[ 참고자료 1 ]       기상청 슈퍼컴퓨터 소개

슈퍼컴퓨터 2호기 : 2004년 도입된 기상청 슈퍼컴퓨터 2호기, 미국 CRAY사의 CRAY X1E 전체성능은 약18.5Tera flops이며 아래와 같이 현업 및 백업시스템으로 각각 9.25Tera flops로 나누어 독립적으로 운영 중임

현업 시스템 : 시스템명칭-바람(baram)

백업시스템 : 시스템명칭-신바람(shinbaram)

슈퍼컴퓨터 3호기 : 2009년 1차분(XT5, 27Tera flops), 2010년 최종분(Baker, 683 Tera flops)로 각각 설치하여 운영될 예정이며, 최종분은 340Tera flops 2개의 시스템으로 나누어 현업 및 백업시스템으로 이중화하여 운영될 예정임. 아래의 3개의 시스템에 대한 명칭을 대국민 공모를 통해 결정하고자 함.

1차분 현업시스템

최종분 현업용 시스템

최종분 백업용 시스템

[ 참고자료 2 ]     일기예보(수치예보)와 슈퍼컴퓨터

수치예보란 현재의 기상관측 자료를 수치예보모델에 입력하여, 미래의 대기상태를 정량적으로 예측하는 과정을 의미한다. 수치예보에 사용되는 수치예보모델이란 미래의 대기상태를 예측하기 위하여, 대기를 그물망처럼 무수히 많은 격자로 나누어 주어진 시간간격마다 이 격자점들의 기온, 바람, 습도 등 일기예보에 필요한 기본적인 기상변수를 수치적으로 계산하는 소프트웨어 프로그램으로 모든 과정에 대한 계산은 슈퍼컴퓨터가 담당한다. 이때 수치예보모델의 격자점이 조밀할수록 소규모의 기상현상도 더욱 더 정교하게 모사할 수 있는 반면, 훨씬 더 큰 전산자원을 필요로 하게 된다. 본 지면을 통해 수치예보와 슈퍼컴퓨터의 관계, 예보정확도와 수치예보모델의 관계 등에 대한 설명을 바탕으로 기상청에서 운영하고 있는 기상용 슈퍼컴퓨터에 대한 필요성을 이해하는데  조금이나마 도움이 되었으면 한다.

수치예보 과정

기상예보에서 컴퓨터가 사용되는 경우는 두 가지를 들 수 있는데 하나는 항상 반복되는 단순한 작업을 컴퓨터가 대신하게 하는 것이고, 다른 하나는 사람이 일을 할 경우 수 백년이 걸리는 것을 컴퓨터가 단 몇 분 만에 해내는 것이다.

현재 기상업무 중에서 슈퍼컴퓨터가 단순작업을 사람 대신하는 경우는, 1) 자동기상관측 장치에 기상관측 기기가 달려있는데, 이 기기는 관측값을 전기적인 신호의 형태로 내장 컴퓨터에 저장을 합니다. 2) 여기에 저장된 관측자료는 통신용 컴퓨터를 통하여 짧게는 10초마다 기상청 본청에 있는 주컴퓨터에 관측 자료를 전송한다. 3) 주컴퓨터에 수집된 자료의 일부는 통신용 컴퓨터를 통하여 외국의 기상청에 자료를 보내고, 또 외국의 기상관측 자료를 수집한다. 4) 이렇게 수집된 자료를 일기도에 기입을 하고 자동으로 등치선도 그린다.

컴퓨터가 기상예보에 사용되기 전인 1980년대까지만 해도, 기상관측을 할 때에는 사람이 매시간 혹은 3시간 마다 백엽상에서 일일이 온도와 기압 습도를 측정하고, 풍향과 풍속을 기록했었으며 습도를 구할 때도 기상요소 변환테이블이라는 책을 사용하여 일일이 계산한 후에 무전기를 사용하여 관측자료를 일기도에 손으로 기입하고, 외국과도 무전을 통하여 보내오는 관측 자료를 받아 적었다가 일기도에 손으로 기입을 하고, 등치선을 그렸었다. 그리고, 관측결과는 통계표라는 용지에 기입을 하는데, 여기에는 그 전날의 기상을 적어두었는데, 각 기상요소의 값을 일일이 손으로 계산을 하여 작성을 하였지만, 요즈음은 컴퓨터의 데이터베이스에서 자동으로 생산한다.

그 다음, 사람이 할 경우 수 백년이 걸릴 계산 작업을 컴퓨터가 단 몇 분 만에 하는 것은 수치예보라는 것이다. 이 수치예보란, 1) 지구를 둘러싸고 있는 대기가 물과 같이 연속적이며, 지구 표면에 중력에 의해 붙어있는 물질이고,  2) 이 물질은 온도, 기압, 풍향, 풍속, 습도 등의 변수를 사용하여 표현할 수 있으며,  3) 이 변수들의 변동은 뉴턴의 운동방정식을 변형한 유체역학 방정식의 지배를 받는다는 가정에서, 대기의 각 지점의 변수의 변동을 계산하는 오늘날 대부분의 선진 국가에서 채택하여 이용하는 기상예보 방법이다.

계산 결과는 주로 일기도의 형태로 시각화를 하여 예보관에게 제공되는데, 이를 위해서는 대기를 일정한 간격으로 나누어서 생긴 상자들이 붙어서 되어 있다고 가정하고, 각 상자에서 기상 변수가 어떻게 변동하는가를 계산하게 되는데, 우리나라 상공의 대기가 가로, 세로 10km, 높이 500m의 상자들로 구성되어있어서 전체 상자의 숫자가 100×100×20 개라고 가정하고, 이 공간의 10시간 동안의 변동을 10초 간격으로 계산했을 때 계산횟수는 100×100×20×(60/10)×60×10회가 된다. 여기에 위의 온도, 기압, 풍향, 풍속, 습도 등 다섯 가지 변수 각각의 변동을 고려하면, 앞의 계산횟수에 5를 곱해야 한다. 이 계산을 사람이 1초에 1회 한다고 가정을 하면, 사람이 이 계산을 하는데 100×100×100×60×60초(약 115년)가 걸린다. 이러한 계산결과가 일기예보에 의미 있는 생산물로 예보관에게 제공되려면, 이 계산이 적어도 1~2시간 안에 끝나야 하므로, 사람의 계산으로는 수치예보가 불가능하며, 이러한 작업을 기상용 슈퍼컴퓨터가 수 십분 만에 계산해낸다. 이때 보다 정밀한 대기상태를 표한하기 위하여 계산하고자 하는 상자의 크기를 줄여서 더욱 조밀하게 대기를 구성하거나, 대기를 표현하고자 하는 변수의 종류 등을 증가시키게 되면 그 계산량은 수~수십배 증가하게 되는데, 계산량의 증가와 관계없이 동일한 시간 안에 수치예보 결과가 예보관에게 의미있게 제공하려면, 이러한 계산 작업을 수행하는 슈퍼컴퓨터의 계산성능이 훨씬 더 크게 필요하게 된다.

현재 기상청에서는 슈퍼컴퓨터를 일기예보 서비스를 위한 수치예보용 모델 연산에 사용한다. 일기예보에 사용되는 수치예보모델은 대기 현상의 법칙을 방정식화하여 컴퓨터 등의 도구를 이용하여 복잡한 방정식의 해를 구하는 것으로, 기상청에서 운영중인 대표적인 수치예보모델로는 지구 전체를 약 30km격자로 재현한 전지구모델을 비롯하여 30km, 10km, 5km 격자간격을 갖는 지역예보용 모델, 다양한 초기값을 이용한 확률예보모델인 앙상블예보모델, 태풍, 황사, 해양모델 등을 운영하고 있으며, 더불어 현업개선을 위한 다양한 연구용 수치예보모델을 운영 중에 있다.

최초의 슈퍼컴퓨터를 이용한 수치예보의 현업운영은 1954년 스웨덴 기상청에서 시작되었으며, 1957년 미국, 일본에서도 슈퍼컴퓨터를 이용한 수치예보 실시간 현업운영이 시작되었다. 우리나라의 수치예보는 1988년 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 슈퍼컴퓨터 1호기를 이용하여 수치예보연구개발이 본격화 되었으며, 1994년 기상분석용 컴퓨터(Fujitsu, VPX220/10)의 도입으로 전지구모델 자체운영을 시작으로 1999년 기상용 슈퍼컴퓨터 1호기(NEC, SX-5/28)의 도입으로 본격적으로 수치예보 실시간 현업운영을 시작하게 되었다. 우리나라는 주요 기상 선진국에 비해 약 40여년 늦게 수치예보 현업운영이 시작되었다고 할 수 있다. 2004년 기상청 슈퍼컴퓨터 2호기(CRAY, X1E)를 도입하여 전지구예보모델 뿐만 아니라 앙상블 예보모델도 실시간 현업운영을 가능하게 되었다.