[논문]도시숲과 가로수가 대기 흐름과 기온에 미치는 영향에 관한 수치 연구

강건; 최원식; 김재진

doi:10.7780/kjrs.2022.38.6.1.31

도시숲과 가로수가 대기 흐름과 기온에 미치는 영향에 관한 수치 연구
A Numerical Study on the Effects of Urban Forest and Street Tree on Air Flow and Temperature 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.38 no.6 pt.1, 2022년, pp.1395 - 1406

강건 (부경대학교 슈퍼컴퓨터센터) , 최원식 (부경대학교 지구환경시스템과학부 환경대기과학전공) , 김재진 (부경대학교 지구환경시스템과학부 환경대기과학전공)

초록
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본 연구는 대구 국채보상운동기념 공원 일대를 대상으로 수목이 주변 흐름과 기온에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위하여, 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 모델에 수목의 항력 효과와 냉각 효과를 반영하였고 현장 측정 결과와 비교하였다. 기상 유입 경계 조건은 기상청 국지예보모델(local data assimilation and prediction system, LDAPS) 자료를 사용하였다. 수목 유무에 따른 대기 흐름과 기온 분포를 조사하기 위하여, 수목이 존재하는 현재 상태와 수목이 존재하지 않는다고 가정한 상황에 대하여 수치 실험을 수행하였다. 수목이 없는 경우, 공원 내부에서는 장애물 영향이 작아 강한 풍속과 단조로운 흐름이 형성되었다. 기온은 풍속에 반비례하여 풍속이 강한(약한) 지역에서는 낮게(높게) 모의되었다. 반면, 수목이 존재하는 경우, 수목 항력(냉각) 효과는 식재 밀도가 높은 공원 내부의 풍속(기온)을 40 (5)% 이상 감소시켰고 공원 외부 지역까지 영향을 미쳤다. 또한 공원 내부에는 매우 복잡한 흐름이 형성된다. 도로변 근처에서도 가로수에 의해 풍속과 기온이 전체적으로 감소하지만, 수목에 의한 흐름 패턴 변화로 인해 오히려 풍속과 기온이 증가하는 지역도 발생했다. 수목 냉각 효과에 의한 기온 감소는 주간에는 4-6%였지만, 야간에는 1% 미만으로 미비했다. 수목 항력 효과에 의한 풍속 감소는 주·야간 모두 40% 이상 크게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated the effects of the urban forest and street trees on flow and temperature distribution in the Daegu National Debt Redemption Movement Memorial Park. For this, we implemented tree-drag and tree-cooling parameterization schemes in a computational fluid dynamics (CFD) model and validated the simulated wind speeds, wind directions, and air temperatures against the measured ones. We used the wind speeds, wind directions, air temperatures predicted by the local data assimilation and prediction system (LDAPS) as the inflow boundary conditions. To investigate the flow and thermal characteristics in the presence of trees in the target area, we conducted numerical experiments in the absence and presence of trees. In the absence of trees, strong winds and monotonous flows were formed inside the park, because there were no obstacles inducing friction. The temperature was inversely proportional to the wind speed. In the presence of trees, the wind speeds(temperatures) were reduced by more than 40 (5)% inside the park with a high planting density due to the tree drag (cooling) effect, and those also affected the wind speeds and temperatures outside the park. Even near the roadside, the wind speeds and temperatures were generally reduced by the trees, but the wind speeds and air temperatures increased partly due to the change in the flow pattern caused by tree drag.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Satellite image of (a) the target area (source: https://map.naver.com). The gray circles in (b) indicate the position of the 3D sonics (S1 and S2).
그림 Fig. 2. Three‒dimensional configuration of buildings and trees considered in this study.
그림 Fig. 3. The distributions of (a) trees, (b) their clear lengths, and (c) shrubs in the target area.
그림 Fig. 4. Time series of the measured and simulated temperatures (upper panel), wind speeds (middle panel), and wind directions (lower panel) at (a) S1 and (b) S2.
그림 Fig. 5. The distributions of the (a) wind speeds and (b) temperatures with streamlines at 1.0 m in the CFDFree (upper panel) and CFD-Tree cases (middle panel) at 17LST July 1, 2022. The lower panel is for the distributions of the relative change ratios of the wind speeds and temperatures.
그림 Fig. 6. The distributions of the wind speeds in the area of (a) ① and (b) ② in Fig. 5 in the CFD-Free (left panel) and CFD-Tree cases (middle panel). The right panel is for the distributions of the relative change ratios of the wind speeds.
그림 Fig. 7. The distributions of the (a) wind speeds and (b) temperatures in the area of ③ in Fig. 5 in the CFD-Free (upper panel) and CFD-Tree cases (middle panel). The lower panel is for the distributions of the relative change ratios of the wind speeds and temperatures.
그림 Fig. 8. The same as Fig. 5 except for the daytime (07LST–20LST) wind speeds and temperatures averaged during the target period.
그림 Fig. 9. The same as Fig. 5 except for the nighttime (21LST–06LST) wind speeds and temperatures averaged during the target period.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 도시숲과 가로수가 주변 흐름과 기온에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위하여 대구 국채보상운동기념 공원을 대상 지역으로 선정하였고 현장 측정을 수행하였다.
본 연구에서는 도시숲과 가로수가 주변 흐름과 기온에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위하여 대구 국채보상운동기념 공원을 대상 지역으로 선정하였고 현장 측정을 수행하였다.

제안 방법

CFD 모델에 수목 항력 효과와 냉각 효과를 반영하였고 대상 지역 내한 고층 건물 옥상(124 m)과 지상(2 m)에 설치된 3차원 풍향·풍속계 자료와 비교·검증하였다
CFD 모델의 건물과 지형, 수목에 대한 지표 경계 입력 자료를 생성하기 위하여 지리정보시스템(geographic information system, GIS)과 토지피복자료를 이용하였고, 현장 조사를 통해 세부적인 건물과 수목 높이를 수정하였다. 수치 도면 크기는 동서와 남북 방향은 1200 m로, 연직 방향은 1199 m로 설정하였다(Fig.
대상 지역은 대구 중구 국채보상운동기념 공원 일대로 선정하였고, 공원 내부에는 수천 그루의 교목과 수만 그루의 관목이 혼합되어 식재되어 있다. 건물과 지형, 수목에 대한 지표경계자료는 지리정보시스템, 토지피복자료, 현장 조사 등을 통해 구축하였다. 기상장에 대한 유입 경계 조건은 기상청 국지예보모델(LDAPS) 자료를 사용하였다.
도시숲과 가로수가 대상 지역 내의 평균 풍속과 기온에 미치는 영향을 조사하였다. 분석 기간(2022년 6월 30일부터 7월 3일) 중 주간(07~20시)과 야간(21시~익일 06시) 시간대의 평균 풍속과 기온을 비교하였다.
도시숲과 가로수가 평균 풍속과 기온에 미치는 영향을 조사하였다. Fig.
본 연구에서는 CFD 모델이 수치 모의한 기상장을 고층(124 m)과 지상(2 m)에 설치한 3차원 풍향·풍속계 자료와 비교·검증하였다
본 연구에서는 수목 유무에 따른 대기 흐름과 기온 분포를 조사하였고, 수목이 존재하는 현재 상태와 수목이 존재하지 않는다고 가정한 상황에 대하여 수치 실험을 수행하였다. 수목이 없는 경우, 공원 내부에는 비교적 강한 풍속과 서풍 계열의 흐름이 형성된다.
분석 기간 동안 흐름과 기온 분포 특성을 조사하였다. Fig.
수목이 흐름과 기온에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 수목이 식재되어 있는 현재 상태와 수목이 없다고 가정한 경우에 대한 수치 실험을 수행하여 비교·분석하였다.
격자 개수는 x, y, z 방향으로 각각 320, 320, 238개이다. 수치 적분 시간은 총 3,600초까지 수행하였고, 적분 간격은 1.0초로 설정하였다.

대상 데이터

건물과 지형, 수목에 대한 지표경계자료는 지리정보시스템, 토지피복자료, 현장 조사 등을 통해 구축하였다. 기상장에 대한 유입 경계 조건은 기상청 국지예보모델(LDAPS) 자료를 사용하였다. CFD 모델에 수목 항력 효과와 냉각 효과를 반영하였고 대상 지역 내한 고층 건물 옥상(124 m)과 지상(2 m)에 설치된 3차원 풍향·풍속계 자료와 비교·검증하였다.
본 연구는 도시숲과 가로수가 주변 흐름과 기온에 미치는 영향을 조사하였다. 대상 지역은 대구 중구 국채보상운동기념 공원 일대로 선정하였고, 공원 내부에는 수천 그루의 교목과 수만 그루의 관목이 혼합되어 식재되어 있다. 건물과 지형, 수목에 대한 지표경계자료는 지리정보시스템, 토지피복자료, 현장 조사 등을 통해 구축하였다.
도시숲과 가로수가 주변 흐름과 기온에 미치는 영향을 분석하기 위하여 대상 지역을 대구 중구 국채보상운동기념 공원을 중심으로 수평 1200 m 영역으로 선정하였다(Fig. 1).
CFD 모델에 수목 항력 효과와 냉각 효과를 반영하였고 대상 지역 내한 고층 건물 옥상(124 m)과 지상(2 m)에 설치된 3차원 풍향·풍속계 자료와 비교·검증하였다. 분석 기간은 2022년 6월 30일부터 7월 3일까지이다. 건물 옥상 위치에서는 주변 장애물 영향이 작기 때문에 CFD 모델이 배경장인 LDAPS 결과와 유사하였다.
본 연구에서는 도시숲과 가로수가 주변 흐름과 기온에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위하여 대구 국채보상운동기념 공원을 대상 지역으로 선정하였고 현장 측정을 수행하였다. CFD 모델에 수목의 항력 효과와 냉각 효과를 추가하였고 측정 자료를 이용하여 검증하였다.

데이터처리

이를 위하여 대구 국채보상운동기념 공원을 대상 지역으로 선정하였고 현장 측정을 수행하였다. CFD 모델에 수목의 항력 효과와 냉각 효과를 추가하였고 측정 자료를 이용하여 검증하였다. 수목이 흐름과 기온에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 수목이 식재되어 있는 현재 상태와 수목이 없다고 가정한 경우에 대한 수치 실험을 수행하여 비교·분석하였다.
도시숲과 가로수가 대상 지역 내의 평균 풍속과 기온에 미치는 영향을 조사하였다. 분석 기간(2022년 6월 30일부터 7월 3일) 중 주간(07~20시)과 야간(21시~익일 06시) 시간대의 평균 풍속과 기온을 비교하였다. 주간 시간대의 경우, 수목이 없는 경우에 공원 내부와 고층 건물 주변에서는 평균 풍속이 비교적 강했고 도로 협곡과 안락처 지역에서는 약하게 나타났다.

성능/효과

건물 옥상 위치에서는 주변 장애물 영향이 작기 때문에 CFD 모델이 배경장인 LDAPS 결과와 유사하였다. 지상 근처에서는 건물, 지형, 수목 영향을 반영하는 CFD 모델이 LDAPS에 비해 측정 결과와 유사하게 수치 모의하는 것을 확인하였다.

후속연구

그러나, 본 연구 결과에서 보였듯이 수목은 대기 흐름과 기온 분포에 큰 영향을 미친다. 따라서 보다 현실적인 도시 규모 모델링을 위해서는 수목의 효과를 반영해야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 대상 지역 내 수목의 특성을 교목과 관목으로만 구분하였다.
본 연구에서는 대상 지역 내 수목의 특성을 교목과 관목으로만 구분하였다. 향후, 보다 상세한 수종을 반영한다면 보다 개선된 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

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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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