수도대학도쿄와 홋카이도대학으로 이루어진 연구팀은 과거 27년분의 데이터에 기초하여 영역기후 모델을 이용한 수치실험을 실시하여 삿포로의 지상기온에 대한 도시화의 영향을 평가하였다. 그 결과 도시화에 따른 승온효과는 겨울의 야간에 강하고, 여름 일중에 약한 경향이 있으며, 이것은 계절 및 시간에 따라 하층 대기의 연직구조가 변화되는 것이 원인이라는 것을 알았다. 또한 기상청에 의한 장기관측으로부터 추정한 도시화에 따른 승온효과라도 수치실험과 유사한 계절성 및 시간의존성이 확인되었다.

최근 세계 각지에서 지상기온의 상승이 보고되고 있지만, 한랭지역에서 기온상승은 다른 지역보다 강해지는 경향이 있다. 또한 기온 상승률은 계절 및 밤낮에 따라 크게 다르다고 알려져 있다. 도시지역에서 관찰되는 기온의 장기변화에는 지구온난화에 따른 광역적인 기온상승에 추가로 도시의 발달에 따른 국지적인 기온상승이 포함되어 있기 때문에 양쪽을 구별하여 평가함으로써 장기간의 기온변동의 원인 해명에 기여할 것으로 기대된다. 본 연구는 한랭한 기후조건 하에서 200만 명 규모의 인구를 가진 삿포로 주변에서 도시화로 대표되는 홋카이도 개척 후의 토지피복 변화가 기온에 미치는 영향을 장기간의 수치시뮬레이션에 의해 규명하였다.

본 연구팀은 영역기후모델을 이용한 수치실험에 의해 한랭지역에서 발달한 도시가 지상기온에 미치는 영향 및 그 계절성, 시간의존성을 평가하였다. 현재와 과거의 토지 피복 시나리오를 이용한 두 종류의 수치실험을 각각 27년분 실시하여 기상 데이터를 비교하였다.

그 결과 도시지역에서 두 실험의 지상 기온차는 여름철보다 겨울철에 크고, 일중보다 야간에 크다는 것을 알았다. 즉, 도시화는 겨울의 일최저기온을 강하게 상승시키는 경향이 있으며, 여름 일최고기온에는 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 밝혀내었다. 이 결과는 혹한기일수록 도시화의 영향이 강하게 나타나기 때문에 도시가 발달함에 따라 근단적인 저온사례가 발생하기 어렵게 된다는 것을 나타낸다.

이러한 계절간 및 주야간 다른 도시화의 영향에는 대기경계층의 구조 차이가 관계하고 있다고 생각된다. 겨울의 야간에는 지표부근에 한기가 축적되어 하층대기는 강한 안정성층이 되기 때문에 도시화에 따른 현열 플럭스의 증가가 지상 부근의 대기의 얇은 층만 강하게 승온시킨다. 한편 여름철 일중에는 하층 대기의 연직혼합이 활발하기 때문에 도시화에 따른 현열 플럭스 증가의 영향이 상공 1~2km까지 도달하는 대신에 지상부근의 승온량은 작게 된다.

기상청에 의해 관측된 삿포로와 스츠의 지상기온 데이터를 비교하면, 두 지점의 기온차는 삿포로의 도시효과를 반영하고 있다고 생각할 수 있다. 19세기 말 이후 삿포로의 도시효과는 도시의 발달에 따라 겨울철 일최저기온에서 강한 반면에 여름철 일최고기온에는 거의 영향을 미치지 않기 때문에 수치실험 결과를 지지한다는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구는 과거 토지피복 변화에 대해 지상 기온이 어떻게 변화하였는지 밝혀내어 기온변화의 크기가 대기 하층의 연직구조와 밀접하게 관련되어 있다는 것을 나타내었다. 한랭지역에서는 지구온난화 및 도시화에 의한 기온상승이 뚜렷하게 나타나는 것으로 알려져 있다. 따라서 신뢰성이 높은 기후예측을 수행하기 위해서는 관측 및 수치 모델의 개량을 통해 대기하층의 구조를 이해하는 것이 중요하다. 한편, 지구온난화에 따른 장래 광역적인 기온예측에 대해 본 연구에서 도출한 국지적인 도시효과를 추가함으로써 장래 토지피복변화의 시나리오를 고려한 상세한 온난화 예측이 가능하게 될 것으로 기대된다.

그림 1. 수치실험에 이용한 (a) 과거(1850년) 및 (b) 현재(185년) 토지 피복 분포
그림 2. 삿포로와 스츠에서 관측된 지상기온의 차의 경년변화와 선형 트랜드

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 6월 24일]