[논문]도시공원 및 주변환경의 특성이 도시공간의 온도저감에 미치는 영향

서정은; 오규식

doi:10.13087/kosert.2020.23.5.1

도시공원 및 주변환경의 특성이 도시공간의 온도저감에 미치는 영향
Heat Mitigation Effects of Urban Space based on the Characteristics of Parks and their Surrounding Environment 원문보기

環境復元綠化 = Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology, v.23 no.5, 2020년, pp.1 - 14

서정은 (한양대학교 대학원 도시공학과) , 오규식 (한양대학교 도시공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to improve the urban thermal environment, efforts are being made to increase green areas in cities that include park construction, planting, and green roofing. Among these efforts, urban parks play an important role not only in improving the urban thermal environment, but also in terms of ecosystem services (serving as resting places for citizens, providing cleaner air quality, reducing noise, etc.). Therefore, the purpose of this study is to suggest planning and management guidelines for urban parks that are effective in improving the thermal environment, by analyzing the urban surface temperature reduction performance of urban parks. To do this, first, land surface temperature was calculated by using Landsat 8 images. Second, the PCI (Park Cool Island) index was calculated to identify the temperature reduction performance of urban parks. Third, the characteristics of parks (area, shape, vegetation) and the surrounding spatial characteristics (land cover, building-related variables, etc.) were identified. Finally, the relationship between the PCI indices (PCI scale, PCI effect, PCI intensity) and the characteristics of the parks and their surroundings were analyzed. The results revealed that the parks consisting of a larger area, simple shape, and higher tree coverage ratio had increased PCI performance, and were advantageous for improving the urban thermal environment. Meanwhile, PCI performance was found to have decreased in areas with a higher impermeable area ratio and building coverage ratio. The outcomes of this study can be used to identify priority areas for planning and management of urban parks and can also be utilized as planning and management guidelines for improving urban thermal environment.

주제어

표/그림 (12)

그림 Figure 1. The study area
그림 Figure 2. The highest temperature, frequency of heat wave and tropical nights (Korea Meteorological Administration)
그림 Figure 3. Framework of analysis
표 Table 1. Data for analyses
그림 Figure 4. The definition of PCI indices
그림 Figure 5. The definition of the surrounding area
그림 Figure 6. The surface temperature and locations of parks
표 Table 2. Urban parks in Suwon, 2015
표 Table 3. The result of PCI indices
표 Table 3. continue
표 Table 4. Characteristics of parks and their surrounding environment
표 Table 5. The result of multiple regression analysis

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 대부분 공원의 온도저감 효과 또는 범위만을 규명하고 있으며, 공원 및 주변환경의 특성을 복합적으로 고려한 연구는 미흡한 것으로 나타났다. 그러므로 본 연구의 목적은 PCI 지표와 공원 및 주변환경 특성의 관계분석을 통해 도시의 열환경 개선에 효과적인 도시공원의 계획 및 관리방안을 제시하는 것이다.
본 연구에서는 PCI 지표를 기반으로 도시공원의 온도저감 성능을 구체적으로 규명하였으며, 도시공원의 온도저감 성능이 증대 될 수 있는 공간적 특성과 온도저감에 유리한 도시공원의 특성을 계량적으로 제시하였다. 이 같은 연구결과는 도시공원의 계획 및 관리를 위한 우선 순위 지역을 파악하거나 주변환경의 도시계획 및 관리 지침으로 활용할 수 있다.
이에 본 연구에서는 도시공원의 온도저감 성능을 파악하기 위해 PCI(Park Cooling Islands) 지표(PCI 영향범위, PCI 효과, PCI 강도)를 구축한 후, PCI 지표와 도시공원 및 주변환경 특성의 관계분석을 통해 어떠한 도시공간에서 공원의 온도저감 성능이 증대될 수 있는지 규명함으로써 도시지역의 온도저감을 위한 효과적인 도시공원의 계획 및 관리방안을 제시하려고 한다.

제안 방법

이때, 분석단위는 위성영상 해상도에 맞춰 30×30m Grid로 정하였다. 둘째, 도시공원의 polygon 데이터를 구축하고 도시생태현황도와 중첩한 후, 분석가능한 도시공원 선정 및 도시공원의 온도저감 성능을 파악하기 위한 PCI 지수를 산출한다. 셋째, 도시공원과 주변환경 특성 DB를 구축한다.
00이 나타나는 Buffer zone을 PCI 영향범위로 설정한다. 또한, PCI 영향범위의 평균온도와 도시공원의 평균온도 차를 계산하여 PCI 효과를 산정하며, 마지막으로 PCI 영향범위 당 PCI 효과에 최소 PCI 영향범위를 곱하여 PCI 강도를 산출한다.
본 연구는 한정된 수의 공원을 대상으로 분석하였고, 각 공원의 규모나 내용적 특성이 다양하기 때문에 공원의 특성에 따른 온도저감 성능을 규명하는데 한계가 있다. 또한, 우리나라는 여름철에 운량이 많아 구득가능한 영상이 한정적이기 때문에 단일시점으로 분석하였다. 향후 연구에서 좀 더 많은 수의 공원을 포함하여 공원 유형에 따른 분석을 하거나 다양한 시점의 온도데이터를 활용할 수 있다면 보다 충실한 분석 결과를 도출할 수 있을 것이라 사료된다.
셋째, 도시공원과 주변환경 특성 DB를 구축한다. 마지막으로 PCI 지표와 도시공원 및 주변환경 특성과의 관계분석을 통해 온도저감을 위한 효과적인 도시공원 및 주변지역의 계획 및 관리방안을 제시한다. 분석에 활용한 자료는 Table 1과 같다.
이에 따라, 본 연구에서는 주변지역보다 온도가 낮은 공원을 ‘PCI(Park Cool Island)’라고 정의하고, 공원의 온도저감 성능을 계량화 하기 위해 PCI 영향범위, PCI 효과, PCI 강도를 지표로 선정한다.
전반적인 연구의 흐름은 Figure 3과 같다. 첫째, 지표면의 온도는 Landsat8 TIRS(Thermal Infrared Sensor) 영상을 분석하여 산출한다. 이때, 분석단위는 위성영상 해상도에 맞춰 30×30m Grid로 정하였다.
공원의 내부식생 지표는 초지식피율과 수목 식피율을 중심으로 분석한다. 초지식피율과 수목식피율은 환경부에서 제공하는 도시생태현황도를 활용하여 도출한다.

대상 데이터

불투수면적률은 환경부에서 제공하는 토지피복도의 대분류상 시가화건조지역을 추출하여 계산한다. 건물 관련 변수는 국토교통부에서 제공하는 건물통합정보의 속성데이터를 활용하여 구축한다.
수원시에서 제공하는 도시공원 위치정보와 환경부에서 제공하는 도시생태현황도를 기반으로 수원시에 존재하는 도시공원을 polygon 데이터로 구축한다.
연구 대상지로 경기도 수원시를 선정했으며, 대상지의 총 면적은 약 121㎢이다(Figure 1).
지표온도는 Landsat8 TIRS 영상의 10번 band를 활용하여 산출한다. 지표온도 추출을 위한 영상은 Landsat 위성의 촬영주기, 운량, 강우를 고려하여 수원시의 열환경 분석에 유효한 영상으로 선정한다. 선정된 영상은 NASA Landsat Science에서 제공하는 선형회귀식을 활용하여 지표온도로 변환한다(USGS, 2016).
지표온도 추출을 위해 Landsat 위성의 촬영주기, 운량, 강우를 고려하여 수원시의 열환경 분석에 유효한 2017년 8월 26일 영상을 사용하였다. 식 1과 식 2를 적용하여 계산한 결과, 수원시의 최고 지표온도는 42.

이론/모형

공원의 면적은 공원의 위치정보와 도시생태 현황도를 기반으로 구축한 공원의 polygon 데이터를 ArcGIS 프로그램의 Calculate Geometry tool을 활용하여 계산한다.
본 연구에서는 PCI 지표를 설명하기 위한 최적의 회귀식을 산출하기 위하여 독립변수의 투입방법 중 후진선택법을 적용하였다.
지표온도 추출을 위한 영상은 Landsat 위성의 촬영주기, 운량, 강우를 고려하여 수원시의 열환경 분석에 유효한 영상으로 선정한다. 선정된 영상은 NASA Landsat Science에서 제공하는 선형회귀식을 활용하여 지표온도로 변환한다(USGS, 2016). 식 1을 통해 얻어지는 온도는 절대온도이기 때문에 식 2를 적용하여 섭씨온도로 환산한다.

성능/효과

PCI 강도를 종속변수로 한 회귀식의 R²은 0.664이고, 유의한 설명변수는 공원의 면적 및 형태, 공원내부의 수목식피율과 초지식피율이 도출되었으며, 주변환경 특성지표는 도출되지 않았다(Table 4(c)). 각 요소의 상대적인 영향력은 수목식피율, 면적, 공원의 형태, 초지식피율의 순서로 나타났다.
또한, 주변 지역의 불투수면적률은 낮추고 용적률이 높은 건물을 배치하는 것이 도시 열환경 개선에 효율적이다. PCI 효과에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 표준화 계수의 절댓값이 가장 큰 불투수면적률로, 공원 주변지역의 불투수면적률을 낮추는 게 가장 중요한 것으로 분석되었다.
PCI 영향범위의 최솟값은 배다리공원(30m)에서 나타났고, 최댓값은 숙지공원(300m)에서 나타났으며, PCI 영향범위의 평균값은 93m이다. PCI 효과의 최솟값과 최댓값은 PCI 영향범위와 동일하게 배다리공원(0.18℃) 숙지공원(5.27℃)에서 나타났으며, PCI 효과의 평균값은 1.55℃이다. 마지막으로 PCI 강도의 최솟값은 PCI 영향 범위와 PCI 효과가 가장 작은 배다리공원(0.
664이고, 유의한 설명변수는 공원의 면적 및 형태, 공원내부의 수목식피율과 초지식피율이 도출되었으며, 주변환경 특성지표는 도출되지 않았다(Table 4(c)). 각 요소의 상대적인 영향력은 수목식피율, 면적, 공원의 형태, 초지식피율의 순서로 나타났다. 즉, PCI 강도를 높이기 위해서는 공원내부에 초지의 식피율보다 수목의식피율을 높이는 것이 효과적이며, 규모가 크고 단순한 공원을 조성하는 것이 유리하다.
717로 나타났다(Table 4(a)). 공원의 면적이 클수록, 공원내부의 수목식피율이 높을 수록 공원의 온도저감 영향이 넓은 범위까지 미치는 것으로 분석되었다. 또한, 공원주변에 건물을 배치할 경우, 건폐율보다 용적률을 높이는 것이 PCI 영향범위를 넓히는 데 유리한 것으로 나타났다.
도시공원의 PCI 영향범위를 설명하는 유의한 변수로 공원의 특성지표는 공원의 면적, 공원내부의 수목식피율이 도출되었고, 주변환경 특성 지표는 건폐율 및 용적률이 도출되었으며, 회귀식의 R²은 0.717로 나타났다(Table 4(a)). 공원의 면적이 클수록, 공원내부의 수목식피율이 높을 수록 공원의 온도저감 영향이 넓은 범위까지 미치는 것으로 분석되었다.
공원의 면적이 클수록, 공원내부의 수목식피율이 높을 수록 공원의 온도저감 영향이 넓은 범위까지 미치는 것으로 분석되었다. 또한, 공원주변에 건물을 배치할 경우, 건폐율보다 용적률을 높이는 것이 PCI 영향범위를 넓히는 데 유리한 것으로 나타났다. 표준화 계수에 의한 독립변수의 상대 적인 영향력은 공원의 면적이 절댓값 0.
그러나 이미 고밀의 개발이 이루어진 기성 도시에 대규모 공원을 조성하는 것은 한계가 있으므로 열환경 개선이 필요한 지역에 원 또는 사각형과 같은 단순한 형태의 공원을 조성해 주거나 이미 조성되어 있는 공원이더라도 내부의 수목식피율을 높여줌으로써 도시공원의 온도저감 성능을 높일 수 있다는 것을 시사한다. 또한, 도시공원 주변지역의 경우, 불투수면적률과 건폐율은 낮고 용적률은 높을수록 온도저감 성능을 높이는데 유리하다는 결과가 나타났다. 이는 도시공원의 주변지역에는 투수율이 높은 포장재를 사용하는 것이 유리하며, 건폐율이 낮고 용적률이 높은 건물을 배치하는 것이 도시의 열환경 개선에 보다 효과적이라는 것을 의미한다.
55℃이다. 마지막으로 PCI 강도의 최솟값은 PCI 영향 범위와 PCI 효과가 가장 작은 배다리공원(0.18℃)에서 나타났고 최댓값은 만석공원(1.13℃)에서 나타났으며, 평균값은 0.46℃이다.
주변환경 지표는 어떠한 도시공간에서 공원의 온도저감 효과가 증대 될 수 있는지 파악하기 위한 지표로, 불투수면적률, 건폐율, 용적률이 선정되었다. 매탄공원 주변지역의 불투수면적률이 가장 높고 달누리공원이 가장 낮게 나타났으며, 건폐율은 배다리공원, 용적률은 올림픽공원에서 높게 나타났다.
분석결과를 종합하면, 도시공원은 규모가 크고 원 또는 사각형과 같은 단순한 형태가 유리하며, 공원내부는 초지가 차지하는 면적보다 수목이 차지하는 면적을 넓게 조성하는 것이 주변 지역의 온도저감 성능을 높이는데 효과적이다. 이러한 결과는 규모가 크고 단순한 형태의 공원이 온도저감 효과가 크다는 선행연구 결과와 동일하게 나타났으며, 수목에 의한 열저감 효과를 산정한 연구와도 유사한 결과가 나타났다 (Chang et al.
「도시공원 및 녹지에 관한 법률」시행규칙 제 6조에 따르면 근린공원은 면적에 따라 근린생활권, 도보권, 도시지역권, 광역권으로 분류된다. 수원시에서 제공하는 공원의 위치정보와 도시 생태현황도를 기반으로 도시공원의 polygon 데이터를 구축한 후, 주변지역 온도저감에 영향을 미치지 않는 공원 또는 산지 및 하천과 인접한 공원을 제외한 결과, 근린생활권 공원 12개소, 도보권 공원 17개소, 도시지역권 공원 10개소, 광역권 공원 1개소로 총 40개소의 근린공원이 분석가능한 공원으로 선정되었다(Table 2, Figure 6). 선정된 공원의 총 면적은 5.
각 요소의 상대적인 영향력은 수목식피율, 면적, 공원의 형태, 초지식피율의 순서로 나타났다. 즉, PCI 강도를 높이기 위해서는 공원내부에 초지의 식피율보다 수목의식피율을 높이는 것이 효과적이며, 규모가 크고 단순한 공원을 조성하는 것이 유리하다.
68%이다. 초지식피율은 방죽공원이 가장 높고, 청소년 문화공원이 가장 낮은 것으로 분석되었다.
또한, 공원주변에 건물을 배치할 경우, 건폐율보다 용적률을 높이는 것이 PCI 영향범위를 넓히는 데 유리한 것으로 나타났다. 표준화 계수에 의한 독립변수의 상대 적인 영향력은 공원의 면적이 절댓값 0.800으로 PCI 영향범위에 가장 큰 영향을 미치는 요소로 나타났다.

후속연구

이 같은 선행연구 검토를 통해 공원이 도시의 열환경 개선에 기여하고 있음을 알 수 있으나, 대부분 온도저감 효과 또는 온도저감 범위만을 규명하거나 공원의 특성(규모, 형태, 내부식생) 중 일부만을 고려하고 있으며, 공원의 특성과 주변환경의 특성(토지피복, 건물관련 변수 등)을 복합적으로 고려한 연구는 미흡한 것으로 나타났다. 또한, 이미 많은 개발이 이루어진 도시에 새로운 공원을 조성하거나 이미 조성되어 있는 공원을 보다 효과적으로 개선하기 위한 방안이 필요한 것으로 나타났다.
본 연구는 한정된 수의 공원을 대상으로 분석하였고, 각 공원의 규모나 내용적 특성이 다양하기 때문에 공원의 특성에 따른 온도저감 성능을 규명하는데 한계가 있다. 또한, 우리나라는 여름철에 운량이 많아 구득가능한 영상이 한정적이기 때문에 단일시점으로 분석하였다.
또한, 우리나라는 여름철에 운량이 많아 구득가능한 영상이 한정적이기 때문에 단일시점으로 분석하였다. 향후 연구에서 좀 더 많은 수의 공원을 포함하여 공원 유형에 따른 분석을 하거나 다양한 시점의 온도데이터를 활용할 수 있다면 보다 충실한 분석 결과를 도출할 수 있을 것이라 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도시열섬은 무엇인가?	78℃ 상승하였다(IPCC, 2014). 도시지역의 경우, 지속적인 개발로 인해 녹지 및 수공간의 면적은 감소하고 건축물과 도로의 면적은 증가하여, 인접한 교외지역보다 2~5℃ 이상 더 높게 나타나는 ‘도시열섬(UHI, Urban Heat Islands)’이 발생하고 있다(Howard, 1833; Landsberg, 1981). 이와 같은 도시지역의 고온현상은 도시민의 열적 스트레스뿐 아니라 탈진 및 사망과 같은 공중보건 상 피해를 초래하기 때문에 이를 개선하기 위해 공원 조성, 가로수 식재, 옥상녹화 등 도시내 녹지의 면적을 증가시키기 위한 노력이 이루어지고 있다.
	도시지역의 고온현상을 개선하기 위해 이루어지는 노력은?	도시지역의 경우, 지속적인 개발로 인해 녹지 및 수공간의 면적은 감소하고 건축물과 도로의 면적은 증가하여, 인접한 교외지역보다 2~5℃ 이상 더 높게 나타나는 ‘도시열섬(UHI, Urban Heat Islands)’이 발생하고 있다(Howard, 1833; Landsberg, 1981). 이와 같은 도시지역의 고온현상은 도시민의 열적 스트레스뿐 아니라 탈진 및 사망과 같은 공중보건 상 피해를 초래하기 때문에 이를 개선하기 위해 공원 조성, 가로수 식재, 옥상녹화 등 도시내 녹지의 면적을 증가시키기 위한 노력이 이루어지고 있다.
	도시열섬 현상이 초래하는 것은 무엇인가?	도시지역의 경우, 지속적인 개발로 인해 녹지 및 수공간의 면적은 감소하고 건축물과 도로의 면적은 증가하여, 인접한 교외지역보다 2~5℃ 이상 더 높게 나타나는 ‘도시열섬(UHI, Urban Heat Islands)’이 발생하고 있다(Howard, 1833; Landsberg, 1981). 이와 같은 도시지역의 고온현상은 도시민의 열적 스트레스뿐 아니라 탈진 및 사망과 같은 공중보건 상 피해를 초래하기 때문에 이를 개선하기 위해 공원 조성, 가로수 식재, 옥상녹화 등 도시내 녹지의 면적을 증가시키기 위한 노력이 이루어지고 있다.

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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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