[논문]GIS 자료와 CFD 모델을 이용한 수원시 지표 바람 특성 연구

강건; 김민지; 강정은; 양민준; 최석환; 강은하; 김재진

doi:10.7780/kjrs.2021.37.6.2.6

GIS 자료와 CFD 모델을 이용한 수원시 지표 바람 특성 연구
A Study on the Surface Wind Characteristics in Suwon City Using a GIS Data and a CFD Model 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.37 no.6 pt.2, 2021년, pp.1837 - 1847

강건 (부경대학교 환경대기과학과) , 김민지 (부경대학교 환경대기과학과) , 강정은 (부경대학교 환경대기과학과) , 양민준 (부경대학교 지구환경과학과) , 최석환 (수원시정연구원 도시공간연구실) , 강은하 (수원시정연구원 도시공간연구실) , 김재진 (부경대학교 환경대기과학과)

초록
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본 연구는 지리정보시스템과 전산유체역학 모델을 이용하여 수원시 전역을 대상으로 바람길을 조사하였다. 최근 10년간 수원 종관기상관측소(ASOS 119)에서 측정한 평균 풍속을 이용하여 16방위의 유입 풍향에 대한 수치 모의를 수행하였다. 수원시는 산악 지형으로 둘러싸인 분지에 위치하고, 수원시 서부와 남부에는 장애물이 적은 농경지와 호수 평지가 넓게 분포하고 있다. 수원시 중부에는 낮은 산과 언덕이 곳곳에 산재하고 있고, 넓은 도로들과 하천이 길게 형성되어 있다. 서풍(주풍)과 동풍(평균 풍속이 강한 풍향) 경우를 상세하게 분석하고 16방위 풍향 빈도수를 가중치로 사용하여 평균한 풍속 분포 특성을 분석하였다. 수원시의 상세 바람특징을 다음과 같이 요약할 수 있다. (1) 수원 북부 지역은 높은 산악 지형에 의해 복잡한 흐름이 형성되었고, 풍상측(풍하측) 산사면에서 강한(약한) 바람과 상승(하강)기류가 모의되었다. (2) 풍하측 산사면에서는 골짜기를 따라 바람길이 형성되어 주거지역으로 비교적 강한 기류가 유입되었다. (3) 강풍 지역이 수원 서부와 남부의 장애물이 없는 넓은 지역에서 모의되었다. (4) 도심지에서는 건물에 의한 마찰과 흐름 차단으로 인해 풍속이 감소하고 복잡한 흐름장이 형성되었다. 도심지 주거 지역의 바람길은 넓은 도로와 하천, 호수, 저수지 등 장애물이 적은 지역을 따라 형성되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated wind corridors for the entire Suwon-city area using a geographic information system and a computational fluid dynamics model. We conducted numerical simulations for 16 inflow wind directions using the average wind speeds measured at the Suwon automated synoptic observation system (ASOS) for recent ten years. We analyzed the westerly (dominant wind direction) and easterly cases (not dominant but strong wind speed) in detail and investigated the characteristics of a wind speed distribution averaged using the frequencies of 16 wind directions as weighting factors. The characteristics of the wind corridors in Suwon city can be summarized as; (1) In the northern part of Suwon, complicated flows were formed by the high mountainous terrain, and strong (weak) winds and updrafts (downdrafts) were simulated on the windward (leeward) mountain slope. (2) On the leeward mountain slope, a wind corridor was formed along a valley, and relatively strong airflow flowed into the residential area. (3) The strong winds were simulated in a wide and flat area in the west and south part of Suwon city. (4) Due to the friction and flow blocking by buildings, wind speeds decreased, and airflows became complicated in the downtown area. (5) Wind corridors in residential areas were formed along wide roads and areas with few obstacles, such as rivers, lakes, and reservoirs.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. The satellite image of the target area (from https://www.google.com/maps).
표 Table 1. The frequencies of 16 wind directions and the average wind speeds measured at the Suwon ASOS (ASOS 119)
그림 Fig 2. Three-dimensional configuration of buildings and topography around Suwon city.
그림 Fig 3. Wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level [5.0 m above ground level (AGL)] in the cases of the westerly inflow.
그림 Fig. 4. (a) Aerial image and (b) wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level (5.0 m AGL) in ① in Fig. 3 and (c) the wind vectors and distribution of wind speeds along X-Y in (b).
그림 Fig. 5. (a) Aerial image and (b) wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level (5.0 m AGL) in ② in Fig. 3.
그림 Fig. 6. (a) Aerial image and (b) wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level (5.0 m AGL) in ③ in Fig. 3.
그림 Fig. 7. As in Fig. 3, but the easterly inflow.
그림 Fig. 8. Wind vectors and contours of the vertical wind components at the surface level [5.0 m above ground level (AGL)] in (a) ① and (b) ② in Fig. 7.
그림 Fig. 9. Contours of non-dimensionalized wind speeds at 5.0 m AGL for 16 inflow wind directions.
그림 Fig. 10. Contours of wind speeds averaged over 16 inflow directions by using frequencies of 16 wind directions as weighting. The orange dotted lines indicate the places in which wind speeds are higher than the surrounding.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 수원시의 도시정책 수립에 기초 자료를 제공하기 위해 최근 10년간 수원 종관기상관측소에서 측정한 지상 기상 자료를 기반으로 수원시 전역의 바람길을 조사하고 평균적인 풍속 분포를 산출하였다. 이를 위하여 지리정보시스템(geographic information system, GIS)의 건물과 지형 자료를 이용하여 수원시 전역에 대한 지표면 입력자료를 구축하였다.

제안 방법

2%)순으로 높은 빈도가 측정되는 등 서~북서풍 계열이 우세하였다. 계절적 특성을 분석하기 위하여, 봄(3월, 4월, 5월), 여름(6월, 7월, 8월), 가을(9월, 10월, 11월), 겨울(1월, 2월, 12월)로 구분하였다. 봄에는 서풍(20.
본 연구는 수원시 전역을 대상으로 바람길과 평균적인 풍속 분포를 조사하였다. 이를 위하여 지리정보시스템의 건물과 지형 자료를 이용하여 수원시 전역에 대한 지표면 입력자료를 구축하고, 최근 10년간 수원 종관기상관측소(ASOS 119)에서 측정한 평균 풍속과 CFD 모델을 이용하여 16방위의 유입 풍향에 대한 수치 모의를 수행하였다.
10년 평균 풍속은 서~ 서북풍 계열과 동풍 계열이 비교적 강하고 북풍과 남풍이 비교적으로 약하게 나타났다. 본 연구에서는 수원시의 주풍향인 서풍과 풍향 빈도는 낮지만 풍속이 강한 동풍 경우에 대하여 상세 바람 특성을 분석하였고, 16방위 수치 모의 결과를 조합하여 수원시의 평균적인 풍속 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 총 16방위(북풍, 북북동풍, 북동풍, 동북동풍, 동풍, 동남동풍, 동남풍, 남남동풍, 남풍, 남남 서풍, 남서풍, 서남서풍, 서풍, 서북서풍, 북서풍, 북북서풍)의 풍향에 대해 수치 모의를 수행하였다. 유입류 풍 속은 수원 ASOS (ASOS 119)에서 2011년부터 2020년까지 측정한 풍향별 10년 평균 풍속(Table 1)을 로그 법칙의 참고 고도(10 m) 풍속으로 사용하였다.
수원시의 측정 바람 특성을 조사하기 위하여, 종관기상관측소에서 최근 10년(2011년~2020년)간 측정한 풍향과 풍향별 평균 풍속을 조사하였다. 수원 ASOS (ASOS 119)의 최근 10년 평균 풍향은 서~북서풍 계열이 전체 풍향 중 39%로 가장 우세하였다.
본 연구에서는 수원시의 도시정책 수립에 기초 자료를 제공하기 위해 최근 10년간 수원 종관기상관측소에서 측정한 지상 기상 자료를 기반으로 수원시 전역의 바람길을 조사하고 평균적인 풍속 분포를 산출하였다. 이를 위하여 지리정보시스템(geographic information system, GIS)의 건물과 지형 자료를 이용하여 수원시 전역에 대한 지표면 입력자료를 구축하였다. 최근 10년간 측정한 16방위별 평균 풍속과 CFD 모델을 이용하여 수치 모의를 수행하였다.
본 연구는 수원시 전역을 대상으로 바람길과 평균적인 풍속 분포를 조사하였다. 이를 위하여 지리정보시스템의 건물과 지형 자료를 이용하여 수원시 전역에 대한 지표면 입력자료를 구축하고, 최근 10년간 수원 종관기상관측소(ASOS 119)에서 측정한 평균 풍속과 CFD 모델을 이용하여 16방위의 유입 풍향에 대한 수치 모의를 수행하였다. 수원시는 도심지를 중심으로 북쪽, 동쪽, 서쪽에 산악 지형으로 둘러싸인 분지에 위치하고, 수원시 서부와 남부에는 농경지, 호수, 평지, 군공항 등 장애물이 적은 지역이 넓게 분포하고 있다.
이를 위하여 지리정보시스템(geographic information system, GIS)의 건물과 지형 자료를 이용하여 수원시 전역에 대한 지표면 입력자료를 구축하였다. 최근 10년간 측정한 16방위별 평균 풍속과 CFD 모델을 이용하여 수치 모의를 수행하였다. 이 논문은 총 4장으로 구성된다.

대상 데이터

본 연구에서는 CFD 모델의 건물과 지형 입력 자료를 생성하기 위하여 지리정보시스템(geographic information system, GIS) 자료를 이용하였다. 수원시 전역을 포함시키기 위하여, 수치 도면의 수평 규모를 15.

이론/모형

본 연구에서는 총 16방위(북풍, 북북동풍, 북동풍, 동북동풍, 동풍, 동남동풍, 동남풍, 남남동풍, 남풍, 남남 서풍, 남서풍, 서남서풍, 서풍, 서북서풍, 북서풍, 북북서풍)의 풍향에 대해 수치 모의를 수행하였다. 유입류 풍 속은 수원 ASOS (ASOS 119)에서 2011년부터 2020년까지 측정한 풍향별 10년 평균 풍속(Table 1)을 로그 법칙의 참고 고도(10 m) 풍속으로 사용하였다.

성능/효과

16방위 수치 모의 결과를 조합하여 수원시의 평균적인 풍속 특성을 분석하였고 요약하면 다음과 같다. (i) 수원시의 북부와 서부 동부 지역에 위치한 산등성이에 서 평균 풍속이 비교적 강하고 산사면에서 풍속이 약화 된다. (ii) 산 사이의 협곡과 골짜기에서는 벤츄리 효과와 바람길 형성으로 인해 풍속이 증가한다.
10). (ii) 산 사이의 협곡과 골짜기에서는 벤츄리 효과와 바람길 형성으로 인해 풍속이 증가한다(Ⓐ and Ⓑ in Fig. 10).
(ii) 산 사이의 협곡과 골짜기에서는 벤츄리 효과와 바람길 형성으로 인해 풍속이 증가한다. (iii) 수원시 서부와 남부 지역의 장애물이 없는 농경지와 평지에서는 가장 높은 풍속이 분포한다. (iv) 도심지 주거 지역에 서는 넓은 도로들과 하천, 호수, 저수지 등 장애물이 적은 지역을 따라 바람길 형성되고, 바람길을 따라 풍속이 강하게 유지된다.
(iii) 수원시 서부와 남부 지역의 장애물이 없는 농경지와 평지에서는 가장 높은 풍속이 분포한다. (iv) 도심지 주거 지역에 서는 넓은 도로들과 하천, 호수, 저수지 등 장애물이 적은 지역을 따라 바람길 형성되고, 바람길을 따라 풍속이 강하게 유지된다.
수원 ASOS (ASOS 119)의 최근 10년 평균 풍향은 서~북서풍 계열이 전체 풍향 중 39%로 가장 우세하였다. 10년 평균 풍속은 서~ 서북풍 계열과 동풍 계열이 비교적 강하고 북풍과 남풍이 비교적으로 약하게 나타났다. 본 연구에서는 수원시의 주풍향인 서풍과 풍향 빈도는 낮지만 풍속이 강한 동풍 경우에 대하여 상세 바람 특성을 분석하였고, 16방위 수치 모의 결과를 조합하여 수원시의 평균적인 풍속 특성을 분석하였다.
1)에서 2011년부터 2020년까지 측정한 풍향과 풍향별 평균 풍속을 조사하였다(Table 1). 수원 ASOS (ASOS 119)의 최근 10년간 평균 풍향은 서~북서풍 계열이 전체 풍향 중 39%로 가장 우세하였다. 주간(07시~18시)과 야간(19시~익일 06시)으로 구분하였을 때, 주간에는 서풍(17.

후속연구

본 연구는 수원시 전역의 바람길과 평균 풍속 분포 산출을 위한 수치 모델을 활용한 연구로써, 수원시 국토·도시·환경 계획 시 과학적 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다
본 연구는 수원시 전역의 바람길과 평균 풍속 분포 산출을 위한 수치 모델을 활용한 연구로써, 수원시 국토·도시·환경 계획 시 과학적 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 향후 연구를 통해 연구 방법에 대한 고도화가 필요하다. 예를 들어, 본 연구에서는 연직적으로 이상적인 유입경계 조건을 사용하였으나, 현실적인 유입경계 조건을 위해 중규모 모델과의 접합이 필요하고, 보다 현실적인 바람길 산출을 위해서는 산지와 도시숲, 가로수 등 수목의 항력 효과의 고려가 필요하다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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