new city. Korean Journal of Remote Sensing, 28(2): 203-214 (In Korean with English abstract). 

  18. Kwon, A.-R. and J.-J. Kim, 2014. Improvement of building-construction algorithm for using GIS data and analysis of flow and dispersion around buildings, Korean Journal of Remote Sensing, 30(6): 731-742 (In Korean with English abstract). 

  19. Kwon, A.-R. and J.-J. Kim, 2014. Study on detailed air flows in urban areas using GIS data in a vector format and a CFD model, Korean Journal of Remote Sensing, 30(6): 755-767 (In Korean with English abstract). 

  20. Kwon, A.-R. and J.-J. Kim, 2015. Analysis on the observation environment of surface wind using GIS data, Korean Journal of Remote Sensing, 31(2): 65-75 (In Korean with English abstract). 

  21. Lee, E.Y., S.K. Moon, and S.R. Shim, 1996. A study on the effect of air temperature and ground temperature mitigation from several arrangements of urban green. The Korean Institute of Landscape Architecture, 61: 65-78. 

  22. Lee, J.-H., J.-W. Choi, J.-J. Kim, and Y.-C. Suh, 2009. The effects of an urban renewal plan on detailed air flows in an urban area. Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, 12(2): 69-81 (In Korean with English abstract). 

  23. Lee, Y.-S., and J.-J. Kim, 2011. Effects of and apartment complex on flow and dispersion in an urban area. Atmosphere, 21: 95-108. 

  24. Liu, C.H., and M.C. Barth, 2002. Large-eddy simulation of flow and scalar transport in a modeled street canyon. Journal of applied Meteorology, 41: 660-673. 

  25. Liu, H.Z., B. Liang, F.R. Zhu, B.Y. Zhang, and J.G. Sang, 2003. A laboratory model for the flow in urban street canyons induced by bottom heating. Advances in atmospheric Sciences, 20: 554-564. 

  26. Liu, Y., J. Chen, W. Ge, J. Wang, and W. Wang, 2011. Acceleration of CFD simulation of gas-solid flow by coupling macro-/meso-scale EMMS model. Powder Technology, 212: 289-295. 

  27. Tewari, M., H. Kusaka, F. Chen, W.J. Coirier, S. Kim, A.A. Wyszogrodzki, and T.T. Warner, 2010. Impact of coupling a microscale computational fluid dynamics model with a mesoscale model on urban scale contaminant transport and dispersion. Atmospheric Research, 96: 656-664. 

  28. Van Hooff, T. and B. Blocken, 2010. Coupled urban wind flow and indoor natural ventilation modelling on a high-resolution grid: A case study for the Amsterdam ArenA stadium, Environmental Modelling & Software, 25: 51-65. 

  29. Wong, N.H., Y. Chen, C.L. Ong, and A. Sia, 2003. Investigation of thermal benefits of rooftop garden in the tropical environment. Building and Environment, 38: 261-270. 

  30. Xie, S., Y. Zhang, L. Qi, and X. Tang, 2003. Spatial distribution of traffic-related pollutant concentrations in street canyons, Atmospheric Environment, 37: 3213-3224. 

  31. Yakhot, V., S.A. Orszag, S. Thangam, T.B. Gatski, and C.G. Speziale, 1992. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique, Physics of Fluids, 4: 1510-1520. 

  32. Yang, H.-J. and J.-J. Kim, 2015. Evaluation of Observation Environment for Weather Stations Located in Metropolitan Areas, Korean Journal of Remote Sensing, 31(2): 193-203 (In Korean with English abstract). 

  33. Yoshie, R., A. Mochida, Y. Tominaga, H. Kataoka, K. Harimoto, T. Nozu, and T. shirasawa, 2007. Cooperative project for CFD prediction of pedestrian wind environment in the architectural institute of Japan. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 95: 1551-1578. 

  34. Patankar, S.V., 1980. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGraw-Hill, New York, pp.197. 

  35. Versteeg, H.K. and W. Malalasekera, 1995. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, Longman, Malaysia, pp.257. 

  36. Zheng, M.H., Y.R. Guo, X.Q. Ai, T. Qin, Q. Wang, and J.M. Xu, 2010. Coupling GIS with CFD modeling to simulate urban pollutant dispersion. Mechanic Automation and Control Engineering, 1785-1788. 

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