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날씨 예보 수퍼컴 ‘6억 명 1년 계산분량’ 1초면 끝

수치모델로 예측한 한반도 주변 기상 상황(위 사진)과 위성이 촬영한 실제 모습.
과학으로 미래를 내다보는 분야의 ‘원조’는 날씨 예보다. “미래 예측산업 중에서 가장 성공적”이라는 평가도 있다(윌리엄 서든, 『미래를 알고싶은 욕망을 파는 사람들』). 실제로 강수 유무, 12시간 강수량 등을 기준으로 봤을 때 한국 기상청의 예보 정확도는 90%가 넘는다.



현대 기상학은 제1차 세계대전 때 영국 기상청에서 일했던 루이스 리처드슨이 고안한 수치모델에서 출발했다. 수치모델은 대기운동을 지배하는 여러 물리법칙을 방정식으로 정리한 것이다. 변수는 기온·기압·습도와 바람(동서·남북·수직) 등 모두 6개. 리처드슨은 대기를 여러 개의 격자로 쪼갠 뒤 격자점별 대기 관측자료를 구했다. 이어 그 값을 자신이 고안한 방정식에 대입, 6시간 뒤 날씨 변화값을 ‘계산’했다. 하지만 계산이 워낙 복잡해 실제 해(解)는 몇 년 뒤에나 구할 수 있었다. 예보라고 부르기도 무색한 ‘사후 예보’였던 셈이다(데이비드 오렐, 『거의 모든 것의 미래』).



 하지만 1950년대 컴퓨터가 등장하면서 수치모델은 진가를 발휘하기 시작했다. 사람으로선 상상조차 할 수 없는 빠른 속도로 방정식 풀이가 가능해졌기 때문이다. 현재 한국 기상청이 사용 중인 글로벌예보모델은 지구 대기를 가로·세로 각 25㎞, 높이 70층(고도 80㎞까지)의 격자로 쪼개 총 5512만1920개 격자점의 대기 변화를 계산한다. 기상청의 수퍼컴퓨터(3호기)가 이 복잡한 계산을 총 2017회(10일 예보치) 하는 데 걸리는 시간은 불과 한 시간 안팎. “6억 명이 1년간 계산할 양을 1초 만에 하는 성능”이라는 게 박훈 기상청 수치모델관리과장의 설명이다.



 그렇다면 수치모델과 수퍼컴퓨터만으로 날씨 예보가 가능할까. 답은 “아니요”다. 수치모델의 격자는 ‘그물코’와 같다. 그보다 작은 ‘물고기(기상현상)’는 ‘그물(예보)’에 걸리지 않는다. 지난 여름 큰 피해를 부른 국지성 집중호우가 대표적이다.



‘그물코’가 성글다고 무한정 크기를 줄일 수도 없다. 격자 수를 늘리면 계산량은 기하급수적으로 늘어난다. 그만큼 계산시간이 오래 걸린다.



 수치모델에 입력되는 기상 정보의 정확도도 문제다. 이 정보는 실측값이 아니라 인근의 관측값을 토대로 환산한 추정치다. 수많은 격자점마다 실제 관측장비를 다 설치할 수 없어서다. 더구나 날씨 방정식은 수학적으로 미세한 입력값 차이에도 계산 결과가 크게 달라지는 특성을 갖고 있다. 이 때문에 실제 예보 땐 예보관이 기상위성·레이더 영상 등 실측자료를 참고해 수치모델 예측값의 오차를 적절히 보정해 줘야 한다.



김한별 기자
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