도심의 기온이 주변 외곽 지역보다 수도가량 높게 나타나는 '도시열섬' 현상이 단순히 건물의 문제뿐만 아니라, 도시가 위치한 기후대와 공간적 형태가 정밀하게 맞물려 발생하는 복합적 산물이라는 연구 결과가 나왔다. 이에 따라 향후 기후변화에 따른 폭염 대책을 수립할 때, 각 도시의 기후적 특성과 구조를 동시에 반영해야 한다는 지적이 제기된다.
울산과학기술원(UNIST) 지구환경도시건설공학과 임정호 교수 연구팀은 부산대 유철희 교수, 서울대, 미국 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소(PNNL)와 공동 연구를 진행하여 전 세계 2,213개 도시를 대상으로 도시열섬 현상의 원인을 규명했다고 15일 밝혔다. 인공지능(AI) 기반 분석 기술을 활용한 이번 연구는 기후와 도시 형태 간의 상호작용이 도시열섬에 미치는 영향을 대규모로 분석한 첫 사례다.
도시열섬은 아스팔트 도로, 시멘트 건물, 보도블록 등이 낮 동안 태양열을 대량으로 저장하고 도심 내 바람의 흐름을 막아 열기가 축적되는 현상이다. 연구팀이 2,213개 도시를 1㎞ 간격의 격자로 나누어 주변부 조건과 기후가 열섬에 미치는 영향을 AI 모델로 정밀 계산한 결과, 열섬 현상의 진행 양상은 도시가 속한 배경 기후대에 따라 뚜렷한 차이를 보였다.
비교적 날씨가 추운 한랭 기후 지역의 도시들은 태양이 내리쬐는 주로 '낮 시간대'에 건물로 인한 열 상승효과가 집중되는 경향을 보였다. 반면 수분이 부족한 건조 기후 지역의 도시들은 대기를 시원하게 식혀줄 수분 증발 냉각 효과가 근본적으로 작기 때문에, 낮 동안 흡수한 열을 해가 진 뒤 대기 중으로 내뿜는 '야간 시간대'에 열섬 현상이 훨씬 강하게 발현되는 것으로 조사됐다.
또한 같은 기후대 안에서도 도심의 스카이라인이나 스페이스 마케팅 구조, 즉 건물의 밀도와 높이에 따라 열섬 강도가 크게 엇갈렸다. 고층 건물이 빽빽하게 밀집하여 열을 가두기 쉬운 거대 도심 지역은 구조적 특성 탓에 열섬 현상이 매우 강력하게 관측된 반면, 주변에 낮은 건물이 듬성듬성 배치된 지점은 상대적으로 열섬 현상이 약하게 나타났다.
미래 기후변화와 도시 성장 시나리오를 적용한 예측 결과에서도 경고등이 켜졌다. 글로벌 기후변화 자체가 도시열섬 현상을 전반적으로 심화시키는 핵심 요인으로 분석되었으며, 특히 도시화가 급격하게 진행 중인 개발도상국과 신흥국의 경우 건물의 고층화 및 과밀화 등 도시 형태의 변화가 열섬을 폭발적으로 키우는 기폭제가 될 것으로 예측됐다.
임정호 UNIST 교수는 "이번 연구는 복잡한 도시 열 환경을 단순 구조가 아닌 거시적인 기후적 맥락에서 깊이 있게 이해해야 한다는 점을 전 세계 최초로 규명했다는 데 큰 학술적 의미가 있다"고 설명했다. 이어서 "도시열섬을 완화하기 위한 행정 전략 역시 기존의 일률적인 녹지 조성 방식에서 벗어나, 각 도시의 고유한 기후 조건과 건축 공간 구조를 면밀히 반영한 '지역 맞춤형 접근'으로 완전히 패러다임이 바뀌어야 한다"고 강조했다.
아울러 임 교수는 "지구 온난화와 맞물린 도시열섬 형성 과정을 정확히 파악하기 위해서는 방대한 공간 데이터와 기후 데이터를 효과적으로 다룰 수 있는 인공지능 기반 분석 기술이 핵심"이라며 "이번에 도출된 데이터와 분석 모델은 지자체의 폭염 대응 체계 구축, 도시 재개발 구획 마련, 열 취약지역 우선순위 선정 등 실무적인 정책 분야에 즉각적으로 기여할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.
한편, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 융합과학 및 환경 분야의 세계적 권위 유력 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 5월 11일자로 공식 게재되며 성과를 인정받았다.