도시열섬

왜 배우는가: 도시열섬은 도시계획과 조경 설계의 출발점이 되는 개념이다. 실무에서는 녹지 배치와 포장 계획의 근거로 쓰이고, 시험에서는 기후변화 적응과 녹지 계획을 묻는 문항의 기초가 된다.

출제 이력: 제136회 4교시 1번, 제117회 2교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

도시열섬은 도시지역의 기온이 주변 농촌 지역보다 높게 나타나는 현상이다. 도시 구조와 토지이용, 인공 열 배출이 함께 작용해 생긴다.

• 도시열섬(Urban Heat Island, UHI): 도시와 주변 지역의 기온 차로 나타나는 현상이다.
• 열섬강도: 도시와 교외 지점의 기온 차이로, 같은 기간의 평균값으로 비교한다.
• 대기 열섬: 사람이 생활하는 높이의 공기 온도가 높아진 열섬이다.
• 지표 열섬: 포장면과 지붕 등 표면 온도가 주변보다 높아진 열섬이다.
• 인공 배열: 냉난방, 교통, 산업시설에서 배출되는 열이다.
• 증발산 냉각: 식생과 토양의 수분 증발로 열을 빼앗는 작용이다.
• 불투수면: 빗물이 땅에 스며들지 못하는 포장과 건물 표면이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 도시가 주변 교외보다 더 더운 현상이다. 같은 날 같은 시각이라도 도시 중심부의 기온이 높게 측정되는 것이 핵심이다.

정식으로는 도시지역의 토지이용, 도시 구조, 건축 재료, 인공 열 배출이 결합해 도시 기온이 주변 지역보다 높아지는 현상이다. 여러 연구가 같은 원인을 든다. 건물 배치와 규모, 흡열성 재료, 통풍 감소, 녹지와 수계의 감소, 인간 활동에서 나오는 열이 그것이다.

열섬은 측정 방법에 따라 나뉜다. 대기 열섬은 기상 관측 기온으로 파악하고, 지표 열섬은 위성 표면온도 관측으로 파악한다.

「도시공원 및 녹지 등에 관한 법률」 제2조제2호는 도시녹화를 자연친화적 환경이 부족한 도시지역에 식생을 조성하는 것으로 정의한다. 도시열섬 완화 정책의 법적 바탕이 되는 개념이다.

• 열섬강도는 도시와 교외의 기온 차이다. 보통 같은 기간의 평균 기온 차로 표현한다.
• 대기 열섬은 생활 높이의 공기 온도가 높아진 상태다. 체감 더위와 직결된다.
• 지표 열섬은 아스팔트, 콘크리트, 지붕 표면이 주변보다 뜨거운 상태다. 위성 열적외선 관측에서 주로 포착된다.
• 열 흡수와 축열은 포장과 건물이 태양 복사열을 흡수해 저장하는 작용이다. 밤에도 천천히 열을 내보내 야간 기온을 떨어뜨리지 않는다.
• 증발산 감소는 녹지와 토양의 수분 증발이 줄어 열을 잠열로 날리지 못하는 현상이다.

3. 등장 배경과 필요성

도시화로 도로, 주차장, 건물이 지표를 덮으면서 불투수면이 늘었다. 빗물이 스며들지 못하고 증발도 줄어 지표에 쌓인 열이 빠져나가지 않는다. 그 결과 낮에 흡수된 열이 밤까지 남아 야간 기온이 높게 유지된다.

에너지 소비 증가도 원인이다. 냉난방 설비, 자동차, 산업시설이 배출하는 인공 배열이 도시 기온을 더 끌어올린다. 도시 규모와 인구 밀도가 커질수록 열섬 효과가 뚜렷해진다는 연구가 많다.

국내에서도 열섬 문제가 확인된다. 서울시 내부와 외곽의 기온 차가 뚜렷하게 나타났다. 도시 기온 상승과 통풍 불량은 시민 건강을 위협하고 도시의 지속성을 떨어뜨린다.

극한 고온은 기후 관련 사망의 주요 원인으로 꼽힌다. 열섬이 강한 지역은 고온 노출 위험이 높아 취약계층의 피해가 커질 수 있다. 기후변화로 폭염의 빈도와 강도도 늘어나는 추세다.

기후 요소를 도시계획 단계에서 미리 고려해야 한다는 인식이 커졌다. 바람길, 녹지 배치, 건물 배열이 도시 미기후를 좌우하기 때문이다.

법제도에서는 「도시공원 및 녹지 등에 관한 법률」 제14조제2항이 개발계획 단계의 녹지 확보를 규정한다. 대통령령으로 정하는 규모 이상의 개발을 수반하는 개발계획은 도시공원 또는 녹지의 확보계획을 포함해야 한다.

녹지의 냉각 효과도 연구로 확인된다. 대규모 연속 녹지와 녹지축은 주변 기온을 잠재적으로 낮출 수 있다고 보고된다. 따라서 열섬 완화는 녹지 면적 확보와 연결성 확보를 함께 다뤄야 한다.

이처럼 도시열섬은 도시화, 에너지 소비, 기후변화가 겹쳐 생기므로 조경 정책과 제도를 함께 설계해야 하는 과제다.

4. 구성요소·원리·절차

도시열섬은 도시 표면의 에너지 수지가 주변 농촌과 달라서 생긴다. 에너지 수지는 순복사량이 세 가지 열로 나뉘는 관계로 정리한다.

$R_n = H + LE + G$

R_n은 순복사량, H는 공기를 데우는 현열, LE는 물의 증발에 쓰이는 잠열, G는 지면에 저장되는 지중열이며 단위는 모두 W/㎡다.

식생과 수면이 넓은 농촌은 복사에너지의 상당 부분을 잠열로 쓰므로 기온 상승이 작다. 도시열섬은 잠열 비율이 줄고 현열이 늘어 생긴다. 도시는 불투수 면적이 넓어 증발할 물이 적고, 포장과 건축물이 열을 저장해 현열과 지중열이 커진다.