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수치예보모델

  • 수치예보모델을 이용해 대기의 상태 및 운동을 설명하는 대기방정식을 풀어 미래의 날씨를 계산하는 과정이다.
  • 대기방정식은 너무 복잡하여 정확한 해를 직접적으로 구할 수 없기 때문에, 수치해석적인 방법으로 근사적인 해를 구하게 된다.
  • 수치예보모델은 대기의 큰 흐름이나 운동을 정의하는 역학과정과 작은 규모의 물리적인 현상들을 정의하는 물리과정으로 구성되어 있다.
  • 역학과정

    지구를 수평· 연직 방향의 격자로 나누어 날씨의 변화를 지배하는 편미분 형태의 방정식계를 계산한다.

    따라서 격자 모양이나 간격, 방정식계를 미적분하는 방식 등에 따라 다양한 형태로 표현될 수 있으며, 이에 따라 수치모델 결과도 다르게 나타난다.

    역학과정
    다양한 수평 격자의 예시(최상단 좌로부터)
    위경도격자(영국), 삼각격자(독일), 육각격자,
    가우시안격자(프랑스), 음양격자(캐나다), 육면체구격자(한국)
  • 물리과정

    수치모델의 역학과정에서 명시적으로 표현하지 못하는 모델 격자보다 작은 규모(아격자 규모)의 현상들은 수치모델의 물리과정에서 계산된다.

    즉, 수치모델의 물리과정에서는 대기복사, 강수, 난류 등과 같이 역학과정에서 표현하기 어려운 지면/해양/대기의 물리적 현상의 격자 평균 효과를 통계적, 물리적 가정들을 사용하여 각 격자지점에서 적절히 모의하며, 이를 모수화라고 한다.

    물리과정

수치예보모델 유형

전지구모델
  • 지구 전체를 영역으로 하는 모델
  • 고기압, 저기압의 생성 및 이동과 같은 큰 규모의 대기 운동을 예측할 목적으로 주로 사용됨
제한지역모델
(지역모델 또는 국지모델)
  • 특정한 지역(예: 아시아, 동아시아, 한반도 등)을 영역으로 하는 모델
  • 보통 전지구모델 보다 고해상도 모델이며, 좁은 지역을 상세히 예측할 목적으로 사용됨
  • 작은 규모의 국지적인 기상현상을 모의하는데 유리함
  • 모델 측면경계장을 전지구모델로 부터 받아야 함
초단기모델
  • 12시간 이내 아주 좁은 지역에서 일어난 현상을 아주 상세히 예측하기 위한 모델
  • 아주 짧은 시간에 급속히 발달하는 기상현상을 자세히 모의하는데 유리함
  • 상위모델로부터 측면경계장을 받아야 함
기후모델
  • 수십 년 이상의 장기간에 대한 기후변화를 예측하기 위한 모델
  • 장기간 예측을 해야 하는 만큼 저해상도 모델이 됨
앙상블모델
  • 같은 모델을 초기조건을 달리하여 여러 개 돌리거나 다른 모델을 하나의 세트로 묶어 돌림으로써 미래상태에 대한 확률적인 정보를 제공하는 모델 체계를 말함
  • 일반적으로 앙상블모델의 성능이 앙상블모델을 구성하는 개개 단일모델의 성능보다 우수한 것으로 알려져 있음
통계모델
  • 모델에서 나온 결과들을 통계적 기법을 이용해 한번 더 보정할 목적으로 수행되는 모델
  • 많은 과거 데이터를 모아 장기간에 걸쳐 패턴(관계식)을 분석하고 이를 현재 예측에 적용 (MOS, 기계학습 등)
응용모델
  • 특수한 목적으로 사용되는 모델
  • 황사모델, 해양모델, 지면모델, 태풍모델 등