같은 녹지 면적이라도 작은 녹지가 나뉘어 있을수록 냉각능력이 커졌다

환경 연구 동향 | 앨지닥터

브라질 리우데자네이루연방대학교를 중심으로 한 연구진은 리우데자네이루 교외 80개 동네에서 작은 사유지 녹지와 공공 녹지가 도시의 냉각능력에 어떻게 관련되는지 분석해 Sustainable Cities and Society에 발표했습니다. 연구진은 도시 냉각 모형과 경관지표를 결합해 녹지의 양뿐 아니라 크기와 간격, 가장자리 길이 같은 공간 배치까지 비교했습니다. 사유지 녹지의 평균 수관피복률은 10.82%로 공공 녹지의 4.98%보다 약 두 배 높았고, 사유지 녹지의 지표들이 냉각능력과 더 강한 관련성을 보였습니다. 모형에서 가장자리 밀도와 수관피복률의 상대 영향도는 각각 약 54%와 28%였으며, 연구진은 같은 면적의 녹지라면 적은 수의 큰 녹지보다 여러 작은 녹지가 더 높은 냉각능력과 관련됐다고 해석했습니다.

포장면이 열을 키우고 녹지가 식히는 원리

도시 열섬은 건물이 밀집한 지역의 기온이 주변의 농촌이나 녹지보다 높아지는 현상입니다. 나무와 물이 줄고 지붕·도로·주차장 같은 건조한 포장면이 늘어나면, 그늘과 수분 증발에 쓰일 에너지는 줄고 지표가 흡수·저장하는 열은 늘어납니다.[배경 1]

나무와 식물은 햇빛을 가려 지표가 달아오르는 것을 막고, 뿌리로 흡수한 물을 잎에서 수증기로 내보냅니다. 이 증발산 과정에서 물이 증발하는 데 필요한 잠열을 주변 공기에서 흡수하기 때문에 열이 줄어들고 주변 온도가 낮아집니다. [배경 2] 이번 논문이 말하는 작은 도시녹색기반시설(UGI)은 면적 2ha 미만의 녹지입니다. 연구진은 녹지가 얼마나 있는지를 뜻하는 ‘구성’과, 녹지가 몇 조각으로 나뉘고 얼마나 떨어져 있는지를 뜻하는 ‘배치’를 구분해 어느 쪽이 냉각능력과 더 밀접한지 살폈습니다.

80개 동네의 사유지·공공 녹지를 나눠 비교한 방법

연구 대상은 리우데자네이루 제3계획구역(AP3)의 80개 동네였습니다. 연구진은 2016년 토지이용·피복 지도와 주거 블록 경계, 도심 식생 지도를 결합해 주거용 사유지 안의 수목을 사유지 녹지로, 그 밖의 가로·광장 등 공공영역의 수목을 공공 녹지로 분류했습니다. 관목·초본 식생은 전체 면적의 약 2%에 불과해 분석에서 제외하고 수목만 5m 해상도 격자로 만들었습니다.

2015년 17개 관측소의 기온과 증발산 자료를 InVEST 도시 냉각 모형에 넣고, 그늘·증발산·알베도를 반영해 동네별 냉각능력 지수를 모의했습니다. 모형 보정에는 기준기온 26.41℃와 최대 도시 열섬 강도 3.16℃가 사용됐습니다. 이후 수관피복률, 평균 녹지 면적, 녹지 조각 밀도, 최근접 거리, 응집도, 가장자리 밀도 등 6개 경관지표를 계산하고, 부분 스피어만 상관분석과 부스티드 회귀나무(BRT) 모형으로 각 지표의 상대 영향과 상호작용을 분석했습니다.

사유지 녹지는 공공 녹지보다 넓고 촘촘했다

사유지 녹지의 평균 수관피복률은 공공 녹지의 약 두 배였습니다. 사유지 녹지는 동네 안에 더 많은 조각으로 분포했고 조각 사이의 평균 거리는 더 짧았으며, 단위면적당 녹지 둘레를 나타내는 가장자리 밀도도 공공 녹지의 약 1.9배였습니다. 연구진은 사유지 녹지가 주거지 뒤뜰에 모여 있는 특성 때문에 응집도가 더 높게 나타났다고 설명했습니다.

모형이 추정한 동네별 기온 저감은 평균 0.6℃

InVEST 모형에서 동네별 평균 냉각능력 지수는 0.09~0.35로 모의됐습니다. 이를 기온 변화로 환산한 모형값은 0.3~1.1℃ 저감이었고 평균 저감폭은 0.6℃였습니다. 이는 현장에서 온도계를 놓고 직접 측정한 결과가 아니라 2015년 연평균 기온과 토지피복 자료를 이용해 계산한 값입니다.

공간적으로는 연구 지역 북동부 동네의 냉각능력이 가장 높았고, 남부와 남서부는 중간 수준이었습니다. 나머지 다수의 동네는 낮거나 매우 낮은 냉각능력으로 모의돼, 같은 교외 지역 안에서도 녹지 구조에 따라 냉각 잠재력이 달라질 수 있음을 보여줬습니다.

녹지 면적보다 가장자리 밀도의 상대 영향이 컸다

부분 상관분석에서 사유지·공공 녹지 모두 평균 녹지 면적, 최근접 거리, 응집도는 냉각능력과 음의 관련성을 보였고, 수관피복률과 녹지 조각 밀도, 가장자리 밀도는 양의 관련성을 보였습니다. 사유지 녹지에서는 6개 지표의 관련성이 모두 통계적으로 유의했고, 응집도를 제외한 지표의 상관계수는 공공 녹지보다 컸습니다.

BRT 모형의 전체 상대 영향도에서 가장자리 밀도는 약 54%, 수관피복률은 약 28%를 차지했습니다. 두 지표를 합치면 약 82%였습니다. 사유지 녹지만 보면 가장자리 밀도와 수관피복률의 상대 영향도는 각각 약 45%와 26%였고, 두 지표 사이의 양의 상호작용도 확인됐습니다. 조정된 냉각능력은 사유지 수관피복률이 약 16%, 가장자리 밀도가 약 400m/ha인 구간에서 가장 높았습니다.

연구진은 열대 도시에서는 증발산보다 그늘의 영향이 상대적으로 크고, 녹지 가장자리가 늘어나면 주변 포장면에 드리우는 그늘도 늘어날 수 있다고 해석했습니다. 따라서 같은 총녹지 면적을 가정하면 적은 수의 큰 녹지보다 여러 작은 녹지가 더 높은 냉각능력과 관련될 수 있다는 설명입니다. 이 결과는 해당 지역과 모형에서 확인된 통계적·모의적 관계이며 모든 도시에 그대로 적용되는 물리 법칙을 뜻하지는 않습니다.

작은 녹지의 가능성과 연평균 모형의 한계

연구진은 공공 녹지만이 아니라 주거지의 뒤뜰과 공동주택 공용공간 같은 사유지 녹지도 주변 지역의 미기후 조절에 기여할 수 있다고 설명했습니다. 냉각능력 지도를 녹지 확충·재정비의 우선 지역을 찾는 출발점으로 활용하고, 공공 녹지를 늘리는 동시에 사유지의 수목과 옥상녹화를 유지·확대할 유인책도 검토할 수 있다고 제안했습니다.

다만 냉각에 유리한 배치가 다른 생태계서비스에도 최선인 것은 아닙니다. 저자들은 큰 녹지가 여러 작은 녹지보다 생물다양성 보전과 빗물 유출 저감에 더 유리할 수 있고, 자원을 많이 쓰는 정원 관리가 생물다양성과 토양의 질을 해칠 수 있다고 짚었습니다. 녹지 조성 뒤 녹색 젠트리피케이션이 나타날 가능성도 있어, 목적별 상충관계와 주민 참여를 함께 고려해야 한다고 설명했습니다.

연구에 사용된 InVEST 모형은 공기 혼합과 공원 냉각효과를 단순화하고, 수관피복률과 기온 변화의 관계를 선형으로 처리한다는 한계가 있습니다. 연구진은 연평균 기온만 사용했기 때문에 계절·낮밤·폭염기의 차이를 분석하지 못했고, 연구 지역 전체의 최신 식생지도와 충분한 기상관측소도 부족했다고 밝혔습니다. 후속 연구로 비선형 모형, 원격탐사와 현장 측정, 계절별 분석, 리우데자네이루 전역과 대도시권으로의 공간 확대를 제시했습니다.