도시와 교외의 기온 차이는 왜 발생하는가
같은 지역에 있는 도시와 교외라도 기온은 서로 다르게 나타날 수 있다. 도시는 건물과 도로, 차량과 사람이 밀집해 있고 교외는 논밭과 숲, 흙과 물의 비율이 상대적으로 높다. 이러한 토지 이용의 차이는 들어온 태양에너지가 반사되고 저장되며 공기 중으로 이동하는 방식을 바꾼다. 그 결과 도심은 특히 해가 진 뒤 교외보다 높은 기온을 유지하기 쉽다.
낮 동안 지표에 도달한 태양에너지는 일부가 반사되고 나머지는 흡수된다. 아스팔트와 어두운 지붕은 반사율이 낮아 많은 에너지를 흡수한다. 콘크리트와 건축 재료는 열을 저장할 수 있는 양도 커서 표면뿐 아니라 재료 내부까지 데워진다. 교외의 흙과 식물도 에너지를 받지만, 도시의 인공 표면과는 다른 경로로 이를 사용한다.
교외에서는 물이 증발하는 과정에 상당한 에너지가 소비된다. 식물은 뿌리로 흡수한 물을 잎의 기공을 통해 내보내며, 젖은 토양과 수면에서도 증발이 일어난다. 물이 수증기로 변하려면 주변의 열이 필요하므로 지표의 온도 상승이 억제된다. 반면 포장된 도시는 빗물이 빠르게 배수되고 식물이 적어 잠열로 전환되는 에너지가 줄어든다.
도시에 저장된 열은 시간 차이를 두고 다시 나온다. 낮에는 건물과 도로가 열을 흡수해 기온 차이가 작거나 일부 지역에서는 교외가 더 뜨거울 수도 있다. 그러나 밤이 되면 교외의 열린 지표는 하늘을 향해 열을 빠르게 방출한다. 도시는 재료 내부에 저장된 열이 계속 표면과 공기로 전달되기 때문에 냉각 속도가 느리다.
도시의 입체적인 구조도 차이를 만든다. 높은 건물이 많은 지역에서는 지표가 바라볼 수 있는 하늘의 비율이 작다. 벽과 도로에서 방출된 열은 다른 건물에 가로막히거나 다시 흡수될 수 있다. 좁은 거리에서는 바람이 약해져 따뜻한 공기가 잘 빠져나가지 못하는 반면, 탁 트인 교외에서는 지표 가까운 공기가 비교적 원활하게 섞인다.
도시에서는 에너지를 소비하는 활동이 추가적인 열원이 된다. 교통수단의 연료 연소, 산업시설, 조명과 전자기기, 냉난방 설비는 폐열을 방출한다. 여름철에는 에어컨 실외기가 실내에서 옮긴 열과 기기가 소비한 전력에 해당하는 열을 함께 외부로 내보낸다. 상업과 교통이 집중된 중심지는 주변보다 인공열 발생량이 클 수 있다.
도시와 교외의 기온 차이는 날씨에 따라 변한다. 맑은 날에는 낮에 많은 태양에너지가 저장되고 밤에는 교외의 복사 냉각이 활발해져 차이가 커지기 쉽다. 바람이 강하면 두 지역의 공기가 섞여 차이가 줄어들며, 구름은 야간에 지표의 열 방출을 막아 교외의 빠른 냉각을 제한한다. 비가 내리면 지표가 젖고 증발이 증가해 평소와 다른 양상이 나타난다.
비교 지점을 어떻게 정하느냐도 중요하다. 도심의 고밀도 상업지역과 숲이 많은 교외를 비교하면 차이가 크게 나타나지만, 도시 공원과 포장된 교외 산업단지를 비교하면 결과가 달라질 수 있다. 측정 장비의 높이, 주변 건물, 관측 시각이 서로 다르면 실제보다 차이를 크게 또는 작게 계산할 가능성도 있다.
도시 안에서도 온도는 균일하지 않다. 나무가 많은 주거지는 비교적 서늘할 수 있고, 넓은 주차장이나 물류시설 주변은 뜨거운 지표면을 형성한다. 강이나 해안에 가까운 지역은 바람과 물의 영향을 받는다. 따라서 도시와 교외를 단순한 두 범주로만 보지 않고 토지피복과 건물 형태에 따라 세분화할 필요가 있다.
결국 두 지역의 기온 차이는 에너지의 흡수와 저장, 증발산, 복사 냉각, 바람과 인공열이 서로 다르게 작동해 발생한다. 정확한 원인을 파악하려면 여러 지점에서 낮과 밤을 연속 측정하고 지표 상태와 기상 조건을 함께 기록해야 한다. 이러한 분석은 어느 지역에 녹지, 차열 재료, 환기 통로가 필요한지 결정하는 기초가 된다.