초록 ▼

도시화에 따른 생활환경의 악화, 특히 환경오염과 열적 스트레스의 증가는 인류가 해결해야할 큰 문제로 남아있다. 도시의 지속적인 발전을 위해서는 인간에 의한 개발 활동이 생활환경에 미치는 악영향을 최소한도로 억제할 필요가 있다. 우리나라를 포함하여 세계적으로 여러 나라에서는 도시 개발에 따른 영향을 미리 예측하고 대책을 마련하기 위하여 환경영향평가를 실시하고 있다. 우리나라의 기상환경영향평가는 환경영향평가내의 자연환경 5개 인자에 포함되어 수표면적의 증감, 수림대의 제거, 열 방출 등으로 인한 국지 기상 변화와 대책 마련을 마련하도록

도시화에 따른 생활환경의 악화, 특히 환경오염과 열적 스트레스의 증가는 인류가 해결해야할 큰 문제로 남아있다. 도시의 지속적인 발전을 위해서는 인간에 의한 개발 활동이 생활환경에 미치는 악영향을 최소한도로 억제할 필요가 있다. 우리나라를 포함하여 세계적으로 여러 나라에서는 도시 개발에 따른 영향을 미리 예측하고 대책을 마련하기 위하여 환경영향평가를 실시하고 있다. 우리나라의 기상환경영향평가는 환경영향평가내의 자연환경 5개 인자에 포함되어 수표면적의 증감, 수림대의 제거, 열 방출 등으로 인한 국지 기상 변화와 대책 마련을 마련하도록 하고 있으며 주로 오염의 저감 방안에 주안점을 두고 있다. 현재 시행중인 기상환경영향평가는 중점평가항목이 아니기 때문에 단시일(3일) 동안만 대상 지역을 조사하고, 변화의 기준이 되는 지표 선정이 안 되어 있으며, 정량적 변화의 예측과 판정이 불가능하다는 약점을 가지고 있다. 앞으로는 기상변화를 정량적으로 예측하는 모형과 시스템을 개발하여 활용함으로써 심의, 협의 기준을 정량화하고, 이를 바탕으로 제도적, 기술적 지침을 마련하여야 하겠다.
본 연구에서는 기상환경영향평가에 대한 현황 파악과 아울러 다음과 같은 실질적인 기술 개발을 수행하였다 즉, (1) 장 단기 기상관측을 통한 지표 형질 변화에 따른 영향 평가, (2) 상세 기상 진단 모형을 이용한 기상환경영향평가를 위한 상세지표 입력자료 생성 시스템 개발, (3) 열적 효과를 포함하는 상세 기상 진단 모형의 개발과 검증이 그것이다.
청계천 복원에 따른 지표 형질 변화가 대기 환경 변화에 미친 영향을 기상관측을 통하여 정량화한 결과 청계천 내부의 연평균 기온이 주변 지역보다 ${0.13^{\circ}C}$ 낮아짐을 확인하였으며, 거리에 따라 청계천 복원의 효과가 줄어듦을 관측하였다. 기온 하강의 시간적인 분포를 보면 아침 9시에 가장 큰 하강이 관측되었고, 15시까지 기온 하강의 폭이 줄어들었다. 18시부터 다음날 6시까지의 기온은 복원 후 약간 증가하였다. 습도의 경우 상대습도와 비습 모두 청계천 복원 이후 증가하였으며, 시간별로는 상대습도는 아침 9시에, 비습은 12-18시에 증가하였다.
대규모 지표변화에 따른 기상환경영향을 직접 관측하여 규명하기 위하여 은평뉴타운 개발지역에 대한 상시관측계획을 수립하여 기온과 습도를 매 15분마다 관측하고 있다. 개발지역내 9개 존치지역을 선택하여 백엽상을 설치하고 휴대용 온습도계를 이용하여 관측한 결과, 설치 지역별 식생과 고도의 차이에 따라 기온의 차이가 나타남을 확인하였다. 한편 도시대기의 연직구조와 개발지역의 열적 특성 등을 구명하기 위하여 라디오존데, 플럭스타워 등을 이용한 특별관측을 수행하였다.
2001년 3월부터 2002년 2월까지와 2006년 3월부터 2007년 2월까지 31개 자동기상관측에 의한 지표 근처 기온 자료를 이용하여 서울 지역 도시 열섬의 시 공간적 구조 분석 및 그 변화의 원인을 분석하였다. 서울의 도시 열섬 구조는 주간 보다는 야간에 더 강하게 나타나고, 특히 여름철에 가장 작게 발달하는 경향을 보였다. 강우량과 강우 일수 분석을 통해 서울의 도시 열섬 구조는 토지 이용 변화에 따른 인공열 변화의 영향 뿐 아니라 그 해의 기후적 특성에도 많은 영향을 받을 수 있음을 알 수 있었다.
전년도에 개발된 상세 기상 진단 모형을 활용하여 기상환경영향평가를 실제로 수행하기 위한 첫 단계로서 모형의 구동을 위하여 필수적인 지표자료를 손쉽게 생산할 수 있는 입력자료 생성 시스템을 개발하였다. 이 시스템을 이용함으로써 그동안 모형 구동의 큰 걸림돌이었던 지형 입력 자료의 생성이 단순해졌다. 국립지리원 등에서 획득한 수치지도를 이용하여 지형의 고도와 건물의 높이를 반자동적으로 생산, 편집하고 모형의 도메인과 해상도를 자유롭게 지정하여 입력 자료로 사용할 수 있게 되었다.
국지 도시 기후 변화의 메커니즘을 이해할 수 있도록 하기 위한 상세 기상 진단 모형은 전년도에 이어 계속 개발 중인 열적 효과를 포함한 전산유체역학(CFD) 모형으로, 반응 오염 물질(NO, $NO_2$, $O_3$)에 대한 간단한 광화학 과정과 수송 방정식을 포함하고 있다. 개선된 모형을 이용하여 도시 도로 협곡의 도로 외관비가 1일 때, 협곡의 길이가 무한대인 경우와 한정된 경우에 대하여, 지면가열의 강도를 순차적으로 달리하여 바람과 오염물질의 시간에 따른 변화를 모의하였다. 또한 협곡 바닥의 가열에 따른 협곡 내부의 불균등한 온도 분포가 내부의 흐름과 오염물질의 비산에 미치는 영향을 분석하였다. 이렇게 개선된 모형을 이용하여 청계천 복개 이전의 건물 배치와 위성 관측한 건물 옥상과 도로 바닥의 온도 자료를 이용하여 실제 도시 지역에서 나타나는 흐름과 오염물질의 분산을 수치 모의하였다. 실제 대기에서의 광화학 과정은 더 복잡하고 관측 결과가 없기 때문에 이 연구에서 사용한 모형을 실제 도시 지역 수치 모의에 사용하지는 못하였다. 하지만 본 모형은 가열 조건에 대해서는 실제 관측 자료를 사용하는 등의 장점이 있으므로 도시 계획에서 대기 환경 평가의 바탕이 되는 모형으로 사용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼

The increasing adverse impacts from urbanization, such as air pollution and heat stress, are very urgent and important issues in urban planning. The impacts on human health and living environment should be minimized to promote sustainable urban development. Environmental impact assessments (EIA) are

The increasing adverse impacts from urbanization, such as air pollution and heat stress, are very urgent and important issues in urban planning. The impacts on human health and living environment should be minimized to promote sustainable urban development. Environmental impact assessments (EIA) are performed in many countries around the world including Korea to predict and prepare the impacts during and after urban development procedures. Meteorological environmental impact assessment (MEIA) is conducted as one of the five natural element assessments of EIA in Korea. It requires to assess and prepare the impacts on local climate by certain development like changes in aquatic surface area, removal of a forest area, and emission of intense heat. It emphasizes on making plans for the reduction of environmental pollution rather than tracking changes in local climate itself. It has a lesser priority so that it requires short term (3-day) weather monitoring data. It is practically impossible to predict and judge the future climatic changes quantitatively because of the lack of standard indicators for the meteorological variations. It is required to develope models and systems for the quantitative prediction of meteorological changes and to standardize the variability indicators for the investigation and discussion of such changes.
We have studied following fields along with the present state of MEIA in Korea: (1) impact assessment from land use changes based on short- and long-term weather monitoring, (2) development of a 3-D topographic input data preparation system for MEIA based on high resolution meteorological diagnosis models and, (3) development and verification of a diagnosis model for the local meteorology including thermal effect.
The impact of changes in land-use was assessed over Cheonggye stream area by monitoring air temperature and relative humidity during and after the restoration. The yearly temperature over the stream was dropped ${0.13^{\circ}C}$ after the restoration and the temperature drop was diminished with the distance from the stream. The temporal changes of the temperature decrease were investigated: biggest drop at 9 AM and gradual decrease until 3 PM were observed whereas slight temperature increase was observed from 6 PM to 6 AM next day. Relative humidity (RH) and specific humidity (SH) were increased after the restoration: RH increased at 9 AM and SH from 12 PM to 6 PM.
Eunpyeong Newtown area was selected as a monitoring site for the effects of large scale land use changes due to the town development. Air temperature and relative humidity are being monitored every 15 minutes at nine locations, which are conserved during the development in the area. The temperature distribution shows vegetational and attitudinal variations. To investigate atmospheric profile of urban area and thermodynamic characteristics of the development site, one-week observation was performed using radio sondes find a flux station.
The changes in the spatial and temporal distribution patterns of the urban heat island (UHI) in Seoul, Korea, were investigated using the surface air temperature data measured at 31 automatic weather stations (AWSs) in the Seoul metropolitan area during two 1-year periods (March 2001 to February 2002 and March 2006 to February 2007). UHI in Seoul was stronger in the nighttime than in the daytime and its area was smallest during summer compared to the other seasons. By comparing the precipitation effects on UHI, we found that the structural change of UHI of Seoul during the period can be explained in two ways: changes in anthropogenic heat production in conjunction with the land use changes and climatological characteristics of the year.
As the first step to utilize the meteorological diagnosis model, which was developed previously, a 3-D topographic input data preparation system was developed. It simplifies the input data manipulation procedures, which were time consuming and tedious. It uses digital maps from National Geographic Information System (NGIS) to produce 3-D terrain and buildings semi-automatically. It makes it possible to edit the terrain and buildings and to produce numerical input data according to the model domain and resolution.
A computational fluid dynamics (CFD) model was developed and enhanced to simulate thermal effects to understand the mechanism of local scale climatic changes in urban environment. It also includes simple photochemistry and transportation equations for reactive pollutants (NO, $NO_2$, and $O_3$). It underwent an ideal case testing in which aspect ratio was set to 1.0 with and without bottom heating for thermal conditions. Two building configurations were considered, an infinitely long street canyon and a finitely long street canyon.
The effects of uneven temperature distribution by bottom heating in a street canyon was analyzed on changes of wind flow and dispersion of pollutants. By using the thermally enhanced CFD model and satellite building and road surface temperature before the Cheonggye stream restoration, flow and pollutant dispersion were simulated. Although the model does not include the complex photochemical reactions, it utilizes observed thermal loads so that it can be used as a basic model of atmospheric environmental impact analysis during urban planning procedures.

목차 Contents

• 표지...1
• 연구보고서...2
• 목차...3
• 요약문...17
• SUMMARY...19
• 제 1 장 서론...21
• 제 1 절 연구 배경 및 필요성...21
• 제 2 절 국내ㆍ외 연구 동향...23
• 제 3 절 연구 목적 및 내용...25
• 제 2 장 기상환경영향평가 기술 개발...27
• 제 1 절 상세기상진단 모형을 이용한 기상환경영향평가 시스템 기반 구축...27
• 1. CFD 모형을 이용한 기상환경영향평가 시스템 기반구축(II)...27
• 제 2 절 대규모 지표 형질 변경에 따른 기상환경영향평가: 신도시 건설시 고려되어야 될 주요 기상요소 분석...50
• 1. 은평구 대기 환경 조사...50
• 2. 청계천 복원에 따른 온습도의 장기 변화 연구...64
• 3. 서울시 도시 열섬 구조의 변화에 관한 연구...79
• 제 3 장 GIS를 이용한 고분해능 land use/type 자료 구축(I)...94
• 제 1 절 개요...94
• 1. 작업 흐름도...94
• 2. 개발 단계...94
• 제 2 절 ArchiCAD의 개발환경...95
• 1. 라이브러리 개발용 GDL(Geometric Description Language)...96
• 2. API 개발 Toolkit...97
• 3. ArchiCAD 기반의 응용 분야...97
• 4. 건설사 개발 사례 (공동주택 주거환경분석시스템)...97
• 제 3 절 개발 내용...98
• 1. 국립지리원 수치 정보체계의 분석...98
• 2. 작업에 필요한 라이브러리 제작...104
• 3. 추가정보 입력방식 정의...112
• 4. 정해진 출력 자료 생성...113
• 제 4 장 상세기상진단 모형 기반 기상환경영향평가 모형의 성능 향상 및 검증...116
• 제 1 절 서론...116
• 제 2 절 실험 설계...118
• 제 3 절 결과 및 토의...122
• 1. 무한대로 긴 도시 도로 협곡...122
• 2. 한정된 길이의 도시 도로 협곡...139
• 제 4 절 도시 지역 상세 기상 예측...147
• 1. 실험 설계...147
• 2. 결과 및 토의...150
• 제 5 절 결론...153
• 제 5 장 결론...162
• 제 1 절 연구 결과 종합...162
• 제 2 절 기대 효과 및 활용 방안...164
• 제 6 장 참고 문헌...166
• 부록 ArchiCAD에 기반한 정밀 수치 기상평가 모형 입력자료 생성 따라하기...173