도시 신진대사를 고려한 Local Climate Zones 개념의 재정립 및 유효성 검증에 관한 연구

Abstract

도시 지역의 온도가 주변 농촌 지역의 온도보다 높아짐을 의미하는 도시 열섬 현상이 심화되고 있다. 도시 열섬 현상은 도시화와 산업화가 진행됨에 따라 도시로의 인구 집중이 증가하며 그 강도와 빈도가 증가하였다. 2050년까지 도시 지역에 거주하는 비율이 약 70%까지 증가할 것으로 예상되므로 도시 열섬 현상으로 인한 도시민의 건강과 삶의 질에 피해가 우려된다. 이에 도시 계획에 기반한 도시 열섬 완화 전략이 필요해졌으며, Stewart and Oke(2012)는 전 세계 도시 열섬 관측을 표준화하고 도시 열섬 연구의 객관적인 프레임워크를 제공하기 위해 Local Climate Zones (LCZ)라는 미기후 기반의 도시 유형 분류 체계를 제안하였다. LCZ 이론과 관련 선행연구를 검토한 결과, LCZ의 핵심은 지역적 및 기후학적 특성을 가진 도시 유형 분류 체계라는 것이다. 즉, 미시적인 규모의 도시 열섬을 다루며, 이러한 미기후에 영향을 미치는 변수들을 바탕으로 균일한 변수 속성값을 가진 영역을 정의하고자 하는 이론이다. LCZ는 수직적 및 수평적 규모에서 미시적인 분석이 필요하다. 수직적 측면으로 지상으로부터 1-2m에 해당하는 스크린 수준의 높이의 미기후를 조사할 필요가 있다. 또한, 수평적 측면으로는 하나의 LCZ 유형이 다른 공간과 구분되는 고유하면서도 균일한 도시 형태를 가져야 하며, 미시적 크기를 나타내면서도 다른 공간과의 중첩 발생을 피해야 한다. 도시 형태를 정의하는 변수들로는 표면 구조, 피복, 재료, 인간 활동과 관련된 변수를 채택해야 한다. 하지만, LCZ 원문은 미기후를 대변할 수 있는 온도 조사를 수행하지 못하였다. 그리고 스크린 수준의 미기후에 영향을 미치는 변수를 선정하였지만, 해당 변수들은 어느 정도의 수직적 규모에서 측정되었는지 알 수 없었다. 이에 더해, LCZ 이론은 표면 구조 및 피복에만 초점을 맞추고 있으며, 인간 활동과 관련된 변수는 구체적인 정의를 제시하지 않고, 분류 과정에도 적극적으로 도입하지 않아 후속 연구에서의 활용도 미비한 실정이다. 이에 본 연구는 지역적 및 기후학적 의미를 모두 내포한 새로운 미기후 기반의 도시 유형 분류 체계인 New-Local Climate Zones (N-LCZ)를 개발하고, 이에 대한 유효성 검증을 수행하였다. 우선, 본 연구는 S-DoT 센서를 활용하여 서울시 미기후를 조사하였다. S-DoT은 전통적인 온도 수집 방법과 비교해 조밀하면서도 동시에 보행자 레벨과 근접하게 설치되어 있으므로 스크린 수준의 미기후를 대변할 수 있다. 또한, Naver Street View (NSV) 이미지와 의미론적 분할 기법을 활용하여 미기후뿐만 아니라 도시 환경 요인까지도 보행자 레벨에서 정량화하였다. 그리고 건물 높이의 공간적 자기상관성을 활용하여 미시적이면서도 균일한 도시 형태를 나타낼 수 있는 분석 단위를 선정하였다. 다음으로, 본 연구는 미기후에 영향을 미치는 표면 구조, 피복, 재료, 인간 활동 변수를 총체적으로 고려함으로써 N-LCZ는 기후학적 특성을 가진다고 할 수 있다. 도시 신진대사에 대한 이해를 바탕으로 인구 밀도, 교통량, 전기에너지 사용량을 정량화하였고, 최종적으로 기존 이론이 주의 깊게 다루지 못한 인간 활동 변수를 N-LCZ 개발에 활용하였다. 본 연구의 주요 결과 및 시사점은 다음과 같다. 첫째, 기존 LCZ 이론은 미기후와의 상관성이 낮으며, 이에 본 연구는 미기후와의 상관성이 실증된 N-LCZ를 제안함으로써 UHI 관련 후속 연구를 지원한다. 둘째, UHI 관련 연구에는 도시 신진대사를 고려하는 것은 중요하다. 본 연구는 인구 밀도, 교통량, 전기에너지 사용량과 같은 도시 신진대사를 활용하여 N-LCZ를 작성한 결과, 평균 기온이 높은 N-LCZ 유형은 도시 신진대사가 활발한 경향을 보였으며, 반대로 기온이 낮은 경우에는 신진대사 변수의 속성값이 작았다. 셋째, 미기후 및 도시 요인을 보행자 레벨과 근접한 높이에서 측정함으로써 입체적인 UHI 분석을 수행할 필요가 있다. N-LCZ 유형을 도출한 결과, GVF 변수 하나의 차이로 인해 미기후의 차이가 크게 나타났다. 이는 GVF가 녹지의 수직적 측면을 고려하기 때문이라고 판단되며, 따라서 도시 환경의 입체적인 분석이 필요하다고 할 수 있다. 넷째, UHI 및 도시 열환경을 다루는 추후 연구는 수평적으로 미시적인 규모를 고려할 것을 권장한다. 본 연구는 N-LCZ 유형 중 기온 차이는 크지만 공간적으로 가까이 분포하거나, 물리적인 거리는 멀지만 기온은 유사한 사례를 발견하였다. 이는 거시적인 규모로는 파악하기 어려운 결과라고 판단된다.