서 론

현재 세계 인구의 반보다 약간 적은 사람들이 도시에서 생활하고 있으며, 앞으로 올 30년 안에 약 60%로 증가할 것으로 예상된다(United Nations, 1993). 이런 도시인구의 증가는 급격한 도시 팽창으로 이어져 산림 및 녹지면적의 축소, 경관의 파편화, 도시 열섬현상 등 지역 생태계에 중대 한 영향을 미치고 있다(Oke, 1995) 더욱이 세계 기후변화와 더불어 오늘날 도시의 급변하는 환경에 의해 미기후에 대한 관심이 증대되고 있는 실정이다. 이에 인간 활동에 의한 토 지피복과 토지이용 변화는 도시 미기후에 영향을 주고 있으 며(Wei and Fu, 1998; Lambin et al., 1999), 특히 도시 토지 피복과 인간의 에너지 사용에 따른 도시 열섬현상은 기후변 화로 큰 영향을 주고 있다고 인식되고 있다(Oke, 1995; Dietwald, 2009).

미기후와 관련된 기존의 연구들을 살펴보면, 도시의 미기 후에 영향을 주는 요인들을 크게 건물, 녹지, 지표면의 상태, 폐열 등으로 요약하고 있다. Botkin and Beveridge(1997)는 도시에 지어진 건물은 식생보다 더 많은 열을 낮동안 저장 하고 있기에 도시의 밤 온도가 교외보다 더 높다는 것을 밝혔다. 또한 도시의 건물 구조는 열 순환과 상당한 정도의 공기 교환에도 영향을 끼친다는 연구(Lauer, 1993; Lee, 2012)에 의해 도시 미기후에 건축물이 큰 영향을 끼치고 있음을 확인하였다. 또한 도시 내 겨울철 난방기와 여름철 냉각기, 공장 굴뚝, 자동차에서 방출되는 폐열은 도시 기온 을 크게 상승시키는 역할을 하며, 도시 기온 상승과 도시크 기 및 인구밀도가 밀접한 관련성이 있다는 연구(Oke, 1973; Brazel et al., 2000)에 관해서도 발표된 바 있다. 그리고 식물의 증산작용과 토양에서의 수분 증발의 기화열로 인해 공기를 냉각시키는 효과가 있다는 연구(Gillies and Carlson, 1995)가 발표되어, 도시 내 녹지 감소와 불투수면적의 증가 가 도시 정착된 열을 냉각하는 효과를 줄이게 되는 원인이 된다.

이러한 도시 내의 미기후에 대한 연구는 활발하게 진행되 고 있는 가운데 녹지가 미기후에 영향을 미친다는 연구 (Kwon and Lee, 2001)는 진행되었으나, 구체적으로 식재 수종이 도시 내 미기후에 어떠한 영향력이 있는지에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 즉, 도심지 내 식재된 수종이 식재 주변 미기후에 어떠한 영향을 미치고 있는지, 혹은 식 재 주변의 미기후 인자가 수종에 의해 어떠한 효과로 어느 정도의 냉각효과를 주고 있는지에 대한 구체적인 연구는 국내외적으로 미흡한 실정이다. 이에 식재 수종과 주변 미 기후와의 어떤 연관이 있는지 파악하는 것이 중요할 것이 다. 따라서 본 연구는 도심지 내 식재된 수목의 수관부가 기온, 풍량과 풍속 등의 미기후인자간의 상호관계를 규명하 고자 하였다.

연구방법

1.연구범위

본 연구는 독일 도르트문트 시에 위치한 Westpark(위도 51°30′ 35.53″, 경도 7°26′ 55.532″, 고도 76m)를 연구대상 지로 하였다. 대상지가 위치한 지역은 북해의 영향을 받는 해양성 기후(쾨펜의 기후구분: Cfb)로서 편서풍으로 인해 높은 위도에 비해 온난습윤한 편이다. 1월과 7월의 평균 기온이 1.9℃와 17.6℃로, 연평균기온은 9.6℃, 연강수량은 852mm이다(Dortmund DMT, 1961~1990). Innenstadt-Nord 구의 Moellerstr. 와 Lange str. 사이에 위치한 본 대상지는 도심중심부와 주거단지가 밀집한 인접 지역으로서 주변은 대부분 3층 정도의 규모인 주택과 소상가 건물이 밀집하여 도시기후와 공원기후가 공존하는 도시미기후를 보여주고 있다(Klimakarten, 2002, Figure 1).

야외 현장조사 기간은 Dortmund의 여름철인, 2013년 8 월 1일부터 8월 31일까지 한 달간 매일 실시하였다.

2.데이터수집 및 분석방법

미기후 테이터는 한 달 동안 오전 09시부터 오후 06시까 지 1시간 간격으로 수집하였다.

조사는 공원 내 주요 우점종인 버즘나무와 느릅나무를 대상으로 이루어졌다. 미기후 변화 데이터 수집을 위해 수 목의 수관폭 3/4지점, 수관부 중앙 잎이 달린 가지 사이와 지하고의 1/2 지점, 그리고 지표면 부분 3곳에 각각 미기후 측정 장비를 설치하였다(Figure 2).

측정 장비는 주로 미기후에 영향을 미치는 인자인 광량, 풍 량, 풍속, 온도 등을 측정하기 위해 광량자센서(PAR Quantum Sensor SKP215, Skye), 정밀온도계측기(Pt1000-Sensor, TEXAS INSTRUMENTS), 풍량풍속계(Schalenstern-Anemometer 1467 G4 & HG4, LAMBRECHT)를 이용하여 버즘나무 10주, 느릅나무 10주의 수관부 및 수관부와의 대조를 위한 지표면과 지하고부분의 미기후 데이터를 수집하였다.

매일 1시간마다 측정된 각 수목별 미기후 데이터를 Excel 2010 프로그램을 이용하여 미기후 인자별 인코딩 한 후 수 목의 수관부와 지하고, 지표면의 온도변화와 온도 외의 미 기후 인자를 통계분석 프로그램인 IBM SPSS Statisics (version 21)를 이용하여 상관관계를 분석하였다.

결과 및 고찰

1.버즘나무 수관부 및 주변부 온도, 풍량, 풍속의 변화

전체조사 기간 31일 중 데이터 회수가 되지 못한 2일을 제외하고, 버즘나무 수관 내부의 온도와 그 주변 미기후 인 자간의 상관관계를 분석한 결과, 외부의 온도가 높아질수록 수관 내부의 온도도 상승하는 양의 상관관계를 보이나, 버 즘나무 수관 내부 온도 변화는 주변의 풍속과 풍량과 음의 상관관계가 인정(p〈0.01)되었다(Table 1). 또한 버즘나무 는 풍량이 풍속보다 더 강한 음의 상관관계를 보였으며, 그 외 강수량, 일사 및 일조와는 상관관계가 인정되지 않았다 (Table 1). 이는 버즘나무 수관부에 있는 잎이 크며, 가지의 간격이 넓으며, 잎 사이의 공극 또한 큰 특징을 가지고 있어 얻어진 결과로 사료된다.

버즘나무의 분석 결과, 수관부의 풍량 및 풍속의 값이 0이 아닐 때와 0일 때 모두 시간의 흐름에 따라 일정한 온도 변화를 띠고 있다. 수관 외부 지하고 온도변화가 오전 9시부 터 지속적으로 상승하여 오후 2시에 최고에 달하고 이후 감소추세를 보이는 반면에, 수관 내부의 온도는 오전 11시 에서 12시 사이에 급격히 증가하다 이후 2시간 동안 약간 감소하다 다시 상승하여 수관부 외부 최고 온도와 동일한 시점에 최고점에 달하고 다시 감소하는 추세를 띠는 것으로 관찰되었다. 그리고 풍량의 풍속값이 0이 아닐 때, 수관 내 부 온도가 외부온도(지하고 부분)에 비해 평균적으로 –4.38℃ 의 차이를 보이는 반면에, 풍량과 풍속의 값이 0일 경우, 지하고와 -3.45℃의 차이가 있음을 확인할 수 있었다 (Figure 3, Figure 4). 버즘나무의 수관부는 바람의 상호작용 을 통해 보다 수관 내의 온도를 떨어뜨리는 것으로 보여진 다. 또한 버즘나무 수관부에서 풍량 및 풍속의 유무에 따른 온도 변화를 비교 분석한 결과, 오후 1시에서 3시 사이와 오후 6시에 관찰된 온도차이가 다른 시간대에 비해 1℃이 상으로 많이 차이가 난다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 상대적으로 외부온도가 높은 시점과 온도가 급격히 낮아지 는 시간대에 보다 주변 온도를 감소시키는 효과가 크다는 것을 입증하였다.

2.느릅나무 수관부 및 주변부 온도, 풍량, 풍속의 변화

전체조사 기간 31일 중 데이터 회수가 되지 못한 부분 약 1~2일치 제외하고, 느릅나무 수관 내부의 온도와 그 주 변 미기후 인자간의 상관관계를 분석한 결과, 외부의 온도 가 높아질수록 수관 내부의 온도도 상승하는 양의 상관관계 를 보이며, 느릅나무가 버즘나무에 비해 더 강한 양의 상관 관계를 나타내었다(Table 1, Table 2). 이는 버즘나무가 미 기후 인자에 의해 수관부 온도를 더 낮출 수 있다는 것으로 판단된다.

느릅나무 수관 내부 온도 변화는 주변의 풍속과 풍량과 음의 상관관계가 인정(p〈0.01)되었다(Table 1). 또한 느릅 나무에서는 버즘나무와 반대의 경향인, 풍속이 풍량보다 더 강한 음의 상관관계를 보였으며, 그 외 강수량, 일사 및 일조 와는 상관관계가 인정되지 않았다(Table 2). 이는 느릅나무 수관부에 있는 잎이 버즘나무에 비해 작고 조밀하며, 가지 사이의 간격이 좁고, 잎 사이의 공극 또한 버즘나무에 비해 작은 특징을 가지고 있어 얻어진 결과로 사료된다.Figure 5

느릅나무의 분석 결과, 풍량 및 풍속의 값이 0이 아닐 때, 시간별 수관 내의 온도변화가 심한 것으로 보이는 반면 (Figure 7)에 풍량과 풍속이 0일 경우, 온도변화가 시간의 흐름에 따라 일정한 변화 패턴을 보여주고 있어 버즘나무와 다른 양상을 보이고 있음을 확인할 수 있었다(Figure 3, Figure 4, Figure 7, Figure 8). 풍량과 풍속의 값이 있을 시(Figure 9, Figure 10), 수관 내부의 온도가 지하고 부분 (외부 온도)에 비해 평균적으로 -3.4℃의 차이를 보이는 반 면에, 풍량과 풍속의 값이 0일 경우, 평균적으로 외부온도와 -2.5℃의 차이를 보였다(Figure 7, Figure 8). 또한 시간대별 측정된 느릅나무 수관부 내 풍량과 풍속의 변화값과 온도의 변화 경향을 살펴보면, 대체로 풍량이 많고, 풍속이 빠를수 록 수관 내의 온도가 더 떨어지는 것으로 나타났다(Figure 7, Figure 9, Figure 10). 또한 오후 1시에 평균풍속이 0.55m/s로 느린 반면에 상대적으로 평균 풍량이 40m³/sec 로 많을 때, 풍속과 풍량이 0일 때 보다 온도차가 무려 1.4 0℃ 차이가 나는 것으로 보아 수관 내부의 온도가 풍속보다 는 풍량의 영향을 상대적으로 많이 받는다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 느릅나무 수관 내의 온도변화의 폭은 버즘 나무에 비해 거의 일정하다는 것을 확인할 수 있었다 (Figure 3, Figure 4, Figure 7, Figure 8). 이는 버즘나무 수관부의 큰 공극과 큰 잎의 움직임의 변화의 변수가 많은 반면에 느릅나무는 이와 반대되는 수관부의 특성으로 인해 얻어진 결과라 판단되어진다.Figure 6

이상의 내용을 종합해 보면, 두 수종간 풍량과 풍속의 값이 0이 아닐 때, 수관 내부의 온도의 변화 패턴은 비슷한 경향을 나타내었으나 버즘나무가 느릅나무보다 시간대별 로 낮은 온도를 유지하고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 버즘나무가 외부의 높은 온도에서 풍량과 풍속으로 인해 느릅나무의 수관부보다 온도를 낮추는데 효과적이다는 것 을 확인할 수 있었다. 하지만 오후 3시 이후, 버즘나무 수관 내의 온도변화 폭이 느릅나무에 비해 크게 나타나 상대적으 로 다른 주변 요인에 의해 영향을 더 많이 받는 수종임을 확인할 수 있었다.

풍량과 풍속이 0일 경우, 두 종간 수관 내의 평균온도 변화는 평균적으로 느릅나무가 -0.9℃, 버즘나무가 -0.95 8℃로 두 종 비슷한 온도 변화율을 가진다는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 느릅나무는 외부 온도 변화에 따른 수관 내부의 온도 변화폭이 크지 않은 반면에, 버즘나무의 수관 내부의 온도 변화폭은 외부 온도보다 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있었다. 즉 수관 내부의 냉각효과는 수종의 잎과 수관부의 구조적 특징에 의해 좌우되며, 이에 버즘나무가 바람의 영향에 상관없이 느릅나무보다 식재 공간 내 온도를 낮추는데 비교적 효과적이라는 것을 입증하였다.

3.종합고찰

이상의 내용을 종합적으로 고찰해 보면, 느릅나무와 버즘 나무 모두 주변 미기후 인자와의 상호작용으로 인해 외부 온도에 비해 수관 내부에서 냉각효과가 있음을 입증하였다. 또한 이러한 효과는 대기 중의 다른 미기후 인자보다 풍량 과 풍속에 의해 더 효과적인 것을 본 연구를 통해 밝혔다. 버즘나무는 풍속보다는 풍량에 의해 수관 내부의 온도가 더 낮아지며, 느릅나무는 풍량보다 풍속이 수관 내부의 온 도를 더 낮추는 것으로 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과 는 버즘나무는 잎이 느릅나무보다 크며 잎 사이의 공극도 커 풍속보다는 풍량의 영향을 더 많이 받으며, 이에 반해 느릅나무는 잎이 작고 잎 사이의 공극이 작기에 풍량보다는 풍속의 영향을 더 많이 받을 것으로 판단된다. 이는 일찍이 Kang(2014)에 의해서 식재 가로수의 차양이 대조구보다 평 균적으로 2℃ 정도 온도를 낮춰 준다는 연구결과에 더 구체 적인 수종별 기온 변화 요인을 밝힌 것으로 그 의의가 크다 고 볼 수 있다.

이는 도시 미기후를 형성하는 인자들과 그 인자들 사이의 관계의 중요성을 이해하는데 있어 기초자료가 되며, 더 나 아가 도시 내 녹지를 조성함에 있어 미기후 영향 인자들을 고려하여 식재공간을 조성함이 도시 내 미기후 조절에 더 큰 효과가 있다는 것을 증명하고 있다. 또한 본 연구 결과를 통해 각 수목 종별로 미기후에 미치는 영향이 다름을 확인 할 수 있었는데, 이는 장차 수종의 엽면적지수 등 다른 지표 들과의 미기후의 상호관계 및 활엽교목외의 상록 및 관목 수종 등과 같은 여러 수종에 대한 연구를 추가적으로 실시 함으로서 도시 녹지 공간 내 미기후 조절에 효과적인 조경 수를 보급하는데 기여할 것으로 사료된다.