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- 건물과 도시화가 열, 바람, 구름 형성을 변화시킨다
- 도시 성장으로 대기가 변하고, 변형된 강수로 홍수 위험이 달라
- 도시는 집중호우가 발생하는 기상 시스템의 일부분

도시와 집중호우는 서로 영향을 미친다
건물과 도시화가 열, 바람, 구름 형성을 변화시킨다

도시는 극심한 폭우에 단순히 수동적으로 당하기만 하는 존재가 아니다. 새로운 종합 연구 논문에 따르면 열섬 현상, 건물, 아스팔트·콘크리트 등 포장 면적, 대기 오염이 소나기의 발생 위치, 강도, 이동 경로에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 연구진은 앞으로 도시 개발, 집중호우, 홍수 방제를 하나의 결합된 시스템으로 다뤄야 한다고 촉구했다. 

▲ 도시는 폭우의 수동적인 피해자가 아니다. 도시 열섬 현상, 건물, 밀폐된 표면, 대기 오염 또한 소나기의 형성 위치, 강도, 이동 경로에 영향을 미칠 수 있다.

단시간의 집중호우는 도시 배수 시스템을 순식간에 마비시키고 돌발 홍수를 유발할 수 있다. 그동안은 비가 도시 외부에서 몰려오고, 건물과 구조물은 물이 얼마나 빠르게 흘러 나가는지만 결정한다고 주로 생각했다. 그러나 도시는 강수 과정 그 자체를 직접 변화시킬 수도 있다.

양룽(Long Yang) 교수가 이끄는 중국 난징대학교(NJU) 연구진은 관측, 이론, 모델링 연구를 종합하여 이러한 '도시 강우 효과(urban rain effect)'를 분석했다. 분석 결과, 도시가 일률적으로 비를 더 많이 내리게 한다는 식의 단일한 패턴은 나타나지 않았다. 도시의 규모, 건물의 형태, 바람, 습도, 에어로졸 농도, 기상 시스템의 종류에 따라 반응이 달라지기 때문이다.

뇌우를 변화시키는 세 가지 요인

첫 번째 핵심 요인은 열이다. 도로, 지붕, 포장 도로 등은 자연 지표면과 달리 에너지를 더 많이 저장하고 증발을 통한 수분 배출이 적다. 이로 인해 지표 근처의 공기가 더 강하게 데워져 상승하게 되며, 적절한 조건이 갖춰지면 강력한 대류성 강수(소나기 구름) 형성을 촉진할 수 있다.

두 번째 요인은 밀집된 도시 구역의 마찰력(거칠기)이다. 건물은 바람을 막고 방향을 틀어 기류의 와류(터뷸런스)를 유발하며, 지표 근처에서 공기를 모이게(수렴) 한다. 이러한 공기 수렴은 상승 기류를 강제로 만들어 뇌우가 형성되거나 강화되는 위치에 영향을 미치며, 도시 바람 아래쪽(風下) 지역의 공간적 강수 분포에도 중요한 역할을 한다.

세 번째 역할은 미세한 공기 중 입자인 에어로졸이 담당한다. 에어로졸은 구름방울이나 빙정의 핵 역할을 하여 구름의 미세물리적 특성을 변화시킨다. 습도와 대기 안정도에 따라 따뜻한 비의 형성을 처음에는 억제하거나 둔화시킬 수 있지만, 그 사이 뇌우가 더욱발달하여 나중에 훨씬 더 강한 비로 쏟아질 수 있다.

뉴캐슬대학교의 헤일리 파울러(Hayley Fowler) 교수는 "기후 변화로 인해 도시 배수망을 마비시키고 파괴적인 돌발 홍수를 일으키는 단시간 극단적 강수가 강화되고 있다는 점은 이미 알고 있다"며, "이번 연구는 도시가 극단적 강수를 단순히 받아들이는 수동적인 대상이 아니라, 폭우를 형성하는 과정 자체에 영향을 미칠 수 있다는 중요한 조각을 맞춰주었다. 미래의 극단적 강수 위험에 견딜 수 있는 도시 인프라와 적응 조치를 설계하려면 이러한 상호작용을 이해하는 것이 점점 더 중요해질 것"이라고 설명했습니다.

집중호우와 홍수의 상호 강화 효과

이로 인해 홍수 위험은 두 배로 커집니다. 특정 조건에서 도시는 집중호우 자체에 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라, 포장된 면적, 배수망, 변형된 물길 등으로 인해 빗물이 훨씬 빠르게 모이도록 만들기 때문입니다. 이 두 가지 요소가 결합하면 도시 돌발 홍수와 기타 형태의 침수 피해가 한층 악화될 수 있습니다.

이에 연구진은 도시 성장으로 대기가 변하고, 변형된 강수로 홍수 위험이 달라지며, 이에 대한 대응 조치가 다시 도시 표면을 바꾸는 '도시와 집중호우의 공진화(co-evolution) 모델'을 제안했습니다. 이로 인해 피드백 순환 구조가 발생하며, 이는 강수량을 고정된 외부 변수로 다루는 기존의 단순 모델로는 제대로 파악할 수 없습니다. 

기후 적응 조치도 강수량에 영향을 줄 수 있다

이러한 피드백 효과는 방제 및 적응 조치에도 적용됩니다. 옥상 녹화, 스폰지 도시 인프라, 밝은색 지붕, 녹지 공간, 바람길 등은 도시 상공의 습도, 에너지 교환, 공기 흐름을 변화시킵니다. 이는 열섬 현상이나 우수 유출량을 완화할 뿐만 아니라, 특정 기상 조건에서는 강수 형성을 제어하는 기상 과정에도 다시 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 연구진은 이러한 적응 조치를 평가할 때 단순히 열이나 침수 피해를 얼마나 줄이는지뿐만 아니라, 지역 습도, 대기 경계층, 강수 형성 등에 미칠 수 있는 영향까지 함께 고려해야 한다고 제안합니다. 다만 이것이 특정 적응 조치가 반드시 비를 늘리거나 줄인다는 뜻은 아니며, 기상 및 도시 상황이라는 맥락 속에서 어떻게 작용하는지가 핵심입니다. 

정밀한 관측망과 고해상도 모델을 통한 상호작용 분석

연구진은 이러한 연관성을 더욱 정확히 규명하기 위해 우량계, 기상 레이더, 개인 기상 관측소, 빗물로 인해 신호가 감쇄되는 통신 링크 등을 결합한 고해상도 관측망 구축을 권장합니다. 이러한 종합 데이터를 통해 도시 내부와 바람 아래쪽 지역에서 강수량이 실제로 어떻게 변화하는지 확인할 수 있습니다.

이와 함께 몇백 미터 단위의 고해상도로 뇌우를 구현하고 건물 특성, 터뷸런스, 증발, 에어로졸 등을 더욱 정확하게 반영하는 기상 모델이 병행되어야 합니다. 또한 대기 모델링을 유출, 하수망, 표면수, 도시 홍수 모델과 더욱 긴밀하게 연계하여 도시 개발과 극단적 강수가 어떻게 서로 영향을 미치는지 보다 정확하게 예측해야 합니다.

이번 종합 연구의 핵심 메시지는 '도시 상공에서 비가 단순히 늘어난다'는 일차원적 결론이 아니라 '시각의 전환'입니다. 도시는 집중호우가 발생하는 기상 시스템의 일부분이므로, 향후 홍수 위험 관리와 적응 조치를 계획할 때는 비와 도시 모두를 끊임없이 변화하는 변수로 다루어야 합니다.

출처:
학술지 Nature Cities 원본 연구 논문 (doi: 10.1038/s44284-026-00530-z)
뉴캐슬대학교 공식 연구 보도자료

더사이언스플러스 / 문광주 기자 helloscienceplus@gmail.com

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