초록 ▼

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 전산유체역학 모델을 이용한 도시 미규모 상세 흐름 특성 분석 개발
도시 지역에 존재하는 건물과 같은 지표 구조물들은 대기의 흐름에 대하여 중요한 외력으로 작용하며 다양한 크기의 난류를 발생시켜 복잡한 대기흐름패턴을 발생시키게 된다. 또한 지속적인 도시화로 인해 도시 지역 내 상세대기흐름은 매우 복잡해졌다. 따라서 도시 지역 내에서의 상세 대기유동장을 분석․진단하고 이에 기반한 기상정보를 생산하기 위해서는 우선적으로 도시구조물 주변의 난류를 대상으로 한 진단․분석기술의 개발이 필수적이다.국립기

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 전산유체역학 모델을 이용한 도시 미규모 상세 흐름 특성 분석 개발
도시 지역에 존재하는 건물과 같은 지표 구조물들은 대기의 흐름에 대하여 중요한 외력으로 작용하며 다양한 크기의 난류를 발생시켜 복잡한 대기흐름패턴을 발생시키게 된다. 또한 지속적인 도시화로 인해 도시 지역 내 상세대기흐름은 매우 복잡해졌다. 따라서 도시 지역 내에서의 상세 대기유동장을 분석․진단하고 이에 기반한 기상정보를 생산하기 위해서는 우선적으로 도시구조물 주변의 난류를 대상으로 한 진단․분석기술의 개발이 필수적이다.국립기상연구소 응용기상연구과에서는 이를 위해 고해상도 난류 수치모델개발을 위해 3차원 직접수치모사모델에 대한 검증 및 안정화 연구를 수행하였으며,큰에디 모사에 기반한 PALM (PArallized LES model) 모델의 기반을 구축하였다. 또한 도시지역 인공구조물을 가정한 인공 협곡에 대한 난류 흐름의 관측과 분석연구를 수행하여 RANS 모델을 이용한 인공 협곡과 주변의 난류흐름을 모사하였다.
2. 복합센서 관측자료를 이용한 도심 녹지 기상특성분석
도심 내 고해상도 관측망의 구축 및 유지관리를 통한 양질의 관측정보의 생산기술 확보 및 활용이 중요한 시점이다. 실제 도시상태에 대한 정밀한 측정과 분석을 통해 본 사업에서 개발중인 고해상도 도시기상 모델의 평가검증 및 특성파악에 활용 될 수 있다. 국립기상연구소에서는 2013년부터 강남 선릉 및 주변지역에 대한 복합센서 관측망을 구축하였으며, 기본 관측자료 분석을 통하여 도심지 내 녹지 존재에 따른 주요 기상요소별 도시기상 특성변화를 조사하였다.본 관측자료 분석을 통하여 도심지 내 녹지가 겨울철에도 주변 도심지역에 비해차고 신선한 공기를 생성시키는 도심지 내 저온핵의 역할을 하고 있으며, 이와 같은 열환경 조건에서 녹지 중심으로부터 도심지 로 향하는 바람성분을 관측할수 있었다. 녹지의 효과는 주간보다 야간에 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 흐린 날보다 맑은 날에 그 효과가 더 크게 나타났다. 특히 야간에는 풍속이 약할 때 도심과 녹지 사이의 기온차가 크게 나타났다
3. 도시캐노피모형의 고해상도 지표이용도 구축 및 활용 연구
GIS를 기반으로 WRF-UCM에서 사용가능한 고해상도(약 90m) 토지피복지도를 구축하였다. 이를 활용하여 WRF-UCM 모의 성능을 실험한 결과 폭염기간 동안의 높은 기온을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 또한 본 연구는 수도권지역을 대상으로 10년 간(2000-2009) 도시화로 인한 토지피복변화와 기후변화가 열 환경에 미치는 영향을 WRF-UCM을 이용하여 분석하였다. 10년 간 분석한 모든 지점에서 기후변화로 인해 고도 2m 지점의 기온이 1℃ 내외로 증가하였고, 도시지역으로 변한 지점은 기후변화 효과에 토지피복변화 효과가 더해져 야간 동안 최대4.23℃의 높은 기온 증가를 보였다. 토지피복변화는 지표 기온증가와 도시 열섬강도의 강화뿐만 아니라 현열플럭스의 증가 및 잠열플럭스의 감소에도 크게 기여하였다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. Analyzing characteristics of micro-scale atmospheric fluid in urban area by using the CFD model
Buildings act as one of major external forces against atmospheric flow and generate complex turbulent flow in urban area. Turbulence occurred around buildings in a city is a key issue

Ⅳ. Results
1. Analyzing characteristics of micro-scale atmospheric fluid in urban area by using the CFD model
Buildings act as one of major external forces against atmospheric flow and generate complex turbulent flow in urban area. Turbulence occurred around buildings in a city is a key issue for analyzing micro-scale atmospheric phenomena and advancing their related weather services in urban area. Three major works were conducted in this study. First, a three-dimensional DNS model was tested and stablized in order to develop micro-scale numerical model for the urban area. Second, we observed and analyzed the turbulent flow around certain artificial buildings with various meteorological sensors and compared the characteristics of turbulence with the CFD_NIMR_SNU model output. Lastly, a basic research for PALM, which is one of the most stable LES model, was performed to investigate trends of the LES model development.
2. Meteorological characteristics in urban green area
Urban green area(space), such as forests or parks, is well known to reduce urban heat island effect by preventing incoming solar radiation from heating the surrounding buildings and surfaces. In this study, we analyzed the field measurements conducted around Seolleung Park in Seoul, and found that the temperatures in the park were relatively lower than the ones in building area.Temperature differences between green area and building area on clear and cloudy day were respectively 0.4℃ and 1.0℃ on daytime, and 2.0℃ and 1.2℃ on nighttime. This result suggest that a cooling effect caused by green area is greatest at nighttime of clear day. The temperature difference between the two regions also affects from wind direction and increase on nighttime when the wind speed is less than 1 m/s. Relative humidity is higher in the green area than the building area during the field observation, and the difference between the two areas is largest at summer and autumn.
3. High resolution land-use for WRF-UCM
A high resolution land-use is essential to improve the prediction accuracy the numerical model which can simulate the atmospheric flow in urban area.In this study, we adopted the land-use of 90 m resolution to operation of the WRF-UCM, and, found that, for a heat wave case of August 2012, a temperature field over 2 m height is more accurate in the detailed map than in the previous version of the surface information. By using two land-use maps of capital area of Korea on 2000 and 2009, WRF-UCM can be used to investigate a change of heat environment caused by urbanization in Seoul for the 10-year time window. The results show an increase of near-surface temperature for all stations being compared with model output and observations, and this fact is closely related with the increase of 2.18% in the land-use type categorized into urban. This temperature increase is more clarified at nighttime, and this urban temperature modification called as urban heat island(UHI) effect. The change of the land-use type between the 10-year time gap also made a large contribution to the increase of sensible heat flux but to decrease of latent heat flux.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구보고서 ... 3
• 목차 ... 4
• 표목차 ... 7
• 그림목차 ... 8
• 요약문 ... 14
• Summary ... 19
• 제1장 서론 ... 24
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 24
• 제2절 국내·외 연구 동향 ... 27
• 제2장 도시·농림기상 핵심모델 개발 ... 29
• 제1절 3차원 직접수치모사모델의 검증 및 안정화 ... 29
• 1. 3차원 직접수치모사모델 검증 ... 29
• 2. 3차원 직접수치모사모델 안정화 ... 34
• 제2절 큰 에디 모사 기반의 상세기상 전산유체역학 모델 기반 구축 ... 37
• 1. 큰 에디 모사 기반의 PALM 모델 소개 ... 37
• 2. 큰 에디 모사 기반의 PALM 모델 구축 및 모의 ... 40
• 제3절 관측 자료를 이용한 전산유체역학모델 검증 ... 44
• 1. 관측 개요 ... 44
• 2. 인공 바람장 자료 분석 ... 46
• 3. 전산유체역학모델을 이용한 인공협곡 모의 ... 62
• 제4절 2014년도 수도권 도시기상 집중관측 ... 71
• 1. 관측개요 ... 71
• 2. 관측결과 ... 72
• 제3장 환경변화에 따른 도시기후 분석기술 개발 ... 87
• 제1절 도시기후 시뮬레이터를 이용한 기후영향 분석 ... 87
• 1. 도시기후 시뮬레이터와 태양복사모델(SOLWEIG) 결합을 위한 기반연구 ... 87
• 2. 도시기후분석용 고해상도 도시건물 및 지면자료 구축 ... 104
• 제2절 서울시 강남 지역 빌딩 및 식생영역 고밀도 관측망 운영 및 자료 분석 ... 119
• 1. 강남 선릉 지역 도시기상 관측망 운영 ... 119
• 2. 도심 내 녹지 주변 지역의 기상요소 변화 분석 ... 126
• 제3절 도시캐노피모델의 지면과정 개선을 위한 입력자료 구축 ... 131
• 1. WRF-UCM 고해상도 지표이용도 구축 ... 131
• 2. 고해상도 지표이용도 적용에 따른 도시지면 물리과정 개선 ... 141
• 3. 고해상도 지표이용도를 활용한 도시의 열 환경 변화 연구 ... 154
• 제4장 요약 및 결론 ... 176
• 참고문헌 ... 178
• 부록 ... 182
• 도시농림모델 고도화 (Ⅲ) ... 184
• 부록 2. (용역과제)한독공동 도시미기후 시뮬레이터 개발 II ... 320
• 부록 3. 주요 국가별 작황 감시체계 현황 ... 338
• 끝페이지 ... 403