NeuralGCM, AI를 활용 (새 탭에서 열림)
Google Research가 개발한 NeuralGCM은 물리 기반 모델링과 인공지능을 결합한 하이브리드 대기 모델로, NASA의 위성 관측 데이터를 직접 학습하여 전 지구 강수 시뮬레이션의 정확도를 획기적으로 높였습니다. 이 모델은 기존 물리 모델이나 재분석 데이터 기반 AI 모델이 해결하지 못했던 강수량의 일변화 및 극한 현상을 정밀하게 재현하며, 15일 이내의 중기 예보와 수십 년 단위의 기후 시뮬레이션 모두에서 뛰어난 성능을 입증했습니다. 이는 기상 예측의 복잡성을 해결하고 기후 변화에 대한 인류의 대응력을 높이는 중요한 기술적 진보로 평가받습니다. ## 미세 규모 기상 현상과 강수 예측의 한계 * 강수 현상은 모델의 해상도보다 훨씬 작은 미세한 규모에서 발생하는 구름의 물리적 변화에 의존하기 때문에 전 지구 모델에서 가장 구현하기 까다로운 요소 중 하나입니다. * 구름은 100미터 미만의 단위로 존재하며 빠르게 변화하지만, 기존 기상 모델은 수 킬로미터, 기후 모델은 수십 킬로미터 단위의 해상도를 가집니다. * 기존 방식은 이러한 작은 규모의 프로세스를 '모수화(Parameterization)'라는 근사치 계산에 의존했으나, 이는 극한 현상을 포착하거나 장기적인 정확도를 유지하는 데 한계가 있었습니다. ## 위성 관측 데이터를 활용한 하이브리드 학습 * NeuralGCM은 대규모 유체 역학을 처리하는 '미분 가능한 동역학 코어(Differential Dynamical Core)'와 미세 물리 현상을 학습하는 신경망을 결합한 구조를 가집니다. * 기존 AI 모델들이 물리 모델과 관측치를 결합한 '재분석 데이터'를 학습한 것과 달리, NeuralGCM은 2001년부터 2018년까지의 NASA 위성 강수 관측 데이터(IMERG)를 직접 학습했습니다. * 이를 통해 재분석 데이터가 가진 강수 극값 및 일주기(Diurnal cycle) 표현의 약점을 극복하고, 실제 관측에 더 근접한 물리적 매개변수를 스스로 학습할 수 있게 되었습니다. ## 중기 예보 및 장기 기후 시뮬레이션 성과 * **중기 예보(15일):** 280km 해상도에서 선도적인 수치 예보 모델인 유럽중기예보센터(ECMWF)의 모델보다 더 정확한 강수량 예측 성능을 보여주었습니다. * **극한 현상 재현:** 상위 0.1%에 해당하는 극심한 강수 이벤트를 기존 모델보다 훨씬 더 정밀하게 시뮬레이션하는 데 성공했습니다. * **기후 변동성:** 수십 년 단위의 기후 시뮬레이션에서도 평균 강수량과 열대 지방의 오후 강수 집중 현상과 같은 일별 기상 사이클을 정확하게 포착했습니다. NeuralGCM은 현재 오픈 소스 라이브러리로 제공되고 있어 기상 및 기후 연구자들이 자유롭게 활용할 수 있습니다. 특히 농업 생산성 최적화, 도시의 홍수 대비, 재난 관리와 같이 정밀한 강수 데이터가 필수적인 분야에서 기존 수치 예보 모델을 보완하거나 대체할 수 있는 강력한 도구가 될 것으로 기대됩니다.