일기예보의 첨단 과학

안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학의 흥. 재. 과입니다!

 

저는 매일 아침 일어나면 날씨부터 확인하는 습관이 있는데요.

비가 올지, 기온이 얼마나 떨어질지 확인하고 하루의 계획을 세우는 편입니다!

 

어플로 실시간으로 확인할 수 있는 일기예보는

사실 첨단 과학의 집합체라고 할 수 있는데요!

 

오늘날 날씨 예보는 위성. 레이더 등 많은 기상 기구들이 동원되고

그로 인해 쌓인 데이터는 슈퍼컴퓨터의 복잡한 수학 계산식에 의해

만들어지는 분석 결과물입니다!

 

오늘은 일기예보의 과학에 대해 알아보도록 하겠습니다!

 

일기예보의 첨단 과학

 

1. 한국의 기상 첨단 장비

일기예보는 지구 대기에서 일어나는 모든 현상을 관찰하기에 이를 위해 다양한 장비들이 데이터를 수집합니다!

 

지상 기상 관측소

한국에는 충북 영동군의 추풍령, 전북 고창군, 전남 보성군에 '표준기상관측소'를 설립하여 운영 중입니다.

관측소에서는 실시간으로 온도, 기압, 풍속, 습도, 강수량 등의 데이터를 측정하고 수집하는데요!

이 데이터들은 세계기상기구(WMO)의 기상 관측 네트워크로 전 세계적인 날씨 데이터를 종합하고 분석합니다.

 

※ WMO(World Meteorological Organization, 세계기상기구)

- 전 세계 기상 데이터를 수집, 표준화, 공유하며 기상 예측과 기후 변화 대응을 위한 국가 협력을 주도하는 기구

 

기상 위성

기사 위성은 수천 킬로미터 상공에서 지구 대기 전체를 관찰하여 구름의 분포, 수증기량, 대기 온도변화를 측정합니다.

한국의 기상 위성은 국내기술진이 독자개발한 천리안위성 2A호와 2B호를 운영 중인데요!

2A호는 기상관측을 담당하고 2B호는 대기와 해양을 관측하여 천리안위성 1호 대비 더욱 정확도를 높였습니다.

(기존의 천리안위성 1호는 2020년 기상관측 임무를 종료하였습니다.)

 

기상 레이더

한국의 기상레이더는 1969년 서울 관악산에 최초 설치 이후 현재는 전국적으로 10대를 운용하고 있는데요!

레이더는 구름 속에 있는 물방울이나 얼음 결정을 탐지해 강수량을 파악하는데 핵심적인 역할을 합니다.

 

라디오존데(Raodiosonde)

라디오존데라는 기상기구를 풍선에 매달아 지상 30km 이상 올려보네 대기상태를 관측하는 기구인데요!

일 2회(오전 9시, 오후 9시) 정기 관측을 실시하며 기상 경보 시 3시, 15시에 특별 기상관측을 실시합니다.

주로 온도, 습도, 압력 등을 자동 기록 후 기상청으로 송신하며 수증기와 화학물질도 감지할 수 있습니다!

 

첨단 기상 예보

2. 슈퍼컴퓨터 & 수치예보모델

기상 첨단 장비로 수집한 데이터들은 수치예보모델에 의해 분석되고 예측되는데요!

수치예보 모델은 대기방정식이라는 복잡한 수학식을 수치 해석적인 방법으로 정답(해)에 가까운 수를 찾게 됩니다.

대기의 큰 흐름을 정의하는 역학과정과 작은 규모의 물리적인 현상을 정의하는 물리과정으로 구성되어 있습니다.

 

이러한 수치예보모델을 운영하는데 필수조건은 바로 슈퍼컴퓨터인데요!

한국의 슈퍼컴퓨터는 청주에 위치해 있으며 1초에 무려 5경 번 이상의 사칙연산을 해내는 성능을 가졌습니다.

슈퍼컴퓨터로 처리된 데이터를 활용하여 다양한 수치예보모델(초단기, 기후, 제한지역 모델 등)을  시뮬레이션합니다!

 

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3. 날씨가 틀리는 이유

슈퍼컴퓨터의 뛰어난 성능에도 불구하고 일기예보가 틀리는 이유는 여러 복잡한 요인이 있기 때문인데요!

 

1. 대기의 복잡성과 나비효과

대기는 매우 복잡하여 1초에 5경 번 사칙연산을 함에도 불구하고 슈퍼컴퓨터를 사용해도,

5년 뒤에는 그 계산량이 한계치를 넘어갈 정도로 많습니다.

또한, 대기 시스템상 작은 변화가 시간이 지남에 따라 크게 확대되어 오차가 커지는 나비효과에 의해 정확한 예측이 어렵습니다!

 

2. 수치예보모델의 한계

수치 모델은 말 그대로 데이터를 방정식으로 풀어내어 가장 유사한 값(근삿값)을 도출하는 것이기에,

현실세계에서 급변하는 국지적 기상현상의 변수들을 완벽하게 반영할 수는 없습니다.

 

3. 한반도의 지리적 특성

한반도는 삼면이 바다이며 산으로 둘러싸여 있는 형태이기에 수증기의 형태가 복잡하고,

산으로 인해 비구름 방향이 바뀌는 등 날씨를 예측하기 까다로운 조건에 있습니다!

 

 

비록 대기의 복잡성과 불확실성 때문에 예보가 완벽하지 않을 수는 있지만,

기상학의 발달과 기술의 진보로 인해 점점 더 정교해지고 있습니다.

덕분에 저희는 극단적인 기상현상(태풍, 집중 호우, 가뭄 등)들로부터

우리의 삶을 안전하게 지켜줄 것입니다!

 

오늘은 일기예보가 과학적으로 어떻게 관측되고

어떻게 예측되는지를 알아보았습니다!

 

이상 흥. 재. 과였습니다!