大邱의 大氣環境評價 및 制御技法 = Study on the assessment and control method for atmospheric environment in Daegu

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

(Abstract)
This study aims to design the Urban Environment Climate Map based on the research of urban climate and atmosphere actual conditions, and to present the atmospheric environment evaluation and the controlling methods by exploring environment-oriented urban planning based on the research mentioned above.

Characteristics of urban warming phenomenon were studied using degree days for three big cities(Seoul, Busan, Daegu) adjacent to airport. Time variation of the cooling and heating degree days was analyzed using the daily mean air temperature data measured at the six meteorological observatory for long-term periods(25～43years).
The results for the big cities are as followings: It was found that the heating degree days trended to decrease from year to year. The cooling degree days were nearly unchanged during the same analysis periods. The number of days calling for air-heating also tended to decrease as time passes. Those of air-cooling were nearly unchanged during the same time. It suggests that the change of air-heating condition owing to urbanization came in evidence in the winter season, but that of air-cooling condition was slight in the summer season.
On the other hand, the long-term trends of degree days were very small in airport areas except for Kimhae airport. Hence, the gaps of degree days between big cities and rural airport areas are increasing.

It is well known that urban relative humidity has continuous decreasing trend owing to the influence of urbanization. The change of relative humidity is directly influenced by two factors, namely, temperature effect and water vapor effect in various urban effects.
In this study, the temperature and the water vapor effects on the relative humidity change were analyzed by using monthly mean relative humidities for a long period(1961～2005) in Daegu and Chupungnung.
The major results obtained in this study can be summarized as follows. Firstly, the urban dryness was caused mainly by water vapor effect in summer. But, for the other seasons, the urban dryness is mainly due to the temperature effect. Secondly, the relative humidity in Daegu is on the decrease until now. This phenomenon is similar to another Korean huge cities such as Seoul, Daejeon and Incheon. But, it is different compared with Japanese huge cities such as Tokyo, Osaka and Nagoya, indicating a standstill in relative humidity change after 1980s.

In this study, we analyzed the relationship between the time-variation trend of air pollution concentration index and the meteorological conditions with CO(carbon monoxide) concentration and meteorological observation data in high-CO episode days. CO is a representative automobile air pollutant. The results are as follows;
Most of the high-CO episode days within 30 classes appeared in winter season. Most of them appeared under the surface weather conditions with east-west high-pressure system. The surface winds in this high-pressure area were very light. The high-CO episode days were due to unusual accumulation within urban atmosphere in the morning.

In this study, we investigated the difference of air pollutants dispersion phenomenon using U.S EPA ISCLT3 model according to applying the different meteorological data observed at two points for Seongseo industrial complex of Daegu. Two points are the spot site of Seongseo industrial complex and Daegu meteorological observatory.
The winds speed of the spot site were smaller than those of Daegu meteorological observatory. In the winter season, the differences came to about 50% for the period(1 February 2001～31 January 2002). Wind directions were also fairly different at two points. The air pollutants dispersion phenomenon estimated from our numerical experiments were also fairly different owing to the meteorological conditions at two points.

This study, taking advantage of the micro-scale model, conducted a Atmospheric Numerical Simulation considering the building plans in order to interpret the effects on the Heat Island Effect within the complex and spread of air pollutants among the Seongseo industrial complex and a large-scale apartment complex beside the road. As a result of the Numerical Simulation to the existing Dream City, without considering 'wind corridor,' as for the distribution of the wind field, plasma vortex phenomenon was shown at the wall surface of the tall building, re-inflow of wind into the complex by Wake Capture of the wind at the apartment front side, and stagnation of wind by weak wind velocity.
The result of the Numerical Simulation rearranging Dream City considering 'wind corridor' shows that as for the distribution of the wind field, the wind velocity within the complex was more than 3㎧ faster than the other area, and there was smooth flow with stagnation.
On the other hand, the result of the Numerical Simulation of existing Dream City without considering the wind corridor of the city shows that as for the distribution of temperature, the interfering with the flow due to the apartment structures, and the decreased speed of heat diffusion resulting from holding radiant energy within the complex due to the concrete and asphalt caused heat stagnation within the complex even during the night, which resulted in Heat Island Effect.
The result of the Numerical Simulation rearranging Dream City considering 'wind corridor' shows that as for the temperature distribution within the complex, the temperature within the complex fell by more than 0.3℃ due to the active air inflow.

In this study, we made a urban climate map for Daegu metropolitan area. Air pollution, climate, land-use and anthropogenic heat emission data were analyzed. And a regional atmospheric circulation model was run to understand the characteristics of local atmospheric circulation. It is necessary to evaluate quantitatively the wind ventilation land in Daegu. Field observation were also performed to certify the effect of local circulation wind to serve improving urban thermal environment.
As a results, we could classify Daegu region as five categories. The urban climatological characteristics are as follows:
Downtown area is the poorest in air pollution and climatological conditions since the emissions of air pollutants and anthropogenic heat are much but the function to mitigate these phenomenon are small. Hence it is necessary to reduce the emissions to improve atmospheric environment. It is regarded as very useful to take advantage of the concept of urban ventilation lane as one of its policy options to improve atmospheric environment around Mt. Palgong, Mt. Apsan and Suseong-Gu. In the north-western regions, it is required to careful concern in block planning since a clean and cool air and a polluted air are flowing into this area through two rivers-Ion and Kumho. The clean and cool air comes into this area through Ion River which flows from north(rural area) to south. The polluted air comes from downtown through Kumho River which flows from east to west.

국문 초록 (Abstract)

(초록)
본 연구에서는 도시기후 현황조사와 대기질 현황조사를 바탕으로 도시환경기후지도를 작성하고 이를 통해 환경 친화적인 도시계획안을 제시함으로써 대구의 대기환경평가 및 제어기법 제시를 목적으로 하였다.

도시승온화의 특성은 3개의 대도시(서울, 부산, 대구)와 인접한 공항지역을 대상으로 도일을 개념을 사용하여 연구하였다. 냉난방도일의 시간변화는 6개 지점에서 오랜 기간(25년～43년) 동안 관측된 일평균기온을 사용하여 분석하였다.
그 결과는 다음과 같다.
난방도일은 매년 증가하는 경향이 나타났다. 냉방도일은 같은 분석기간 동안에 거의 변화가 없었다. 난방일수는 과거에 비해 증가하는 경향이 나타났다. 냉방일수의 경우는 같은 기간 동안에 거의 변화가 없었다. 난방조건의 변화는 겨울철 도시화에 기인함을 알 수 있으나, 냉방조건의 변화는 여름철에 미비하였다.
반면, 김해공항을 제외한 공항지역은 오랜 기간 동안 냉난방도일에 있어 거의 변화가 없었다.

도시의 상대습도가 도시화의 영향으로 인해 끊임없이 감소하는 것은 잘 알려져 있다. 상대습도의 변화는 도시의 다양한 영향 중 기온과 수증기압, 이 2가지가 직접적인 영향을 미친다.
본 연구에서는 상대습도 변화에 있어 기온과 수증기압의 영향을 대구와 추풍령의 최근 45년(1961～2005)간의 월평균 상대습도를 통해 분석하였다.
이 연구에서 얻어진 주된 결과를 요약하면 다음과 같다.
여름철의 도시건조화는 수증기압의 영향으로 야기된다. 그러나 다른 계절의 도시건조화는 기온의 영향에 기인하였다. 대구의 상대습도는 지금까지도 감소하고 있다. 이 현상은 한국의 다른 대도시인 서울, 대전, 인천도 마찬가지다. 그러나 1980년대 이후 상대습도의 감소가 거의 없는 일본의 도쿄, 나고야 같은 대도시와는 다르다.

본 연구에서는 대기오염농도지수의 시간변화와 일산화탄소(CO)와 밀접한 기상조건 그리고 고농도일을 형성하는 기상조건의 관계를 분석하였다. 일산화탄소는(CO)는 자동차에서 기원하는 대표적인 대기오염물질이다. 그 결과는 다음과 같다.
30위까지의 고농도일은 대부분 한후기(11월～4월)에 출현하였다. 2) 고농도일의 지상일기도는 대부분 기압구배력이 약하여 약풍이 예상되는 동서고압대의 영향을 받고 있었다. 풍속은 매우 약했다. 3) 고농도일은 오전의 도시대기의 이상 적체에 기인한 것으로 평가되었다.

본 연구에서는 대구의 성서공업단지를 대상으로 두 지점에서 관측된 각각 다른 기상자료를 ISCLT3모델을 적용하여 대기확산현상의 차이를 조사하였다. 두 지점은 성서공업단지에 인접한 지점(계명대학교 성서캠퍼스 내 AWS)과 대구기상대이다.
풍속은 대구기상대보다 계명대관측지점이 절반 정도 약했으며, 겨울철이 다른 계절에 비해서 큰 차이를 보였다. 풍향은 두 지점이 다르게 나타났다. 두 지점의 기상조건의 차이에 의해 대기확산의 영향도 다르게 나타났다.

본 연구에서는 미세규모 모델을 활용하여 성서공단과 도로가 인접한 대단위 아파트 단지인 드림시티를 대상으로 단지 내의 열섬효과와 대기오염물질 확산에 미치는 영향을 해석하기 위해 건축물의 배치형태를 고려한 아파트 단지의 기상장을 수치모의 하였다. 바람길을 고려하지 않은 현 드림시티를 수치모의 한 결과 바람장의 분포는 고층건물의 벽면에 와류현상이, 아파트의 전면은 빌딩풍의 후류포착에 의해 단지 내로 바람이 다시 유입되며, 약한 풍속으로 인해 정체됨을 알 수 있었다.
바람길을 고려한 드림시티를 재배치한 수치모의 결과 바람장의 분포는 아파트 단지 내의 풍속이 3㎧이상 강했으며, 정체 없이 원활한 유동을 나타내었다.
도시의 바람길을 고려하지 않은 현 드림시티를 수치모의 한 결과 기온의 분포는 아파트 건축 구조물로 인한 유동의 방해와 콘크리트 및 아스팔트로 인한 태양복사에너지의 내부열원에 의한 열확산의 속도 저하로 야간에도 단지 내부에 열이 정체함으로써, 열섬현상이 나타남을 알 수 있었다.
바람길을 고려한 드림시티를 재배치한 수치모의 결과 아파타 단지 내의 기온 분포는 원활한 기류의 유입으로 아파트 단지의 내부 기온이 0.3℃이상 낮아짐을 알 수 있었다.

본 연구에서 우리는 대구 대도시권역의 도시환경기후지도를 만들었다. 대기오염, 기후, 토지이용도와 인공열 방출량 데이터가 분석되어졌고 지역적 대기 순환의 특성들을 이해하기 위하여 지역적 대기 순환모델이 쓰여졌다. 대구에서 정량적으로 바람길을 평가하는 것이 필요하다. 대구에 열적 도시환경을 개선하는데 도움이 되고, 지역순환풍의 효과를 확인하기 위해 현장조사 역시 행해졌다.
그 결과들로써, 우리는 5개 범주에 따라 대구를 분류할 수 있었다. 도시기후적인 특성들은 다음과 같다.
중심가 지역은 오염물질들의 방출과 인공열이 많은 반면 이 현상을 완화하는 기능은 작기 때문에 대기오염과 기후적인 조건들이 가장 나쁘다. 그러므로 대기질 환경을 개선하기 위해 대기오염물질과 열의 배출을 감소시키는 것이 필요하다.
팔공산, 앞산과 수성구 주변의 대기환경을 개선하기 위한 정책 선택들 중 하나로써 도시 바람길의 개념을 이용하는 것이 매우 유용하다고 사료된다.
북서쪽지역에서 깨끗하고 차가운 공기 그리고 오염된 공기가 이언천, 금호강을 통하여 이 지역을 흐르기 때문에 차단계획에 주의 깊은 관심이 요구된다. 남쪽으로부터 북쪽으로 흐르는 이언천을 통해 이 지역으로 깨끗하고 차가운 공기가 들어온다. 오염된 공기는 동쪽에서 서쪽으로 흐르는 금호강을 통해 중심가로부터 모이게 된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구배경 및 목적 1
• 2. 연구방법 8
• 3. 논문의 구성 11
• Ⅱ. 냉난방도일을 이용한 도시승온화 현상 특성분석 13
• 1. 연구자료 및 분석방법 13
• 1.1 연구자료 13
• 1.2 분석방법 13
• 2. 냉・난방필요일수의 시간변화 특성 17
• 2.1 난방필요일수의 시간변화 특성 17
• 2.2 냉방필요일수의 시간변화 19
• 3. 냉・난방도일의 시간변화 특성 22
• 3.1 난방도일의 시간변화 특성 22
• 3.2 냉방도일의 시간변화 특성 24
• Ⅲ. 대구지역의 도시건조화 특성 분석 27
• 1. 연구자료 및 분석방법 27
• 1.1 연구자료 27
• 1.2 분석방법 27
• 2. 도시건조화 경향분석 31
• 3. 계절별 도시건조화 특성 33
• 4. 도시건조화 유형분류 40
• Ⅳ. 대구지역의 CO농도에 미치는 기상효과 분석 42
• 1. 연구자료 및 연구방법 42
• 1.1 연구자료 42
• 1.2 연구방법 43
• 2. 고농도일의 선정 44
• 3. 고농도일에 대한 농도의 시간변화특성 45
• 4. 고농도일의 농도지수(CI) 47
• 5. 고농도일의 기상특성 50
• Ⅴ. 기상자료 선택에 따른 대기오염확산에 민감도 평가 분석59
• 1. 연구대상지역 및 분석방법 59
• 1.1 연구대상지역 59
• 1.2 분석방법 59
• 2. 계절별 바람장과 대기안정도 분포 특성 63
• 3. 월평균 기상자료의 분포특성 71
• 4. 점오염원의 대기오염물질배출량 공간분포 74
• 5. 대기확산모델의 결과 76
• Ⅵ. 환경친화적인 도시계획을 위한 고층 아파트 단지 내의 기상장 분석을 위한 수치모의 87
• 1. Envi-met 모델의 개요 88
• 1.1 대기모델(The atmospheric model) 88
• 1.2 토양모델(Tho soil model) 96
• 1.3 식생모델(The vegetation model) 97
• 1.4 지표면과 건축물(Ground surface and Building surfaces) 101
• 2. Envi-met 모델의 실행 과정 106
• 3. Envi-met 모델의 적용 107
• 3.1 대상지역 선정 107
• 3.2 대상일 선정 108
• 3.3 고층 아파트 단지 배열 형태에 따른 기상장 분석을 위한 수치모의 109
• Ⅶ. 환경친화적인 도시계획을 위한 대구의 도시기후지도 제작117
• 1. 연구자료 119
• 1.1 기후해석과정 119
• 1.2 대기오염․열오염분포도 121
• 1.3 열환경평가도 121
• 1.4 수치계산을 위한 평가 과정 121
• 2. 도시환경기후지도 제작 과정 123
• 2.1 도시환경기후지도의 작성 123
• 2.2 도시환경기후지도의 구성요소 124
• 2.3 도시환경기후지도의 작성순서 130
• 3. 연구결과 133
• 3.1 기후해석과정 133
• 3.2 대기․열오염분포도 158
• 3.3 열환경분포도 165
• 3.4 수치계산을 위한 평가과정 166
• 3.5 Advice map 175
• Ⅷ. 결론 186
• 참 고 문 헌 194
• 영 문 초 록 209
• 국 문 초 록 213