수백억원대 슈퍼컴퓨터로도 기상 예측 틀리는 이유는?

기상관측용 '수치예보모델' 계산하는 기상청 슈퍼컴퓨터

최근 이상기후로 날씨 영향 미치는 변수 많아져

기상청 관계자 "집중호우 등 현재 과학기술상 예측 힘들어"

英·日 등 신형 슈퍼컴퓨터 도입 열성

지난 8일 전북 남원시 금지면 귀석리 금곡교 인근 섬진강 제방이 무너져 강물이 도로 위로 차올랐다. / 사진=연합뉴스

이상 기후로 인해 날씨 예보가 잇따라 빗나가면서 기상청 예보에 대한 불신이 늘어나고 있다. 특히 기상청이 날씨 예측에 쓰이는 슈퍼컴퓨터를 구매하려고 100억원이 넘는 예산을 투여했다는 사실이 알려지면서 일각에서는 '수백억 짜리 장비를 갖추고도 오보를 내는 거냐'라며 강한 비난이 쏟아지기도 했다.

그러나 기후 변화 등 다양한 요인으로 날씨 예측에 영향을 주는 변수가 많아져, 기존 슈퍼컴퓨터로는 한계가 있다는 목소리도 나온다. 이렇다 보니 영국·일본 등 선진국 기상청들은 더욱 강력한 연산 능력을 갖춘 신형 슈퍼컴퓨터 도입에 열을 올리고 있다.

앞서 기상청은 지난 5월 '올여름 기상전망'에서 이번 여름은 평균기온과 폭염일수 모두 평년보다 높은 '역대급 무더위'를 예보했다. 당시 기상청은 올여름 동안 기온은 평년보다 0.5~1.5도 높은 24.1~25.1도, 폭염 일수도 평년보다 두 배 이상 많은 20~25일을 예측했다.

그러나 지난달 전국 평균기온은 22.5도로 오히려 평년보다 2도께 낮았다. 폭염 일수는 3.9일, 열대야 일수는 2.3일로 각각 평년 대비 2~3일 적었다.

강수량 예측치도 크게 빗나갔다. 기상청은 당초 평년과 비슷하거나 적은 강수량을 예측했으나, 전날(11일)까지 장마가 49일째 이어지면서 올해 7~8월 강수량만 663.3㎜를 기록했다. 장마 기간 중 강수량이 가장 많았던 지난 2006년 기록(699.1㎜)에 근접한 것이다.

상황이 이렇다보니 기상청의 예보 능력에 대한 불신의 목소리가 점점 커지고 있다. 일각에서는 172억원의 예산을 들여 최첨단 '슈퍼컴퓨터 4호기'를 갖췄는데도 기상청의 오보가 끊이지 않는다며 비판을 쏟아내기도 했다.

누리꾼들은 소셜네트워크서비스(SNS)에 쓴 글에서 "슈퍼컴퓨터에 엄청난 세금을 들였다는데 몇시간 뒤 날씨도 못 맞추는 게 말이 되나", "차라리 폐쇄회로(CC)TV 보고 비 오는지 판단하는 게 더 정확하겠더라" 등 기상청 예보에 대한 불만을 토로했다.

기상청 슈퍼컴퓨터는 초대형 계산기

지난 2015년 도입된 기상청 '슈퍼컴퓨터 4호기'. 초당 5800조회 연산이 가능하다. / 사진=기상청

그렇다면 기상 예보에서 슈퍼컴퓨터는 어떤 역할을 맡을까. 사실 슈퍼컴퓨터 자체만으로는 날씨를 예측할 수 없다. 슈퍼컴퓨터는 기상을 예측하는데 필요한 방정식을 계산하는데 쓰이는 '초대형 계산기'에 가깝다.

기상청의 날씨 예보는 대기 상태 관련 정보를 최대한 많이 수집하는 데서 시작한다. 기상청은 전세계 110여개 기상관측소 및 날씨위성으로부터 온도·압력·습도·풍속 등 데이터를 수집한다.

기상청은 수집된 데이터들을 '수치예보모델'에 입력하고, 이후 슈퍼컴퓨터가 해당 모델을 계산해 예측값을 내놓는다. 인간 과학자는 컴퓨터가 내놓은 값을 실제 날씨와 비교하며 지속해서 모니터링하고, 이같은 과정을 통해 더욱 정확한 예보가 만들어진다.

한국 기상청의 경우 영국에서 제작된 수치예보모델인 'UM'과 한국 기후에 최적화된 자체 수치예보모델인 'KIM'을 혼용한다.

한편 해당 모델들을 계산하는 '슈퍼컴퓨터 4호기'는 지난 2015년 도입된 최신형 시스템으로, 기상청 설명에 따르면 미국 슈퍼컴퓨터 제조사 'CRAY(크레이)'가 설계한 XC40 대용량 병렬 프로세서와 인텔사 중앙처리장치(CPU)를 혼합해 최대 5800TFlop/s(테라플롭스·초당 1조회 연산) 성능을 낼 수 있다. 즉, 슈퍼컴퓨터 4호기는 1초에 5800조번 계산을 할 수 있는 셈이다.

문제는 기후 변화 불확정성…변수 늘면서 정확도 떨어져

지난 10일 오후 경기 양주시에 집중 호우로 양주역과 인근 도로가 물에 잠겼다. 사진은 물에 잠긴 역 외부 모습. / 사진=연합뉴스

문제는 기후 변화로 인해 슈퍼장마, 스콜성 집중호우 등 기존 한국 환경에서 볼 수 없었던 현상이 나타나면서 날씨 예보의 변수가 늘어났다는 데 있다. 수치예보모델은 방대한 양의 데이터를 통해 결과를 산출하는데, 입력되는 데이터 값이 조금만 달라져도 전혀 다른 결과가 나올 수 있다.

예를 들어 특정 지역에 짧은 시간 집중호우가 내린 뒤 그치면, 대량의 수증기가 생성돼 강수확률이 늘어난다. 날씨 예보의 새 변수가 생기는 셈이다. 이같이 날씨 상황이 불안정하다 보니 테라플롭스급 연산을 할 수 있는 슈퍼컴퓨터로도 날씨 예측을 정확히 할 수 없는 상황이 발생한다.

윤기한 기상청 통보관은 11일 한 라디오 방송에 출연해 "이번 장마의 경우 지역적으로 집중호우가 굉장히 많이 나타났다"며 "집중호우가 여러 지역을 옮겨 다니는 것만으로도 지역 상황이 변하기 때문에 과학기술상 (데이터를) 잡아낼 수가 없다"고 설명했다.

이어 "집중호우 지역과 비집중호우 지역 간극을 줄이는 것은 현재 기상청 기술상 난제"라며 "계속해서 숙제로 삼아 발전의 척도로 삼으려 한다"고 덧붙였다.

선진국도 기후 변화 시대 맞아 신형 슈퍼컴퓨터 적극 도입

기후 변화로 인한 불확정성 때문에 정확한 기상 예보에 곤경을 치르는 것은 비단 한국 기상청 뿐만이 아니다. 지난 2월 태풍 '데니스'의 영향으로 634곳에 홍수 주의보가 내려졌던 영국, 잇따른 초대형 허리케인 발생으로 인해 피해를 입고 있는 미국 등, 다른 나라들도 정확한 기상 예보로 천재지변을 조기에 감지하기 위해 노력하고 있다.

영국의 경우 지난 2월17일 정부에서 8억6400만파운드(약 1조3000억원)의 예산을 영국 기상청에 투입해 초대형 슈퍼컴퓨터를 새로 도입하기로 했다.

오는 2022년 기상청에 설치될 예정인 해당 컴퓨터는 기존 XC40 프로세서보다 훨씬 진보한 ARM 'A64fx' 프로세서를 탑재한다. 해당 프로세서는 스마트폰 CPU 설계로 유명한 영국 반도체 기업 ARM사 프로세서를 기반으로 제작됐으며, 최대 4만2000 테라플롭스의 연산이 가능해 1초에 4경2000조회 계산할 수 있다.

슈퍼컴퓨터 성능 순위 사이트인 'TOP500'에 따르면 영국 기상청의 신형 슈퍼컴퓨터는 전세계 6위권에 해당하는 성능을 보유했다.

일본 기상청도 신형 슈퍼컴퓨터를 이용, 기존 일본 수치예보모델인 '아메다스'에 지상 습도와 해상 수증기 유입 정도 등을 한 번에 분석할 수 있는 시스템을 구축할 계획이다.

한국 기상청도 기존 슈퍼컴퓨터 4호기보다 성능을 강화한 차세대 슈퍼컴퓨터 도입을 앞두고 있다. 오는 2021년 말까지 628억원의 사업비를 투입해 신형 '슈퍼텀퓨터 5호기'를 구축할 방침이다.

임주형 기자 skepped@asiae.co.kr