논문 : 이학 박사학위 논문(환경계획 및 조경전공)

김지윤
(주) 현대 AKT 공간정보 연구소   수석연구원

-서울지역 의 가로수 배치 및 규격에 따른 도시열섬 저감효과에 관한 연구-

도시열섬현상은 도시 미기후 변화에 따른 문제 중 가장 큰 사회적 이슈로 대두 되고 있다. 도시 열섬이 발생하는 주요원인은 급격한 도시 개발로 인한 도시 지표면의 변화와 차량 , 고층 건물 등에서 발생하는 도시 내부 열을 들 수 있다. 우리나라에서도 서울 등 대도심을 중심으로 도시열섬 현상이 발생하고 있으며 이를 극복하기 위한 대책들이 강구되고 있으며, 실행되고 있다.
도시열섬 극복대책으로 도심 녹지 조성 및 관리를 통한 방안이 최근에 조명 받고 있다.  도심 녹지 자원은 도심지역의 태양열 반사도(albedo)를  높이고 그늘을 제공 함 으로써 도심지의 열을 저감 시킨다. 반대로 녹지가 없는 고층빌딩밀집지역에서는 태양열에 대한 반사도가 낮은 대신 흡수하는 열이 많으므로 온도가 상승한다. 그러나 연속적인 도심녹지 지역의 존재는 도심 내의 바람 통로역활을 하여 일종의 에어컨 역할도 기대할 수 있다. 이 중 도심녹지 자원의 가장 기초적인 자원은 가로수 이며, 가로수의 역할은 휴식처 제공 및 환경방재 등의 역할을 한다,
도심에 위치한 가로수는 도시열섬 현상이 가장 극심한 도로와 고층건물 밀집 지역에  존재하므로 도시열섬 현상이 자주 발생하는 지역과 밀접한 영향관계를 가짐을 예상 할 수 있다. 그러나 도심 가로수가 도시 계획 및 지형적 요인에 의하여 모든 공간에 균등 분포 하지 않으며, 환경적 여건에 의해 배치 간격 및 생육 현황이 다를 수  밖에 없다. 따라서 가로수의 공간적인 분포 및 배치 등의 요인에 의하여 도시열섬현상의 저감효과 역시 상이하게 나타날 것으로 예상되었다.
본 논문에서는 도시열섬현상이 빈번하게 나타나는 서울지역을 중심으로 가로수의 배치와 규격에 따른 공간 분포와 도시열섬현상과의 관련성을 규명 하고자 하였다.  가로수의 공간분포 분석을 위하여 서울시의 공공 데이터 중 가로수 위치정보를 이용하였다. 또한 가로수 공간분포현황을  식재 밀도 및 수고, 흉고직경 등에 의한 세부적으로 분류하여 연구를 수행 하였다.
연구수행결과 가로수 밀도가 가장 높은 시군구는 송파구, 강남구, 서초구 등이며 배식 거리를 기준으로 평균 6.0∼6.6m이며, 식재 수에 있어서도 다른 구에 비해 비교적 다량으로 식재 되었으며 반면 서대문구, 성북구, 성동구 등은 식재수와 밀도에 있어서 적게 나타났다.  그리고 수종 분포에 있어서 활엽수가 98.3%를 차지하고 있으며 침엽수는 1.8%를 차지한다. 가로수의 공간 분포현황에 있어서도 활엽수는 서울의 전역에 고르게 분포 하지만 침엽수는 중구 일대에 집중적으로 배식되어 있음을 알 수 있었다.이는  환경요인 과 도시 계획 등 여러 가지 식재요건 상의 차이로 인하여 발생하는 것으로 추측 된다.
가로수의 생장요인 중 수고와 흉고 직경역시 지역 따라 편차가 보였다. 수고와 흉고직경이 균일하게 분포 되어 있지 않고 지역적으로 가로수 의 특정 높이 대와 직경 대를 갖는 가로수 들이 공간적으로 밀집 되어 있음을 알 수 있었으며 이는 연구의 전제조건이었던 가로수의 생장현황들이 지역별로 차이가 난다는 예상과 맞음을 알 수 있었다.이러한 지역적 편차의 발생으로 인하여 가로수가 위치한 공간들에 있어서 지역별로 가로 수 인접지역에 대한 열 분포 및 열섬현상에 국지적으로 영향을 줄 가능성이 있어 실제 도로 주변의 열 환경에 대한 공간적 지역적 분포를 분석해야 할 필요성이 제기되어  기상자료와 위성영상 등을 이용하여 연구 대상지인 서울 지역의 열 환경을 분석 하였다. 도시열섬 현상 분석을 위하여 AWS(Automatic Weather System: 자동기후 관측시스템) 자료, LandSat 위성영상, 도로 실측자료를 활용 하였다. 1차적으로 연구대상지인 서울에 위치해 있는 AWS 소 29개를 대상으로 자료를 공간보간기법을 통하여 열섬현상을 모델링 하였다. 공간모델링 시에 보간기법을 활용하는 이유는 AWS 관측 지점이 공간자료상으로 포인트로 표현 되기 때문에 이를 전체적인 경향 과 분포를 나타나기 위하여 관측지점에서 구축된 AWS 기상자료 중 기온정보를 이용하여 서울전역의 열섬현황을 모델링 하였다. 자동기후 관측소 자료는 24시간기온자료가 수집 되나 본 논문에서는 도시열섬현상이 첨예하게 나타나는 여름철 7~8월의 야간시간 (오후 21:00 ~ 오전 3:00) 대의 기온변화를 공간 상의 열 밀집 정도를 모델링 하였다.공간 모델링 결과 비교적 대도심이라고 할 수 있는 강남, 송파, 서초 등지에서 고온 지역이 집중적으로 나타났다. 그러나 이는 서울지역 내의 관측소 29개 자료를 기준으로 비슷한 기온 대 를 공간적으로 그룹 화시켜서 표현 하므로 분석자료의 타당성을 확보하기 위해서는 다른 자료와의 비교검토가 필요하였다. 또한 가로수 공간이 국지적인 공간 이므로 비교적 큰 지역범위를 갖는 공간 보간 자료에 대하여서는 가로수가 몰려 있는 지역에 대한 실측이 필요하였다.  이를 위하여  위성영상분석과 가로수 주변지역에 대한 온도 자료를 구축 하였다. 위성영상의 경우 서울지역의 Landsat TM 영상을 AWS 자료구축 시기와 가로수 주변지역 실측기간을 고려하여 시기에 적합한 영상을 입수하여 전 처리 한 후 열 화상 정보를 분석하여 그 시기 온도 경향성을 추출 하였으며 가로수 주변지역의 실축의 경우 총 92개의 지점을 선정하여 실측을 실행 하였으며,가로수 배식형태에 따라 재분류 하였다. 서울지역의 가로수 배식의 경우 도로를 기준으로 도로와 맞닿은 부분으로 배식되어 있는 일열 배식 형태 및 도로 양 극단에 배식하는 이열 배식, 아예 배식을 하지않는 무식재 지역으로 분류하였다. 그 결과 식재방법에 따라 최소 0.1∼2.0°C씩 정도 도로지역의 열 저감 정도에 있어 차이가 나타나 식재방법과 도시가로공간 간의 열환경과 관련성이 있음을 알 수 있었다. 이는 도시 가로수 열 저감 차와 가로수 배식거리에 대한 통계학적으로 높은 상관관계가 높게 나오는 분석결과를 통해서도  증명이 된다. 배식거리 외에 흉고직경 및 수고 등 생장요인 과 도시 가로공간 온도 와의 상관성 역시 통계 분석을 통하여 입증 되었다. 이는 수고가 높고 흉고직경이 큰 가로수들이 수관을 통하여 햇빛을 차단하고 대도심 도로에서 발생하는 가로 열을 차단하기 때문으로 추측 된다.
그러나 단순히 가로수 공간 분포 인자와 도시열섬 인자 만을 가지고 둘 간의 관계를 규명하기에는 어려움이 있으므로 도시열섬현상을 야기 시키는 다른 인자와 비교가 필요하다. 도시 열섬 현상이 일으키는 원인 중 하나로 도로 교통량을 들 수 있다. 도로교통량은 자동차에서 배출되는 열과 포장 도로 면적을 증가  시켜서 도시 열섬 현상을 심화 시킨다. 본 연구에서는 서울시 공공 데이터의 구별 도로 노선정보 통계정보를 구별 여름철 평균 기온 정보과의 상호 관련성을 분석 하였다. 분석결과 도로 노선과 기상자료 간의 상관 계수는 R=0.578871 이며 단순 수목 식재 수 와 상관계수(R=0.3613)를  비교하였을 때 도로노선에 대한 영향  요인이 더 크다. 그러나 이것을 가로수의 식재요인에 대한  영향이 적다라는 결론을 내릴 수 없다. 단순한 수목 식재 본수 보다는 식재 환경과 배치 간격 등 가로수의 공간 분포 특성에 따라 상이하게 여름철 도시기온이 나타날 수  있기 때문이다. 특히 가로수의 공간 분포와 밀도는 식재 본수와는 별도로 도로사정 과  도시계획 등에 의해 국지적으로 상이함을 나타내며, 앞서의 분석 결과  의하면 도로주변에 한정하여 보았을 때 가로수의 분포 특성 과 공간분포에 의해 도시열섬현상 과 상관관계가 있음을 알 수 있다. 그러나 이와 같은 효과가 전 도시전역에 걸쳐 광역적으로 발생하는 도시열섬현상을 가로수의 공간분포 특성 만 이 도시열섬 현상을 저하 시킨다고 단언 할 수는 없다. 도시열섬 현상의 원인과 대책은 단순한 자연 환경의 개선 과 확충으로 모두 다 해결 할 수 없다. 왜냐하면 여러 가지 사회적 환경적 요소들이 연관 되어있기 때 문이다. 자연환경적인 대책 요소로만 보아도 옥상 녹화, 도시림 확충 등 도시 열섬을 저감 시키는 대안은 세부적으로 여러 가지가 존재한다.  그러나 가로수 공간 분포의 조절 과 관리가 지속적으로 진행된다면 환경개선 효과 뿐 아니라 도시열섬현상을 저감 시키는 데에 도움이 되지 않을 까 한다.

<저자 인터뷰>

1. 환경계획 및 조경전공 전공을 선택하시게 된 계기가 궁금합니다.  
☞ 저의 부친께서 등산을 좋아하셔서 어렸을 때부터 등산을 따라 다니게 되어 도심 속에서  자라났지만 자연스레 산이나 나무에 익숙한 삶을 살았습니다. 그래서 늘 자연 과 친숙 하였고 자연과 인간 생활과의 관련성에 대하여 점차적으로 관심을 갖게 되었습니다. 그리고 이 분야에 대하여 관심을 가지게 된 뒤부터 자연이 막연히 그 곳을 유지 하는 것이 아니라 때로는  사람의 힘을 빌리기도 하고 사람과 대치하는 메커니즘을 가지고 있다는 것을 깨달게 되었습니다. 환경계획 이라는 학문 자체가 최근 환경파괴 등 많은 환경문제를 자연과 인간 사이에서 조화롭게 해결할 수 있는 도구이며 자연과 인간과의 관계를 명확하게 나타낼 수 있는 학문  이라고 생각 되었습니다. 그래서 자연과 벗 삼은 인생을 추구해온 저에게 이 학문은 매우의미 있는 것이었으며, 공부할 기회가 왔을 때 주저하지 않았습니다.

2. 논문 주제를 선정하시게 된 이유와 논문을 통해 독자들에게 꼭 전달하고자 했던 내용에 대한 설명을 부탁드립니다.  
☞ 최근 도시열섬현상이 도시화가 급속하게 이루어진 우리나라에서 심각한 사회문제로 대두되어 녹지확충 ,에너지 절약 등 여러 가지 대안들이 세워지고 집행되고 있습니다, 특히 녹지  확충 등은 대도시의 계획과 맞물려서 대형 SOC 사업의 일부로 실행되고 있기도 합니다. 제가 이문제를 접하면서 근원적인 의문은 가장 우리주변의 친숙한 녹지공간이자 1차적인 환경방제자원인 가로수 공간에 대한 배치와 관리를 통하여서도 비교적 소규모 자본과 자원투입을 통하여서도 문제들을 많은 부분 해소가능 하지 않을 까 하는 것 이었습니다. 그러나 이것은 과학적인 조사와 방법에 의하여 입증되어야 하는 것 이므로 이번 연구를 통하여  가로수의 배치와 관리가 도시열섬 현상과 관련성에대한 지적인 의문을 어느 정도 해소한 것 같습니다. 또한  다소 친숙하지만 가장 소홀할 수 있는 도심지 내부의 가로 공간의 관리가 중요함을 강조하고도 싶었습니다.

3. 논문을 쓰는 과정에서 어려움이 있었다면 어떤 것들인가요?
☞ 저는 전공과의 별개로 IT 관련 일을 하고 있었기 때문에 업무와 연구가 일치되기 어려웠습니다. 그리고 대학원 입학 할 때 제 자신에게 편하게 쓰는 논문이 아니라 데이터부터 발로 뛰면서 만들자는 스스로의 다짐도 있었습니다. 논문주제를 정하고 휴가기간에 서울전역을 돌면서 실측 자료를 구축할 때 너무 더워서 공공기관의 데이터만을 가지고 논문을 쓰고도 싶었지만 실증적인 연구를 해야 한다는 고집 때문에 고생을 하기도 하였습니다. 그리고 데이터를   구축 후 아무래도 부족한 분석력 때문에 지도교수님의 자상한 지도와 배려가 없었다면 논문을 완성을 할 수 없었을 겁니다. 논문을 쓰면서 많은 것을 얻었고 사고의 깊이와 논리력을 얻게 된 것에 대하여 지도교수님과 연구실 동료들에게 지금도 너무 감사 합니다.

4. 논문쓰기를 앞둔 후배들에게 조언 한마디를 부탁드립니다.
☞ 논문을 쓰면서 지금 생각해 보니 논문을 완성한 것이 나에게 남는 것이 아니라 논문을 쓰기까지의 과정이 더욱 남는 것 같습니다. 논문 쓰는 과정에서 때론 힘들고 포기하고 싶은 마음도 들지만 논문을 쓰면서 길러지는 논리력, 분석력, 분석과정에서 발생하는 여러 가지 상황에 따른 판단력등은 논문 통과와는 상관없이 안생을 사는 데에도 큰 도움이 됩니다. 그리고 논문을 쓰면서 자기 주관과 결론이 틀리수도 있음을 냉정하게 인정해야합니다. 저의 경우에도 분석결과가 실제 예상과는 다른 결과가 나와서 적지 않게 당황했었으나 분석과정을 천천히 재점검하여 결국 올바른 방향으로 연구를 진행할 수 있었습니다.
마지막으로 당부드리고 싶은 말씀은 논문을 완료하고 나면 한 차원 더 인격적인부분과 학문적인 부분이 더 성숙할 수 있는 기회이므로 놓치지 마시고 용감하게 정진하신다면 모두 좋은 결과로 돌아올 겁니다.
출처 : 고려대학교 고파스 2024-05-04 00:21:02: