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문제 정의
- 본 연구는 대표적인 도심지 내 산지형 공원인 경주 남산에서 인간 건강에 긍정적인 영향을 미치는 대표적 인자인 음이온을 지형구조 및 해발고도에 따른 음이온 발생량 분포실태를 분석하고 각 유형에 따른 기상인자 및 음이온과의 상관성을 분석하여, 향후 지형구조 및 해발고도에 따른 기상특성 및 음이온 상관관계의 기초자료로 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 경상북도 경주시에 위치한 남산을 대상으로 도심지 내 산지의 해발고도별 기온, 상대습도, 풍속 등의 기상요소가 음이온 발생량에 미치는 영향을 분석하였으며 그 결과는 아래와 같다.
가설 설정
- 계곡부 기상요소의 경우 기온, 상대습도, 일사량은 유의확률 0.01 이하로 분석되어 지형구조 차이 따른 측정값의 차이가 없다는 귀무가설을 기각하고 지형구조 차이에 따라 차이가 있다는 대립가설을 채택하게 되었다. 이는 측정된 기온, 습도, 풍속이 지형구조에 따라 그 값의 차이가 유의한 것으로 판단할 수 있다.
- 음이온 발생량은 유의확률 0.01이하로 분석되어 지형구조 및 해발고도에 따른 측정값의 차이가 없다는 귀무가설을 기각하고 지형구조 및 해발고도에 따라 차이가 있다는 대립가설을 채택하게 되었다. 이는 측정된 음이온 발생량이 지형구조 및 해발고도에 따라 그 값의 차이가 유의한 것으로 판단할 수 있다.
제안 방법
- 경주 남산 계곡부의 지형구조 및 해발고도에 따른 음이온발생량 분석을 위해 해발고도 80m에서 320m까지 20m마다 음이온 발생량을 조사 분석하였다(Fig 4).
- 경주 남산 능선부의 지형구조 및 해발고도에 따른 음이온발생량 분석을 위해 해발고도 80m에서 320m까지 20m마다 음이온 발생량을 조사 분석하였다(Fig 4).
- 측정 지점은 총 26지점으로 능선부 13지점, 계곡부 13지점으로 선정하였고 해발고도 80m부터 320m까지 매 20m 마다 측정을 진행하였다. 계곡부의경우 물의 흐름 유무가 기상특성과 음이온 발생지수에 영향을 줄 것으로 판단되어, 물이 흐르지 않는 지점을 선정하였다. 해발고도별 기상특성과 음이온 발생량 분석을 위해 계곡부, 능선부 각각 해발고도별로 3유형으로 나누어 분석하였다.
- 남산 계곡부의 지형구조 및 해발고도에 따른 기상특성분석을 위해 능선부와 계곡부에서 해발고도 80m에서 320m까지 20m마다 기상특성을 조사 분석하였다(Fig 3).
- 남산 능선부의 지형구조 및 해발고도에 따른 기상특성분석을 위해 능선부와 계곡부에서 해발고도 80m에서 320m까지 20m마다 기상특성을 조사 분석하였다(Fig 3).
- 조사 시기는 11월 가을철이며 식물의 광합성과 음이온의 발생이 상관관계에 있다는 선행연구(Lee, 2004)를 고찰하여 광합성량이 가장 높은 시간대인 11시~15시 사이(Lee,2013)에 측정을 진행하였고, 현장조사 특성상 강우 등 연구목적에 부합하지 않는 날의 데이터는 제외하고 분석에 활용하였다. 또한 기상 특정의 경우 고정관측점을 설치하여 동일 시간대에 관측하는 것이 바람직하지만 한정된 인원 및 측정기기 상 이동측정을 실시하였다. 이동 측정 시 여러 가지 오차가 발생하는데, 이를 줄이기 위하여 측정 시간 간격을 일정하게 유지하며 측정하였다.
- 이동 시 팬(Fan)의 흡입구를 막고 전원을 꺼서 이동에 따른 오차를 최소화 하였다. 또한 열선 풍속계를 이용하여 기온, 상대습도, 풍속을 측정하였고, 일사계를 사용하여 일사량을 측정, 엽면적지수(LAI)는 LAI-2000(LICOR, USA)를 사용하여 측정지점마다 5반복 측정하였다.
- 이동 측정 시 여러 가지 오차가 발생하는데, 이를 줄이기 위하여 측정 시간 간격을 일정하게 유지하며 측정하였다. 시차 보정은 이동관측시 소요시간에 따라 출발지점과 도착지점 사이에 시간차가 생기는 것을 고려하여 보정식(Formula 1)을 이용하여 보정을 실시하였다(Joo, 2012). 측정 지점은 총 26지점으로 능선부 13지점, 계곡부 13지점으로 선정하였고 해발고도 80m부터 320m까지 매 20m 마다 측정을 진행하였다.
- 음이온 측정의 경우 지형구조의 차이에 따른 음이온 발생량 조사 및 분석을 위해 COM-3600F(Com System, Japan)를 높이 1.5m에서 측정하였다. COM-3600F는 대기 중 양이온과 음이온 0~2,000,000개까지 측정이 가능하며 미세이온까지 검출 가능할 정도로 민감한 센서이고, 음이온 발생연구에 지속적으로 사용되어 왔다(Kim et al, 2013; Shinet al, 2012).
- 측정 간격은 5초로 발생량을 기록하고 평균값을 활용하였다. 이동 시 팬(Fan)의 흡입구를 막고 전원을 꺼서 이동에 따른 오차를 최소화 하였다. 또한 열선 풍속계를 이용하여 기온, 상대습도, 풍속을 측정하였고, 일사계를 사용하여 일사량을 측정, 엽면적지수(LAI)는 LAI-2000(LICOR, USA)를 사용하여 측정지점마다 5반복 측정하였다.
- 또한 기상 특정의 경우 고정관측점을 설치하여 동일 시간대에 관측하는 것이 바람직하지만 한정된 인원 및 측정기기 상 이동측정을 실시하였다. 이동 측정 시 여러 가지 오차가 발생하는데, 이를 줄이기 위하여 측정 시간 간격을 일정하게 유지하며 측정하였다. 시차 보정은 이동관측시 소요시간에 따라 출발지점과 도착지점 사이에 시간차가 생기는 것을 고려하여 보정식(Formula 1)을 이용하여 보정을 실시하였다(Joo, 2012).
- COM-3600F는 대기 중 양이온과 음이온 0~2,000,000개까지 측정이 가능하며 미세이온까지 검출 가능할 정도로 민감한 센서이고, 음이온 발생연구에 지속적으로 사용되어 왔다(Kim et al, 2013; Shinet al, 2012). 측정 전, 15분 간 대기에 노출시켜 측정기 안정화 후 측정 지점마다 1분씩 5반복 측정하였으며, 풍향에 의한 측정데이터의 오류를 최소화하기 위해 바람을 등지고 측정하였다. 측정 간격은 5초로 발생량을 기록하고 평균값을 활용하였다.
- 계곡부의경우 물의 흐름 유무가 기상특성과 음이온 발생지수에 영향을 줄 것으로 판단되어, 물이 흐르지 않는 지점을 선정하였다. 해발고도별 기상특성과 음이온 발생량 분석을 위해 계곡부, 능선부 각각 해발고도별로 3유형으로 나누어 분석하였다. 계곡부의 경우 해발고도 80m부터 160m는 Va, 160m부터 240m는 Vb, 240m부터 320m는 Vc로 구분하였고, 능선부의 경우 해발고도 80m부터 160m는 Ra, 160m부터 240m는 Rb, 240m부터 320m는 Rc로 구분하였다.
대상 데이터
- 연구대상지는 경상북도 경주시 남쪽에 위치한 남산은 44개의 골짜기와 약 180여개의 봉우리로 이루어졌고, 녹지의 규모는 면적 32㎞2, 해발 494m이다. 남산은 도시 자연공원의 역할을 수행하고 있으며, 노천 박물관이라 불릴 만큼 여러 유적지와 문화재가 남아있어 인류전체를 위하여 보호되어야 할 현저한 보편적 가치가 있다고 인정한 세계유산목록(World heritage List)에 2000년 11월 29일 등재되었고 또한 남산 전체가 사적지 제 311호로 지정되어 있으며, 문화유적은 466점, 보물 13점, 사적 12개소, 불교 유적인 절터128곳, 불상이 100체, 탑 72기, 석등 211기 등이 있다(limet al, 2011).
- 경주 남산의 식생구조를 분석한 결과는 Table 1과 같다. 전체 현존식생유형을 고려하여 총 26개 조사지점을 선정하였으며, 조사 지점은 계곡부와 능선부를 고려하여 조사하였다(Fig 2).
- 조사 시기는 11월 가을철이며 식물의 광합성과 음이온의 발생이 상관관계에 있다는 선행연구(Lee, 2004)를 고찰하여 광합성량이 가장 높은 시간대인 11시~15시 사이(Lee,2013)에 측정을 진행하였고, 현장조사 특성상 강우 등 연구목적에 부합하지 않는 날의 데이터는 제외하고 분석에 활용하였다. 또한 기상 특정의 경우 고정관측점을 설치하여 동일 시간대에 관측하는 것이 바람직하지만 한정된 인원 및 측정기기 상 이동측정을 실시하였다.
- 시차 보정은 이동관측시 소요시간에 따라 출발지점과 도착지점 사이에 시간차가 생기는 것을 고려하여 보정식(Formula 1)을 이용하여 보정을 실시하였다(Joo, 2012). 측정 지점은 총 26지점으로 능선부 13지점, 계곡부 13지점으로 선정하였고 해발고도 80m부터 320m까지 매 20m 마다 측정을 진행하였다. 계곡부의경우 물의 흐름 유무가 기상특성과 음이온 발생지수에 영향을 줄 것으로 판단되어, 물이 흐르지 않는 지점을 선정하였다.
데이터처리
- 0을 사용하여 지형구조 차이에 따른 기상특성과 음이온 발생량 분석을 위해 T검정을 실시하였다. 또한 지형구조 및 해발고도에 따른 기상특성과 음이온 발생량 분석을 위해 DMRT(Duncan Multiple Range Test)를 실시하였고, 해발고도에 따른 기상특성과 음이온 발생량을 분석하기 위해 상관성 분석 및 단회귀 분석을 실시하였다.
- 상관성 분석에서 유의성이 검증된 기온과 음이온 발생량과의 인과관계를 파악하기 위하여 해발고도별 기온 회귀분석을 실시하였다(Table 7). 음이온 발생량과의 상관성이 유의미한 기온의 단회귀분석 결과, 계곡부의 회귀식은 𝒚=-0.
- 상관성 분석에서 유의성이 검증된 상대습도와 음이온 발생량과의 인과관계를 파악하기 위하여 해발고도별 상대습도 회귀분석을 실시하였다(Table 8). 음이온 발생량과의 상관성이 유의미한 기온의 단회귀분석 결과, 계곡부의 회귀식은 𝒚= 0.
- 상관성 분석에서 유의성이 검증된 해발고도와 음이온 발생량과의 인과관계를 파악하기 위하여 해발고도별 음이온발생량 회귀분석을 실시하였다(Table 9). 음이온 발생량과의 상관이 유의미한 기온의 단회귀분석 결과, 계곡부의 회귀식은 𝒚= 0.
- 지형구조 및 해발고도별 기온 분석을 DMRT(Duncan Multiple Range Test)를 실시하였다(Table 3). 지형구조 및 해발고도별 기온 분석은 계곡부의 경우 Va(9.
- 지형구조 및 해발고도별 상대습도 분석을 위해 DMRT(Duncan Multiple Range Test)를 실시하였다(Table 3). 지형구조 및 해발고도별 상대습도 분석은 계곡부의 경우Vc(61.
- 지형구조 및 해발고도별 음이온 발생량 분석을 위해 DMRT(Duncan Multiple Range Test)를 실시하였다(Table5). 계곡부의 경우 Vc(692.
- 지형구조 및 해발고도별 일사량 분석을 위해 DMRT(Duncan Multiple Range Test)를 실시하였다(Table 3). 지형구조 및 해발고도별 일사량 분석은 계곡부의 경우Vc(27.
- 지형구조 및 해발고도별 풍속 분석을 위해 DMRT(Duncan Multiple Range Test)를 실시하였다(Table 3). 지형구조 및 해발고도별 풍속 분석은 계곡부의 경우 Vc(0.
- 지형구조 및 해발고도에 따른 음이온 발생량을 통계적으로 비교분석하기 위하여 T-검정을 실시하였다(Table 4).
- 지형구조 차이에 따른 기상특성 평균값 차이를 통계적으로 비교분석하기 위하여 독립표본 T검정을 실시하였다(Table 2).
- 측정 전, 15분 간 대기에 노출시켜 측정기 안정화 후 측정 지점마다 1분씩 5반복 측정하였으며, 풍향에 의한 측정데이터의 오류를 최소화하기 위해 바람을 등지고 측정하였다. 측정 간격은 5초로 발생량을 기록하고 평균값을 활용하였다. 이동 시 팬(Fan)의 흡입구를 막고 전원을 꺼서 이동에 따른 오차를 최소화 하였다.
- 통계분석의 경우, SPSS ver 18.0을 사용하여 지형구조 차이에 따른 기상특성과 음이온 발생량 분석을 위해 T검정을 실시하였다. 또한 지형구조 및 해발고도에 따른 기상특성과 음이온 발생량 분석을 위해 DMRT(Duncan Multiple Range Test)를 실시하였고, 해발고도에 따른 기상특성과 음이온 발생량을 분석하기 위해 상관성 분석 및 단회귀 분석을 실시하였다.
성능/효과
- Ra, Rb, Rc의 평균은 유의한 차이를 보였고, 각 집단의 평균간 차이는 통계적으로 유의한 것으로 분석되었다(P<0.05).
- Va, Vb, Vc의 평균은 유의한 차이를 보였고, 각 집단의 평균간 차이는 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(PRb(58.1750%) 순으로 분석되었다.
- 경주 남산 계곡부 측정 지점 내 평균 음이온 발생량 분석결과636ea/㎤로 나타났고, 해발고도가 증가할수록 음이온 발생량이 증가하는 경향을 보였다.
- 계곡부 측정지점을 대상으로 해발고도와 기상특성 및 음이온 발생량과의 상관성을 분석한 결과(Table 6), 기온은–0.881(P<0.01)로 해발고도가 높아질수록 기온은 낮아지는 것으로 분석되었다.
- 81ea/㎤로 계곡부가 더 높은 음이온 발생량을 보였다. 계곡부와 능선부 모두 해발고도가 증가할수록 음이온 발생량이 증가하는 경향을 보였다.
- 계곡부의 측정지점별 주요 우점수종은 소나무림이었으며 일부 출현수종에는 졸참나무, 신갈나무 등이 나타났다. 계곡부 수고의 경우 8~16m, 평균 수고는 11.
- 이는 측정된 기온, 습도, 풍속이 지형구조에 따라 그 값의 차이가 유의한 것으로 판단할 수 있다. 그러나 일사량의 경우 유의확률 0.578로 분석되어 풍속은 지형구조 차이에 따라 평균값의 차이가 없다는 귀무가설을 채택하게 되어 지형의 차이에 따른 차이는 유의하지 않은 것으로 판단되었다.
- 능선부 측정지점을 대상으로 해발고도와 기상특성 및 음이온 발생량과의 상관성을 분석한 결과, 기온은 –0.726(P<0.01)로 해발고도가 높아질수록 기온은 낮아지는 것으로 분석되었다.
- 둘째, 지형구조 및 해발고도 차이에 따른 음이온 발생량분석결과, 능선부에서 580.04ea/㎤, 계곡부에서 636.81ea/㎤로 계곡부가 더 높은 음이온 발생량을 보였다. 계곡부와 능선부 모두 해발고도가 증가할수록 음이온 발생량이 증가하는 경향을 보였다.
- 분석 결과를 종합하면, 도심지 내 산지형 공원 내에서 지형구조 및 해발고도 차이에 따른 기상요소와 음이온 발생량의 차이가 있으며 능선부보다 계곡부에서 음이온 발생량이 많은 것으로 분석되었다. 이는 계곡부가 능선부에 비해 기온이 낮고 상대습도가 높았기 때문으로 사료된다.
- 상대습도는 해발고도가 높아질수록 감소하는 경향을 보였고 평균 비교결과 계곡부(59.0±2.2%) > 능선부(58.3±1.0%)순으로 높은 경향을 보였다.
- 상대습도는 해발고도가 높아질수록 감소하는 경향을 보였고 평균은 계곡부(59.01%) > 능선부(58.64%) 순으로 높은 경향을 보였다.
- 셋째, 지형구조별 상관성 분석 결과, 지형구조의 차이에 따라 음이온발생에 미치는 기상요소의 차이가 있는 것으로 분석되었다. 이는 선행 연구 고찰 결과 각각 대상지가 다르고, 연구대상지의 차이에 따라 기상의 차이가 있기 때문인 것으로 판단되었다.
- 음이온 발생량과의 상관성이 유의미한 기온의 단회귀분석 결과, 계곡부의 회귀식은 𝒚= 0.027𝒙+53.561 (𝒙=해발고도, 𝒚=상대습도)로 R²값은 0.880으로 88.0%로 해석되었다.
- 음이온 발생량과의 상관성이 유의미한 기온의 단회귀분석 결과, 계곡부의 회귀식은 𝒚=-0.006𝒙+9.663 (𝒙=해발고도, 𝒚=기온)로 R²값은 0.733으로73.3% 해석되었다.
- 음이온 발생량과의 상관이 유의미한 기온의 단회귀분석 결과, 계곡부의 회귀식은 𝒚= 0.577𝒙+521.508 (𝒙=해발고도, 𝒚=음이온 발생량)로 R²값은 0.547으로 54.7%로 해석되었다.
- 이 연구 결과는 도심지 내 산지형 공원의 지형구조 및 해발고도에 따른 음이온 발생량을 분석하여 지형구조에 따른 음이온 발생량의 차이를 확인할 수 있었으며, 기상요소가 지형구조 및 해발고도에 따라 나타나는 차이도 확인할 수 있었다. 차후, 대상지 측정지점의 다양화 및 지속적인반복 측정을 통해 지형구조 및 해발고도에 따른 음이온 발생량과의 관계를 더 구체적으로 규명해야 할 것이다.
- 일사량의 경우 최대일사량 58.2W/㎡, 최저일사량 17.7W/㎡, 평균일사량은 34.40W/㎡로 나타났다 해발고도별 일사량은 해발고도 80~160m는 17.7~38.4W/㎡, 160~240m는 38.3~58.2W/㎡, 240~2320m는 19.9~58.2W/㎡로 나타났다.
- 일사량의 경우 최대일사량 81.5W/㎡, 최저일사량 4W/㎡, 평균일사량은 14.6W/㎡로 나타났다 해발고도별 일사량은 80~160m는 6.1~21.4W/㎡, 160~240m는 6.9~12.8W/㎡, 240~320m는 4.1~81.5W/㎡로 나타났다.
- 첫째, 지형구조 및 해발고도에 따른 기상요소 분석의 경우 기온은 해발고도가 높아질수록 감소하는 경향을 보였고 평균 비교결과 능선부(9.82±0.7℃) > 계곡부(8.44±0.5℃)로 나타났다.
- 풍속은 경향을 보이지 않았으며 평균 비교결과 능선부(0.63±0.40m/s) > 계곡부(0.37±0.19%)순으로, 일사량 평균 비교결과 능선부(4889±1808W/㎡) > 계곡부(2086±2803W/㎡)순으로 높은 경향을 보였고 해발고도 300m지점에서 역전현상이 나타났다.
- 풍속은 경향을 보이지 않았으며 평균은 능선부(0.63m/s) > 계곡부(0.37%)순으로, 일사량은 평균은 능선부(34.40W/㎡) > 계곡부(14.69W/㎡) 순으로 높은 경향을 보였고 해발고도 300m지점에서 역전현상이 나타났다.
- 해발고도별 기상특성의 경우 기온은 해발고도가 높아질수록 감소하는 경향을 보였고 평균은 능선부(9.82℃) > 계곡부(8.44℃)로 나타났다.
후속연구
- 이 연구 결과는 도심지 내 산지형 공원의 지형구조 및 해발고도에 따른 음이온 발생량을 분석하여 지형구조에 따른 음이온 발생량의 차이를 확인할 수 있었으며, 기상요소가 지형구조 및 해발고도에 따라 나타나는 차이도 확인할 수 있었다. 차후, 대상지 측정지점의 다양화 및 지속적인반복 측정을 통해 지형구조 및 해발고도에 따른 음이온 발생량과의 관계를 더 구체적으로 규명해야 할 것이다.
- 기온은 계곡부보다 능선부에서 더 높은 경향을 보였는데, 이는 일사량의 차이로 사료되며, 일사량의 측정 결과도 이를 뒷받침 해주었다. 하지만 측정시간의 차이에 대한 오차의 가능성도 배제할 수 없기 때문에 향후 연구에서 이를 고려하고 보완해야할 것으로 판단되었다.
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