도시의 형태는 인구, 사회, 경제, 기술 및 정책 인자들에 대응하여 진화해 왔음. 토지에 대한 직접적인 권한은 여전히 지역 단위의 정부에 남아있지만, 연방정부의 교통 및 주택 정책은 간접적으로 인공 환경에 영향을 미침. 이러한 정책은 20세기 중반과 말에 탈도심화(decentralization)와 인구밀도의 감소를 가속화시켰는데, 이는 자동차를 통한 이동의 증가와 2차 세계대전 이후 베이비 붐(baby boom) 때문임.

교외화(suburbanization)는 현재 도시 환경에서 더 작은 주택에 대한 관심의 회복과 인구, 경제 및 문화의 변화로 느려지고 있거나 추세가 바뀌고 있음. 지역 정부는 점차 성장과 토지 사용의 변화를 관리하고 도시 광역화를 제한하기 위해 자금지원, 기술적 지원 및 인센티브를 통하여 이니셔티브를 지원하는 높은 수준으로 스마트 성장정책(smart growth policies)을 시행하고 있음. 이 연구는 인공 환경의 에너지 함의와 연방정부가 할 수 있는 역할을 평가함.

이 보고서는 경제 성장과 삶의 질과 같은 인자들에 대한 함의와 함께, 인공환경과 교통 관련 에너지 사용 및 온실가스 배출과의 상관관계에 대한 문헌을 검토하고 요약함. 이 보고서는 미국 에너지부(U.S. Department of Energy, DOE)의 교통 에너지 미래(Transportation Energy Future, TEF) 프로젝트의 일환으로 개발된 일련의 보고서와 도구들 중 하나임. 이 프로젝트는 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory)와 아르곤국립연구소(Argonne National Laboratory)에 의해 이끌어졌음.

이 보고서는 국립재생에너지연구소가 캠브리지 시스터매틱스(Cambridge Systematics)에 의뢰하여 개발된 것임. 출간된 문헌에서 얻은 결과에 더하여, 이 보고서는 캠브리지 시스터매틱스의 경험에 근거하여 출간되지 않은 견해도 포함하고 있음.

이 보고서의 주요 목적은 국가 정책 전문가들과 의사결정자들에게 토지 사용과 인공 환경에 대한 변화가 교통 에너지 사용을 어떻게 줄일 수 있는지와, 연방정부의 조치가 인공 환경에 미치는 잠재적인 영향에 대해 지식을 제공하는 것임. 최근, 상당한 양의 문헌이 인공 환경, 이동 및 에너지 사용과의 상관관계를 살펴보았음. 많은 지역과 지역사회에서의 이니셔티브 계획은 교통의 에너지 사용을 줄이고, 배출량을 감소시키며, 관련 혜택을 얻기 위해 토지 사용을 변화시키는 것에 맞춰져 있음. 이 보고서는 이와 같은 이니셔티브의 가능성에 대한 지식의 상태를 검토하고 인공 환경을 형성하는데 도움이 되는 연방정부의 조치를 파악함.

이 보고서의 결과는 또한 도구의 개발을 지원하여 국립재생에너지연구소와 에너지부로 하여금 2050년까지 도시 형태에 대한 시나리오가 교통의 에너지와 온실가스에 미치는 영향을 평가하도록 함. 이 보고서는 미국 교통부(U.S. Department of Transportation, DOT)와 미국 환경보호청(U.S. Environmental Protection Agency, EPA)와 같은 다른 연방정부기관의 전문가와, 이 분야의 연구자들로부터 검토를 받았음.
 

여러 많은 요소들이 인공 환경의 특성을 파악하기 위해 사용될 수 있지만, 이 보고서는 문헌 검토에서 파악된 네 가지의 가장 중요한 요소들에 중점을 둠. 이들은 4 Ds로 종종 언급됨:

？ 밀도(density): 평방 마일 당 인구 또는 일자리
？ 다양성(diversity): 주어진 지역에서 다른 토지 사용처의 수; 이들이 대표하는 정도
？ 설계(design): 지역정부가 자동차 이외의 이동에 얼마나 친화적인가
？ 목적지 접근성(destination accessibility): 이동 목적지에 대한 접근의 용이성

이 요소들은 지역 및 국소적인 차원에서 다양한 정도로 측정될 수 있음. 이러한 요소 모두 -- 자동차의 소유, 이동의 횟수, 이동 거리, 그리고 이동수단의 비율 -- 는 복잡한 방법으로 상호작용함.
 

더 높은 밀도는 더 짧은 이동 거리로 이어지고 대중교통 및 차량 이외의 교통수단을 더 경쟁력있게 만듦. 평방 마일 당 4,000 - 10,000명의 밀도는 자동차 이동에서 가장 의미있는 감소를 위한 기준치로 작동하는 것처럼 보임. 평균적으로, 밀집되고 걸을만한 지역사회의 거주민들은 덜 밀집된 지역사회의 거주민들보다 1인 당 20 - 40% 더 작은 이동거리(vehicle-miles of travel, VMT)를 가짐.

그러나, 밀도의 영향은 평균 지역사회나 지역의 밀도와 같은 단순한 측정치를 통하여 파악하기가 힘듦. 예를 들어, 로스앤젤레스의 도시화 지역은 뉴욕 대도시 지역보다 더 높은 인구 밀도를 가지고 있으나, 1인 당 더 높은 이동거리와 훨씬 더 많은 자동차 비율을 가지고 있음. 이는 뉴욕 지역이 대중 교통이나 보행이 쉽게 서비스를 제공할 수 있는 높은 밀도의 핵심지역을 가지고 있는 반면, 로스앤젤레스는 보통 수준의 밀도로 보다 균일하게 퍼져있기 때문임.

밀도의 영향은 또한 간접적일 수 있는데, 더 높은 밀도는 더 많은 교통 체증과 더 높은 주차 비용으로 이어져서 대안적인 교통수단을 더 매력있게 만들 수 있음.
 

교통의 패턴에 대한 다양성과 설계의 영향은 보통임. 다양성과 설계 측정치를 두 배로 하는 것은 이동 거리에서의 변화를 5 - 10% 정도 변화시킬 뿐임. 이는 더 높은 밀도에서 더 의미있는 요소들인 반면, 더 낮은 밀도에서는 설계가 대중교통이나 보행의 한 이동을 경쟁력있게 만들 수 없음. 특히, 지역 사회에서 지역의 도심에 더 가까운 거주민들의 접근성 대비 바깥 지역에 사는 거주민들의 접근성은 밀도의 영향을 과장할 수 있음. 지역의 도심에 더 가깝게 사는 사람들은 바깥에 사는 사람들보다 더 짧은 이동 거리를 가지는 경향이 있음.

인공 환경이 이동에 미치는 영향에 대한 상당한 연구에도 불구하고, 연구자들은 인공 환경 자체가 이동 행동에서의 차이에 어느 정도로 영향을 미치는지, 또한 수익, 인구 및 개인적 선호와 같은 다른 요소들은 어느 정도로 영향을 미치는지에 대해서는 여전히 일치가 이루어지지 않았음.
 

최근의 여러 연구가 추정한 바에 의하면, 토지 사용의 변화가 2050년까지 교통에서의 온실가스를 0.6 - 10% 감소시킬 것임(<표 1>). 최대 감소치는 도시의 경차량 이동의 16 - 18% 감소에 해당됨. 최대 감소치는 매우 낙관적인 가정 -- 예를 들어, 현재와 2050년 사이의 신규 개발 중 75 - 90%가 밀집되고, 걸을만한 지역사회에 위치할 것이라는 가정 -- 에 근거하고 있기 때문에, 공격적인 정책 조치와 시장의 지원이 없다면 이러한 최대 감소치는 달성하기 어려움.

<표 1> 토지 사용과 온실가스 감소에 대한 연구의 비교 

차량이 점차 더 엄격한 연료 경제성 기준을 맞춤에 따라, 토지 사용의 변화가 가져오는 절대적인 에너지 혜택은 감소할 것임. 왜냐하면 자동차로부터 기본적인 에너지와 배출량이 감소할 것이기 때문임.