실세계에서의 바람은 크게 자연 현상으로서의 바람과, 사람의 입, 선풍기, 에어컨, 환풍기 등에서 생성되는 인위적인 바람으로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 인위적으로 생성되는 바람을 컴퓨터 그래픽스 분야에서 사용하기 위한 모델을 제안한다. 또, 가상환경에서 이 모델을 이용하여 생성된 바람이 물체와 부딪쳐서 만들어내는 힘을 효과적으로 반영하는 방법을 제시한다. 새로 제안한 방법은 가상 현실 환경과 같이, 실시간 처리를 필요로 하는 분야들에서도 적용 가능하도록 설계되었으며, 자연적인 바람에 대한 기존 연구 결과들과 통합되면 종합적인 가상 바람 생성 시스템으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
최근 도시계획으로 인해 변화되는 도시기후에 대한 관심이 집중되면서 도시 환경 문제와 관련되어 중요시되는 기상변수중 하나가 바람이라 할 수 있다. 도시 바람장에 대한 연구는 향후 2000년대에는 전세계 인구의 60%가 5000명 이상이 거주하는 도시에 밀집될 것이라는 예측(Sievers and Zdunkowski, 1986) 과 더불어 도시민의 생활 환경 개선에 미치는 영향이 매우 클 것으로 생각된다. 도시 바람장 연구를 위해서는 3차원적인 순환구조에 대한 파악이 필요한데 이는 모델을 이용한 수치모의로서 가능하다. (중략)
도시의 일상생활에서는 시가지의 바람이 나무, 집 등 낮은 건축물 군에 의해 방해되어 보통은 전원의 바람보다 풍속이 저감되는 경우가 많다. 이러한 기존의 바람 흐름이 있는 곳에 건축물이 세워지게 되면 기존의 풍환경은 크게 변화되어 풍속이 약한 곳과 강한 곳이 조성되어 이와 같은 바람이 지표부근의 구조물에 의해 받는 영향은 도시지역에서 강하게 나타나게 된다. 이는 교외나 시골지역은 상대적으로 도시지역에 비해 영향을 적게 받게 된다. 임의의 지역, 특히 도시지역의 경우 기존의 건물이 증축되거나 혹은 새로운 건물이 신축되면 이로 인하여 기존의 바람흐름이 달라지며 이는 인접건물들의 확보하고 있던 자연 환기력의 변화를 야기 시키는 원인이 되기도 한다. 이러한 현상은 건축물에 의해 자연 환기력이 바뀌게 되는 일종의 기존 환경으로 부터의 변화를 의미한다. 본 연구에서는 수치해석을 이용하여 이와 같이 건물의 주변 환경변화, 즉 신축, 증축 등과 같은 변화를 고려하여 그 영향을 예측/분석하였다. 그 결과로 건물의 자연환기력을 전면에서 바람에 의한 압력증가와 후면에서 바람의 흡입에 의한 압력감소로 인해 전면의 풍속에 의해 발생하는 동압보다 큰 압력차가 발생하고, 그로 인해 환기량이 발생하는 것을 알수 있다. 주변 변화에 의해서는 동일한 규모의 건물이 추가되는 경우에 기존의 경우에 비해 35~45%의 자연환기격이 감소되는 것으로 나타났다.
본 연구는 변화하는 도시 및 환경 문제, 기후변화 문제에 대응하기 위한 방법 중 하나인 바람길숲 조성과 관련하여 바람길숲의 실효성을 높이기 위한 제도화 방안 및 부처별 연계 방안을 제안하였다. 이를 위해 바람길 관련 용어를 포함하고 있는 법·제도를 검토하여 관련 계획 내에서 요구되는 바람길의 역할 및 상호관계를 파악하였으며, 바람길숲 관련 상위계획 및 바람길숲 기본계획에 대한 검토를 통해 현재 조성되고 있는 바람길숲의 문제점을 파악하여 바람길숲 관련 주요 쟁점을 도출하였다. 이러한 결과를 바탕으로 바람길숲 활성화를 위한 제도화 방안은 크게 바람길숲 법제화를 위한 제도화 방안과 바람길숲의 실효성 있는 활성화를 위한 제도화 방안으로 나누어 법률 정비 및 보완 사항을 제안하였다. 먼저 바람길숲 법제화를 위한 제도화 방안으로는 1)용어의 정립 및 법적·제도적 근거 마련, 2)관련 계획과의 위계정립 및 바람길숲 기본계획의 법적 근거 마련 방안을 제시하였으며, 바람길숲의 실효성 있는 활성화를 위한 제도화 방안으로는 1)지도화 된 공간자료 구축에 대한 법·제도적 근거 마련 방안, 2)바람길숲 기본계획 수립지침 및 바림길숲 조성·관리 가이드라인 마련의 필요성과 그 내용적 범위 등에 대해 제안하였다. 본 연구자료는 바람길숲 관련 법·제도 마련을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 바람길숲 기본계획의 제도화 연구에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 체계적인 바람길숲 조성과 관련하여 기초자료로 활용될 수 있기를 기대한다.
Envi-met 모델 수행과정과 주요결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 본 모델의 바람장 패턴을 검증하기 위하여 도심내의 특정지역을 선택하였으며, 바람의 변화가 예상되는 5개 지점을 선정하여 관측하였다. 둘째, 건물에 의한 바람의 영향이 없는 장소를 1개소 선정하여 대표관측지점에서의 관측값을 모델수행의 초기값으로 선정하였다. 넷째, 관측된 데이터와 모델 수행결과 값을 비교하여 바람장의 변화 패턴을 분석하여, 본 모델의 적합성을 고찰하였다.
여천지역은 화학물질 누출사고 등 안전 사고 발생의 잠재적 위험이 높으나 (김영성 등, 1999), 복잡한 해안선의 여수 반도 해안지역에 산을 등지고 있어 해륙풍에 의한 일 변화와 지형 조건에 따른 국지 변화등 복잡한 형태의 바람장이 예상되는 지역이다. 이러한 지역에서의 확산현상은 환경영향평가에서 흔히 이용되고 있는 균일한 바람장 분포를 가정한 대기화산 예측과는 다른 결과를 보이며 (오현선, 김영성, 1999), 따라서 단순한 가우시안 플룸 모델을 이용한 확산 예측은 적용범위가 매우 제한적일 수밖에 없다.(중략)
태풍으로 인한 피해를 줄이기 위해 경로, 강도 및 폭풍해일의 사전 예측은 매우 중요하다. 이중, 태풍의 경로와는 달리 강도 및 폭풍해일의 예측에 있어서 바람장은 수치 모델의 초기 입력값으로 요구되기 때문에 정확한 바람장 정보는 필수적이다. 대기 바람장 예측 방법은 크게 해석적 모델링, 라디오존데 측정과 위성 사진을 통한 산출로 구분할 수 있다. Holland의 해석적 모델링은 비교적 적은 입력값이 필요하지만 정확도가 낮고, 라디오존데 측정은 정확도가 높지만 점 측정에 가깝기 때문에 이차원 바람장을 산출하기에 한계가 있다. 위성 사진을 통한 바람장 산출은 위성기술의 고도화로 관측 채널 수 및 시공간 해상도가 크게 증가하고 있기 때문에 다양한 기법들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 생성적 적대 신경망 (Generative Adversarial Network, GAN)을 통해 일련의 연속된 과거 적외 채널 위성 사진 흐름의 패턴을 학습시켜 미래 위성 사진을 예측하고, 예측된 연속적인 위성 사진들의 교차상관 (cross-correlation)을 통해 바람장을 산출하였다. GAN을 적용함에 있어 2011년부터 2019년까지 한반도 근방에 접근했던 태풍 중에 4등급 이상인 68개의 태풍의 한 시간 간격으로 촬영된 총 15,683개의 위성 사진을 학습시켜 생성된 이미지들은 실측 위성 사진들과 매우 유사한 것으로 나타났다. 또한, 생성된 이미지들의 교차상관으로 얻어진 바람장 벡터들의 풍향, 풍속, 벡터 일관성 및 수치 모델과의 비교를 통해 각각의 벡터들의 품질 계수를 구하고 정확도가 높은 벡터들만 결과에 포함하였다. 마지막으로 국내 6개의 라디오존데 관측점에서의 실측 벡터와의 비교를 통해 본 연구 결과의 실효성을 검증하였다. 본 연구에서 확장하여, 이와 같이 AI 기법과 이미지 교차상관 기법을 사용하여 얻어진 바람장으로부터 태풍 강도예측에 필요한 요소인 태풍의 눈의 위치, 최고 속도와 태풍 반경을 직접적으로 산출할 수 있고. 이러한 위성 사진을 기반으로 한 바람장은 단순화된 해석적 바람장을 대체하여 폭풍 해일 모델링의 예측 성능 개선에 기여할 것으로 보여진다.
본 연구는 부산광역시를 대상으로 열환경을 개선하기 위한 바람길 관리 방안 제안을 목적으로 한다. 이를 위해, Landsat-7 위성 열영상 자료와 공간통계 분석을 실시하여 부산광역시의 Hot spot과 Cool spot 지역 특성을 파악하였으며, WRF 기상모의를 통해 주요 바람길을 분석하였다. 그 결과, Hot spot 지역 중 열환경 개선이 요구되는 지역은 부산진구, 동래구, 연제구와 사상구 공업지역, 대규모 시설지역에는 부산항 부두로 나타났으며 주요 바람길에는 금정산~백양산~구덕산 계곡부로서 확인되었다. 이를 바탕으로 바람길 관리 전략을 제시하면 다음과 같다. 공업시설과 부산항 일대는 대기 온도 상승 요인으로서 주변 지역의 열환경을 악화시키므로 시설의 온도저감 및 바람길을 고려한 도시·건축계획이 요구된다. 바람길 관리가 필요한 지역으로 만덕동, 사직동 일대 산림에 대한 추가적인 훼손이 일어나지 않도록 하여야 하며, 산림과 인접한 지역의 대규모 고층아파트는 산림에서 생성된 차고 신선한 공기의 흐름을 방해하므로 금정산과 접해있는 제3종 일반주거지역의 신규·재개발에 따른 고층아파트 단지 조성은 지양해야 한다. 본 연구 결과는 부산광역시의 기후변화에 대응한 도시계획 및 환경계획수립 시 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
풍력발전기는 바람에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치이다. 풍력자원은 풍부하고 재생이 가능한 청정에너지원으로 다른 신재생에너지보다 상대적으로 발전단가가 낮아 경제적으로 유용한 것으로 알려져 있다. 2013년에는 시장규모가 120조원이 넘어설 것으로 예상이 되며 무한대의 시장이 펼쳐지고 있다. 수심 200M에 설치하는 심해풍력발전과 제트기류 등의 바람을 이용하는 고공풍력발전이 차세대 풍력발전으로 떠오르고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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