‘도시 열섬 현상’, 즉 도시가 왜 더 덥고 특히 왜 밤이 되면 더 쉽게 식지 않는지에 대한 물리적 해답이 제시됐다. 국립부경대학교 연구진이 도시 열섬(Urban Heat Island) 현상을 최소 변수의 열역학 모델로 규명해 복잡한 기후모델에 의존하지 않고도 그 작동 원리를 설명하는 데 성공했다.

문우석(오른쪽) 교수와 전미정 연구원.

국립부경대 환경대기과학전공 문우석 교수 연구팀은 전미정 연구원과 함께 도시 열섬의 형성과 강도가 시간대별로 어떻게 달라지는지를 분석한 결과를 국제 학술지에 게재했다고 22일 밝혔다.

도시 열섬은 도시 기온이 인근 교외보다 높게 나타나는 현상으로 폭염 심화와 냉방 에너지 수요 증가, 취약계층 건강 위험 확대 등과 직결된 대표적 도시 기후 문제다. 그러나 기존 연구는 관측 자료를 나열하거나 대규모 수치모델에 의존하는 경우가 많아, 왜 특정 시점에 열섬이 가장 강해지는지에 대한 직관적 설명은 부족했다.

연구팀은 이를 ‘표면 에너지 수지(Surface Energy Balance)’ 관점에서 풀어냈다. 도시는 낮 동안 태양복사를 통해 흡수한 열을 건물과 도로, 콘크리트 구조물에 저장한다. 이후 밤이 되면 저장된 열이 서서히 방출되면서 주변 지역보다 더 늦게 식는다. 이 과정이 반복·누적되며 야간 열섬을 강화한다는 것이다. 연구진은 낮의 열 축적과 밤의 열 방출이라는 비대칭적 구조를 수학적으로 단순화해 모델로 제시했다. 도시 열섬이 단순히 ‘도시가 더 덥다’는 현상이 아니라, 시간에 따라 열이 축적되고 방출되는 동적 과정의 결과임을 명확히 한 셈이다.

문 교수는 “최소한의 변수만으로도 도시 열섬을 재현 가능한 모델로 설명했다는 점이 의미 있다”며 “기존 경험적·통계적 접근을 넘어, 도시가 어떻게 열을 저장하고 방출하는지에 대한 근본적인 이해를 제공하는 것이 이번 연구의 가장 큰 성과”라고 말했다. 이번 문 교수팀의 연구는 향후 도시 설계와 녹지 확충, 건축 자재 선택, 폭염 대응 정책의 과학적 근거를 강화하는 데 기여할 것으로 기대된다.