도시 기후
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1. 개요
도시 기후는 도시의 토지 이용 변화, 인위적인 열 발생 등으로 인해 나타나는 기후의 특징을 의미한다. 도시 지역은 주변 지역보다 온도가 높고, 강수량, 바람, 습도 등에서도 차이를 보인다. 이러한 도시 기후의 변화는 도시 열섬 현상을 유발하고, 기후 변화에 영향을 미치며, 지속 가능한 도시 개발을 위한 노력을 필요로 한다. 도시 기후 변화에 대응하기 위해 도시 계획 및 정책, 친환경 도시 계획, 지역 사회 참여, 원격 탐사 기술 활용 등 다양한 방법이 연구되고 있으며, 지속 가능한 도시 개발을 위해 기후 변화에 대한 인식을 높이고, 관련 지식을 공유하며, 기후 변화에 대한 고려를 도시 계획에 통합하는 것이 중요하다.
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도시 기후 | |
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도시 기후 정보 | |
정의 | 도시 지역의 기후 특성을 의미하며, 주변 지역과 뚜렷한 차이를 나타냄. |
주요 특징 | 기온 상승 (도시 열섬 현상) 대기 오염 증가 강수량 변화 바람 패턴 변화 습도 감소 |
도시 열섬 현상 | |
정의 | 도시 지역의 기온이 주변 농촌 지역보다 높은 현상. |
주요 원인 | 인공열 배출 (교통, 산업 시설, 난방, 냉방 등) 낮은 증발산율 (불투수성 표면 증가) 대기 오염 물질 증가 도시 구조 (협곡 효과 등) |
영향 | 에너지 소비 증가 (냉방 수요 증가) 대기 질 악화 건강 문제 증가 생태계 변화 온실가스 배출량 증가 |
대기 오염 | |
주요 오염 물질 | 미세 먼지 (PM2.5, PM10) 이산화질소(NO₂) 오존(O₃) 일산화탄소(CO) 휘발성 유기 화합물(VOCs) |
주요 발생 원인 | 자동차 배기가스 산업 시설 배출 건설 현장 난방 및 발전 시설 |
영향 | 호흡기 질환 증가 심혈관 질환 증가 암 발생 위험 증가 대기 질 악화 산성비 발생 시정 악화 |
강수량 변화 | |
특징 | 도시 지역의 강수량은 주변 지역과 비교하여 증가하거나 감소할 수 있음. 도시 지역의 강우 강도는 증가하는 경향이 있음. |
주요 원인 | 도시 열섬 현상으로 인한 대기 불안정 에어로졸 증가로 인한 구름 응결 핵 증가 도시 지형으로 인한 강수 패턴 변화 |
영향 | 홍수 위험 증가 하수 처리 시스템 부담 증가 수질 오염 증가 산사태 발생 위험 증가 |
바람 패턴 변화 | |
특징 | 도시 지역의 바람은 주변 지역과 비교하여 풍속이 감소하고 방향이 복잡해짐. 건물 사이에서 발생하는 협곡풍(canyon wind) 현상 발생. |
주요 원인 | 건물과 지형으로 인한 마찰 증가 도시 열섬 현상으로 인한 기압 변화 |
영향 | 대기 오염 물질 확산 저해 건물 냉난방 부하 증가 보행 환경 악화 |
습도 감소 | |
특징 | 도시 지역의 습도는 주변 지역과 비교하여 낮아지는 경향이 있음. |
주요 원인 | 불투수성 표면 증가로 인한 증발산량 감소 녹지 감소 |
영향 | 열 스트레스 증가 호흡기 질환 악화 식생 생육 저해 |
도시 기후 변화 대응 | |
주요 전략 | 녹지 공간 확대 쿨 루프 (Cool Roof) 및 쿨 페이브먼트 (Cool Pavement) 적용 건물 에너지 효율 향상 대중교통 이용 활성화 친환경 에너지 사용 확대 도시 계획 및 설계 개선 빗물 관리 시스템 구축 에너지 절약 및 효율 향상 |
2. 도시 기후의 특징
도시 지역은 주변 지역에 비해 독특한 기후 특성을 보인다. 도시의 토지 이용 증가와 점유는 지역 열적 환경을 변화시켜 도시 열섬 현상을 야기한다.[8] 이는 도시 표면의 온도 편차와 지구 대기 최저층 공기가 도시와 그 바로 아래 지역에 집중되는 현상으로, 주변 교외, 특히 시골 지역보다 밤에 더 두드러진다.[9][10]
태양 복사 및 인위적 활동으로부터 흡수, 생성된 태양 에너지는 대류를 통해 지표면 위의 공기를 데우고, 도시 지표면 시스템에서 수분을 증발시키며, 건물 및 도로와 같은 지표면 물질에 열을 저장한다.[8] 낮 동안 저장된 태양 에너지는 밤 동안 방출된다.[9]
도시가 더 따뜻하면 따뜻한 공기가 상승하기 쉽고, 습도가 높으면 대류 강수를 유발하여 짧고 강렬한 폭우와 뇌우가 발생할 수 있다.
도시 내부와 교외에서 기후에 어떠한 차이가 발생하는지는 중세 이전부터 주목받았다. 19세기 말부터 20세기에 걸쳐 정량적인 기후 관측이 이루어지면서 도시 기후가 학문으로 다루어지고, 근대 도시 기후학이 성립되었다.[14]
다음은 도시 기후와 관련된 연구 결과의 예시이다.
- 토지 이용과 기온의 관계[15][16]
- 대도시에 유입되는 하천이 도시의 기온 변화에 영향을 미치는 범위를 조사[17]
- 도시화로 변화한 관측 데이터로부터 자연 환경 하에서의 값을 구함[18]
이러한 연구 결과는 도시 계획에 반영되기도 한다.[19]
2. 1. 온도
도시 열섬(UHIs)은 도시 지역이 주변 지역보다 높은 온도를 기록하는 현상이다.[8] 이러한 온도 편차는 지구 대기의 최저층 공기가 도시 지역과 그 바로 아래 지역에 집중될 때 발생하며, 특히 밤에 주변 교외나 시골 지역보다 더 두드러지게 나타난다.[9][10]도시 열섬 현상은 복합적인 요인에 의해 발생한다.
- 건물의 밀집: 건물을 구성하는 어두운 물질, 불투수성 토양, 포장된 표면은 대부분의 태양 에너지를 유지한다.[8][10]
- 인공 포장: 어두운 인공 표면은 자연 표면보다 낮은 알베도와 열용량을 가지고 있어 광화학 반응 속도를 증가시키고 가시 복사를 흡수할 수 있다.[9][11]
- 녹지 부족: 대부분의 핫스팟 위치에는 녹지가 거의 없어 도시 열섬 형성에 영향을 미친다.[8][9] 식생 표면은 물의 증발을 통해 에너지를 방출하여 표면 냉각에 도움을 준다.[9]
- 인위적인 열 발생: 난방 및 환기 시스템(예: 에어컨), 차량 배기가스를 통해 폐열이 방출되면 현상이 악화된다.[9][10]
도시 지역의 지표 반사율은 주변 온도에 영향을 줄 수 있다.[11] 식생 표면이 어둡고 건조할 때는 52°C에 도달할 수 있지만, 토지가 밝고 습할 때는 18°C에 도달한다.[10]
도시 열섬 현상은 에너지 소비 증가, 건강 문제 악화, 생태계 변화 등 다양한 부정적 영향을 초래한다.
2. 2. 강수
도시 지역은 먼지 입자(특히 그을음)가 흡습성 핵 역할을 하여 강수 생성을 촉진하고 구름 미세물리를 통해 대류에 영향을 미친다.따뜻한 기온 때문에 도시에는 주변 지역보다 눈이 적게 내린다.
2. 3. 바람
도시의 건물들은 바람막이 역할을 하기 때문에 풍속이 도시에서 시골보다 낮은 경우가 많다. 반면에, 높은 건물들은 바람이 구조물 사이로 좁아지는 풍동 역할을 할 수 있다. 이러한 효과는 바람 방향에 적절하게 맞춰진 적절한 건물들이 있는 긴 거리에서 악화될 수 있다. 건물 주변의 돌풍은 와류를 발생시키기도 한다.2. 4. 습도
도시는 주변 지역보다 일반적으로 상대 습도가 낮다. 그 이유는 도시가 더 덥고, 도시의 빗물이 증발을 통해 공기 중으로 방출되기 위해 토양으로 흡수될 수 없으며, 농촌 지역에 비해 도시에는 식생이 거의 없어 증산 작용이 훨씬 적게 일어나기 때문이다.[12] 지표수 유출은 일반적으로 지하 하수 시스템으로 직접 흡수되어 표면에서 즉시 사라진다. 도시의 온도 및 수증기 기여 및/또는 손실에 대한 더 나은 이해는 도시 내 상대 습도가 낮은 이유를 밝힐 것이며, 특히 상대 습도는 온도 변화에 따라 달라지기 때문이다.[12]3. 도시 기후의 원인
도시화는 토지 이용 변화, 인구 밀도 증가, 에너지 소비 증가 등 다양한 방식으로 도시 기후에 영향을 미친다. 도시의 토지 이용 증가와 점유는 지역 열적 환경을 변화시켜 도시 열섬(UHIs)이라고 알려진 더 따뜻한 지역의 발달을 초래한다.[8] 도시 열섬은 지표면의 온도 편차와 지구 대기의 최저층 공기가 도시 지역과 바로 하류 지역에 집중되는 현상이며, 주변 교외 지역, 특히 시골 지역보다 밤에 더 두드러지는 경향이 있다.[9][10]
태양 복사 및 인위적 활동으로부터 흡수되고 생성된 태양 에너지는 대류를 통해 지표면 위의 공기를 데우고, 도시 지표면 시스템에서 수분을 증발시키며, 건물 및 도로와 같은 지표면 물질에 열을 저장한다.[8] 태양 에너지는 낮 동안 저장되고 일반적으로 밤 동안 방출된다.[9] 건물을 구성하는 어두운 물질, 불투수성 토양 및 포장된 표면은 대부분의 태양 에너지를 유지하여 더 큰 열섬과 증가된 열적 불편을 초래한다.[8][10]
오늘날 도시가 직면한 중요한 세계적 과제는 고조되는 도시 열섬 현상이다. 이 현상은 자연적 요인과 인위적 요인의 누적된 영향으로 인해 도시 지역에서 경험하는 온도 상승을 의미한다. 이러한 도시 환경에서 최적의 온도를 조절하고 유지하기 위해 열 부하 관리가 필수적이다. 도시 열섬의 부정적인 영향을 완화하기 위해 다양한 열 저감 전략의 전략적 계획과 실행이 필수적이다.
도시 내부와 교외에서 기후에 어떠한 차이가 발생하는지는 중세 이전부터 주목받았다. 19세기 말부터 20세기에 걸쳐 정량적인 기후 관측이 이루어지면서 도시 기후가 학문으로 다루어지고, 근대 도시 기후학이 성립되었다.[14]
예를 들어,
- 토지 이용과 기온의 관계[15][16]
- 대도시에 유입되는 하천이 도시의 기온 변화에 영향을 미치는 범위를 조사[17]
- 도시화로 변화한 관측 데이터로부터 자연 환경 하에서의 값을 구함[18]
등의 연구 결과는 도시 계획에 반영되는 경우도 있다.[19]
3. 1. 토지 이용 변화
건물, 도로 등 인공 구조물이 늘어나면 지표면의 반사율(알베도) 변화, 열용량 증가, 증발산 감소 등을 일으켜 도시 열섬 현상을 심화시킨다.[8][9][10][11] 도시 지역의 지표 반사율은 주변 온도에 영향을 줄 수 있다.[11] 식생 표면이 어둡고 건조할 때는 52°C까지 올라갈 수 있지만, 토지가 밝고 습할 때는 18°C에 머무른다.[10] 물의 증발은 식생 표면에서 에너지를 방출하여 표면 냉각에 도움을 준다.[9] 그러나 대부분의 핫스팟 지역에는 녹지가 거의 없어 도시 열섬 형성에 영향을 미친다.[8][9] 어두운 인공 표면은 자연 표면보다 알베도와 열용량이 낮아 광화학 반응 속도를 높이고 가시광선을 흡수한다.[9][11] 이 현상은 난방 및 환기 시스템(예: 에어컨) 및 차량 배기가스를 통해 폐열이 방출될 때 더욱 나빠질 수 있다.[9][10] 녹지 공간 감소는 도시 온도 상승의 주요 원인 중 하나이다.[8][9]3. 2. 인위적인 열 발생
산업 활동, 교통, 냉난방 시스템 등에서 발생하는 인위적인 열은 도시 온도 상승에 기여한다. 인도와 같은 지역에서는 계획 시스템 내 기후 인식이 현저히 부족하기 때문에, 지속 가능한 도시 개발에 어려움을 겪고 있다. 지속적인 발전을 위해서는 도시화와 기후 변화 사이의 복잡한 상호 작용에 대한 포괄적인 이해가 필요하며, 기후 고려 사항과 복원력 측정을 도시 계획 구조에 통합해야 한다.4. 도시 기후와 기후변화
기후변화는 긴급한 글로벌 문제로, 지구 온난화는 도시 기후에 더욱 심각한 영향을 미치고 있으며, 도시의 지속 가능한 발전을 위협한다. 이에 따라 세계 및 지역 경제는 지속 가능한 관행을 육성하고 그 영향에 맞서기 위해 방법론을 조정하고 혁신해야 한다.
4. 1. 기후변화의 영향
지구 온난화로 인한 기온 상승은 도시 열섬 현상을 더욱 악화시킨다. 극한 기상 현상(폭염, 폭우, 가뭄 등)의 빈도와 강도 증가는 도시의 취약성을 높인다.[6]도시가 더 따뜻하면 따뜻한 공기가 상승하기 쉽고, 습도가 높으면 대류 강수를 유발할 수 있는데, 이는 짧고 강렬한 폭우와 뇌우로 나타난다. 도시 지역은 먼지 입자(특히 그을음)를 생성하며, 이는 흡습성 핵의 역할을 하여 강수 생성을 촉진하고 구름 미세물리를 통해 대류에 영향을 미친다. 따뜻한 온도 때문에 도시에는 주변 지역보다 눈이 적게 내린다.
4. 2. 지속 가능한 도시 개발의 필요성
기후변화가 긴급한 세계적 문제로 떠오르면서, 지속 가능한 관행을 육성하고 그 영향에 맞서기 위한 방법론의 조정과 혁신이 필요하게 되었다. 경제 성장을 유지하면서 환경 영향을 최소화하려면 재생 에너지, 친환경 생산 방식, 효율적인 자원 관리 등 대체 접근 방식을 수용해야 한다.[4] 전문가와 지식을 공유하는 사람들이 협력하여 부정확한 정보의 확산을 줄이고 적극적인 인식을 전파하는 것도 중요하다.[5]인도와 같은 지역에서는 계획 시스템 내 기후 인식이 부족하여 지속 가능한 도시 개발에 어려움이 있다. 지속적인 발전을 위해서는 도시화와 기후 변화 간의 복잡한 상호 작용을 이해하고, 도시 계획에 기후 고려 사항과 탄력성 조치를 통합해야 한다.[6] 효율적인 토지 이용, 저탄소 교통, 재생 에너지, 기후 탄력적인 인프라 등 기후 대응 전략을 계획 프로세스에 통합하기 위해 계획자, 정책 입안자, 이해 관계자 간의 지식과 인식을 높여야 한다.
오늘날 도시가 직면한 중요한 과제는 도시 열섬 현상이다. 도시 열섬 현상은 자연적 요인과 인위적 요인으로 인해 도시 온도가 상승하는 것을 의미한다. 도시 열섬의 부정적인 영향을 완화하기 위해 도시 설계, 녹색 인프라, 건축 자재, 조경, 에너지 효율적인 냉방 시스템 등을 신중하게 고려하는 열 저감 전략이 필요하다.[6]
5. 기후변화 대응을 위한 도시 계획 및 정책
기후변화가 긴급한 글로벌 문제로 대두되면서, 지속 가능한 관행을 육성하고 그 영향에 맞서기 위한 방법론의 조정과 혁신이 필요하다. 특히 인도와 같은 지역에서는 계획 시스템 내 기후 인식이 현저히 부족하여, 지속 가능한 도시 개발이 어려운 과제를 안고 있다.
지속적인 발전을 위해서는 도시화와 기후 변화 간의 복잡한 상호 작용에 대한 포괄적인 이해가 필요하며, 이를 위해서는 기후 고려 사항과 탄력성 측정을 도시 계획 구조에 통합해야 한다. 계획자, 정책 입안자, 이해관계자 간의 지식을 강화하고 인식을 높임으로써 효율적인 토지 이용, 저탄소 교통, 재생 에너지, 기후 회복력 있는 인프라 등 기후 대응 전략을 계획 프로세스에 통합하는 것이 가능해졌다.
도시 열섬 현상의 부정적인 영향을 완화하기 위해 다양한 열 저감 전략의 전략적 계획과 실행이 필수적이다. 여기에는 도시 설계, 녹색 인프라, 건축 자재, 조경 및 에너지 효율적인 냉방 시스템과 같은 요소를 신중하게 고려하는 것이 포함된다.[6]
5. 1. 친환경 도시 계획
기후 변화가 시급한 세계적 문제로 떠오르면서, 지속 가능한 도시 개발의 중요성이 커지고 있다. 특히 인도와 같은 지역에서는 도시 계획 시스템 내 기후 인식이 부족하여, 지속 가능한 도시 개발에 어려움을 겪고 있다.[6]도시의 토지 이용 증가와 점유는 도시 열섬 현상을 일으킨다.[8] 도시 열섬은 도시 지역과 그 주변 지역의 온도가 주변 교외 지역, 특히 시골 지역보다 밤에 더 두드러지는 현상이다.[9][10]
건물을 구성하는 어두운 물질, 불투수성 토양 및 포장된 표면은 대부분의 태양 에너지를 유지하여 더 큰 열섬과 열적 불편을 초래한다.[8][10] 도시 지역의 지표 반사율은 주변 온도에 영향을 미치는데, 식생 표면이 어둡고 건조할 때는 52°C에 도달할 수 있지만, 토지가 밝고 습할 때는 18°C에 도달한다.[10] 대부분의 핫스팟 위치에는 녹지가 거의 없어 도시 열섬 형성에 영향을 미친다.[8][9]
이러한 도시 열섬 현상은 자연적 요인과 인위적 요인의 복합적인 영향으로 인해 발생하며, 도시 환경에서 최적의 온도를 조절하고 유지하기 위한 열 부하 관리가 필수적이다. 도시 열섬의 부정적인 영향을 완화하기 위해 다양한 열 저감 전략을 계획하고 실행해야 한다. 여기에는 도시 설계, 녹색 인프라, 건축 자재, 조경 및 에너지 효율적인 냉방 시스템과 같은 요소를 신중하게 고려하는 것이 포함된다.[6]
결론적으로, 도시 기후 개선을 위해서는 녹지 공간 확대, 친환경 건축물 보급, 대중교통 중심의 교통 체계 구축과 같은 친환경 도시 계획이 필요하다. 또한, 바람길 조성, 쿨루프(Cool Roof) 설치와 같이 도시 열섬 현상을 완화하기 위한 기술적 접근도 시도되고 있다. 이러한 노력을 통해 도시는 기후 변화에 더 잘 대응하고, 주민들에게 더 쾌적한 환경을 제공할 수 있을 것이다.
5. 2. 지역 사회 참여
현대 도시 계획은 민간 주도로 달성된 단순한 미학을 초월하여, 포용적이고 접근 가능한 공공 공간의 중요성을 인식해야 한다. 이러한 공유 공간은 모두를 위한 적절한 주거에 대한 기본권을 보호하는 데 중요한 역할을 한다. 이는 소속감과 공유 가치를 확립함으로써 다양한 개인 간의 단결을 촉진하는 사회 계약을 수반한다.[4] 도시 계획은 민간 노력과 함께 공공 공간 개발을 우선시함으로써 지역사회 결속력을 강화하고, 자원에 대한 공평한 접근을 촉진하며, 주민의 전반적인 복지와 삶의 질에 기여하고, 사회적 통합과 집단적 진보의 원칙을 강화할 수 있다.6. 원격 탐사 교육의 역할
원격 탐사 기술은 도시 기후 변화를 관찰하고 분석하는 데 유용하게 활용될 수 있다. STEM(과학, 기술, 공학, 수학) 분야 교육에서 원격 탐사 기술을 활용하면 미래의 지구과학자를 양성하고, 소외된 지역 사회의 역량을 강화하는 데 기여할 수 있다.[7] 학부 STEM 배경을 가진 소수 학생들은 원격 탐사 및 지구물리학에서의 응용 분야에 대한 지식이 제한적인 경우가 많다. 이러한 문제는 환경 지식을 수집하는 혁신적인 접근 방식을 탐구하는 데 방해가 된다. 따라서 학부 교육을 풍요롭게 하고, 미래의 지구과학자를 적절히 준비하며, 소외된 지역 사회에 힘을 실어주고, 지구과학 전문가 부족 문제를 해결하기 위해 독특한 교수 및 학습 방법을 사용하는 것이 중요하다.[7]
뉴욕시립대학교 시티칼리지(City Tech)의 원격 탐사 및 지구 시스템 과학 센터(ReSESS)는 소외된 지역 사회의 학생들을 유치하고 참여시키기 위해 원격 탐사를 활용하는 데 중점을 두고 있으며, 특히 지역 동네의 도시 기후 역학 연구에 중점을 둔다. 이러한 접근 방식은 지구과학에 대한 인식을 높이고 이해를 심화시키는 데 성공적인 결과를 보여주었으며, 학생들이 새롭게 습득한 지식을 지역 환경 지속 가능성 사업에 기여하도록 동기를 부여한다.[7]
7. 도시 기후 연구
도시 내부와 교외 지역 간의 기후 차이에 대한 연구는 중세 이전부터 주목받아 왔다. 이러한 연구 결과는 도시 계획에 반영되는 경우도 있다.[19]
7. 1. 학문적 연구
19세기 말부터 20세기에 걸쳐 도시 기후에 대한 정량적인 관측이 이루어지면서 근대 도시 기후학이 성립되었다.[14]도시의 토지 이용 증가와 점유는 지역 열적 환경을 변화시켜 도시 열섬 현상을 야기한다.[8] 도시 열섬은 도시 지역과 그 주변 지역, 특히 시골 지역보다 밤에 더 두드러지게 나타난다.[9][10]
도시 지역의 지표 반사율은 주변 온도에 영향을 줄 수 있다.[11] 예를 들어, 식생 표면이 어둡고 건조하면 52°C까지 온도가 올라갈 수 있지만, 밝고 습한 토지에서는 18°C에 머무른다.[10]
다음과 같은 연구들이 진행되었다.
이러한 연구 결과는 도시 계획에 반영되기도 한다.[19]
City Tech의 원격 탐사 및 지구 시스템 과학 센터(ReSESS)는 소외된 지역 사회의 학생들을 유치하고 참여시키기 위해 원격 탐사를 활용하여 도시 기후 역학 연구에 중점을 두고 있다. 이러한 접근 방식은 지구과학에 대한 인식을 높이고 이해를 심화시키는 데 성공적인 결과를 보여주었으며, 학생들이 새롭게 습득한 지식을 지역 환경 지속 가능성 이니셔티브에 기여하도록 동기를 부여한다.[7]
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気象官署のデータからの都市気候効果の消去の試み
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都市におけるヒートアイランド現象の緩和対策
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科学技術政策研究所 科学技術動向研究センター
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