Large-eddy simulation has been conducted to simulate turbulent boundary-layer flows over an array of regularly distributed obstacles considering various cases of a wind incident angle. The effect of wind direction was investigated in the square cube array that periodic boundary condition was imposed. Characteristics of the turbulent flow over the obstacle array have been found to be very sensitive to the direction of prevailing wind or of mean wind or of mean pressure gradient but varied with height, specially below the urban canopy. Turbulent statistics are changed sensitively with the direction of mean pressure gradient around 10 degree.
The focus of this study is the promotion of green area volumes and their naturalness, water circulation system, decline of entropy, creation of biological habitats and linkage of separated urban green space. Re-presentative urban biotope survey sites were categorized as urban biotope, semi-natural biotope, and natural forest. In the urban biotope, a residential biotope was constructed near the Han river and in mountain areas. The green-area ratio at the housing complex was about 25%. GVZ(Grunvolumenzahl) was 0.35m$^3$/m$^2$ at the 5∼10-story housing complex, and 1.53m$^3$/m$^2$ over the 11-story. As for the green-area structure of the housing complex, canopy layer, understory layer, and shrub layer were not differentiated and the green-area volume was not high enough. The green-area ratio of school areas as a public area biotope was 5∼20%. GVZ was 1.12m$^3$/m$^2$ at Myungduk High School, and 1.78m$^3$/m$^2$ at Jeonggok Elementary School. In order to convert the urban biotope into an ecological area, green areas around the buildings should be connected to urban buffer green areas, and multi-layer structures should be established with natural plant species. In the semi-natural biotope, neighbor parks were created park in the vicinity of the natural forests. GVZ was 0.28m$^3$/m$^2$, and plantation was established with single layer structure and was definitely insufficient for the area. The urban buffer green areas have been established in strip corridors with the width of 20∼123m. In those areas, GVZ was 0.16∼0.27m$^3$/m$^2$ and had a deficient canopy layer, understory layer, and shrub layer. Soil conditions were not favorable for tree growth. In the natural biotope, GVZ of the plantation was 1.03∼1.5m$^3$/m$^2$ but the high crown closure of this area reduces the chance of species change and succession. GVZ of natural forest was 2.53∼2.57m$^3$/m$^2$. It is desirable to plant diverse plants and the natural forest should be succeeded by broad-leaf deciduous tree species. To improve the value of biotope at Kangseo-Gu, building height needs to be limited to reduce the environmental deterioration in the city. In order to maintain the water circulation system, water-permeable material is recommened when the urban surface areas are paved. The establishment of a water circulation system will improve ground water levels, soil moisture, water quality, and habitats. In order to improve biological diversity, it is desirable to have multi-layer structures in urban green areas with native species.
도시 수목은 탄소를 저장하고 불투수면적을 감소시키는 도시 생태계의 중요 요소이며, 탄소 저장량 및 순환량 산정 시 주요 정보로 활용될 수 있다. 많은 선행 연구에서 항공 라이다 자료 및 인공지능 기법을 활용하여 고해상도 수목 정보를 산출하고 있으나, 항공 라이다 영상은 제공하는 플랫폼이 제한되어 있으며 비용적인 면에서도 한계가 다수 존재한다. 따라서 본 연구에서는 수원시를 대상으로 자료 취득이 용이한 고해상도 위성 영상인 Sentinel-2를 활용하여 기계학습 기반의 도시 내 수목 피복률(fractional tree canopy cover, FTC)을 추정하고자 하였다. Sentinel-2 시계열 영상으로부터 중앙값 합성을 수행하여 수원시 전역에 대한 단일 영상을 제작하여 활용하였다. 도시 내 토지 피복의 이질성을 반영하기 위하여, 30 m 격자내 10 m 해상도의 광학 지수의 평균 및 표준편차 값과 환경부 세분류 토지 피복 지도 기반 항목별 피복률을 계산하여 기계학습 모델의 입력 변수로 활용하였다. 총 4가지의 입력 변수 조합을 설정하여, 입력 변수 구성에 따른 FTC 추정 정확도를 비교 및 평가하였다. 광학 영상의 평균 정보만을 활용(Scheme 1)했을 때 보다 도시 내 이질적인 특성을 반영할 수 있는 표준 편차 및 피복률 정보를 모두 함께 고려(Scheme 4, S4)했을 때 향상된 성능을 나타낼 수 있었다. 검증용 자료에 대해 S4의 Random Forest (RF) 모델이 0.8196의 R2, 0.0749의 mean absolute error (MAE), 및 0.1022의 root mean squared error (RMSE)로 전체 기계학습 모델 중에서 성능이 가장 높게 나타났다. 변수 기여도 분석 결과 광학 지수의 표준 편차 정보는 도시 내 복잡한 토지 피복 지역에 대해 높은 기여도를 나타내었다. 훈련된 S4 구성의 RF 모델을 수원시 전역에 대해 확장 적용하였을 때, 참조 FTC 자료에 대해 0.8702의 R2, 0.0873의 MAE, 및 0.1335의 RMSE의 우수한 성능을 나타냈다. 본 연구의 FTC 추정 기법은 향후 다른 지역에 대한 적용성이 우수할 것으로 판단되며, 도시 생태계 탄소순환 파악의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 지표이용도 특성이 반영된 고해상도 기상예측모델 도시캐노피모형(WRF-UCM)의 수치모의 실험을 통해 도심과 전원 지역 기상변수 및 에너지수지 변화 경향에 대하여 분석하였다. UCM을 적용하지 않은 WRF 모의 결과를 규준실험으로 설정하였으며, 거칠기 길이 변화와 인공열 고려에 따라 총 4가지 실험을 비교하여 분석하였다. UCM을 적용한 실험에서 거칠기 길이의 수정 전과 후의 기온과 풍속의 변화가 크게 나타나지 않았으나, 인공열을 고려한 UCM의 모의 기온과 풍속은 고려하기 전보다 크게 차이가 나타났다. 모의 실험 간의 차이는 전원 지역보다 도시 지역에서 더 크게 나타났다. 자동기상관측(AWS) 기온 관측 자료에 대하여 UCM에 인공열을 고려한 결과의 평방근오차(RMSE)가 가장 적었다. 또한, 차세대도시농림융합기상사업단의 중랑 에너지수지관측소지점의 현열플럭스 관측자료에 대한 검증 수치는 인공열을 고려하여 UCM을 적용한 실험의 RMSE와 BIAS 값이 가장 낮았다. 인공열을 고려한 UCM 적용이 도심의 현열플럭스 모의 향상에 영향을 주었다. 또한, UCM을 적용한 후 도시 지역 잠열플럭스의 변화 모의를 분석할 수 있었으며, 도심과 전원 지역 모두 UCM 적용 후에 관측 값과 더 가까운 검증 수치를 나타냈다. 결과적으로 WRF 모델에 UCM의 적용이 지표플럭스 모의 향상에 기여하는 것으로 나타났다.
This study investigates the influence of anthropogenic heat (AH) release on urban boundary layer in the Gyeong-In region using the Weather Research and Forecasting model that includes the Seoul National University Urban Canopy Model (SNUUCM). The gridded AH emission data, which is estimated in the Gyeong-In region in 2002 based on the energy consumption statistics data, are implemented into the SNUUCM. The simulated air temperature and wind speed show good agreement with the observed ones particularly in terms of phase for 11 urban sites, but they are overestimated in the nighttime. It is found that the influence of AH release on air temperature is larger in the nighttime than in the daytime even though the AH intensity is larger in the daytime. As compared with the results with AH release and without AH release, the contribution of AH release on urban heat island intensity is large in the nighttime and in the morning. As the AH intensity increases, the water vapor mixing ratio decreases in the daytime but increases in the nighttime. The atmospheric boundary layer height increases greatly in the morning (0800 - 1100 LST) and midnight (0000 LST). These results indicate that AH release can have an impact on weather and air quality in urban areas.
Heat island phenomena in Chuncheon (Korea) were investigated using air temperature measured by automatic weather stations and temperature dataloggers located at rural and urban sites. Numerical simulation of the phenomena was performed using Weather Research and Forecasting Urban Canopy Model (WRF-UCM) and results were compared with the observation. The model was initialized with NCEP/FNL data. The horizontal resolution of the fine domain is 0.33 km. The results of observational analyses show that the intensity of heat island was significantly higher during the nighttime than during the daytime. The highest measured temperature difference between rural and urban site is $3.49^{\circ}C$ and average temperature difference varies between 1.4 and $1.9^{\circ}C$. Good agreement was found between the simulated and observed temperatures. However, significantly overestimated wind speed was found at the urban sites. The linear regression analysis between observed and simulated temperature shows high correlation coefficient 0.96 for urban and 0.94 for rural sites while for wind speed, a very low correlation coefficient was found, 0.30 and 0.55 respectively.
Urban parks are important bird habitat in cities. Various studies have evaluated the habitat function of urban parks focused on field surveys. In this study, we performed applicability of NDVI obtained from Landsat 8 OLI image as a factor for spatial planning considered bird diversity. This study was classified with green boundary into three groups using NDVI's value. Environmental variables were calculated by the green area ratio of the surrounding area from 100m to 500m at each groups. The 20 environmental variables such as park area, park shape index, canopy of tree, etc. were derived, the regression analysis was performed as a dependent variable for the bird diversity of urban parks. As a result, the park area and the green area ratio of Group 3, classified high NDVI, within the 100m buffer were adopted as the variables in the regression model. In other words, it was confirmed that as the park becomes larger, the distribution of key green areas within a radius of 100m of the parks becomes higher, the diversity of bird species has increased. It was appropriate to use satellite image, NDVI to analyze species diversity in urban area.
본 연구에서는 복잡한 도심의 구조로 인한 미세먼지 농도의 강화 가능성에 대하여 데이터 마이닝 기술과 군집분석을 이용해 조사하였다. 데이터 마이닝 분석에서 미세먼지 농도와 서울지역 도시용도 데이터 사이에는 유의한 상관관계를 보이지 않았다. 그러나 전국 공공데이터를 기반으로 한 군집분석에서는 건물의 높이(층수)에서 특히 PM10과 강한 상관관계가 나타났다. 단일 케노피 모델(Single Canopy Model) 및 미기상 도시모델링 프로그램(ENVI-Met.4)을 사용한 모델링 분석을 실시하여 도시지역에서 모사된 대기 대류가 건물 분포 및 높이 유형의 배열에 따라 다양한 난류의 패턴을 구현함을 확인하였다. 도시 건물의 복잡한 구조는 대류활동을 제어하여 정체상태를 유도하고 지표 부근의 미세먼지 강화가능성을 초래 하였다. 따라서 도심 구조와 형태에 따른 열환경의 변화로 인한 정체 효과는 미세먼지 산정에 있어서 반드시 고려되어야 한다. 복잡한 도시지역의 미세먼지 잔류확률에 대한 정보를 제공하기 위해서는 대기정체 현상이 중요한 의미로 해석될 수 있다.
To analyze the physical processes of sea-breeze development over a coastal urban area, numerical simulation for seabreeze (SB) and its frontogenesis was examined based on urbanized MM5 (uMM5) with urban canopy parameterization. On 6 August 2006, SB and its front were well developed in Busan under a weak offshore flow. As a result of wind vector, ZVB (Zero Velocity Boundary), potential temperature obtained the uMM5, at 0900 LST, SB advanced below 200 m height in the coastal areas and the internal boundary grew with the urban coastal region. At noon, the height of the SB head with updraft was approximately one and a half times (~600 m) higher than its depth in central urban. Applying the frontogenesis function, the SB structure for frontogenesis and frontolysis were complicated spatially; the dynamic effects of wind (i.e. convergence and tilting term) could play an important role in the growth of SB, especially the convergence effect.
In order to use sea breezes to counter the heat island phenomena, i.e. to promote urban ventilation, it is necessary to clarify the effect of building morphology and height on large-scale wind fields. In this study, the sea breeze in the vicinity of the Kanto Plain in Japan is simulated using a mesoscale meteorological model incorporating an urban canopy model, and the inland penetration of sea breezes is accurately reproduced. Additionally, a mean kinetic energy balance within a domain (Control Volume; CV) moving along the sea breeze is analysed. From the results, it is clarified that the sea breeze is interrupted by the resistance and turbulence caused by buildings at the centre of Tokyo. The interruption effect is increased in accordance with the height of these buildings. On the other hand, adverse pressure gradients interrupt in the internal region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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