UAV 및 열적외선 센서 관측을 통한 폭염저감시설의 시·공간적 비교 분석 - 장유무계지구 쿨루프를 대상으로 - (Comparative Analysis of Heatwave Mitigation Strategies Using UAV and Thermal Infrared Sensors according to Spatial and Temporal Conditions – For the Cool Roof of Case Study Jangyu Mugye-dong –)

서지정보

· 발행기관 : 대한원격탐사학회
· 수록지 정보 : 대한원격탐사학회지 / 40권 / 5호 / 525 ~ 537페이지
· 저자명 : 정지애, 조영일, 이선민, 이명진

초록

본 연구는 쿨루프(cool roof) 설치가 도시 열섬 현상(urban heat island, UHI) 완화에 미치는 영향을 정량적 및 시·공간적으로 분석하는 것을 목적으로 한다. 이에 무인항공기(unmanned aerial vehicle, UAV)와열적외선 센서(thermal infrared sensor, TIR)를 활용하여 폭염저감 시설 중 대표적인 쿨루프의 시간대별 지표면 온도(land surface temperature, LST) 저감 효과를 정량적으로 비교·분석하였다. 쿨루프의 LST 저감 효과 파악을 위해UHI를 완화하기 위한 시범 사업의 일환으로 쿨루프가 실제로 적용된 경상남도 김해시 장유무계동을 대상으로 연구를 수행하였다. UAV 관측을 통해 맑은 날 오전 9시부터 오후 5시까지 2시간 간격으로 고해상도 열 영상을 촬영하였으며, LST의 시·공간적 분포를 box plot 및 z-score로 산정하여 상세히 분석하였다. 연구 결과, 쿨루프는 오전 시간대(9시~11시)에 가장 높은 온도 저감 효과를 보였다. 제2분위수(thesecond quartile, Q2) 기준 가장 높은 온도 차이를 보이는 시간대는 11시로 쿨루프가 일반 지붕보다 10.52℃더 낮은 분포를 보였다. 반면 오후 시간대로 갈수록 이 차이가 줄어들어 오후 17시에 0.04℃로 가장 낮은 온도 차이를 나타냈다. Box plot 및 z-score 분석을 통해 시간대별 쿨루프와 일반 지붕 간 LST의 공간적 경향성을 분석하였다. 또한, 절대값 1.65 범위의 이상인 값들을 극단적으로 LST가 높거나 낮은 지붕객체로 분류하여 시간대별 객체 빈도수를 파악하였다. 분석 결과, 쿨루프가 적용된 지역이 일반 지붕보다 평균적으로5~10°C 낮은 LST를 유지하였다. 일반 지붕의 가장 LST가 높은 객체는 오전 11시에 평균 66.02°C까지 상승한 반면, 쿨루프의 가장 낮은 객체는 35.22°C로 약 30.80°C의 차이를 보였다. 본 연구는 UHI 완화를 위하여폭염저감 기술 중 쿨루프를 적용하는 것이 효과적인 전략임을 보여주는 사례 연구이다. 본 연구에서는 연구지역의 시간대별 LST를 분석하고, 지붕 객체별 z-score 산정을 통해 각 시간대 및 공간적 변화를 분석하였다. 본 연구를 통하여 쿨루프 등 폭염 저감 시설은 복사에너지가 적은 오전에 보다 효과적인 것으로 분석되었다. 향후 본 연구 결과를 활용하여 폭염 저감 시설의 설치 적정성, 운영 방안 및 폭염 피해 등에 대해 전반적 활용이 가능하고, 특히 효율적인 도시열섬 저감 기법 연구의 기반이 될 것으로 사료된다.

영어초록

The purpose of this study is to quantitatively and spatiotemporally analyze the effects of cool roof installations on mitigating urban heat island (UHI) phenomena. By utilizing unmanned aerial vehicle (UAV) and thermal infrared sensor (TIR), the reduction in land surface temperature (LST) due to cool roofs, a key heat mitigation measure, was analyzed across different times of the day. The research was conducted in Jangyu Mugye-dong, Gimhae-si, Gyeongsangnam-do, where cool roofs were implemented as part of a pilot project aimed at mitigating UHI effects. High-resolution thermal images were captured at two-hour intervals from 9 AM to 5 PM on a clear day using UAVs, and the spatiotemporal distribution of LST was analyzed in detail using box plots and z-scores. The results revealed that the cool roof exhibited the most significant temperature reduction effect during the morning hours (9 to 11 AM). The time with the greatest temperature difference, based on the second quartile (Q2), was 11 AM, where the cool roof’s LST was 10.52°C lower than that of a conventional roof. Conversely, this difference decreased as the afternoon progressed, reaching the smallest temperature difference of 0.04°C at 5 PM. The spatial trends of LST between cool roofs and conventional roofs were analyzed using a box plot and z-score analysis for each period. Additionally, roof objects with extreme LSTs—classified as those with values beyond the absolute range of 1.65—were identified, and the frequency of such objects was determined for each period. The analysis showed that cool roof areas consistently maintained an LST that was on average 5–10°C lower than that of conventional roofs. The highest LST observed for conventional roofs peaked at 66.02°C at 11 AM, while the lowest LST for cool roofs was 35.22°C, showing a substantial difference of approximately 30.80°C. This study presents a case demonstrating that the application of cool roofs is an effective strategy for mitigating urban heat island effects. By analyzing the temporal LST patterns in the study area and assessing z-scores for individual roof objects, the research highlights the effectiveness of cool roofs, particularly in the morning when solar radiation is lower. The findings of this study can be utilized for the broader application of heat mitigation facilities, optimal installation, and management strategies, as well as further research on effective urban heat island reduction techniques.

참고자료

· 없음