미국 예일 대학이 주도하는 연구는 주변 시골 지역보다 전 세계 도시 지역을 상당히 더 덥게 만드는 일반적인 현상인 도시 열섬 효과(urban heat island effect)의 주요 원인을 처음으로 정량화했다. 도시 열섬 효과는 도시 거주자의 건강 위험(health risk)을 증가시킬 수 있다.
북아메리카 전역에 위치한 65개 도시에 대한 분석에서, 연구진은 도시 지역이 대류(convection) 공정을 통하여 보다 더 낮은 대기로 어떻게 효과적으로 열을 되돌리는지에 대한 가변성이 주간 도시 열섬(UHI; urban heat island) 효과에서 우세한 요인이라는 사실을 발견했다. 이러한 연구 결과는 식생의 소실로 인하여 증발 냉각(evaporative cooling)이 감소함에 따라 주로 유발된 현상이라고 오랫동안 믿어온 의견에 이견을 제기했다.
손상된 대류 효율(convective efficiency)의 효과는 습한 기후에서 특히 심각하다고 연구진은 밝혔다. 애틀랜타, 조지아, 테네시 및 내슈빌 등과 같은 도시에서, 이러한 요인은 단독으로 주간 평균 기온에서 3℃ 상승에 기여한다고 2014년 7월 10일 Nature에 발표된 연구는 밝혔다.
이 현상은 평균 지구 기온을 지속적으로 상승시키기 때문에, 사람들이 점점 더 많이 이주하는 전 세계 도시에서 인간 건강에 대한 심오한 영향을 가질 수 있다고 이 논문의 저자이며, 예일 대학 F&ES(Forestry & Environmental Studies) 기상학과 교수인 Sara Shallenberger Brown과 Xuhui Lee는 밝혔다.
기후 조건(climate condition)과 도시 열섬 사이에 상승 관계(synergistic relationship)가 있다고 Lee는 밝혔다. 이러한 관계는 온도 효과가 높은 습도에 의해 이미 혼합된 습한 환경에서 도시 열섬이 인간 건강에 대한 혹서 스트레스를 악화시킨다고 제안했다. 이것은 대중 건강 관점에서 상당한 우려가 되는 점이라고 Lee는 밝혔다.
몇 년 동안 과학자들은 UHI 효과의 주요 원인을 규명해왔다. 증발 냉각과 대류 효율에서 변화 이외에, 이러한 효과는 건물, 보도 및 식생과 토양 보다 더 많은 열을 저장하는 다른 구조의 성향을 포함한다. 열은 인간이 건축한 산업 시스템과 지구의 표면의 알베도(albedo) 변화에 의해 생성됐다. 알베도는 지구 표면에 의해 반사되는 일광 또는 복사의 비율을 의미한다. 예를 들면, 밝은 색상의 주차장은 어두운 색상의 표면보다 더 많은 일광을 우주로 되돌린다.
미국과 캐나다의 도시에 덮인 식생과 토양 표면 온도의 인공위성 자료를 이용하여, 연구진은 주간과 야간에 도시 중심과 도시 주변 외곽 사이의 평균 기온(mean temperature) 격차를 계산했다. 또 연구진은 UHI의 주요 추진자(복사, 대류, 증발, 열저장 및 인간이 생성한 열 등)의 각각의 역할을 정량화하는데 이용될 수 있는 대기 밀도(air density)와 공기 역학적 저항(aerodynamic resistance)의 보다 더 복잡한 범위의 변수를 생성하기 위한 기후 모델링을 사용했다.
연구 결과는 지역적인 기후에도 불구하고, 일치된 견해를 재차 확인했다. 인간이 건설한 구조에서 저장된 열의 배출은 주간 동안 UHI에 우세한 기여자이다.
그러나 특히 미국 동남 지역 더 습한 도시에서 야간 동안 대류(convection)가 우세한 요인이라는 사실을 연구진은 발견했다. 그러한 장소에서, 건물과 다른 인간이 만든 구조물의 유연한 표면은 주변을 둘러싸 빽빽하게 식수된 지역보다 열 확산(heat diffusion)에 훨씬 덜 기여한다. 전체적으로 보다 더 습한 기후에서 도시화는 58%까지 대류 효율을 낮춘다.
식생의 보다 더 거친 표면은 난기류(turbulence)를 촉진하고, 난기류는 표면으로부터 열을 대기로 이동시킨다고 F&ES 소속의 박사 과정 학생이며, 이 연구의 주저자인 Lei Zhao는 밝혔다. 그러나 보다 더 완만한 표면이 있는 곳에, 더 적은 대류가 존재하고 열은 표면에 붙잡혀 있을 것이다.
대류는 훨씬 다른 결과를 가진 알베도를 나타내는 더 건조한 도시에서도 중요한 역할을 한다. 전형적으로 보다 더 짧고 관목이 우거진 주변 식생이 있는 미국 서남부 도시 지역을 포함한 일부 지역에서, 시골 지역은 열을 소멸시키는데 덜 효과적이다. 그 결과, 도시 풍경은 실제로 도시 주변의 시골 지역보다 열을 제거하는 데 20% 더 효율적이며, 도시 내에서 1.5 ℃ 냉각을 촉발한다.
키워드 : 도시 열섬 효과, 건강 위험, 대류, 대류 효율
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://phys.org/news/2014-07-urban-heatnot-myth-worst.html 제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.07.14 15:53
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