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문제 정의
- , 2014). 따라서 본 연구에서는 GIS 자료와 일조모델을 이용하여 자연적 및 인공적 지형이 인접한 주변지역의 일조환경에 미치는 영향을 평가하였다.
- 본 연구에서는 대상지역의 자연적 및 인공적 지형에 의한 일조차단의 영향을 평가하기 위하여, 전운량을 0% 로 가정하고 인공지형 형성 전과 후에 대하여 예측 및 비교·분석하였다.
- 본 연구에서는 하의도 남쪽 연안지역을 대상으로 일조환경 및 인공지형 형성에 따른 일조차단의 영향 등을 평가하였다. 대상지역의 지형자료는 GIS 자료를 이용하여 정확하고 세밀한 지형공간정보를 반영하여 구축 하였으며, 태양의 방위각과 고도각을 기반으로 3차원 일조환경평가 모델링을 수행하여 대상지역의 자연적 및 인공적 지형에 의한 일조차단의 영향을 예측·분석하였다.
제안 방법
- 1(b)는 앞서 구축된 Fig. 1(a)의 지형자료에 현재 건설이 진행 중인 성토에 의한 인공지형의 형성을 반영한 것으로 건설 도면 및 조감도 등을 참고하여 수치적으로 구현하였다. 성토에 의한 인공지형은 기존 도로의 연장선에서 남쪽 연안에 위치한 봉도산 중턱까지 약 180m의 구간에 대하여 높이 약 5∼10m, 폭 약 20m의 규모로 건설될 예정이다.
- 먼저, 대상지점의 위·경도와 대상일(Julian day) 을 기준으로 황도 경사각, 원일점, 근일점, 이심률, 평균 근점이각, 승교점 경도 등의 태양궤도요소와 태양의 적경 및 적위를 계산하여 태양의 위치를 산정한다. 다음으로 대상영역의 3차원 지형자료를 이용하여, 각 격자의 5개면(윗면 1개면, 옆면 4개면)에 대하여 중심을 잇는 태양의 방위각과 고도각을 계산한다. 마지막으로, 각 격자별로 계산된 태양의 방위각과 고도각을 지형지물의 위치와 비교하여, 태양의 방위각이 지형지물을 구성하는 격자 내에 위치하고, 태양의 고도각이 지형지물의 고도각보다 작으면, 격자의 해당 면에서 일조가 차단(그림자 형성)되는 것으로 판단한다.
- 대상지역의 일조환경 및 인공지형에 의한 일조차단의 영향은 일조모델에서 계산된 성토건설 전과 후에 대한 시간대별 그림자 영역을 비교하여 평가하였다(Figs.4 to 7, Table 1). 먼저 춘분(봄철)의 경우를 살펴보면 (Fig.
- 대상지역의 지형자료는 GIS 자료를 이용하여 정확하고 세밀한 지형공간정보를 반영하여 구축 하였으며, 태양의 방위각과 고도각을 기반으로 3차원 일조환경평가 모델링을 수행하여 대상지역의 자연적 및 인공적 지형에 의한 일조차단의 영향을 예측·분석하였다.
- 먼저, 대상지점의 위·경도와 대상일(Julian day) 을 기준으로 황도 경사각, 원일점, 근일점, 이심률, 평균 근점이각, 승교점 경도 등의 태양궤도요소와 태양의 적경 및 적위를 계산하여 태양의 위치를 산정한다.
- 앞서 서술하였듯이, 본 연구에서 사용한 3차원 일조 모델은 대상지역을 기준으로 한 태양의 방위각과 고도각을 계산하고, 이를 기반으로 지형지물에 의한 일조차단 영역을 평가한다. 따라서 국지적 일조환경의 평가를 위해서는 우선적으로 태양의 방위각과 고도각에 대한 일조모델의 계산 정확도를 검증하여야 한다.
- 2). 이 모델에서는 Schlyter(2010)가제안한 행성 위치 계산법과 GIS 자료를 기반으로 구축된 격자형식의 지형자료를 이용하여 지형지물에 의한 일조차단 영역을 계산한다. 그 과정을 요약하면 다음과 같다.
- 이를 위하여, 본 연구에서는 일조모델에서 계산된 대상지역의 태양의 방위각과 고도각을 한국천문연구원(Korea astronomy and space science institute, KASI)에서 제공하는 시간별 자료와 비교·검증하였다.
- 1에 보인 바와 같이, 평가 대상영역은 성토건설 구간과 인근 염전 및 주거지역 등이 포함되도록 동서 방향으로 625m와 남북 방향으로 625m로 설정하였으며, 연직 크기는 대상영역에 포함되는 지형의 높이를 고려하여 125m로 설정하였다. 일조모델의 지표경계조건으로 입력되는 지형자료는 일조환경 평가에 있어서 정확하고 세밀한 지형공간정보를 반영하기 위하여 GIS 자료를 기반으로 격자 간격 2.5m의 공간 해상도를 적용하여 구축하였다.
- 태양의 남중고도가 가장 높은 여름철에는 그림자가 짧게 형성되고, 태양의 남중고도가 가장 낮은 겨울철에는 그림자가 길게 형성되기 때문에, 일조환경 평가에 있어서 이러한 계절별 영향을 고려하기 위하여, 춘분(3월 21일), 하지(6월 21일), 추분(9월 23일), 동지(12월 22일) 를 평가 대상일로 선정하였다. 일조차단 평가 모델링은 각 평가 대상일에 대하여 1시간 간격으로 수행하였다. 본 연구에서는 대상지역의 자연적 및 인공적 지형에 의한 일조차단의 영향을 평가하기 위하여, 전운량을 0% 로 가정하고 인공지형 형성 전과 후에 대하여 예측 및 비교·분석하였다.
대상 데이터
- Fig. 1(a)는 성토건설에 의한 인공지형이 형성되기 전에 해당하는 대상지역의 3차원 지형을 나타낸 것으로, 2014년도에 제작된 1:5000 축척의 수치지도로부터 추출된 대상영역의 등고선, 건물, 도로, 해안선 자료 등을 중첩하여 구축하였다. 해안선을 기준으로 남쪽은 바다, 북쪽은 육지부로 구분되며, 남쪽 연안과 북서쪽은 산악지형으로 각각 봉도산과 망매산이 위치하고 있다.
- 본 연구에서는 교량건설에 따라 경사지의 절개 및 성토건설 등 인공적 지형변화가 이루어지고 있는 신안군 하의도의 남쪽 연안지역을 대상으로 하였다. Fig. 1에 보인 바와 같이, 평가 대상영역은 성토건설 구간과 인근 염전 및 주거지역 등이 포함되도록 동서 방향으로 625m와 남북 방향으로 625m로 설정하였으며, 연직 크기는 대상영역에 포함되는 지형의 높이를 고려하여 125m로 설정하였다. 일조모델의 지표경계조건으로 입력되는 지형자료는 일조환경 평가에 있어서 정확하고 세밀한 지형공간정보를 반영하기 위하여 GIS 자료를 기반으로 격자 간격 2.
- 본 연구에서는 교량건설에 따라 경사지의 절개 및 성토건설 등 인공적 지형변화가 이루어지고 있는 신안군 하의도의 남쪽 연안지역을 대상으로 하였다. Fig.
- 일조환경 평가는 본 연구에서 사용한 GIS 수치지도의 제작연도와 동일한 2014년을 대상으로 하였다. 태양의 남중고도가 가장 높은 여름철에는 그림자가 짧게 형성되고, 태양의 남중고도가 가장 낮은 겨울철에는 그림자가 길게 형성되기 때문에, 일조환경 평가에 있어서 이러한 계절별 영향을 고려하기 위하여, 춘분(3월 21일), 하지(6월 21일), 추분(9월 23일), 동지(12월 22일) 를 평가 대상일로 선정하였다.
- 일조환경 평가는 본 연구에서 사용한 GIS 수치지도의 제작연도와 동일한 2014년을 대상으로 하였다. 태양의 남중고도가 가장 높은 여름철에는 그림자가 짧게 형성되고, 태양의 남중고도가 가장 낮은 겨울철에는 그림자가 길게 형성되기 때문에, 일조환경 평가에 있어서 이러한 계절별 영향을 고려하기 위하여, 춘분(3월 21일), 하지(6월 21일), 추분(9월 23일), 동지(12월 22일) 를 평가 대상일로 선정하였다. 일조차단 평가 모델링은 각 평가 대상일에 대하여 1시간 간격으로 수행하였다.
데이터처리
- 또한, 본 연구에서 사용한 일조모델은 대상지역을 기준으로 한 태양의 방위각과 고도각을 각각 0.04°와 0.25° 평균제곱근오차(root mean square error, RMSE)의 수준에서 계산하고 있음을 알 수 있었다.
이론/모형
- 본 연구에서는 일조환경 평가를 위하여 Kim et al.(2014)에 의해 개발된 3차원 일조차단 평가모델을 사용하였다(Fig. 2). 이 모델에서는 Schlyter(2010)가제안한 행성 위치 계산법과 GIS 자료를 기반으로 구축된 격자형식의 지형자료를 이용하여 지형지물에 의한 일조차단 영역을 계산한다.
성능/효과
- 71%이었다. 12시 및 15시에는 대상 지역의 전반에 걸쳐 일조환경이 우수하였고, 인공지형에 의한 일조차단 현상도 거의 나타나지 않았으며, 염전지역의 일조영역은 15시에 0.11% 감소하였다. 18시의 경우에는(태양의 방위각 266.
- 성토건설에 따른 인공지형의 형성이 인근 염전 및 주거지역 등의 일조환경에 미치는 영향을 살펴보면, 주간 시간대에는 태양의 고도가 높고 인공지형이 거의 남북 방향으로 건설되기 때문에 인공지형에 의한 일조차단의 영향은 나타나지 않았으나, 일출 후 이른 오전 시간대에는 남쪽 주거지역 일부에 영향을 미쳤으며, 일몰전 늦은 오후 시간대에는 염전지역의 남서쪽 영역에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 성토건설에 따라 형성되는 인공지형은 높이가 10m 이하로 전체 규모 대비 높지 않기 때문에, 이로 인한 염전지역의 일조영역 감소는 2% 미만으로 나타났으며, 결론적으로 인공지형이 대상지역의 일조환경에 미치는 영향은 그리 크지 않은 것으로 평가되었다.
- 대상지역의 일조환경을 분석한 결과, 주간시간대에는 약 90% 이상의 영역에서 일조가 형성되어 염전 및 주거지역의 일조차단은 나타나지 않았다. 태양의 고도가 낮은 일출 및 일몰 시간대의 경우, 대상지역은 일조 차단의 우려가 있는 고층 건물이 존재하지 않으므로 주로 산악지형에 의한 그림자가 형성되었고, 북쪽 주거지역이 일몰 시간대에 형성되는 그림자의 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 4°로 다른 계절에 비해 그림자 영역이 좁게 나타나며, 산악 지역의 동쪽 사면과 망매산에 인접한 북쪽 주거지역의 일부를 제외하고는 전반적으로 일조환경이 우수하였고, 염전지역의 일조영역은 90% 이상이었다. 또한, 성토 건설에 따른 인공지형의 형성이 인근 염전 및 주거지역의 일조환경에 미치는 영향은 거의 나타나지 않았으며, 염전지역의 일조영역은 18시의 경우에 0.03% 감소하였다.
- 다음으로 대상영역의 3차원 지형자료를 이용하여, 각 격자의 5개면(윗면 1개면, 옆면 4개면)에 대하여 중심을 잇는 태양의 방위각과 고도각을 계산한다. 마지막으로, 각 격자별로 계산된 태양의 방위각과 고도각을 지형지물의 위치와 비교하여, 태양의 방위각이 지형지물을 구성하는 격자 내에 위치하고, 태양의 고도각이 지형지물의 고도각보다 작으면, 격자의 해당 면에서 일조가 차단(그림자 형성)되는 것으로 판단한다.
- 본 연구를 통하여 GIS 자료가 일조환경을 예측·분석 하는데 있어서 기반이 되는 3차원 지형공간자료의 생산에 매우 유용하게 활용될 수 있음을 확인하였다.
- 3b)으로 표시되며, 본 연구에서 1시간 간격으로 평가한 대상지역의 태양의 방위각은 5°∼350°, 고도각은 –80°∼80°의 범위에 해당된다. 본 연구에서 계산된 태양의 방위각과 고도각은 KASI 자료와 비교하여, 거의 일대일대응선 상에 위치 하였으며, R2 값은 0.99로 매우 우수한 상관을 보였다. 또한, 본 연구에서 사용한 일조모델은 대상지역을 기준으로 한 태양의 방위각과 고도각을 각각 0.
- 성토건설에 따른 인공지형의 형성이 인근 염전 및 주거지역 등의 일조환경에 미치는 영향을 살펴보면, 주간 시간대에는 태양의 고도가 높고 인공지형이 거의 남북 방향으로 건설되기 때문에 인공지형에 의한 일조차단의 영향은 나타나지 않았으나, 일출 후 이른 오전 시간대에는 남쪽 주거지역 일부에 영향을 미쳤으며, 일몰전 늦은 오후 시간대에는 염전지역의 남서쪽 영역에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 성토건설에 따라 형성되는 인공지형은 높이가 10m 이하로 전체 규모 대비 높지 않기 때문에, 이로 인한 염전지역의 일조영역 감소는 2% 미만으로 나타났으며, 결론적으로 인공지형이 대상지역의 일조환경에 미치는 영향은 그리 크지 않은 것으로 평가되었다.
- 심지어 18시의 경우에도 태양의 방위각과 고도각이 각각 285.0°와 20.4°로 다른 계절에 비해 그림자 영역이 좁게 나타나며, 산악 지역의 동쪽 사면과 망매산에 인접한 북쪽 주거지역의 일부를 제외하고는 전반적으로 일조환경이 우수하였고, 염전지역의 일조영역은 90% 이상이었다.
- 동일 시간(09시)에 대하여 인공지형 형성 후의 경우에는 인공지형의 서쪽에서 그림자 영역이 증가하여, 인접한 남쪽 주거지역의 일부분에 일조차단이 나타났으나, 염전지역에는 영향을 미치지 않았다. 태양의 고도각이 높은 주간 시간대(12시 및 15시)에는 대상지역 전반에 걸쳐 일조환경이 매우 우수하였으며, 교량 건설에 따라 남쪽 해상에 형성되는 그림자를 제외하고 인공지형 형성에 따른 염전 및 주거지역의 일조차단은 거의 나타나지 않았고, 염전지역의 일조영역은 15시에 0.1% 감소 하였다. 일몰 시간에 가까운 18시의 경우(태양의 방위각 263.
후속연구
- 또한, 일조모델을 이용한 고해상도 일조환경평가 모델링 기법은 자연적 및 인공적 지형에 의한 일조차단과 그림자의 형성 등 국지적 일조환경의 평가에 있어서 간편하고 유용한 수단이 될 수 있으리라 기대된다. 더 나아가, GIS 자료와 일조모델을 이용한 일조환경 평가기법의 활용성 측면에서, 향후 국지기상 예측성 향상 등에 기여할 수 있도록, 대상기간 동안의 일조시간대의 관측정보 및 인공구조물의 3D 랜더링 자료의 반영 등을 통한 일조환경평가 모델링의 개선과 일조 및 그림자 영역에 따른 지표면 온습도 정보의 생산 등을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구를 통하여 GIS 자료가 일조환경을 예측·분석 하는데 있어서 기반이 되는 3차원 지형공간자료의 생산에 매우 유용하게 활용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 일조모델을 이용한 고해상도 일조환경평가 모델링 기법은 자연적 및 인공적 지형에 의한 일조차단과 그림자의 형성 등 국지적 일조환경의 평가에 있어서 간편하고 유용한 수단이 될 수 있으리라 기대된다. 더 나아가, GIS 자료와 일조모델을 이용한 일조환경 평가기법의 활용성 측면에서, 향후 국지기상 예측성 향상 등에 기여할 수 있도록, 대상기간 동안의 일조시간대의 관측정보 및 인공구조물의 3D 랜더링 자료의 반영 등을 통한 일조환경평가 모델링의 개선과 일조 및 그림자 영역에 따른 지표면 온습도 정보의 생산 등을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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