산업화 이후 도시화가 급속하게 진행되면서 세계 인구 중 50% 이상이(IMF, 2007), 우리나라 인구의 90% 이상이 도시 지역에 거주하고 있다(http://www.city.go.kr). 도시는 자연적인 지표와는 달리 콘크리트와 아스팔트와 같은 인공적인 불투수층 지표로 인해 도시 열섬, 돌발 홍수와 같은 극단적인 기상 현상이 빈번하게 나타나며(Oke, 1982), 상대적으로 많은 사람들이 그 영향을 받기 때문에 도시에서 기상 연구의 중요성이 증가하고 있다(Lee et al., 2008; Grimmond, 2006; WMO, 2006; Jang and Kim, 1991).

도시에서 나타나는 기상을 보다 정확하게 이해하고자 다양한 집중 관측이 수행되었거나 진행 중에 있다. 예를 들면, 스위스의 바젤의 BUBBLE(Basel Urban Boundary Layer Experiment), 미국 오클라호마시의 OKC(Oklahoma City) Micronet, 일본 도쿄의 TOMACS(Tokyo Metropolitan Area Convention Study for Extreme Weather Resilient Cities), 중국 상하이의 SUIMON(Shanghai’s Urban Integrated Meteorological Observation Network) 프로젝트 등이 있다(Tan et al., 2014; Basara et al., 2010; Rotach et al., 2005). 우리나라의 차세대도시농림융합기상사업단 (Weather Information Service Engine: WISE)에서도 도시 기상을 정확하게 이해하고, 방재, 도로, 에너지, 환경 등에 필요한 융합기상 서비스를 개발하고자(Choi et al., 2013), 인천 지역에 복합기상센서 관측망(Chae et al., 2014)과 서울의 중랑과 광화문에 에너지 수지 및 에어러솔 라이다, 운고계 관측망을 구축하였으며(Kwon et al., 2014; Park et al., 2014) 지속적으로 확장할 예정이다.

메타데이터는 메타(meta)와 데이터(data)가 조합된 것으로 데이터를 위한 데이터를 의미한다. 메타데이터는 방대한 자료를 구조적으로 정리하고 접근을 용이하게 하기 때문에 다양한 분야에서 각 분야의 특성에 맞게 구성 양식을 가지며, 자료의 통합과 효과적인 관리를 위해 내용과 형식을 표준화하는 추세이다. 예를 들어, 지리정보시스템 분야에서는 ISO 19115를 통해, 생물다양성 분야에서는 GBIF (Global Biodiversity Information Facility)를 통해, 기상 분야에서는 세계기상기구(WMO: World Meteorological Organization)를 통해 표준화가 진행 중이다(Jeon, 2011; Jeon and Kim, 2010; Nam and Lee, 2010; Yoo, 2010; NRC, 2009; Ahn et al., 2008; Lee and Kwak, 2007; NISO, 2004; Aguilar et al., 2003; Kim et al., 2003).

WMO에서는 관측소 설립과 운영 방안 및 관측 방법, 장비에 대한 전반적인 지침과 함께 메타데이터 작성을 위한 기본 사항을 제시하고 있는데, 여기에는 관측소 정보, 지리적 정보, 장비 정보, 관측소 연혁, 담당자 정보 작성 등을 제안하고 있다(WMO, 2011, 2010a, b, 2008, 2003). 특히, 농업 지역 관측소에서는 관측소의 주요 작물, 농업체계, 자연적 생산량에 대한 정보, 토양 유형, 토양 프로파일, 물리 상수 등을 추가적으로 기입하도록 권고하고 있다.

우리나라에서의 기상 관측은 기상청, 환경부, 지방자치단체, 한국수자원공사 등 각 기관 별로 목적에 따라 수행되고 있다. 그러나, 관측 환경이 통일되어 있지 않기 때문에 동일한 관측 변수라 하더라도 다른 기관에서 활용하기 어려움이 있었다(KMA, 2007). 이를 해결하기 위해 기상청에서는 관측업무의 표준화를 위한 기상관측표준화법을 2005년에 제정하였으며, 더 나아가 최적의 국가기상관측망 구축과 운영을 위한 기상 관측망에 대한 기준을 제시하고 메타데이터 작성을 권고하였다(KMA, 2012). 그 후 기상청에서는 “메타정보 조사 및 운영 매뉴얼”을 작성하여 기상청 자동기상관측장비에 대한 메타데이터 작성 항목뿐만 아니라 작성 방법과 순서를 상세히 제시하였으며 (KMA, 2013), 기상기후정보통합웹 포털 아래 통합메타정보관리시스템을 구축하여 운영하고 있다(http://oss.kma.go.kr).

도시기상 관측의 경우 종관 기상 관측과 매우 다르기 때문에 WMO에서는 도시 관측소의 위치와 건물이 많은 도시에서 적합한 센서의 위치 및 높이 등에 관한 가이드라인을 제시하였으며(WMO, 2006), 도시기상 연구자들은 도시의 열적 특성을 체계적으로 이해하기 위한 도시 기후대(urban climate zone) 구분을 제안하였다(Stewart, 2011; Oke, 2009, 2006, 2004).

도시에는 기온이나 바람에 영향을 주는 건물이나 도로와 같은 인공 구조물이 매우 많기 때문에 도시에서 관측된 기상 자료를 정확하게 해석하기 위해서는 관측 장비의 주변 환경과 설치 정보가 필요하다. 또한, 도시에서는 관측소 주변에 새로운 건물 또는 도로가 건설되는 등 주변 환경 변화가 극심한 경우가 많기 때문에 이에 대한 정보 역시 매우 필요한 실정이다.

도시에서의 기상 관측에 대한 메타데이터가 일부 연구자에 의해 제시되기는 하였지만(Muller et al., 2013), 국내에서는 이에 대한 표준화가 시행된 사례가 없는 실정이다.

본 연구에서는 WMO와 KMA에서 작성된 종관 기상 관측에 대한 지침과 WMO에서 제시한 도시기상 관측을 위한 가이드라인을 비교 분석함으로써, 우리나라 도시기상 관측에 적합한 메타데이터를 표준화하였으며, 이를 차세대도시농림융합기상사업단(WISE)에서 구축한 복합기상센서 관측망에 적용한 예를 제시하고자 한다.

관측망 메타데이터는 관측 장비 별로 작성되며 설치된 모든 관측 지점 정보를 일목요연하게 정리한 것으로 기록되는 세부 정보 항목은 표 2에 제시하였다. 기상청의 경우 자동기상관측장비에 국한되어 메타데이터가 작성되었기 때문에 관측망 메타데이터는 별도로 작성되어 있지 않다.

관측망 메타데이터는 상단에 작성일자, 작성자, 문서버전을 포함하여 관측망 일반 정보(network general information), 규모 정보(network size information), 지도(network map), 관측망 이력(network history)의 4 가지로 구분하였다(그림 2). 관측망 일반 정보에는 관측망 이름, ID, 관측변수, 담당자 정보 등의 기본 사항을 기입하였고, 관측망 규모 정보에는 관측망의 공간 범위 및 밀도, 지형 정보 등의 관측망의 지리 정보와 더불어 관측소의 개수를 기록하였다. 관측망 지도는 장비가 설치된 모든 지점을 한번에 담을 수 있는 지도에 관측소가 모두 표현되도록 하였다. 관측망 이력에는 관측망 설립 및 운영 프로그램의 갱신, 관측망의 수정 사항 등을 수시로 작성하도록 하였다. 관측망 메타데이터 작성 목록은 맨 처음에 한 번만 작성하면 될 항목에는 ‘O’로, 수시로 변경 가능한 항목에는 ‘R’로 표시하였다(표 2).

Fig. 2. 
An example of the WISE network metadata on the integrated meteorological sensor network.

그림 2는 관측망 메타데이터를 WISE 복합기상센서 관측망에 적용한 예를 나타낸 것이다. 복합기상센서 관측망은 인천 지역 도시의 집중 관측을 위해서 설치된 것으로 인천 지역의 드림파크 승마장, 드림파크 골프장, 계양 양궁장, 십정 경기장, 숭의 축구장 5개소에 설치되어 있음을 알 수 있다(Chae et al., 2014). 관측망 일반정보에는 복합기상센서 관측망 ID와 함께 장비에서 관측되는 기온, 습도, 바람 등의 변수 정보와 작성자 및 담당자의 정보가 담겨 있으며 관측 시작일이 기입되어 있다. 또한 관측망 규모 정보에는 모든 관측소를 포함하는 규모의 실제 크기, 공간 밀도 정보와 산, 바다, 강, 평지의 지리적 요소에 대한 주변 정보를 간략하게 담고 있으며, 관측망 지도에서는 5개 각 관측 지점이 코드 형식으로 지도 위에 표시되어있다.

관측소 메타데이터는 장비가 설치된 하나의 관측 지점에 대한 상세 정보를 기록한 것으로 관측망에 포함된 관측소의 수만큼 작성된다. 예를 들어, 복합기상센서 관측망은 인천의 5개소에 설치되었기 때문에 5개의 관측소 메타데이터를 작성하였다.

관측소 메타데이터는 상단에 작성일자, 작성자, 문서버전, 관측망 ID를 기록하고(그림 3) 규모에 따라 일반 정보, 지역규모 정보, 미세규모 정보로 세분화하였으며, 시각 정보를 추가하였다.

Fig. 3. 
The WISE station general information metadata on the Dream Park CC.

2. 2. 2 국지규모 정보 메타데이터

관측소 국지규모 정보 메타데이터는 관측소 일반 정보 메타데이터에서 나타난 지도 규모에 비해 10배 확대된 스케치 지도를 넣어 관측소 주변 건물의 구조와 근접 환경에 대한 정보를 담을 수 있도록 하였다. 관측소 주변의 도시 특성을 나타내기 위해서 거칠기 길이에 따라 8단계로 분류된 DRC(Davenport Roughness Class)와 건물의 형태와 밀도, 지표면 상태에 따라 분류된 도시 기후대 분류인 LCZ (Local Climate Zone)를 기록하였다 (Stewart and Oke, 2012; Davenport et al., 2000).

표 4는 국지 규모 정보 메타데이터의 기입 항목을 나타낸 것이다. 관측소를 중심으로 400m×400 m 범위 내의 나지, 농지, 수역 등에 대한 지표 피복의 구성비와 근접한 수역의 크기, 열원, 수증기원과 오염원에 대한 정보를 기록하고, 도시 구조 재료, 건물 사이의 거리, 밀도, 건물의 유형과 재질 등에 대한 정보를 기입하여 주변 환경이 관측 자료에 미치는 영향을 이해할 수 있도록 하였다.

Table 4. 
Contents of the station local-scale information metadata for urban meteorological observation are listed. The ‘R’, ‘O’, ‘A’, ‘H’, ‘D’, ‘W’, and ‘S’ in recording time column indicate ‘as required’, ‘once’, ‘annually’, ‘hourly’, ‘daily’, ‘weekly’, and ‘seasonal’, respectively.

Station Metadata
Classification	Contents	Time
Local scale	DRC	A
	LCZ	A
	Relocation	R
	Surface cover	A
	Urban fabric	A
	Urban metabolism	A
	Building spaces	A
	Building density	A
	Tree height	S
	Tree species	S
	Water	A
	Mountain	A
	Terrain	A
	Aspect ratio	A
	Street widths	A
	Traffic density	D,W,H
	Building stories	A
	Building age	A
	Building types	A
	Building material	A
	Roof types	A
	Roof material	A
Local scale map	Key	A
	Sketch map	A
Additional comments		R

그림 4는 복합기상센서가 설치된 드림파크골프장(01002)에 대한 국지 규모 정보 메타데이터의 예를 나타낸 것이다. 드림파크골프장의 특성은 DRC가 N-3, E-3, S-3, W-3로 4방위 모두 개방형 초지로 이루어져 있고(Davenport et al., 2000), LCZ는 9B로 주변 건물형태는 저밀도, 저층 건물로 이루어져 있으며 토지 위의 나무는 흩어져 있는 정도로 산재되어 있다(Stewart and Oke, 2012). 또한 지표의 피복 비율 정보에서 초목이 85%를 차지하고 있고, 관측소 주변은 잔디로 둘러 쌓여 있으며, 산지 없이 평평한 지면과 낮은 건물들로 구성됨을 알 수 있다. 스케치 지도를 통하여 관측소 주변의 초원 형태와 나무의 위치를 알 수 있고, 도로의 방향을 확인할 수 있다. 지도의 4방향의 끝에는 인접 지형과 떨어진 거리를 간략하게 설명하였는데, 서쪽으로 5 km 떨어진 지점에 바다가 있으며, 동쪽으로 3.3 km 떨어진 지점에 산이 있음을 나타낸다.

Fig. 4. 
The WISE station local-scale information metadata on the Dream Park CC.

2. 2. 3 미세규모 정보 메타데이터

미세규모 정보 메타데이터는 국지규모 정보를 관측소를 중심으로 10배를 확대한 40m×40 m 영역의 스케치 지도를 넣을 수 있도록 하였으며 기입 항목을 표 5에 제시하였다. 미세규모 정보는 실제 설치된 장비 구도의 가장 작은 범위이므로 장비 설치 위치와 높이, 설치 유형을 비롯하여 장비의 관측 범위를 기록하였다. 또한 설치된 장비 주변에 수증기원, 열원, 오염원 여부를 기록하도록 하여 관측 자료에 직접 영향을 미칠 수 있는 가장 근접한 외부 영향을 파악할 수 있도록 하였다. 스케치 지도에서는 실제 설치된 장비의 근접 환경을 나타내고, 추가 설명 항목을 통해 관측소의 변화와 특이 사항을 기록하도록 하였다.

Table 5. 
Contents of the station micro-scale information metadata for urban meteorological observation are listed. The ‘R’, ‘O’, ‘A’, ‘H’, ‘D’, ‘W’, and ‘S’ in recording time column indicate ‘as required’, ‘once’, ‘annually’, ‘hourly’, ‘daily’, ‘weekly’, and ‘seasonal’, respectively.

Station Metadata
Classification	Contents	Time
Micro scale	Enclosure name	R
	Relocation	R
	Enclosure latitude	R
	Enclosure longitude	R
	Enclosure elevation	R
	Mount type	R
	Mount location	R
	Height of sensor(s)	R
	Surface cover	S
	Material below cover	S
	Building type	A
	Building heights	A
	Tree height	S
	Aspect ratio	S
	Terrain	A
	SVF	S
	Traffic density W,D	H
	Irrigation	S
	Moisture/heat vents	S
	Source areas	S
Micro scale map	Key	A
	Sketch map	A
Additional comments		R

그림 5는 복합기상센서가 설치된 드림파크골프장(01002)에 대한 미세 규모 정보의 관측소 메타데이터의 예를 나타낸 것이다. 즉, 복합기상센서는 타워 형태로 옥상에 설치되어 있다. 옥상 바닥으로부터 복합기상센서는 2m 높이에, 풍향계는 7 m, 풍속계는 7 m, 우량계는 1.5 m 위치에 각각 설치되어 있음을 알 수 있다. 또한, 센서 바로 아래의 바닥 면은 콘크리트로 구성되어 있으며, 장비가 설치된 관측소는 1층 건물이며 높이는 3m임을 나타낸다. 장비로부터 매우 가까운 지점에는 수분이나 열 배출원이 없는 것으로 나타나며, 지도처럼 관측소 건물의 형태는 원형을 이루고 옥상 위는 콘 모양으로 경사진 지붕이 있다. 건물 바로 앞에 도로가 있으나 교통량이 거의 없으므로 도시 관측소에서 큰 영향을 미치는 차량의 효과는 낮을 것으로 판단된다.

Fig. 5. 
The WISE station micro-scale information metadata on the Dream Park CC.

2. 2. 4 관측소 시각 정보

공간 규모를 좁혀가면서 작성된 관측소 메타데이터는 상세 주변 환경 정보와 지도를 포함하고 위에서 내려다 본 수평적인 위치의 정보를 제공하지만 입체적인 정보를 파악하기 하기 어렵다. 이를 위하여 관측자 또는 센서의 입장에서 바라보는 공간적인 환경 정보에 대하여 시각정보 메타데이터로 제시하였다. 여기에는 파노라마 전경 사진과 센서 입장에서 바라본 방위별 주변 사진과 고도각별 장애물 정보를 제시하였다. 이를 통해 구체적으로 어떤 장애물이 어떤 위치에서 관측에 영향을 미치는지 이해할 수 있다. 복합기상센서 관측소의 경우 수평 지도를 보면 사방으로 나무의 평균 높이가 10 m 정도로 이루어져 일사에 큰 장애요소가 되지 않는 것을 확인할 수 있으며(그림 6) 관측 장비의 외부 8방향 사진을 통해 관측소 주변 환경을 센서 또는 관측탑의 높이에서 이해할 수 있도록 하였고(그림 7), 장비의 구성 사진과 관리 일지를 통해 관리 이력을 남기도록 하였다(그림 8).

Fig. 6. 
The WISE station visual information metadata sheet (I) including horizontal map, panoramic photographs, station photographs on the Dream Park CC.

Fig. 7. 
The WISE station visual information sheet (II) including cardinal photographs on the Dream Park CC.

Fig. 8. 
The station visual information metadata sheet (III) including enclosure photographs and maintenance log on the Dream Park CC.