국립부경대학교 환경대기과학전공 연구팀이 도시 열섬 현상의 핵심 원리를 단순 열역학 모델로 풀어낸 연구 결과를 국제학술지에 게재했다.

국립부경대는 전미정 연구원이 도시와 교외 지역의 기온 차이를 유발하는 도시 열섬(Urban Heat Island) 현상을 단순화된 열역학 모델로 설명한 연구 결과를 최근 'Nonlinear Processes in Geophysics'에 실었다고 밝혔다.

도시 열섬은 도시 기온이 주변 교외 지역보다 높게 나타나는 현상으로, 폭염 심화·에너지 수요 증가·건강 위험 확대 등과 연관된 주요 기후 문제다. 기존 연구들은 관측 사례 나열이나 복잡한 수치 모델에 의존하는 경우가 많아 핵심 원리를 직관적으로 이해하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 도시 기온 변화를 표면 에너지 수지(Surface Energy Balance) 관점에서 접근해 최소 변수로 구성된 단순 열역학 모델을 제시했다.

이 모델에 따르면 도시는 낮 동안 태양복사를 통해 많은 열을 흡수하고, 그중 상당 부분을 건물·도로·콘크리트 같은 인공 구조물에 저장한다. 이 열이 밤에 천천히 방출되면서 도시가 주변 지역보다 더 늦게 식고, 야간 열섬 현상이 강화되는 것이다.

연구팀은 이 과정을 수학적으로 단순화해 낮 동안의 열 축적과 밤 동안의 열 방출이 도시 기온에 어떻게 기여하는지를 제시했다. 도시 열섬이 단순히 '도시가 더 덥다'는 현상이 아니라, 시간에 따라 누적되고 방출되는 열의 비대칭 구조에서 비롯된다는 점을 명확히 규명한 것이다.

문우석 교수는 "이번 연구는 도시 열섬을 복잡한 대규모 기후모델이 아니라, 최소한의 변수만으로도 재현 가능한 간단하지만 해석 가능한 모델로 설명했다는 점에서 의미가 있다"며 "기존의 경험적·통계적 접근을 넘어, 도시가 어떻게 열을 저장하고 방출하는지에 대한 근본적인 이해를 제공하는 것이 이번 연구의 가장 큰 성과"라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 앞으로 도시 설계, 녹지 확충, 건축 자재 선택, 폭염 대응 정책 등 실질적 완화 전략을 과학적으로 평가하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.