도시 지표면 기온의 주간 변동성과 건조환경 요인과의 비선형적 관계 분석 : ECOSTRESS 위성영상과 일반화가법모델의 적용 (Exploring the Diurnal Land Surface Temperature Variability and its Nonlinear Relationship with Urban Built Environmental Characteristics : An Approach with ECOSTRESS and Generalized Additive Model)

서지정보

· 발행기관 : 대한국토·도시계획학회
· 수록지 정보 : 국토계획 / 60권 / 1호 / 172 ~ 188페이지
· 저자명 : 윤미영, 박유진

초록

본 연구는 도시지역의 여름철 주간기온변동폭(Diurnal Temperature Range, DTR)에 초점을 맞추어 DTR의 공간적 분포와 변이에 영향을 미치는 건조환경 유형 및 요인이 무엇인지 이해하고자 한다. 이를 위해 다양한 시점의 지표면 기온 자료를 구득해 최고·최저기온을 바탕으로 DTR을 계산하고, 다양한 LCZ 유형 간에 DTR에 유의미한 차이가 나타나는지 그리고 어떠한 건조환경 요인들이 DTR의 증가 혹은 감소를 초래하는지를 실증적으로 파악하고자 한다. 더 나아가 본 연구는 건조환경 요인과DTR 간에 비선형적 관계가 성립하는지를 탐색한다. 이는 잠재적으로 복잡한 상호작용을 보다 현실적으로 이해함으로써 도시계획적 개입을 정교하게 설계하는 데 도움을 줄 수 있다. 실증분석을 위해 본 연구는 서울시를 대상으로 NASA의ECOSTRESS(Ecosystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station) 위성영상을 토대로 지표면 기온의 일주기 시계열 자료를 구축하였다. 서울시는 높은 인구밀도와 고층·고밀 개발 형태를 지닌 도시화 지역에 하천 네트워크와산악지형이 결합된 독특한 지리적 조건을 가지고 있어, 인위적· 자연적 요소에 의한 DTR의 공간적 변이를 파악하기에 적합한지역이다. 먼저, 2019년 부터 2021년까지 여름철 오전 7시 30분부터 오후 5시 30분 사이 지표면 기온을 70m의 공간해상도로 관측한 시계열 자료를 구축하였다. 건조환경 요인으로는 건축물의물리적 형태, 식생 밀도, 자연지역과의 중력지수, 관심 지점 개수등을 고려하였다. 구축된 변수를 토대로 DTR의 탐색적 분석 및LCZ 유형별 차별성을 파악하고, 통계적 분석으로는 비선형적 관계를 추정할 수 있는 일반화가법모델(Generalized Additive Model, GAM)을 활용한다.

영어초록

Effective management of the Urban Heat Island (UHI) effect and heatwaves is essential for urban sustainability and quality of life. However, prior studies on summer land surface temperature (LST) have primarily focused on specific times, such as noon. Climate change and UHI affect noontime as well as maximum and minimum LSTs, influencing the diurnal temperature range (DTR). This study aims to deepen our understanding of DTR’s spatial distribution and key drivers for a heat-resilient urban design. High-resolution LST imagery from NASA's ECOSTRESS mission (2019–2021) over Seoul, South Korea, was used to construct a diurnal time-series dataset and quantify DTR. Unlike atmospheric temperatures, LST is highly sensitive to the urban environment and may exhibit nonlinear relationships with environmental factors. Thus, the study employs nonlinear modeling to examine DTR’s complex associations with urban factors, exploring threshold and saturation effects. Seoul was first divided into Local Climate Zones, followed by an analysis of DTR within each type. A Generalized Additive Model was then applied to explore nonlinear relationships between LST variability and explanatory variables. Results show that increased building coverage exacerbates temperature variability, while higher floor area ratios and building heights reduce it until thresholds reverse the trend. Normalized Difference Vegetation Index exhibited a threshold effect, reducing temperature variability only when it exceeded 0.1, while water bodies had an exponential cooling effect. These findings underscore the complex interactions between urban forms and LST, highlighting the need to integrate natural elements into urban planning for climate resilience.

참고자료

· 없음