국립부경대학교 환경대기과학전공 연구팀이 건물 단위 해상도에서 수분 상변화 과정까지 동시에 모사할 수 있는 새로운 도시 기후 모델 'BECLOUD'를 개발했다.

김재진 교수와 이현지 석사과정생이 참여한 이번 연구는 전산유체역학(CFD) 모델에 온난운 미세물리(warm-cloud microphysics)를 결합한 게 핵심이다. 연구 성과는 엘스비어(Elsevier)가 발행하는 국제학술지 'Sustainable Cities and Society'(IF 12.0) 3월호에 게재됐다.

기존 건물 해상도 CFD 모델은 정밀한 유동 해석이 가능하지만 수분 응결 및 상변화 과정은 단순화해 다루는 경우가 많았다. 반면 중규모 기상 모델은 구름 미세물리를 포함하지만 건물 규모의 복잡한 유동 구조를 충분히 재현하기 어렵다는 한계가 있었다. BECLOUD는 이 두 가지 한계를 동시에 극복한 통합 모델이다.

연구팀은 건물 밀집 지역에서 난류 혼합과 수분 증발 과정이 상호 작용하며 국지적 열환경 변화를 유도하고, 이런 결합 효과가 도시 기후 시스템의 비선형성을 강화한다는 점을 확인했다. 도시 대기를 단순한 열전달 체계가 아닌 에너지와 수분 순환이 긴밀히 결합된 복합 시스템으로 이해해야 한다는 것이 연구의 핵심 메시지다.

이 모델은 도심항공교통(UAM) 운항 환경 분석에도 활용 가능성이 크다. 저고도 비행체는 건물 주변 난류 증폭, 국지적 수분 응결, 시정 악화 등 미세 대기 현상의 영향을 받을 수 있어, 버티포트 입지 평가와 저고도 기상 위험도 진단을 위한 과학적 기반 기술로 주목받고 있다.

김재진 교수는 "이번 연구는 도시 열환경 평가, 강수 전후 습도 변화 분석, 극한 기상 상황에서의 응축 거동 분석 등 다양한 분야로 확장 가능하다"며 "고해상도 도시 기후 모사 기술이 스마트 시티 설계와 기후 적응 인프라 구축에 필요한 수분학적 과학적 근거를 제공할 수 있다는 것이 이번 연구의 가장 큰 성과"라고 밝혔다.

이번 연구는 기상청 한국형 도심항공교통(K-UAM) 안전운용체계 핵심 기술 개발(RS-2024-00404042)의 지원을 받아 수행됐다.