국립부경대, CFD-미세물리 결합...도시 수분 에너지 시스템 규명

국제 학술지 SCS 게재 IF 12.0 달성
K-UAM 안전 운용 핵심 기술로 활용
이현지 석사과정생 공동 연구 수행

김재진 교수 연구팀 연구 이미지./국립부경대 제공

국립부경대 김재진 교수팀이 건물 단위 해상도로 도시 수분과 상변화를 정밀 분석하는 차세대 기상 모델을 개발했다.

국립부경대학교 환경대기과학전공 김재진 교수와 이현지 석사과정생 연구팀은 건물 단위 해상도를 갖는 전산유체역학(CFD) 모델에 온난운 미세물리 기능을 결합한 새로운 도시 기후 모델 'BECLOUD'를 개발하는 데 성공했다.

이번 연구 성과는 세계적 권위의 국제 학술지인 'Sustainable Cities and Society'(IF 12.0) 3월호에 게재되며 그 학술적 가치를 인정받았다.

기존 도시 기후 연구는 주로 열섬 현상이나 오염물질 확산 등 열과 운동량 중심의 분석에 치중해 왔다. 하지만 실제 도시 대기에서는 수증기가 응결하거나 증발하며 발생하는 잠열이 열·수분 수지에 막대한 영향을 미친다.

연구팀은 기존 중규모 기상모델이 건물 규모의 복잡한 유동을 재현하지 못하고, 기존 CFD 모델이 수분 상변화 과정을 단순하게 다뤘던 한계를 극복하기 위해 두 기능을 통합했다.

새로 개발된 'BECLOUD' 모델은 건물 형상으로 인해 발생하는 미세 난류 구조와 수분 변수의 상변화 과정을 동시에 계산한다. 이를 통해 도시 공간 내 수분 이동, 잠열 교환, 국지적 습도 증폭 및 냉각 효과를 건물 규모에서 정량적으로 모사할 수 있게 됐다.

연구팀은 건물 밀집 지역의 난류 혼합과 수분 증발이 상호작용하며 도시 기후의 비선형성을 강화한다는 점을 확인해, 도시 대기를 에너지와 수분이 결합된 복합 시스템으로 이해해야 한다는 핵심 근거를 제시했다.

이번 연구는 미래형 교통수단인 도심항공교통(UAM)의 안전운용체계 구축에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 저고도 비행체는 고층 건물 주변의 난류와 국지적 수분 응결로 인한 시정 악화 등 미세 기상 현상에 민감하기 때문이다.

'BECLOUD' 모델은 향후 버티포트(이착륙장) 입지 평가와 저고도 기상 위험도 진단을 위한 과학적 기반 기술로 활용될 전망이다.

김재진 교수는 "이번 연구 성과는 스마트시티 설계와 기후적응 인프라 구축에 필요한 수분학적 근거를 제공한다는 점에서 의미가 크다"며 "앞으로 극한 기상 상황에서의 응축 거동 분석 등 다양한 분야로 연구를 확장해 나가겠다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 기상청의 '한국형 도심항공교통(K-UAM) 안전운용체계 핵심기술 개발' 사업의 지원을 받아 수행하게 됐다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@