중국 북동부 고위도 지역의 도시 빛 기후 환경에 적설이 미치는 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8725(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

빛기후환경(LCE)은 지표형 눈의 높은 알베도로 인해 인간의 건강, 행동특성, 생명과 재산의 안전에 큰 영향을 미치며, 이는 결국 지역기후 및 사회경제적 발전에 영향을 미치며, 그러나 덜 관련성이 높은 연구가 발견되었습니다. 본 연구에서는 분산 분석 및 모델 피팅과 결합된 인공 기후실에서의 비교 현장 관찰 및 통제된 실험을 사용하여 주간 및 야간 조명 수준에 대한 눈의 영향을 정량화했습니다. 연구 결과, 낮과 밤의 조명 수준 모두에서 눈의 유무 사이에 상당한 차이가 있는 것으로 나타났습니다. 주간에는 눈이 있는 지면의 주변 조도 수준이 눈이 없는 경우보다 5.68배 더 높아 12,711.06Lux가 향상됩니다. 달빛이 있는 밤에는 눈이 있는 경우와 없는 경우의 야간 조도는 각각 0.213 Lux 및 0.01 Lux입니다. 달빛이 없을 때 눈은 조명 수준에 큰 영향을 미치지 않습니다. 또한 눈 깊이, 눈 밀도 및 BC(검은 탄소) 오염에 따라 LCE 강도가 크게 달라집니다. 동일한 배경 조명 강도에서 LCE 강도는 눈 깊이, 눈 밀도 및 BC 오염이 증가함에 따라 크게 달라집니다. 결과는 눈이 LCE에 미치는 정량적 영향을 보여줌으로써 지역 자연광 에너지 사용, 인간 건강 및 안전, 도시 환경 관리 및 경제 개발에 대한 과학적 지원을 제공합니다.

빛 기후 환경(LCE)은 실외 자연광의 자연 조건을 말하며, 이는 자연광의 변화 또는 변화에 대한 기상학의 일반적인 용어입니다1. 태양 운동 궤적, 국지적 빛 및 기후 특성의 영향을 받아 LCE는 다양한 환경에 걸쳐 연속적인 변화를 나타냅니다. 조도 값의 변화에 ​​반영되는 공간적, 시간적 주기2. 눈은 햇빛을 많이 반사하며, 모든 유형의 지구 표면 덮개보다 반사율이 더 높습니다2. 신선한 눈과 촘촘한 마른 눈의 반사율은 86~95%에 달하며 이는 초원 표면 알베도의 3~4배, 산림 면적의 2~3배입니다3,4,5. 고산 빙하 지역에서는 눈의 높은 반사율로 인해 선글라스를 착용하지 않은 사람의 망막이 밝은 빛에 의해 자극을 받아 경미한 눈 통증이나 일시적 실명을 유발할 수 있습니다. 이 현상은 의학적으로 "설맹"이라고 알려져 있습니다6,7 . 자연광은 인간의 건강과 밀접하게 연관되어 있습니다8,9,10,11. Rosenthal은 1984년에 처음으로 자연광이 부족하면 신체에 다양한 문제를 일으킬 수 있으며, 그 중 계절성 정서 장애(SAD)가 전형적인 예라고 제안했습니다12. 인간의 생체 리듬은 빛의 영향을 받습니다. 빛은 송과선의 멜라토닌 분비를 조절하고, 이는 다시 수면과 기분에 영향을 줍니다13,14. 조도와 스펙트럼 출력 분포는 멜라토닌 분비에 큰 영향을 미칩니다15. 이처럼 반사광이 강한 환경에 주거지역이 장기간 노출되면 사람들의 정상적인 수면과 삶의 질에 영향을 미칠 수 있으며, 시력 저하, 기억 상실, 백내장 발생률 증가 등 다양한 질병을 유발할 수도 있습니다16 ,17. 중위도 대륙 겨울에는 눈이 있기 때문에 평균 반사율은 60%를 초과할 수 있습니다18,19. 고위도 지역의 적설은 강한 반사로 인해 LCE에서 중요한 역할을 합니다20,21,22. 적설이 존재하기 때문에 LCE의 영향에 대한 정량적 연구는 보고되지 않았다.

최근 에너지 절약을 위해 소비자들은 자연광에너지 활용에 더 많은 관심을 갖기 시작했으며, 각 주요 산업국가들은 일정량의 연구에 투자해 왔다23,24,25. 지난 30년 동안 많은 학자들이 실제 측정 데이터26,27를 사용하여 실외 조도와 태양 복사 사이의 관계를 연구하기 위해 실시간 발광 효율 모델을 구축하기 위해 수학적 방법을 사용했습니다. 여기에는 Lambert의 측광 이론28, 전체 구름과 맑은 하늘의 조도 분포 모델이 포함됩니다. sky29, 평균 중간 하늘 조도 모델, 흐린 하늘 모델, BRE 하늘 조도 모델30, Tregnza의 무작위 흐린 하늘 조도 분포 모델31, Perez의 전체 기후 모델32, Norio Igawa의 하늘 조도 모델33 및 Kittler의 하늘 조도 모델34,35,36. 학자들은 베이징 LCE 천문대에서 측정된 데이터를 사용하여 조도 데이터를 기반으로 해당 LCE 데이터베이스를 구축하고 확장 가능한 데이터 모듈을 설정했습니다. 또한 일부 학자들은 자연 및 인공 빛 기후뿐만 아니라 빛 기후, 빛 개구부, 조명 디자인 및 빛 계산 방법에 대한 계산 방법, 설계 방법, 예술적 처리 및 에너지 절약 조치에 대해 논의했습니다39,40. 학자들은 광기후 계산 및 설계에 대해 다각적 관점에서 연구를 진행해 왔지만, 눈은 단파 복사에 대한 강한 반사 효과로 인해 조명에 큰 영향을 미치지만 현재까지 관련 정량적 연구는 부족합니다.