서 론

최근 야간의 과도한 인공 조명 사용으로 발생하는 빛공해 가 사회적인 문제가 되고 있다. 빛공해란 인공 조명 사용으로 인해 과도한 빛 또는 비추고자 하는 영역 밖으로 누출된 빛이 주변 환경에 피해를 주는 상태를 뜻한다(Park, 2012). 빛공해 문제는 천문 관측의 어려움에서 처음 인식되기 시작되었으나 최근에는 빛공해로 인한 도시 거주민의 건강 문제, 자연 생태 계의 교란 등의 문제로 확대되고 있다(Longcore and Rich, 2004; Miller, 2006). 빛공해는 도시 거주민의 수면을 방해할 뿐 아니라 장기간 노출되면 수면을 조절하는 호르몬인 멜라 토닌의 분비가 억제되고 면역체계와 체온조절 기능에 영향을 미쳐 유방암 등 각종 질병을 일으킨다(Kloog et al., 2008).

빛공해에 노출되면 인간과 마찬가지로 야생동물도 멜라토 닌 분배가 억제되어 생활 습성 및 번식 주기가 교란된다 (Navara and Nelson, 2007). 대부분의 비행성 곤충은 주광성이 어서 야간에 인공 조명 주위로 몰려드는데 빛공해가 심한 지 역에 서식하는 많은 야행성 조류와 파충류들은 야간 조명 근 처에서 빛에 이끌려 몰려오는 곤충들을 잡아먹는 방식으로 포식 습성을 변경하는 것으로 알려져 있다(Longcore and Rich, 2004). 관련 연구에 따르면 중부 유럽에 서식하는 푸른 박새(blue tit)의 수컷은 빛공해가 심한 지역에서 아침에 더 일찍 울기 시작하고 암컷들은 더 빨리 알을 낳는다 (Kempenaers et al., 2010). 일반적으로 푸른 박새 암컷들은 아침에 일찍 우는 성숙한 수컷을 선호하는데 야간 조명으로 수컷들이 아침에 우는 시간을 혼란하면 암컷이 새끼를 키울 능력이 부족한 미성숙한 수컷을 선택할 확률이 높아진다. 또 한 암컷이 알을 일찍 낳아 번식기보다 너무 이른 계절에 새끼 를 낳아 키우게 되면 충분한 양의 먹이를 구하기 어려워져 결과적으로 번식에 성공할 확률이 낮아진다. 영국에서 서식 하는 한 박쥐 종의 경우 자연 지역보다 조명이 있는 지역에서 해가 진 후 더 늦게 활동을 시작할 뿐 아니라 포식 위험 때문 에 조명이 있는 곳을 피해 이동하는 경향을 보여 빛공해가 박쥐의 먹이 활동 시간을 감소시키고 이동에 따른 에너지 소 모량을 증가시키는 것으로 조사되었다(Stone et al., 2009).

한국에서도 빛공해의 심각성을 인식하여 여러 빛공해 실태 에 대한 연구가 수행되었지만 이들 연구는 대부분 인간들이 거주하는 도시 지역에만 초점을 맞추고 있을 뿐(Ahn and Kim, 2004: Kong and Kim, 2010), 야생동식물의 서식·생육지에 대 한 빛공해 연구는 거의 없는 실정이다. 야생동식물 서식·생육 지의 빛공해 실태에 대한 연구가 이루어지지 않은 이유 중 하나로는 현장 조사의 어려움을 들 수 있다. 우리나라는 야생 동식물 서식·생육지가 대부분 산지에 위치하여 조사원의 접 근이 쉽지 않고 특히 야간 조사에는 안전사고의 위험이 따르 는 것이 제약 요인이었다.

최근 개발된 위성 센서로 촬영한 영상을 활용하면 야간에 접근이 쉽지 않은 야생동식물 서식·생육지의 빛공해 정도를 측정하는 것이 가능한 것으로 알려지고 있다. 일반적으로 위 성 센서는 지표면에서 반사 또는 복사된 태양 에너지를 감지 하지만 몇몇 센서들은 야간의 인공 조명으로부터 방출된 낮 은 강도의 에너지를 감지하도록 설계·운영되고 있다(Elvidge et al., 2013). 초창기 야간 위성 센서는 주로 군사적 목적의 첩보위성으로 개발되었지만 점차 토지이용의 변화(Ma et al., 2012)나 도시지역 빛공해 모니터링(Chalkias et al., 2006)과 같은 학술적 목적으로 활용 범위가 넓어지는 추세이다.

본 연구에서는 지난 2011년 발사된 Visible Infrared Imaging Radiometer Suite(VIIRS) 센서의 Day and Night Band(DNB)에 서 촬영한 야간 위성영상을 활용하여 우리나라의 대표적인 야생동식물 서식·생육지라 할 수 있는 국립공원 내 빛공해 수준을 측정하고 이를 바탕으로 국립국원 빛공해에 영향을 미치는 사회경제적, 정책적 요인들을 분석하고자 하였다. 국 립공원은 야생동식물의 서식·생육지이기도 하지만 많은 사 람들이 방문하는 우리나라 주요 관광지이기도 하다. 이는 국 립공원 내 빛공해 수준은 공원 탐방객에 의해 크게 영향을 받는다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 국립공원 빛공해에 영향을 미치는 요인을 국립공원 탐방객이 많은 가을 단풍철 과 탐방객이 적은 겨울철에 대해 각각 분석하여 계절별 차이 를 비교해보고 그 결과를 바탕으로 국립공원 빛공해를 완화 할 수 있는 정책적 대안을 찾아보고자 하였다.

연구방법

1연구대상지

본 연구는 우리나라 21개 국립공원 중 북한산국립공원과 2013년 새로 지정된 무등산국립공원을 제외한 19개 국립공 원을 대상으로 하였다(Figure 1). 북한산국립공원은 빛공해 수준이 다른 공원과 비교해 월등히 높게 나타나(북한산국립 공원의 빛공해 수준이 무등산을 제외한 20개 국립공원의 빛 공해 수준의 평균보다 표준편차의 4배 이상 컸다.), 이를 통계 적인 이상값(outlier)으로 간주하고 연구 대상지에서 제외하 였다. 19개 연구 대상 국립공원 중 4개소는 해상·해안형으로 국립공원 지정 면적이 바다를 포함하고 있다. 바다 지역은 야간 조업을 하는 어선의 조명 등 육지 지역과는 빛공해가 다른 양상으로 나타날 수 있기 때문에 본 연구에서는 연구대 상지를 육상 지역으로 한정하였다. 현행 국립공원 구역은 2011년 구역 재조정에 의해 확정되었는데 이 때 기존 국립공 원 구역 중 개발로 훼손된 지역이 국립공원 구역에서 제척되 었다. 하지만 이 때 제척된 구역 중 상당수가 국립공원 내부에 위치해 있어 국립공원 빛공해에 실질적인 영향을 미치고 있 다고 판단되어 본 연구에서는 19개 국립공원 내 육지 지역 중 2011년 국립공원 재조정 이전 즉 2010년 현재 국립공원 구역으로 지정된 지역을 공간적 범위로 설정하였다.

국립공원 빛공해는 탐방객 수에 영향을 받을 것으로 판단 되었기 때문에 1년 중 단풍 관람을 위한 탐방객이 가장 많은 가을철 중 한 달(2012년 10월)과 탐방객이 가장 적은 겨울철 중 한 달(2013년 1월)의 빛공해 특성을 각각 분석하여 국립공 원 빛공해의 계절적 차이를 비교해 보았다. 2010년 현재 19개 국립공원 중 해상·해안형 국립공원의 바다 지역을 제외한 육 지 지역만의 총 면적은 3,814.3km²이었다. 2012년 한 해 동안 4,000만 명이 넘는 탐방객이 19개 연구대상 국립공원을 방문 하였고 탐방객이 가장 많은 달은 단풍 절정기인 10월, 가장 적은 달은 2월(1월은 두 번째로 적은 달)로 조사되었다 (KNPS, 2013).

2변수 측정

19개 국립공원 내 야간 빛공해 수준은 미국 국립해양대기 청(US National Oceanic and Atmospheric Administration)에서 운영 중인 위성 원격탐사 센서인 VIIRS 센서의 DNB 밴드 영상을 이용하여 측정하였다(Figure 2). VIIRS 센서는 Suomi NPP 위성에 탑재된 위성센서로 이 센서의 밴드 중 하나인 DNB 밴드는 가시광선과 근적외선 영역인 0.4~0.7㎛ 대역의 전자기 에너지를 742m의 공간해상도로 감지한다(Elvidge et al., 2013). 다른 위성 센서들과 달리 DNB 밴드는 매우 적은 양의 에너지도 감지할 수 있어 야간의 인공적인 빛을 감지하 는 데 적합하다. 본 연구에서는 탐방객이 빛공해에 미치는 영향을 살펴보기 위해 월별 탐방객이 가장 많은 10월(2012년 10월 11부터 23일까지)과 두 번째로 적은 1월(2013년 1월 1일 부터 1월 31일까지)에 촬영된 DNB 영상의 전자기 에너지량 (electromagnetic energy)으로 빛공해 수준을 측정하였다. 일반 적으로 빛공해는 인간에 의해 만들어진 인위적인 빛에 의한 영향만 의미한다. 따라서 해당 기간에 촬영된 모든 DNB 영상 중 달빛이 없는 그믐이면서 구름이 없는 시기에 촬영된 모든 영상들의 픽셀값들을 평균하여 지점의 빛공해를 측정하였다 (Baugh et al., 2013). 조사 기간 중 야간 빛공해에 영향을 줄 수 있는 산불은 없었다. 문헌 조사 결과 2012년 4월 18일 계룡 산국립공원에서 산불이 났었지만 해지기 전 진화가 완료되어 (KNPS, 2014) 야간 영상에 영향을 미치지는 않은 것으로 판 단되었다. DNB 영상은 전자기 에너지양을 14bit의 무단위로 감지하여 기록하지만 위성 발사 전 지상에서 측정한 환산계 수를 이용하면 단위면적 당 에너지양으로 환산할 수 있다 (Baugh et al., 2013). 본 연구에서는 DNB 밴드의 픽셀값을 _μW/m²/sr의 단위의 에너지양으로 환산한 다음 각 국립공원에 포함된 픽셀들의 평균값을 계산하여 국립공원 내 빛공해 수 준(light pollution in the national park)을 측정하였다.

본 연구는 국립공원 빛공해에 영향을 주는 사회경제적·정 책적 요인으로 국립공원 내 육지지역 면적(land area)과 국립 공원 육지지역 면적 대비 마을지구 면적비(percent village ar ea), 각 분석 시점 별 국립공원 인근 5km의 빛공해 수준(night light intensity in the 5km buffer)을 가정하였다. 국립공원 내 육지면적은 2010년 현재 지정·고시된 국립공원 지역 중 육지 지역의 면적, 마을지구 면적비는 국립공원 내 육지면적 중 자연마을지구와 집단마을지구로 지정된 면적의 비율을 의미 한다. 국립공원 인근 5km 지역의 빛공해 수준은 국립공원 경 계에서부터 5km 이내의 버퍼 지역 내 포함된 VIIRS DNB 밴 드의 픽셀값의 평균을 분석 시점별로 각각 계산하여 측정하 였다(Table 1).

3통계 분석

위에서 측정한 세 가지 변수를 독립변수로 하고 국립공원 내 빛공해 수준을 종속변수로 하는 회귀분석을 분석 시점별로 각각 실시하였다. 사전 분석 결과 회귀분석으로 추정된 예측값 과 관측값의 차이인 잔차가 정규분포를 갖지 않은 것으로 나타 나 회귀분석의 기본 가정을 충족시키지 못하였다. 따라서 일반 적인 t-검정 대신 비모수기법의 하나인 bootstrapping 기법을 이용하여 각 독립변수의 유의성을 검정하였다. Bootstrapping 기법은 수집된 표본으로부터 표본과 같은 크기의 새로운 표본 을 복원 추출을 통하여 여러 번 생성하고 각각의 표본으로부터 검정하려는 통계량의 경험적인 확률분포를 만들어 신뢰구간 을 도출하는 컴퓨터 의존적인 검정 방법이다(Efron and Tibshirani, 1993; Sung, 2012).

본 연구에서는 4,999개의 bootstrapping 표본을 생성하여 각 회귀계수의 신뢰구간을 유의수준 10%, 5%, 1%에서 각각 도출 하였다. Bootstrapping 통계검정은 통계분석 언어인 R의 ‘boot’ 패키지를 이용하여 실시하였다(Canty and Ripley, 2009).

결과 및 고찰

1분석 결과

분석 결과 2012년 10월과 2013년 1월의 두 시기에 대한 회귀모형 모두 국립공원 내 빛공해 수준에 높은 설명력을 보 였다. 두 회귀모형의 결정계수(R²)는 2012년 10월 데이터가 0.807, 2013년 1월 데이터가 0.607으로 계산되어 회귀모형이 국립공원 내 빛공해 수준의 변이를 60~80% 정도 설명하는 것으로 분석되었다(Table 2). 본 연구에서 설정한 회귀모형은 두 시기 모두에서 높은 설명력을 보이기는 하지만 개별 독립 변수의 영향은 두 시기에 다른 양상으로 나타났다. 단풍절정 기인 10월에는 국립공원 인근 5km 지역의 빛공해 수준이 유의 수준 5%에서 국립공원 내 빛공해 수준에 통계적으로 유의미 한 영향을 미쳤고 국립공원 내 육지지역 면적은 유의수준 1% 에서 유의미한 영향을 미치는 것으로 분석되었다.

마을지구 면적비는 유의수준 10%에서만 유의미하여 국립 공원 내 빛공해에 상대적으로 적은 수준의 영향을 주는 것으 로 나타났다. 반면 탐방객이 적은 1월의 경우 마을지구 면적 비만 유의수준 5%에서 국립공원 내 빛공해 수준에 통계적으 로 유의미하게 영향을 미쳤고, 다른 두 변수는 유의수준 10% 에서만 유의미한 영향을 주는 것으로 분석되었다. 기대했던 바와 같이 마을지구 면적비와 인근 5km 지역 빛공해 수준 변 수에 대한 회귀계수는 두 시기 모두 양의 부호를 갖는 것으로 계산되어 국립공원 내 마을이 많을수록 그리고 인근 지역의 빛공해가 심할수록 국립공원 내 빛공해도 심해진다는 것을 알 수 있었다. 국립공원 내 육지지역 면적에 대한 회귀계수는 두 시기 모두 음의 값을 갖는 것으로 나타나 국립공원으로 보호받는 면적이 넓을수록 국립공원 내 빛공해가 완화되는 효과가 있다는 것을 알 수 있었다.

이와 같은 결과는 탐방객이 많은 10월에는 국립공원 내부 마을지구에서 발생하는 빛공해보다 탐방객을 위한 숙박 위락 시설들이 밀집해 있는 국립공원 인근 지역의 빛공해가 국립 공원 내부 빛공해에 더 큰 영향을 미치기 때문이라 할 수 있 다. 인근지역 빛공해의 영향이 큰 원인으로는 sky glow현상이 라 추측되는데 이것은 지표면에서 방출된 빛이 대기 중 수증 기나 미세먼지 등에 의해 산란되어 주변 지역으로 전파되는 현상으로 안개나 구름이 많이 낀 날 도시의 밤하늘이 밝게 보이는 현상이 sky glow 현상의 대표적인 예이다(Kyba et al., 2011).

국립공원 내 육지지역 면적의 회귀계수가 음의 부호를 갖 는다는 결과 또한 sky glow 현상으로 인근 지역으로부터의 빛공해가 국립공원 내부로 침투하여 빛공해를 일으킨다는 설 명을 뒷받침 해 준다. 즉 국립공원 면적이 넓으면 국립공원 경계지역은 외부로부터 전파된 빛공해에 의해 오염되더라도 인근의 빛공해의 영향을 받지 않는 내부의 빛공해 청정지역 이 충분히 넓기 때문에 공원의 평균 빛공해 수준이 낮아지게 된다. 탐방객이 많지 않은 1월의 경우 국립공원 인근 5km의 빛공해 수준이나 공원 내 육지지역 면적의 영향이 크지 않았 다. 이는 국립공원 인근의 숙박시설에서 방출되는 빛공해가 10월만큼 심하지 않아 국립공원 내부로 침투해 들어오는 빛 공해의 절대량이 많지 않았기 때문에 국립공원 면적에 상관 없이 상대적으로 넓은 면적의 빛공해 청정지역이 형성되었기 때문이라 판단된다. 탐방객 수가 적은 시기에는 공원 내 마을 에서 방출되는 빛의 세기와 관계있는 마을지구의 규모가 국 립공원의 빛공해 수준을 결정하는 주요인으로 나타났다.

2결론 및 제언

본 연구의 결과 국립공원의 빛공해가 국립공원 내부 뿐 아니라 국립공원 인근 지역의 야간 조명에 영향을 받는다는 것을 보여준다. 외부로부터의 영향은 특히 국립공원 탐방객 이 많은 시기에 더 큰 것으로 나타났는데 이 결과는 이 시기에 공원경계 밖에 개발된 숙박 위락시설의 야간 조명이 강하게 영향을 미쳤기 때문으로 판단된다. 또한 탐방객이 많은 시기 에는 국립공원 면적이 넓을수록 인근 숙박 위락시설의 야간 조명에 영향을 받지 않는 빛공해 청정지역이 넓어지는 것으 로 분석되어 국립공원이 빛공해로부터 야생동식물 서식·생 육지를 보호하는 데 큰 역할을 하고 있음을 보여준다.

마지막으로 본 연구는 위성 영상에서 감지된 야간 전자기 에너지를 이용하여 빛공해를 측정하였다는 것을 밝혀두고자 한다. 우리나라 국립공원이 대부분 야간에 접근이 쉽지 않은 산지에 위치해 있어 위성 영상을 활용한 관측이 유용하다 판 단되지만, 일반적으로 빛공해는 지표면에 있는 인간과 야생 동물들에게 감지되는 야간 조명을 의미하여 위성 데이터로 측정된 빛공해와는 차이가 있을 수 있다. 또한 DNB 영상의 공간해상도가 742m로 주간 위성 영상에 비해 낮아 지형이나 토지이용 규제에 의한 좁은 공간에 나타나는 빛공해 수준의 차이를 정밀하게 분석하기 못하는 한계가 있다.

본 연구의 결과로부터 다음과 같은 정책적 시사점을 도출 하였다. 첫째, 국립공원 인근지역의 숙박 위락시설의 개발을 억제하고 기개발된 시설에 대해서는 야간 인공 조명 밝기를 규제하는 등의 제도 개선이 필요하다. 둘째, 국립공원 탐방객 들의 주요 탐방 시기 야생동식물의 생태 등을 고려한 보다 구체적인 빛공해 관리제도 제정이 요구된다. 우리나에서도 빛공해의 심각성을 인식하여 지난 2012년 「인공조명에 의 한 빛공해 방지법」이 제정되어 시행되고 있다(Park, 2012). 그러나 빛공해에 대한 연구의 대부분은 도시 지역에만 초점 을 맞추고 있을 뿐 핵심 야생동식물 서식·생육지에 대한 빛공 해 실태에 대한 조사는 거의 이루어지지 않은 실정이다. 국립 공원을 비롯한 주요 야생동식물 서식·생육지들은 대부분 단 풍 절정기인 10월이 탐방 성수기인데 이 시기는 사마귀나 귀 뚜라미 등 알로 겨울을 나는 곤충들과 관박쥐, 산양 등의 번식 기로 외부로부터 영향에 더 민감한 시기이다(Song et al., 1984; Lelito and Brown, 2008). 따라서 국립공원에 서식하는 특정 야생동물이 번식기를 맞았을 때는 그 종의 서식지 주변 지역의 조명의 밝기는 일정 수준 이하로 낮추는 등 국립공원 내 생태계 특성을 고려한 맞춤형 빛공해 규제 제도 도입 등 세심한 공원관리가 필요한 시점이라 판단된다.