시화호 지역의 토지 이용 변화로 인한 주변 기상장 변화 연구

Abstract

대규모 국토 개발은 기상과 기후 변화에 큰 영향을 미칠 수 있다. 우리나라에서는 그 동안 다양한 국토 개발이 있어왔는데 그 대표적인 사례가 간척사업이고, 간척사업에 의한 기상장 변화는 연안지역의 육지화에 의해 발생될 수 있다. 토지 이용이 바뀌면서 기상장 및 기후의 변화를 가져올 수 있는 대표적인 환경 요소는 알베도 변화, 증발산의 변화, 지표 거칠기 길이이다. 본 연구의 목적은 새로이 구축한 토지 이용 자료의 2005년 버전과 1989년 버전의 비교를 통하여 토지 이용 변화가 국지적 기상장 변화에 미친 영향을 Weather Research and Forecasting (이하 WRF) 모형으로 모의 실험하여 조사하고자 한다. WRF는 비정역학 모형으로 미규모, 중규모 기상현상을 모의하기에 적합하므로 시화호 주변의 기상장을 모의하기 위하여 활용한다. WRF 모형에서 일반적으로 이용되는 NCAR 제공 토지 이용도는 1992년 피복도로 United States Geological Survey (이하 USGS) 토지이용 카테고리를 사용하고 있어서, 우리나라에 적용 시 대부분의 토지가 초원 (Savanna)로 나타난다. 그 한계점을 개선하기 위하여, 환경부 제공, 중분류토지피복도를 이용하여 우리 나라 토지 이용도에 더 부합하는 최근 2005년의 토지 이용도를 생성하고, 이 토지 이용도를 바탕으로 위성사진과 비교하여 시화호 개발 사업 이전의 1989년도 토지 이용도를 생성하여 두 가지를 각각 WRF 모형에 입력하여 그 차이를 비교 분석하였다. 또한 모의실험 결과는 자동 기상관측 장비의 관측 자료와 비교하여 정성적인 검증을 거쳤다. 토지 이용 변화로 인해 바뀌는 기상장은 계절별로 다음과 같이 나타났다. 표면 온도의 경우, 시화호 개발 간척 사업으로 인해 바다에서 습지로 변화된 부분의 표면 온도가 1989년에 비해 봄, 여름에는 상승하고, 가을, 겨울에는 하강하였다. 또한 개발로 인해 토지 이용이 크게 바뀐 송도신도시와 인천국제공항 지역에서 가장 큰 변화가 나타남이 확인되어 토지 이용변경의 영향으로 온도가 변화하였음이 유추된다. 수증기 혼합비의 경우, 봄, 여름에는 1989년도에 비해 2005년도에 전체적인 수증기량의 증가가 확인되고 그 증가가 바람장의 형태와 일치한다. 이는 간척 사업으로 인해 바다에서 습지로 변화된 부분의 표면 온도가 상승하면서 해풍을 강화시켜 그에 따라 수증기량이 증가했을 것으로 유추된다. 또한 토지이용이 변화하면서 바다에서 논으로 개간된 지역이 크게 증가함에 따라 식생에 의한 증발산 효과도 수증기량 증가에 기여했을 것으로 사료된다. 가을, 겨울의 경우에는 전체적인 수증기혼합비의 큰 변화는 확인되지 않는다. 바람벡터에는 큰 차이가 없는데, 이는 토지 이용의 변화가 대부분 1989년도에는 바다에서 2005년도에 습지로 변화해, 바람장의 수평수직적 움직임을 변화시킬 지표 거칠기에 직접적으로 영향을 줄 수 있는 지형과 같은 요인 변화가 아니기 때문이라고 보여진다. 알베도의 경우는 계절과 관계없이 표면 상태에 가장 큰 영향을 받아 간척사업으로 인해 바다에서 습지로 변화한 지역만 부분적으로 0.1% 증가한 것이 나타나며, 특히 도심지역으로 개발된 영역인 송도 신도시와 인천국제공항 지역은 0.15%가량 증가하였다. 도시와 같이 인구가 밀집되고 개발이 활발한 곳에서는 토지이용이나 도시개발 상태가 그 지역 기상장 형태를 좌우, 변형하는 요소로서 작용한다. 따라서 도시와 같은 국지규모 영역에서의 기상장에 대한 수치 실험 및 분석은 중요한 의미를 갖는다. 사례 연구에서 제시하였듯이 간척개발사업은 시화호 지역의 기상장을 변화시키는 주요인이 되었다. 따라서 도시 개발에 따른 토지 이용도의 변화가 어떤 기상장을 만들어내는지에 대한 계속적인 연구가 필요하다.;A large scale national land development may affect the change in weather and climate significantly. Lots of national land developments have been conducted in Korea in which land reclamation projects are the representative cases. The change in weather fields caused by the land reclamation projects can be realized by the sea to land conversion of coastal regions. The most representative environmental factors that cause changes in weather fields and climate are the changes in Albedo, evapotranspiration, and land surface roughness. The objective of this study is to investigate the influence of the change in land uses on the local weather fields based on the comparison of the land application data between the newly established version in 2005 and the existing 1989 version through a simulation using a weather research and forecasting (WRF) model. Because the WRF is proper to simulate small and medium scale weather conditions using a non-statics model, it can be used to simulate the weather fields around the Shihwa Lake. The NCAR provided land use map generally used in a WRF model is the land cover map produced in 1992 that applies the land use category of the United States Geological Survey (USGS). Thus, as it is used in Korea, most lands are presented as savannas. For improving such a limit, the multi-temporal land cover map provided by the Ministry of Environment was used to generate the recent land use map in 2005 subject to the land use in Korea. Then, this study analyzed the difference of the land use between the recent map and the map in 1989 before the Shihwa Lake development project by comparing this new map by comparing it with satellite images through applying these two cases to the WAF model. The change in seasonal weather map caused by the change of land uses are summarized as follows: In the case of the land surface, the temperature of the land surface where the sea was changed into wetland due to the Shihwa Lake development project increased in spring and summer seasons and decreased in fall and winter seasons. Also, the most significant change in this temperature was in the Songdo new town and Incheon International Airport regions due to the large change in land uses. It can be estimated that the change in such temperature was caused by the change of land uses. In the case of the mixing ratio of vapor, the amount of vapor in spring and summer seasons in 2005 increased for comparing it that of the amount in 1989 and that agrees with the increase in the shape of wind fields. It can be estimated that the increase in the amount of vapor was due to the strengthening of sea wind according to the increase in the temperature of the land surface, which was converted from the sea to wetland by the reclamation project. In addition, according to the large increase in reclaimed regions from the sea to rice fields, it can be considered that the evapotranspiration effect caused by vegetations affected the increase in the amount of vapor. In fall and winter seasons, there were no significant changes in the mixing ratio of vapor. A large part of the change in land uses was converted from the sea in 1989 to wetland in 2005 even though there were no large differences in wind vectors. It is also considered that the change was not caused by some geographical factors that directly affect the land surface roughness, which changes the horizontal and vertical movements of wind fields. In the case of the Albedo, it partly increased by 0.1% in the region where the sea was converted into wetland due to the reclamation project that affected the land surface condition regardless of the season. In particular, the Songdo new town and Incheon International Airport regions that were developed as urban areas increased by 0.15%. In the dense population region like urban areas and development areas, the land use and urban development condition significantly affect the weather fields in such regions and that causes some modifications in the fields. Therefore, the numerical test and analysis on weather fields in the local region like urban areas represent important meanings. As presented in case studies, the reclamation project in the Shihwa Lake was the most important factor that caused changes in weather fields. Therefore, it is necessary to conduct continuous studies on what changes in the land use according to the urban development create what types of weather fields.