[국가R&D연구보고서]국지 기상 특성 진단 및 기상환경영향평가 기술 개발 연구 (III) Diagnosis of Characteristics of Local Meteorology and Development of Techniques for the Meteorological Environmental Impact Assessment (III)원문보기
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 단시일(3일) 동안의 대상 지역 조사, 변화의 기준이 되는 지표 선정 미비, 정량적 변화의 예측과 판정이 불가능하다는 등의 약점을 가지고 있다. 앞으로는 개발에 따른 기상변화를 정량적으로 예측하는 모형과 시스템을 개발하여 심의 및 협의 기준을 정량화하고, 이를 바탕으로 제도적ㆍ기술적 지침을 마련하여야 하겠다. 본 연구에서는 기상환경영향평가에 대한 현황 파악과 아울러 다음과 같은 실질적인 기술 개발을 수행하였다. 즉, (1) 장ㆍ단기 기상관측을 통한 지표 형질 변화에 따른 영향 평가, (2) 열적 효과를 포함하는 상세 기상 진단 모형의 성능 향상과 검증, (3) 상세 기상 진단 모형 자동 구동 및 표출 시스템 개발이 그것이다. 청계천 복원에 따른 지표 형질 변화가 열 환경 변화에 미친 영향을 정량적으로 분석하기위해 인지온도(Perceived Temperature)를 사용하였다. 인지온도 분석결과청계천 내부와 청계천으로부터 66 m 떨어진 성동기계공업고등학교까지 청계천의 복원에 의해 열 환경이 개선되었음을 확인하였다. 대규모 지표변화에 따른 기상환경영향을 직접 관측하여 규명하기 위하여 은평뉴타운 개발지역에 대한 상시관측과 특별관측을 수행하였다. 기온 분포 변화, 개발에 따른 거칠기 변화 등을 분석하고 플럭스 관측 시스템을 구축하였다. 분석 결과 기온 분포와 거칠기 변화에서 도시화 효과가 나타나고 있는 것을 확인하였다. 은평 뉴타운 개발지역의 토지 이용 변화에 의한 국지 기후 영향평가를 위해 기온의 시공간 분포와 도로 협곡의 바람 흐름을 분석하였다. 서울의 서북부 지역의 1998년에서 2007년까지의 10년 평균 기온은 서울 지역 31 AWS의 기온보다 낮았다. 상세 기상 진단 모형의 수치 모의실험 결과, 지면 가열이 없는 경우에도 지형구조가 복잡한 지형에서는 바람장의 변화가 크게 나타났으며 건물의 벽면이나 바닥의 가열이 있을 경우에는 온도장의 변화에 의한 국지순환이 추가적으로 발생하였다.열역학 방정식을 포함한 계산 유체 역학 모형을 이용하여 옥상 냉각이 도시 도로 협곡의 흐름과 오염 물질 분산에 미치는 영향과 서울 지역의 국지 순환을 분석하였다. 옥상 냉각 효과를 알아보기 위해 무한히 긴 도시 도로 협곡, 유한한 길이의 도시 도로 협곡, 정육면체 건물의 격자 모양 배치, 실제 서울 도심 지역을 실험 대상으로 하였다. 건물에 옥상 냉각효과를 주었을 때 도시 협곡 내 온도와 오염도는 하강하며 냉각 강도가 증가할수록 온도 하강 폭과 농도의 감소폭이 증가함을 확인하였다. WRF를 이용한 서울 은평구 국지순환을 모의하고 관측결과와 비교한 결과 지상 기압장 및 바람장을 잘 모의 한 것으로 나타났다. 상세기상진단 모형의 효율적 운용과 유용성을 높이기 위해 3차원 자료처리 기술을 기반으로 한 표출 소프트웨어 개발을 통하여 모델 계산결과를 가시화 시켰다. 이 시스템을 이용하여 2차원 연직 자료와 시계열, 원하는 고도의 자료 추출이 단순해졌다.
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)
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, however, on making plans for the reduction of environmental pollution rather than tracking changes in local climate itself. It has a lower 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 ndicators for the meteorological changes. It is required to develope a model system for the quantitative prediction of meteorological changes and to standardize the variability indicators for the investigation 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) improvement and verification of a diagnosis model for the local meteorology including thermal and cooling effects. (3) development of a graphic output system for the high resolution meteorological diagnosis model. The impacts of land use changes by the restoration of an inner-city stream were assessed using perceived temperature (PT). The analysis of PT indicates that the improvement of thermal environment due to the restoration extended as far as 66 m from the stream. Eunpyeong newtown area was selected as a monitoring site for the effects of large scale land use changes due to the town development. Long-term monitoring and intensive observations were made in the experiment area during the development. Air temperature, fluxes, wind fields, and net radiation were observed. Through the analysis of air temperature and roughness length, it was revealed that the urbanization effects strengthened in the experiment area as time went on. The spatial and temporal distribution of temperature and wind flow in street canyons were analyzed to assess the impacts on local meteorology of the land use changes in the Eunpyeong experiment area. The 10-year mean emperature from 1998 to 2007 at the northwest region of Seoul was lower than the mean temperature of Seoul. Based on the results of the Computational Fluid Dynamic (CFD) model, the changes of the wind fields varied critically by the complex buildings and topography even if the surface heating was not considered. When the roofs and walls of the buildings and the bottoms of the street canyons were heated, it induced local circulations by the changes of the temperature fields. An impact of a rooftop cooling on a flow and pollutant dispersion in an urban street canyon using a CFD model including a thermodynamic energy equation and a local circulation in Seoul are investigated. For this, we employ ainfinitely long street canyon, a finitely long street canyon, cubic building array, and the Seoul metropolitan area. The rooftop cooling is set for the air above the rooftop to have lower temperature than the ambient air temperature. In the canyon with the rooftop cooling, the temperature and pollutants concentration decreases more strengthen as the cooling intensity decreases. Local circulations in the Seoul and Eunpyeong region are investigated under weak synoptic-scale forcing using WRF (Weather Research and Forecasting) V3 model. The simulated synoptic fields and surface winds by the mesoscale model are well matched to the observations. The graphic output system for the CFD model was developed for the data analysis. This system users can easily visualize and analyze the time series data and 2D vertical profiles.
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