연구보고서
- 저자
- 예측기술과 김가영, 김해정, 이윤영, 정여민, 함수련
- 작성일
- 2021.02.02
- 조회
- 595
- 요약
- 목차
평문 초록
본 과제는 기상청 기후예측모형(GloSea5) 개선을 위한 계절내 시간 규모에 대한 현업 예측성 평가와 모형 특성 진단을 목적으로 기획되었다. 현업 예보에 대하여 객관적이면서도 일관되며 여러 측면을 검토하되 그것들을 종합적으로 아우를 수 있는 평가 시스템의 기틀을 마련하고자 우선, 기후값, 실시간 예측, 기후 리짐, 역학 커플링 네 부문에 대한 필수 평가 항목들을 발굴하고, 컨텐츠 구조화를 통해 평가프레임(CREDYT: Comprehensive and Relative Evaluating weekly mean DYnamical forecasT)을 정립하였다. 또한, 타 기관 대비 기상청 현업 예측의 상대적 성능 및 지구시스템간 연결 강도 등에 대한 기존과 다른 새로운 형태의 검증·진단 방법론을 고안하였다. CREDYT에 따르면, 2019년 52주 지위고도 주평균 예측의 경우, 5개 모형 중 2위 정도의 우수한 상대적 성능을 보이고, MJO를 비롯한 기후 지수도 적절하게 모의되고 있다. 하지만, 기온 평년값 오차가 북반구 대륙과 남극에서 뚜렷하고, 지구시스템간 접합강도가 계절별로 과소 혹은 과대 모의되거나 대기-해양, 대류권-성층권 간 역학적 커플링이 관측과 다른 형태로 재현되는 등 접합모형으로서의 구조적인 오차 특성을 확인할 수 있었다. 추가적으로, 기존 현업 기후값 생산방안을 변형한 민감도 평가를 수행하여 선행 날짜 가중치 없이 기후장 날짜수를 늘리는 개선안도 제안하였다.
초기 오차 성장 특성을 살펴보기 위해 과거재현기후 및 실시간예측장의 선행시간별 계절내 예측 성능의 분석을 수행하였다. 또한, 실시간 예측장에서의 초기장 차이가 계절내 예측 성능에 미치는 영향에 대해 살펴보기 위해 초기 조건을 고해상도 대기모델 예측장과 재분석 자료를 사용한 민감도 실험을 구성하여 분석하였다. 이를 통해, 대기모델 예측장을 초기장으로 사용할 때 보다 재분석자료를 초기장으로 사용할 때 동아시아 겨울철 기온 및 순환장의 계절내 예측 성능 및 계절내 열대 진동의 모의 성능이 효과적으로 개선됨을 밝혔다. 결론적으로, 계절내 규모에서의 오차의 감소를 위해 지면 오차 및 구름/복사와 연관된 초기 조건들의 개선이 필요함을 알 수 있다. 또한, 이 연구에서 사용된 계절내 열대 진동성 진단 방법은 준자동화가 가능한 툴로 구성하였으며, 추후 지속적이고 일관성 있는 기후예측모델 진단에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
정확도 높은 예보와 더불어 활용도 높은 예보 생산에 대한 요구가 지속적으로 증가되고 있지만 이는 자원과 비용에 대한 문제 또한 수반한다. 따라서 한정된 자원과 비용 안에서 가장 효율적인 기상청 장기예보 시스템을 운영할 수 있는 전략을 이 연구에서 발굴하였다. 예보 시스템은 앙상블을 생산하는 방식에 따라 예보의 정확도가 달라질 수 있는데 이 연구에서는 앙상블 수의 증가, 앙상블 생산 요일, 앙상블 생성 기법에 변화를 준 민감도 실험을 통해서 기존 현업 예보 시스템에 비해 더 나은 동아시아 기온을 생산할 수 있는 가이드라인을 도출하였다. 기본적으로 기상청 장기예보 시스템은 8주 이내의 동아시아 기온 예보에 있어서 일관되고 신뢰도가 높은 자료를 생산하고 있으나 그 중 3,4주 차는 개선이 필요하다. 이 기간에 대해서 앙상블의 수를 증가시키면 현업 시스템 대비 최대 약 3%의 예측 스킬을 증가시킬 수 있었다. 현재 현업 예보는 매일 4개씩 생산된 일주일치 앙상블 예측을 합치는 방식을 취하고 있는데 그보다 일주일에 한번 몰아서 예보를 생산하고 그날이 월요일이라면 최대 6%의 정확도 개선을 가져올 수 있다. 이는 예보를 활용하는 예보 사용자에게는 기존 대비 약 5~9%의 경제적 수익, 예보관에게 있어서는 한파 발생에 대해 더욱 정확한 초기 가이드를 얻는데 도움이 되는 방안이었다. 그러나 매일이 아닌 주중인 목요일 하루에 예보를 몰아서 생산할 경우에는 개선 효과가 나타나지 않았다. 결국 같은 시간적 물적 자원을 사용할 때 선행시간을 줄일수록 더욱 신뢰할만한 예보를 생산할 수 있고 비용면에서 투자가 가능한 상황이라면 앙상블의 수를 늘리는 것도 더 나은 예보를 얻는데 도움을 줄 수 있다.