도시공간의 3차원 물리적 환경특성이 대기온도에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

기후변화와 도시열섬현상으로 도시공간의 열환경에 대한 관심이 증가하고 있다. 열섬현상에 따른 폭염과 열대야는 온열질환을 유발하며 도시민의 건강을 위협하고 있다. 또한 2016년 여름 지속적인 폭염이 발생함에 따라 도시의 쾌적한 열 환경에 대한 도시계획 및 설계적 대안이 더욱 요구되고 있다. 도시 특유의 기후적 특성은 높은 개발밀도, 도로포장으로 인한 불투수면의 증가, 녹지면적의 감소, 인간활동에 따른 대기오염 등에 따른 결과로 알려져 있다. 그러나 최근 연구에서는 도시의 건조환경이 고층고밀의 형태로 이루어짐에 따라, 기존 연구에서 다루어지는 요소 외에 도시의 입체적 특성을 반영하기 위한 연구가 필요함을 시사하고 있다. 서울특별시의 경우, 산지가 많고 한강이 흐르고 있어 입체적인 지형을 지니고 있으며 높은 개발밀도로 인해 도시의 입체적 특성이 열 환경에 많은 영향을 미칠 수 있다. 더불어 2013년 정부 3.0의 등장으로 다양한 공공데이터가 개방됨에 따라 도시의 물리환경을 보다 구체적으로 다룰 수 있게 되었으며, 빅데이터 기술의 성장으로 실측을 통해서만 구축이 가능하였던 입체적 요소들이 컴퓨터 기술을 통해 구축이 가능하게 되었다. 이러한 시대적 변화에 따라 3차원 물리적 환경특성을 고려한 도시의 열 환경 분석은 보다 악화될 수 있는 도시기후에 대한 중요한 대안을 제시할 수 있다. 이와 같은 배경을 바탕으로 본 연구는 도시공간의 3차원 물리적 환경특성이 계절과 주간 및 야간과 같은 시간의 변화에 따라 도시 대기온도에 미치는 영향을 종합적으로 분석하여 도시계획 및 설계적 측면에서 개선안을 제시하는데 있다. 도시의 열 환경을 계절에 따라 나누어 분석하는 이유는 우리나라의 뚜렷한 사계절을 고려하기 위함이다. 본 연구는 다음과 같은 과정을 통해 진행하였다. 선행연구 고찰을 통하여 도시의 평면적 물리환경과 입체적 물리환경이 도시 대기온도에 미치는 영향에 대해 다룬 연구를 고찰하고 본 연구의 차별성을 밝혔다. 선행연구를 기반으로 도시 대기온도에 미치는 요소를 변수로 구축하였으며, 기상특성 및 표고, 평면적 물리환경, 건축물 용도, 입체적 물리환경으로 분류하였다. 각 변수 구축을 위해 이론적 배경을 바탕으로 ArcGIS 10, SK Tmap API 등의 프로그램을 활용하였다. 분석의 진행은 먼저 입체적 물리환경인 천공개폐율, 표면거칠기, 공극률의 지점별 특성을 살펴보았으며, 기초통계량 분석을 통해 변수의 특성을 알아보았다. 상관분석에서는 계절에 따른 종속변수와 독립변수의 상관성을 살펴보았으며, 다중회귀분석에서는 각 계절별 주간과 야간 모형에서 대기온도에 영향을 미치는 요소에 대해 알아보았다. 또한 입체적 물리환경을 다룬 모형과 선행연구에서 다루어진 평면적 물리환경을 다룬 모형의 결과와 설명력 비교를 통해, 입체적 물리환경이 기존에 다루어진 요소들만큼 도시 대기온도에 중요한 요소임을 밝혀냈다. 본 연구는 다음과 같은 시사점을 갖는다. 첫째, 여름철 폭염 저감과 열 쾌적성 향상을 위해서 도시의 입체적 물리적 환경 변수인 천공개폐율, 표면거칠기, 공극률 등을 도시개발, 도시정비, 그리고 지구단위계획과 같은 도시설계 기법에 고려할 필요가 있다는 점이다. 둘째, 도시공간의 통풍을 위한 바람통로의 형성은 대기온도 저감에 있어 효과적인 대안이 될 수 있다. 셋째, 일사량에 따른 기온상승을 조절하기 위한 알베도와 녹지의 활용이 필요하다. 넷째, 건축물 용도에 따른 인공열의 발생이 대기온도에 영향을 미치고 있다.; Climate change and the urban heat island phenomenon are increasingly important issues in urban thermal environments. However, there is a lack of research on the relationship between three-dimensional built environments and air temperature. Therefore, the purpose of this study is to provide policy suggestions that could be used to improve urban thermal environment by analyzing the effect of the three-dimensional built environment of an urban space on the urban air temperature according to changes in time (i.e., season, daytime, and nighttime). Using data from 236 automatic weather stations (AWSs) in Seoul, Korea, this study focused on three-dimensional builtenvironmentalvariablesandland use variables that affect air temperature in terms of season and time. The analysis results indicate that the sky view factor and porosity were lower in urban areas; higher values of the sky view factor and porosity are associated with lower air temperature. This study also indicates that the surface roughness is higher in urban areas, and higher surface roughness is associated with higher air temperature. These results suggest that urban design practices should consider the three-dimensional built environment when planning urban development and urban regeneration projects in order to improve the urban thermal environment.