[논문]Landsat 8 위성자료를 이용한 도심녹지 냉각효과 분석

김근회; 이영곤; 김재환; 최희욱; 김백조

doi:10.7780/kjrs.2018.34.2.1.1

Landsat 8 위성자료를 이용한 도심녹지 냉각효과 분석
Analysis of the Cooling Effects in Urban Green Areas using the Landsat 8 Satellite Data 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.34 no.2 pt.2, 2018년, pp.167 - 178

김근회 (국립기상과학원 응용기상연구과) , 이영곤 (국립기상과학원 응용기상연구과) , 김재환 (부산대학교 대기과학과) , 최희욱 (국립기상과학원 응용기상연구과) , 김백조 (국립기상과학원 응용기상연구과)

초록
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도심녹지는 도심 주변의 높은 기온을 낮춰 주는 중요한 역할을 한다. 도심녹지의 냉각효과는 녹지내부 뿐만 아니라 주변 도로와 빌딩 지역에도 영향을 준다. 도심녹지가 주변에 미치는 영향을 분석하기 위해 2013년부터 2015년까지 관측된 Landsat 8 위성자료를 이용하여 서울 선정릉 주변의 지표면온도를 산출하였다. 선정릉 주변의 지표면온도 분포를 분석한 결과, 도심녹지의 냉각효과는 녹지를 중심으로 여러 방향에서 나타나는 것을 확인하였다. 도심녹지의 냉각효과에 미치는 토지피복의 영향을 살펴보기 위하여 주거지역과 상업지역에 대해 냉각효과를 분석한 결과 주거지역의 냉각효과 범위가 100~250 m로 나타났고, 평균 $2.3^{\circ}C$의 냉각효과를 보였다. 반면, 상업지역의 냉각효과 범위는 0~200 m 였고, 평균 약 $0.3^{\circ}C$의 냉각효과를 보였다. 이러한 분석 결과를 통해 도심녹지의 냉각효과는 상업지역보다 주거지역에서 강도와 범위가 큼을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Urban green areas or forest regions play an important role in lowering the air temperature of the surrounding areas. This cooling effect does not only affect inside of the green areas, but also extends into neighboring streets and buildings. In this study, the Land Surface Temperature (LST) are retrieved from the Landsat 8 satellite data for 8 clear days in Seoul, Korea from 2013 to 2015, and used for analyzing the cooling effect at an urban green region, Seonjeongneung, located in the southern part of Seoul. The LST distribution from the boundary of the Seonjeongneung presents that the cooling effect of the green areas was found to extend in many directions into the urban areas. The LST estimations of residential and commercial areas around the Seonjeongneung are also analyzed to assess how the green areas affect the type of land cover and the surroundings in the urban areas. Relatively lower LST for the residential areas from the Seonjeongneung boundary ranges from 100 to 250 m, resulting in an average cooling effect of $2.3^{\circ}C$. On the other hand, the LST distribution in the commercial areas shows that the effective distance of green areas are relatively low in the range of 0 to 200 m, which means the average cooling effect is approximately $0.3^{\circ}C$. This result shows that the cooling effect of the Seonjeongneung is clearly noticeable, particularly, the residential areas show greater cooling effect than commercial areas.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Location of the analysis region, Seonjeongneung in Seoul, Korea.
그림 Fig. 2. Land cover classification map over the study area provided by the Ministry of Environment, Korea.
표 Table 1. Summary of the meteorological conditions for the 8 clear days
표 Table 2. Thermal band coefficients of the Landsat 8
그림 Fig. 3. Land surface temperature (LST) distributions over the study area for the 8 cases.
표 Table 3. NDVI ranges and corresponding emissivity values (Zhang et al., 2006)
그림 Fig. 4. The traverse lines passing the center point of the urban green areas in four directions.
그림 Fig. 5. LST distributions from the center of Seonjeongneung in the west-east (left) and north-south (right) directions (Solid lines represents the boundary of the green areas and dashed lines are the cooling extents from the boundary).
표 Table 4. Cooling extent (m) on the four cardinal directions (East, West, North and South) from the Seonjeongneung for 8 clear days
그림 Fig. 5. Continued
그림 Fig. 6. Zones with 50 m increment around the urban green areas (up to 300 m).
표 Table 5. Averaged LST (°C) over the 9 different land cover types for the 8 clear days
표 Table 6. Land cover ratios (%) for the six zones around the Seonjeongneung
그림 Fig. 7. Relationship between distances from the urban green areas and the respective land surface temperatures for the different days in the residential areas.
그림 Fig. 8. The same as Fig. 7 except for in the commercial areas.

AI 본문요약
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문제 정의

, 2017). 본 연구에서는 서울의 대표적 도심지인 강남 인근에 위치하면서 서울 행정경계 내 도심에서 가장 규모가 큰 선정릉에 대해 Landsat 8 위성에서 추출한 지표면온도 자료를 이용하여 도심녹지 냉각효과와 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 위성관측자료를 이용하여 서울 강남의 도심녹지 냉각효과의 강도와 범위를 산정할 수 있었다. 도심녹지의 냉각효과와 그 특성을 분석하기 위해 Landsat 8 위성자료를 이용하여 2013년부터 2015년까지 8개의 사례일에 대해 강남 선정릉 주변 2×2 km 영역의지표면온도를 산출하였다.

제안 방법

3의 선정릉 주변 지표면온도 분포를 보면 선정릉 중심이 가장 낮게 나타나고 선정릉 중심에서 멀어질수록 높은 지표면온도를 나타내고 있다. 도심녹지의 냉각 효과가 선정릉 주변에 미치는 영향을 알아보기 위해 선정릉을 중심으로 가로축과 세로축을 따라 동서와 남북방향의 지표면온도를 추출하였다(Fig. 4). Fig.
도심녹지의 냉각효과와 그 특성을 분석하기 위해 Landsat 8 위성자료를 이용하여 2013년부터 2015년까지 8개의 사례일에 대해 강남 선정릉 주변 2×2 km 영역의지표면온도를 산출하였다.
방위별로 도심녹지의 냉각효과가 다르게 나타난 원인을 살펴보기 위해 토지피복별로 지표면온도가 어떻게 차이가 나는지 분석하였다. Table 5는 선정릉 주변 지역의 토지피복의 비율과 평균 지표면온도를 나타낸 것이다.
도심녹지의 냉각효과에 미치는 토지피복의 영향을 살펴보기 위하여 환경부에서 제공하는 중분류 토지 피복자료를 사용하였다. 선정릉 경계로부터 50 m 간격으로 300 m까지 6개의 영역을 생성하고, 주거지역과 상업지역에 대한 냉각효과를 분석하였다. 그 결과 주거지역에서의 냉각효과 범위가 100∼250 m로 나타났다.
6개 영역을 구성하고 있는 토지피복은 주거지역, 상업지역, 교통지역, 공공시설지역, 인공나지의 5가지이다. 이 중에서 가장 큰 비율을 차지하고 있는 주거지역과 상업지역에 대해 지표면온도를 분석해보았다.
지표면 방출률을 산출하기 위해서 국내·외의 다양한 기관에서 지역적 또는 전 지구적인 방출률 지도를 구축하고 있지만, 실제 방출률은 시간에 따라 조금씩 또는 급격하게 변화하기 때문에 위성 자료를 바탕으로 직접 계산된 방출률을 사용하여 지표면온도를 산출하였다.
지표면온도 산출을 위하여 먼저 위성의 관측 센서에 도달하는 복사량을 계산한다. Landsat 8 위성에서 관측된 복사량 자료는 DN (Digital Number)으로 제공되기 때문에 이를 USGS에서 제공하는 식 (1)을 사용하여 실제 복사량으로 환산한다.

대상 데이터

gov/)에서 제공하고 있다. 2013년부터 2015년까지 Landsat 8이 선정릉 주변을 관측한 55개 자료 중 구름의 영향이 적은 맑은 날로 8개 사례를 선정하였다. Landsat 8 위성자료는 서울을 중심으로 관측되는 path116/row34 영역의 자료를 사용하였다.
선정릉 주변 지역은 주거지역과 고층 건물로 구성된 상업지역으로 둘러 쌓여있으며, 특히 선정릉 남쪽 일대는 20층 이상의 고층 빌딩으로 구성된 도시 협곡을 이루고 있다. Fig. 2는 선정릉 주변의 중분류 토지피복지도로 환경부에서 2010년에 촬영된 1 m 해상도의 항공정사영상을 이용하여 2013년에 제작한 것이다. 공간해상도는 5 m이며, 총 22개의 분류항목으로 나누어져 있다.
2013년부터 2015년까지 Landsat 8이 선정릉 주변을 관측한 55개 자료 중 구름의 영향이 적은 맑은 날로 8개 사례를 선정하였다. Landsat 8 위성자료는 서울을 중심으로 관측되는 path116/row34 영역의 자료를 사용하였다. 선정된 사례별 기상개황은 Table 1과 같다.
대기효과는 대상지역의 모든 화소에 대한 정밀한 대기관측 자료를 얻는 것이 거의 불가능하며, 관측 도메인 내에서 대기효과의 차이는 크지 않기 때문에 고려하지 않았다. 구름은 각 Band 자료와 함께 제공되는 Quality Assessment (QA) 자료를 이용하여 구름이 있는 화소의 자료는 제거하였다.
선정된 사례별 기상개황은 Table 1과 같다. 기상개황에 사용한 자료는 위성이 한반도 상공을 지나가는 시간과 일치하는 오전 11시에 강남 AWS (#400) 지점에서 관측된 기온, 상대습도, 풍향, 풍속, 일 최고기온, 일 최저기온과 일 평균기온 자료이다. 선정된 사례는 겨울을 제외한 봄, 여름, 가을로 일 최고기온이 26.
도로 지역의 경우 아스팔트의 영향으로 가장 높은 지표면온도를 보였고, 주거지역과 상업지역의 지표면온도가 그 다음으로 높게 나타났다. 녹지 경계로부터의 거리에 따른 냉각효과를 살펴보기 위해 Fig. 6과 같이 선정릉 경계로부터 50 m 간격으로 300 m까지 6개의 영역을 생성하였다. Table 6은 생성된 6개 영역의 토지피복 비율을 정리한 것이다.
도심녹지가 인접한 지역의 기상특성을 살펴보기 위해 서울시 강남구 삼성동에 위치한 선정릉 일대 약 2 × 2 km의 영역을 대상지역으로 선정하였다(Fig. 1).
녹지 중심으로부터 동서남북 네 방향의 지표면온도를 추출하여 냉각효과 범위를 조사한 결과 남쪽방향으로의 냉각효과 범위가 상대적으로 작았고, 북쪽방향으로 큰 냉각효과 범위를 나타내었다. 도심녹지의 냉각효과에 미치는 토지피복의 영향을 살펴보기 위하여 환경부에서 제공하는 중분류 토지 피복자료를 사용하였다. 선정릉 경계로부터 50 m 간격으로 300 m까지 6개의 영역을 생성하고, 주거지역과 상업지역에 대한 냉각효과를 분석하였다.
선정된 사례는 겨울을 제외한 봄, 여름, 가을로 일 최고기온이 26.8∼35.3℃의 범위를 보였다.
1). 선정릉은 총 면적이 약 198,813 m2이며, 두 왕릉인 선릉과 정릉을 중심으로 수목과 초지로 구성되어 있다. 선정릉 내 수목의 종류는 참나무, 오리나무, 느릅나무 등 활엽수가 주종을 이루며 수목의 높이는 약 15∼20 m에 이른다.
공간해상도는 5 m이며, 총 22개의 분류항목으로 나누어져 있다. 연구 지역은 9종류의 토지피복으로 이루어져 있다. 선정릉 주변의 토지피복 분포는 상대적으로 북쪽과 서쪽에는 주거지역의 비율이 높고, 남쪽과 동쪽에는 상업지역의 비율이 높다.

성능/효과

그 결과 주거지역에서의 냉각효과 범위가 100∼250 m로 나타났다.
반면 상업지역의 냉각효과 범위는 0∼200 m로 나타났지만, 2014년 8월 2일과 2014년 9월 19일의 사례에 대해서는 이러한 냉각 효과 범위가 나타나지 않았다. 냉각효과가 미치는 것으로 설정된 영역(녹색으로 표시)에서 녹지 경계 영역(0~50 m)의 지표면온도 차이를 계산하였을 때, 주거지역의 경우 평균 2.3℃, 상업지역의 경우 평균 약 0.3℃의 차를 보였다. 두 결과를 통해서 상업지역보다 주거지역에서 냉각효과의 강도와 범위가 큼을 알 수 있다.
도심녹지의 냉각효과와 그 특성을 분석하기 위해 Landsat 8 위성자료를 이용하여 2013년부터 2015년까지 8개의 사례일에 대해 강남 선정릉 주변 2×2 km 영역의지표면온도를 산출하였다. 녹지 중심으로부터 동서남북 네 방향의 지표면온도를 추출하여 냉각효과 범위를 조사한 결과 남쪽방향으로의 냉각효과 범위가 상대적으로 작았고, 북쪽방향으로 큰 냉각효과 범위를 나타내었다. 도심녹지의 냉각효과에 미치는 토지피복의 영향을 살펴보기 위하여 환경부에서 제공하는 중분류 토지 피복자료를 사용하였다.
4℃로 가장 낮게 나타났다. 도로 지역의 경우 아스팔트의 영향으로 가장 높은 지표면온도를 보였고, 주거지역과 상업지역의 지표면온도가 그 다음으로 높게 나타났다. 녹지 경계로부터의 거리에 따른 냉각효과를 살펴보기 위해 Fig.
3℃의 차를 보였다. 두 결과를 통해서 상업지역보다 주거지역에서 냉각효과의 강도와 범위가 큼을 알 수 있다. Hamada et al.
동서와 남북 방향 모두 녹지 내부의 지표면온도가 낮게 나타나고 선정릉 경계를 벗어남에 따라 지표면온도가 상승하는 것을 확인할 수 있다. 사례별로 다소 차이가 있지만 도심과 녹지의 지표면온도 차이는 동서 방향으로 9.2~12.4℃, 남북 방향으로 8.6~11.1℃로 나타났다. 남북 방향의 경우 남쪽 녹지 경계에서 북쪽 녹지 경계보다 높은 지표면온도를 보이는데 이는 상대적으로 녹지 경계 주변의 조밀한 상업 지역에 의한 영향으로 보여진다.
3℃의 냉각효과를 보였다. 이러한 분석 결과를 통해 냉각효과가 상업지역보다 주거지역에서 강도와 범위가 큼을 알 수 있었다
또한 상업지역의 도심녹지의 냉각 효과 범위는 0∼200 m로 추정되었다. 총 8개의 사례 중2사례에 대해서는 냉각효과가 나타나지 않았고, 나머지 사례들에서는 평균 약 0.3℃의 냉각효과를 보였다. 이러한 분석 결과를 통해 냉각효과가 상업지역보다 주거지역에서 강도와 범위가 큼을 알 수 있었다

후속연구

비록 위성관측시간이 오전 11시로 국한되어 도심녹지 냉각효과의 일변화를 살펴볼 수 없었지만, 도심 지역의 복잡하고 조밀한 지역에 대해 상세한 지표면온도 공간분포를 살펴볼 수 있었다. 향후 다양한 시간대와 고해상도의 원격자료를 이용하여 도심녹지 냉각효과의 특성을 분석하여 환경친화적 도시 계획에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지표에너지 균형을 변화의 원인은?	, 2011). 이러한 변화의 원인은 도시 지역의 열전도도와 열용량의 증가, 지표 알베도의 감소, 도시 협곡의 구조 변화, 인공열 배출 등에 있다(Oke, 1989; Taha, 1997). 특히 도시 내 건물과 도로포장 등 불투수층의 증가로 도시의 기온은 상승하게 된다.
	도심녹지의 역할은?	도심녹지는 도심 주변의 높은 기온을 낮춰 주는 중요한 역할을 한다. 도심녹지의 냉각효과는 녹지내부 뿐만 아니라 주변 도로와 빌딩 지역에도 영향을 준다.
	도심녹지 냉각효과를 분석하는데 잇어서 위성자료는 무엇의 상관관계를 분석하는데 유용한 방법인가?	그러나 이는기상관측지점이균일하게분포하지않고특정지역내의 전체적인 분포를 확인하기 어렵다는 단점이 있다. 반면, 위성자료는 도시지역에서 공간적으로 연속적인 온도변화와 식생의 상관관계를 분석하는데 유용한 방법으로 알려져 있다. 또한, 위성은 대상 지역을 균일한 해상도로 주기적으로 관측하기 때문에 지상 관측의 공백을 효과적으로 보완할 수 있다.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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