도시열섬과 오염섬의 공간 분포 특성 및 녹지의 저감효과 분석 : 부산광역시를 대상으로 = Analysis of Spatial Distribution Characteristics and Greening Reduction Effects of Urban Heat Island and Urban Pollution Island: Focused on Busan Metropolitan City

국문 초록 (Abstract)

우리나라는 경제성장과 함께 도시화가 빠르게 진행되면서 저밀도지역, 녹지지역 또는 농림지역 등의 미개발지역에 대한 개발수요 또한 급격하게 증가했고, 이러한 문제들을 해결하기 위해 고도의 고밀개발과 함께 도시의 확산이 진행되었다. 기존에 진행된 대부분의 개발들은 경제성에 초점을 맞춰 개발로 인한 환경적 영향에 대한 고려가 미흡했고, 따라서 개발이 끝난 고밀 지역에서 인공배열과 온실가스 배출량이 현저히 증가했다. 도시지역은 다량의 인공배열과 온실가스 배출로 인하여 주변지역보다 상대적으로 기온이 높은 도시열섬 현상이 발생하고 이는 폭염과 열대야 등의 극한기상을 유발한다. 더불어 인류 역사상 가장 심각한 문제인 기후변화로 인해 여러 가지 환경문제가 악화되고 있다.
최근 환경문제에 대한 관심이 높아지면서 대기오염문제 또한 사회적 이슈로 대두되고 있고, 도시열섬과 마찬가지로 주변지역보다 상대적으로 대기오염물질의 농도가 높은 도시오염섬 현상이 발생하고 있다. 이러한 도시환경문제들은 기후변화를 가속시키고 이는 또다시 다양한 도시문제의 발생을 촉진시키는 원인으로 작용하여 악순환이 반복되고 있다. 도시열섬과 도시오염섬은 환경적 영향뿐 아니라 인간의 건강에도 다양한 악영향을 미친다. 도시열섬은 온열질환을 유발하여 심할 경우 사망에까지 이르고 도시오염섬은 호흡기질환, 심혈관질환, 뇌질환 등 다양한 피해를 야기한다. 이러한 도시문제들을 해결하기 위해서는 도시 계획적 차원의 공간설계방법 및 녹지의 활용방안에 대한 연구가 필요하다.
본 연구에서는 부산광역시를 대상으로 도시열섬과 도시오염섬 현상의 발생유무를 살펴보고 두 현상의 분포 및 특성과 공간적 상관관계에 대해 알아보고자 한다. 이에 부산광역시 전역을 대상으로 2018년 4월 25일의 대기온도와 지표면온도를 도시열섬에 대한 변수로 사용하였고, 미세먼지 농도를 도시오염섬에 대한 변수로 사용하였다. 다음으로 지역 특성에 맞는 건축물의 배치 및 녹지의 조성을 도시열섬과 도시오염섬을 저감할 수 있는 대책 중 하나로 제안하기 위해 3차원 미기상 시뮬레이션 프로그램인 Envi-met을 활용하여 그 효과를 알아보고자 한다. 시뮬레이션은 도시열섬과 도시오염섬에 대한 분석 결과를 바탕으로, 2018년 4월 25일 당시 두 현상이 모두 발생하는 것으로 나타나는 부산진구의 당감동과 부암동 일대를 대상지로 선정하여 분석을 진행하였다.
도시열섬은 국제적 또는 학문적으로 합치된 정의가 존재하지 않고, 많은 선행연구들에서 정의한 기준은 대부분 상대적 성격을 지닌다. 이에 본 연구에서는 Jenks의 자연분류법을 활용하여 도시열섬을 정의하였고, 도시오염섬은 새롭게 떠오르는 연구주제로써 선행연구가 전무한 실정이다. 따라서 도시오염섬 또한 도시열섬과 마찬가지로 Jenks의 자연분류법을 활용하여 정의하였다. 도시열섬은 대기온도를 기준으로 분석한 결과와 지표면온도를 기준으로 분석한 결과 간 공통점과 차이점을 발견할 수 있었고, 도시오염섬은 도시열섬과 공간적으로 중복되는 지역이 나타나는 것으로 확인되었다.
건축물의 배치 및 녹지의 도시열섬 및 도시오염섬 저감효과는 대상지의 현황에 해당하는 기본 모형을 설정한 후, 해당 지역을 혼합형의 고층건물을 배치하는 타입과 판상형의 중층건물을 배치하는 타입으로 구분하고, 녹지의 조성을 세 가지의 Case로 구분하여 그 효과를 알아보았다. Case1은 녹지를 조성하지 않는 대조군에 해당하며 Case2와 Case3은 식생의 유형과 배치에 차이를 두었다. 분석 결과를 살펴보면 대기온도와 지표면온도, 미세먼지의 세 가지 변수 모두 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 건축물 배치의 경우 혼합형의 고층건물을 배치하는 A타입이 판상형의 중층건물을 배치하는 B타입보다 모든 변수에서 개선효과가 더 크게 나타났다. 녹지조성의 경우 대상지 내부에 교목만을 배치한 Case3보다 대상지와 도로의 경계부분에 교목을 배치하고 대상지 내부에 지피식생을 배치한 Case2에서 그 효과가 더 뚜렷하게 나타났다.
본 연구의 결과들을 종합적으로 살펴보면, 도시열섬과 도시오염섬의 국제적 또는 학문적으로 합치된 정의를 정립할 필요가 있으며, 기후변화에 대응하고 도시문제로 인해 발생하는 피해를 줄이기 위해 녹지 조성 등의 실효성 있는 대책을 마련하고 실천해야 한다. 특히, 녹지의 조성은 환경문제를 줄일 수 있는 해결책뿐만 아니라 현대인들이 스트레스를 해소하고 심신의 안정을 찾는데 큰 역할을 할 수 있다. 또한 지역의 특성에 맞는 건축물의 배치는 공기의 흐름을 원활하게 하여 온도의 감소를 유도하고 대기오염물질의 정체를 막아 오염물질농도의 감소를 유도할 수 있을 것으로 보인다.
끝으로 공간을 계획하는 이해관계자들이 녹지 조성의 목적과 의의를 올바르게 이해하고 지역의 특성을 반영한 계획을 통해 조금 더 살기 좋은 도시, 살고 싶은 도시를 만들어 나갈 수 있기를 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• I. 서론 1
• 1. 연구의 배경과 목적 1
• 2. 연구의 흐름 3
• II. 선행연구 검토 및 이론적 고찰 6
• 1. 도시열섬과 도시오염섬 현상 6
• 가. 도시열섬 6
• 나. 도시오염섬 10
• 다. 온도와 대기오염물질 농도의 관계 16
• 2. 녹지공간의 열환경 및 대기환경 개선효과 16
• 3. 연구의 차별성과 의의 20
• III. 연구 방법론 22
• 1. 연구의 지역 및 범위 22
• 2. 데이터 구축 22
• 가. 지표면온도 22
• 나. 대기온도 및 미세먼지 25
• 3. 분석방법 27
• 가. 도시열섬 및 도시오염섬의 공간적 특성 분석 27
• 나. 도시열섬과 오염섬의 교차비교 분석 28
• 다. Envi-met을 이용한 건축물 및 녹지공간 배치에 따른 열섬·오염섬 저감효과 분석 29
• IV. 도시열섬과 도시오염섬의 공간적 분포특성 분석 31
• 1. 지표면온도 및 대기온도, 미세먼지 농도 분포특성 31
• 2. 도시열섬의 공간적 분포패턴 및 특성 33
• 3. 도시오염섬의 공간적 분포패턴 및 특성 35
• 4. 도시열섬과 도시오염섬의 공간적 상관관계 36
• V. 건축물 배치 및 녹지공간의 조성에 따른 열섬 및 오염섬 저감효과 분석 44
• 1. 대상지역 선정 44
• 2. 모형 선정 45
• 3. 분석결과 48
• 가. 건축물의 유형 및 배치에 따른 차이점 분석 48
• 나. 유형별 미세먼지 농도차이 분석 53
• 다. 유형별 지표면온도 차이 분석 55
• 라. 유형별 대기온도 차이 분석 58
• VI. 결론 및 시사점 61
• 참고문헌 64
• Abstract 72