대구지역의 하절기 장·단파복사 관측
오호엽*,최동호**,이부용***
*대구가톨릭대학교 대학원 건축학과([email protected]),**대구가톨릭대학교 건축학부([email protected]) ***대구가톨릭대학교 환경과학과([email protected])
Observat
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onofLongandShortWaveRadi
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ngSummerSeason
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nDaeguArea
Oh,Ho-Yeop*,Choi,Dong-Ho**,Lee,Bu-Yong***
*Dept.ofArchitecture,GraduateSchool,CatholicUniversityofDaegu([email protected]), **Dept.ofArchitecture,CatholicUniversityofDaegu([email protected]),
***Dept.ofEnvironmental.Science,CatholicUniversityofDaegu([email protected])
Abstract
Thisstudyobserveddownwardlong andshort-waveradiantenvironmentwithselecting4areaswhichhave differentheightin downtown and 1suburban area to figureoutthecharacteristicofradiantenvironmentin each altitude.The purpose ofthis study is to collectthe preliminary data for interpreting urban thermal environmentin summerseason by analyzing thermalcharacteristicofatmospherein theupperofdowntown. Theresultsofthisstudy areasfollows.1)Thehigheraltitudehasthelowertemperature,and temperature difference was more hugein day time than nighttime. 2)The shortwave radiation according to altitude washigherasaltitudewashigh. 3)Generally,thehigheraltitudehasthelowerairtemperature,andalsothe higheraltitudehasthelowerdownwardlong waveradiationby theatmosphericradiation. 4)Theratioshort waveradiationoflongwaveradiationwaslowerasaltitudewashigh.Andtheurbanizationeffectwashigher astheratiowaslow.
Keywords :복사관측(Radiation observation),장파복사(Long wave radiation),단파복사(Shortwave radiation), 도시복사(Urbanradiation)
1.서 론 지금까지 도시화에 따른 열적효과를 평가 한 관측연구들은 주로 기온관측을 중심으로 이루어졌으며,이렇게 기온을 중심으로 한 도시 열환경 관측은 도시 혹은 지역간의 상 대적인 기온비교와 해석이 주류를 이루어왔 다.이것과는 다른 접근방법으로는 도시의 복사환경 관측을 통한 해석으로,복사환경의 관점에서 단파복사와 장파복사의 각 성분별
한국태양에너지학회
VOL. 32, NO.1, 2012.3.29~30 대구EXCO
관측데이터를 바탕으로 한 도시화의 효과에 대한 연구를 들 수 있다.이러한 연구로는 도 시지역의 장·단파복사 관측을 통해 지역별 열특성을 해석한 연구1)-5)가 발표되고 있다. 본 연구는 그 후속연구로서 도심상부 대기의 열특성을 고도별 하향 장·단파복사량 관측을 통해 해석함으로서 하절기 도시의 열환경 형 성특성을 분석하였다.도심지역의 고도별 복 사환경특성을 파악하기 위해 도심 내 높이가 상이한 3곳의 관측장소를 선정하여 고도별 복사환경을 관측하였으며,이에 대한 보다 객관적인 해석을 위해 이들보다 현저히 높은 위치(산 정상)와 도시외곽지(교외지역)에서 관측을 수행하였다.그리고 복사의 특징을 보다 면밀하게 조사하기 위해 관측지점을 크 게 둘로 양분하여 도시를 중심으로 한 관측 과,도심과 교외를 비교한 관측으로 구성하 여 진행하였다. 2.관측개요 2.1관측장소 본 연구에서는 대구광역시 중심부 과밀지 역 내에 위치한 3곳과 이들보다 현저히 높은 위치(도시 내 산 정상)1개소,그리고 도시고 유의 복사열특성을 파악하기 위해 교외지역 1개소를 관측 장소로 선정하였다.먼저,도심 과밀지역 내 3관측점은 지상주차장(한국전 력,해발고도 51m,이하 ‘도심1’로 칭함)과 주 변이 열려 있고 일사 관측조건이 양호한 아 파트 옥상1(현대하이페리온,해발고도 144m, 이하 ‘도심2’로 칭함),아파트 옥상2(대구 수 성 두산위브더제니스,해발고도 240m,이하 ‘도심3’로 칭함)를 선정하였다.그리고 이들 3 지점은 반경 500m 범위 안에 있으며 이들로 부터 약 6km 떨어져있고 상대적으로 고도가 높은 대덕산 정상(해발고도 520m,이하 ‘도 심4’로 칭함)으로 구성하였다. 한편,이 도심관측지점에서 약 20km 동쪽 도시 외곽에 위치한 교외지역(경북 경산시 그림 1.관측지점의 위치와 해발고도(구성A) 그림 2.관측지점의 위치와 해발고도(구성B) 하양읍 소재 대학캠퍼스,이하 ‘교외1’로 칭 함)을 관측대상지로 선정하였다.아울러 이 들 관측에 대한 비교해석으로 대구기상대 관 측 자료를 참조자료로서 활용하였다.각 관 측위치에 대한 자세한 사항은 그림1,그림2 에 나타내었다. 2.2관측항목 관측지점별로 조립식 앵글로 받침대를 제 작하고 그 상부에 기온,상대습도,단파복 사,장파복사 장비를 설치하여 관측하였다 (그림3).기온과 상대습도 관측을 포함하여 주야간 대기의 열적 상태를 포함한 종합적 인 복사환경을 파악하기 위하여 하향단파 복사계와 하향장파복사계를 사용하였다.그 리고 관측데이터에 대한 신뢰성 확보를 위 하여 관측장비에 대한 일괄적인 보정을 실 시하였으며,각 장비에 대한 제원을 표1에 나타내었다.아울러,대기상태의 확인을 위 해 도심4(대덕산 정상)에 고정식 카메라를 설치하였다.
그림 3.관측장비 설치 전경(도심4) 표 1.관측기기 및 관측위치 측정 항목 관측기기 관측위치 기온
HMP45-L34 /VAISALA T-type 열전대, 온습도로거(SK-L200THⅡ) 지상 1.5m 높이 표면 온도 T-type열전대 각 지점 표면 흑구 온도 Globe0420/SATO 온습도로거(SK-L200THⅡ) 지상 1.5m 높이 상대 습도 HMP45C –L34/VAISALA 온습도로거 (SK-L200THⅡ) 지상 1.5m 높이 단파 복사
CMP6/Kipp& Zonen Li200X /CampbellScientific 지상 1.5m 높이
장파 복사
CGR3/Kipp& Zonen 지상 1.5m 높이 받침 대 1m*1m*1.5m(가로*세로*높이)조립식 앵글 지상 1.5m 높이 기록
장치 DataLoggerCR1000/CampbellScientific
2.3관측환경 관측장소는 총 5개의 지점으로 선정하였고, 도시 복사환경을 효과적으로 비교,분석하기 위하여 2가지 구성(구성A,구성B)으로 관측 하였다.각각의 구성은 4개의 관측지점으로 하였다.구성A는 고도에 따른 복사환경 해석 을 위하여 4개의 도시 내부 관측지점들(도심 1～도심4)로 구성하였다.그리고 구성B는 도 시와 교외의 복사환경 비교를 위한 것으로 관측지점(도심1,3,4,교외1)을 선정하였다.관 측데이터는 1분 단위로 로거에 저장하였으 며,본 논문에서는 자료의 신뢰성 확보와 변 화 경향을 알기 쉽게 하기 위해 각 시각에서 의 30분(전후 15분)이동 평균한 값으로서 분석하였다. 관측기간 구성A는 2011.07.21～2011.09.17 의 58일간,구성B는 2011.09.18～2011.09.30의 10일간 관측이 이루어졌다.본 논문에서는 이들 관측기간 중 전형적인 고온의 하절기 기상특징이 나타난 9월 7일(구성A)과 9월 22 일(구성B)을 각각의 대표일로 선정하여 해석 하였다. 3.관측결과 및 고찰 3.1관측기간의 기상상태 대구기상대 관측자료에 의하면 관측기간 (2011.07.21～2011.09.30)에 대한 기상상태는 강우일은 전체관측기간 72일 중 13일,운량3 이하의 맑은 날은 16일 이었다.구성A에서는 맑은 날 8일중 하루(9월 7일)를 대표일로 선 정하였고,구성B에서는 맑은 날 8일중 하루 (9월 22일)를 대표일로 선정하여 고온의 하 절기 기상특징이 파악될 수 있도록 하였다. 3.2기온분포 각 지점에서 관측된 기온을 그림4,5에 나 타내었다.각 관측지점과 대구기상대 관측 기온데이터의 시계열 특성은 고도가 높을수 록 최고기온이 낮게 나타나는 경향을 볼 수 있었으며,주간의 경우 도심1과 도심2의 중 간정도에서 대구기상대 기온이 형성되었고, 야간에는 이들보다 약간 높은 경향을 나타내 었다.기온의 시계열 분포에서 알 수 있는 바 와 같이 주간의 경우 도심1,도심2,도심3,도 심4의 순으로 고도가 높을수록 기온이 낮게 나타났으며,야간은 주간에 비해 기온차이가 작았다.도심과 교외의 기온 비교(구성B)에 서는 교외1을 제외한 지점들의 일반적인 변 화경향은 구성A와 유사하게 나타났으나 교 외지역인 교외1은 도심과는 차별화된 형태로
최고기온은 도심보다 빨리 나타났고 그 시각 이후에는 급속하게 기온이 하강하였으며 야 간에는 도심4보다 고도가 낮음에도 불구하 고 현저히 낮은 기온이 계속되었다. 그림 4.각 지점별 기온분포(구성A,2011.09.07) 그림 5.각 지점별 기온분포(구성B,2011.09.22) 3.3복사환경 3.3.1단파복사 대표일의 도심내 관측지점간의 단파복사 (구성A)관측결과를 그림6에 나타내었다.고 도별 단파복사량은 정오기준 도심4(934W/ ㎡),도심3(919W/㎡),도심2(908W/㎡),도심 1(886W/㎡)의 순으로 높게 나타나,고도에 따른 유의할 정도의 차이가 확인되었다.또 한,도심관측지점과 교외지역간의 단파복사 비교(구성B)에서는 교외1은 도심1과 유사한 수준의 복사량이 관측되었으며 고도가 높은 도심의 두 지점들에 비해서는 상대적으로 낮 은 값을 나타내었다(그림7). 그림 6.각 지점별 단파복사량(구성A,2011.09.07) 그림 7.각 지점별 단파복사량(구성B,2011.09.22) 3.3.2장파복사 대표일의 도심내 관측지점간의 장파복사 (구성A)관측결과를 그림8에 나타내었다.장 파복사 최고값은 도심1(632W/㎡ ,고도51m), 도심2(582W/㎡ ,고도144m),도심3(551W/㎡ ,고도240m),도심4(521W/㎡ ,고도520m)의 순으로 고도가 높아짐에 따라 그 값은 낮게 나타났다.이렇게 낮게 나타나는 이유는 고 도가 높아짐에 따라 대기의 온도가 낮아져 그에 따른 하향 장파복사량이 감소하기 때문 인 것으로 풀이된다.일몰이후 야간시간대에 는 주간과는 달리 각 지점간에 큰 차이가 나 타나지 않았으며 일출직전에는 거의 동일한 값을 나타내었다.장파복사도 태양복사의 영 향을 받아 단파복사와 같이 일변화가 나타나 는 것을 확인할 수 있었다. 한편,도심과 교외지역간의 장파복사 비교 (구성B)에서는 교외1은 도심에 비해 피크값
에 도달하는 시각이 빨리 나타나고 그 이후 하강추세가 도심들에 비해 급속하게 나타났 으며,일출이후까지 현저히 낮게 나타나는 현상이 지속되었다(그림9).이러한 현상은 교 외지역의 상층대기가 도심지역에 비해 빨리 가열되고 빨리 냉각되는 대기특성이 있음을 확인할 수 있는 결과로 풀이된다.야간기온 의 경우 고도가 현저히 낮은 교외1이 고도가 높은 도심4보다 크게 낮은 기온(일출직전 시 점기준 약 4～5℃의 기온차)을 나타내고 있 는 것으로도 이러한 현상을 설명할 수 있다. 그림 8.각 지점별 장파복사량(구성A,2011.09.07) 그림 9.각 지점별 장파복사량(구성B,2011.09.22) 3.3.3장·단파복사환경 해석 각 관측지점별 단파복사와 장파복사를 비 교해보면,구성A의 경우 관측값의 품질이 양 호한 11:00～12:00 사이의 복사량으로부터 장·단파복사비율을 계산하였다.각 관측지점 별 장파복사에 대한 단파복사의 비율은 도심 4(1.85),도심3(1.75),도심2(1.63),도심1(1.50) 의 순으로 높게 나타나 고도가 높아질수록 그 비율은 낮은 것으로 파악되었다.한편 구 성B의 경우 11:00～14:00 사이의 관측값을 활용한 장파복사에 대한 단파복사의 비율은 도심4(1.79),도심3(1.73),교외1(1.65),도심 1(1.44)의 순으로 나타나 장·단파복사 비율에 서는 도심과 교외에 따른 효과보다는 고도에 따른 효과가 큰 것으로 확인되었다. 4.결 론 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다. (1)도심의 관측지점별 기온분포는 고도가 증가하는 도심1에서 도심4의 순으로 고 도가 높아질수록 기온이 낮게 나타나는 것으로 확인되었으며 주간이 야간에 비 해 기온차이가 더 크게 나타났다.한편, 도심과 교외지역간의 비교에서 교외지 역은 도심과는 차별화된 형태로 최고기 온은 도심보다 일찍 도달하고 그 시각 이후의 하강경향 또한 급속하게 진행되 어 야간에는 고도가 가장 높은 도심4(산 정상)보다 낮은 고도임에도 불구하고 현 저히 낮은 기온을 나타내었다.이것은 도시화의 영향으로 인공화된 도시의 열 적효과를 입증할 수 있는 하나의 좋은 사례가 될 수 있을 것이다. (2)고도에 따른 단파복사량은 정오기준 도 심4(934W/㎡,고도 520m),도심3(919W/ ㎡,고도 240m),도심2(908W/㎡,고도 144m ),도심1(886W/㎡,고도 51m)의 순 으로 높게 나타나,고도에 따라 유의할 정도의 차이가 확인되었다.이와 같은 고 도에 따른 복사량의 변화에 대해서는 좀 더 면밀한 관측과 연구가 필요한 것으로 사료된다. (3)일반적으로 고도가 높아짐에 따라 대기 의 온도가 낮아지고 대기복사에 의한 하 향 장파복사량 또한 고도가 높아짐에 따 라 감소하는 일반화된 경향성을 본 연구
를 통해서도 명확히 확인할 수 있었다. (4)도심에서의 장·단파복사비율을 관측지점 별로 살펴본 구성A에서는 도심4(1.85), 도심3(1.75), 도심2(1.63), 도심1(1.50)의 순으로 나타나 고도가 높아질수록 장파 복사에 대한 단파복사의 비율이 낮은 것 으로 파악되었고,도심과 교외간의 비교 인 구성B에서는 교외1(1.65),도심1(1.44) 로 도시효과가 커질수록 그 값은 작게 나타나 도시화에 대한 정량적인 평가척 도로서 활용할 수 있을 것으로 사료된다. 후 기 이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부) 의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(2009-0071898). 아울러 본 연구 수행과정에서 관측에 도 움을 주신 한국전력공사 대구경북본부 송변 전지원센터,대구앞산공원 관리사무소,대구 수성 두산위브더제니스, 현대 하이페리온 관계자께 감사의 뜻을 표합니다. 참 고 문 헌 1.정임수,최동호,이부용,하절기 도시의 지역별 장·단파복사 특성 분석과 해석,한국 태양에너지학회 논문집(31권 3호),2011.06 2.정임수,최동호,이부용,하절기 관측을 통한 도시의 지역별 공간녹지분포율에 따 른 열환경 특성 연구,한국태양에너지학회 논문집(31권 3호),2011.06 3.최동호,이부용,하절기 실험을 통한 건 물녹화용 피복재료의 복사수지 해석,한 국태양에너지학회 논문집(30권 3호), 2010.06
4.MariaKolokotroni,RenganathanGiridharan, UrbanheatislandintensityinLondon:An investigation of the impact of physical characteristics on changes in outdoorair
temperatureduringsummer,ScienceDirect Solar Energy(Vol82 Issue11), 986-998, 2008.11
5.YinkaR.Adebayo,Aspectsofthevariation in some characteristics ofradiation budget withintheurbancanopyofIbadan,Atmosphere Environment(Vol.24No1),9-17,1990
