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title: "수치예보모델이란? - 지구과학수행 자료조사"
url: https://agwo2.dev/geoscience-data-numerical-forecasting-models
author: "채은우 (Eunwoo Chae)"
date: 2024-05-11
tags: ["자료조사", "수행평가", "지구과학"]
summary: "지구과학 발표수행을 위한 수치예보모델에 대한 자료조사"
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# 수치예보모델이란? - 지구과학수행 자료조사

### 수치예보모델이란?

> 기상 관측데이터를 활용해 대기 움직임과 날씨를 시간대별로 예측해내는 컴퓨터 프로그램

- 대기 운동을 지배하는 수많은 방정식으로 이뤄져 있음
- 시﹒공간적으로 연속적인 기상시스템은 수학적으로 직접 계산될 수 없기 때문에 지구를 통상 바둑판처럼 수많은 격자로 나누어 격자점 마다 대기의 상태와 운동에 대한 방정식을 계산함

출처: [한국기상산업연구원 네이버 블로그](https://blog.naver.com/kmiti/221368697681)

#### 그렇다면 수치예보시스템은 어떤 과정으로 작동할까?

![](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fprod-files-secure.s3.us-west-2.amazonaws.com%2F342e3572-6698-498c-b69e-db1b812e83c7%2Fa50cd7f3-bf1e-4ce8-bcb4-cab728b4f0b2%2Fproc_img1_m.png?table=block&id=a8db8323-11b3-4983-9fe3-f50b2d871f63)

출처: [수치모델링센터 홈페이지](https://www.kma.go.kr/nmc/html/numerical/process01.jsp)

![](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fprod-files-secure.s3.us-west-2.amazonaws.com%2F342e3572-6698-498c-b69e-db1b812e83c7%2F783c7a90-1913-4796-a168-0896fc2acf28%2Fview_img.png?table=block&id=32892f89-725d-48bc-9ebd-da606e192d4d)

![](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fprod-files-secure.s3.us-west-2.amazonaws.com%2F342e3572-6698-498c-b69e-db1b812e83c7%2F8867b912-6620-4159-960c-2282b9c05684%2Fpocl_img1_01.png?table=block&id=0128028b-9aa9-4844-81a2-a8d96fbf6852)

수치예보모델의 단순한 동작과정은 왼쪽 이미지와 같다. 전지구 관측시스템(오른쪽 상단 이미지)으로부터 수집된 다양한 관측자료를 통해 예측을 시행한다. 다만 특이한 점이 있다면 자료동화라는 과정을 통해 지속적으로 모델의 정확도를 보정한다는 것이다. 이는 자료동화 없이 수치예보모델만 돌린다면 예측값의 정확도가 매우 떨어지기 때문이다. 위 과정을 거쳐 최종적으로 예측된 예측 정보는 후처리(시각화 등)를 거쳐(오른쪽 하단 이미지) 기상정보를 필요로 하는 많은 곳에서 사용된다. 아래 이미지는 위 과정을 하나의 이미지로 표현한 것이다.

![](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fprod-files-secure.s3.us-west-2.amazonaws.com%2F342e3572-6698-498c-b69e-db1b812e83c7%2F0e2d9cc8-bcf3-41b7-a041-2fd059a93dfe%2Fproc_img2.png?table=block&id=bea38e04-79da-463c-afdb-3e3d0b380984)

출처: [수치모델링센터 홈페이지](https://www.kma.go.kr/nmc/html/numerical/process01.jsp)

## 수치예보모델에 대한 심화탐구

### 수치예보모델의 구성

#### 역학코어

> ⇒ 지구를 수평﹒연직 방향의 격자로 나누어 날씨의 변화를 지배하는 편미분 형태의 방정식계를 계산한다.
⇒ 보다 큰 범위에서의 기상예측이라고 생각하면 편함(유체역학과 열역학 담당)
⇒ 주로 바람, 기압, 온도 등의 변화를 계산

![](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fprod-files-secure.s3.us-west-2.amazonaws.com%2F342e3572-6698-498c-b69e-db1b812e83c7%2F29ab7f7f-4022-4fd7-b720-3360d132a128%2Fepid_img.png?table=block&id=b8dca324-51e2-4249-b2a4-08b46b4a088b)

1. 위경도 격자계의 유한차분법(초기)
2. 한국의 경우 구형에 내접한 육면체구에서 등각 격자체계를 채택하여(오른쪽 하단 이미지), 구면에서 이중 푸리에 급수를 기저함수로 삼아 수평 방향의 미분 연산을 차분화하여 모델링

출처: [수치모델링센터 홈페이지](https://www.kma.go.kr/nmc/html/numerical/process04.jsp) 및 이우진 ·박래설 ·권인혁 ·김정한, ⌜수치모델링과 예보⌟, 한국기상학회, 2022, [https://doi.org/10.14191/Atmos.2023.33.2.073](https://doi.org/10.14191/Atmos.2023.33.2.073)

#### 물리과정

> ⇒ 역학코어를 통해 명시적으로 표현하지 못한 부분을 계산하는 과정이다.
⇒ 대기복사, 강수, 난류, 등과 같은 지면, 해양, 대기의 물리적 현상을 격자 평균 효과를 통해 통계적, 물리적 가정들을 사용하여 각 격자지점에 대해 적절히 나타낸다.
⇒ 그리고 이를 모수화라고 한다.

![](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fprod-files-secure.s3.us-west-2.amazonaws.com%2F342e3572-6698-498c-b69e-db1b812e83c7%2F821d05ad-221e-4c75-a854-37c2b496219a%2Fphy_img.png?table=block&id=81a90e10-b861-426e-9792-3b93d519e3c1)

출처: [수치모델링센터 홈페이지](https://www.kma.go.kr/nmc/html/numerical/process04.jsp)

### 수치예보모델의 유형

![](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fprod-files-secure.s3.us-west-2.amazonaws.com%2F342e3572-6698-498c-b69e-db1b812e83c7%2F6a984885-0ffd-4851-9f2c-c1376c8f45c3%2F%25E1%2584%2589%25E1%2585%25B3%25E1%2584%258F%25E1%2585%25B3%25E1%2584%2585%25E1%2585%25B5%25E1%2586%25AB%25E1%2584%2589%25E1%2585%25A3%25E1%2586%25BA_2024-05-11_%25E1%2584%258B%25E1%2585%25A9%25E1%2584%2592%25E1%2585%25AE_1.41.08.png?table=block&id=e8aacc21-ee02-4b2b-9d44-04f540b0dc59)

출처: [기상청 초급 예보관 훈련용 교재](https://www.kma.go.kr/down/e-learning/beginning/beginning_04.pdf)

#### 전지구모델

- 지구 전체를 영역으로 하는 모델
- 고기압, 저기압의 생성과 같은 큰 규모의 대기 운동을 예측할 목적으로 주로 사용됨

추가: 영국 통합모델(UM)을 기반으로 구축된 전지구 예보모델의 예측 데이터를 [기상청 API허브](https://apihub.kma.go.kr/apiList.do?seqApi=9)를 통해 제공받을 수 있음 해당 GDAPS 예측자료는 GRIB2형식과 이미지형태로 제공됨

> GRIB2형식이란?
GRIdded Binary의 약어로, 주로 기상/대기/해양 분야에서 많이 사용되는 데이터 포맷
GRIB1, GRIB2 두 종류가 있는데, 2018년 WMO(국제기상기구)에서 GRIB2를 표준으로 지정함
( 출처: [국가기상슈퍼컴퓨터 산출자료 공개 서비스 활용가이드 Part III - 기상청 격자자료 데이터](https://www.kma.go.kr/super/data_view.jsp?pageNo=1&articleno=27&boardId=super_data&searchType=&searchTxt=) )

#### 제한지역모델(지역모델 또는 국지모델)

- 특정한 지역을 영역으로 하는 모델
- 보통 전지구 모델보다 고해상도 모델이며, 좁은 지역을 상세하게 예측할 때 사용
- 모델 측면경계장을 전지구 모델로부터 받아야함
![](https://www.notion.so/image/https%3A%2F%2Fprod-files-secure.s3.us-west-2.amazonaws.com%2F342e3572-6698-498c-b69e-db1b812e83c7%2F317a833f-937d-4973-a961-5f87127d9a6e%2F%25E1%2584%2589%25E1%2585%25B3%25E1%2584%258F%25E1%2585%25B3%25E1%2584%2585%25E1%2585%25B5%25E1%2586%25AB%25E1%2584%2589%25E1%2585%25A3%25E1%2586%25BA_2024-05-11_%25E1%2584%258B%25E1%2585%25A9%25E1%2584%2592%25E1%2585%25AE_1.54.44.png?table=block&id=2db0931f-f67f-4c1d-bbb0-bb034049adde)

  ( 출처: [기상청 초급 예보관 훈련용 교재](https://www.kma.go.kr/down/e-learning/beginning/beginning_04.pdf) 3장 통합모델(Unified Model) 14페이지 )

#### 초단기모델, 기후모델, 앙상블모델, 통계모델, 응용모델

- 추가적인 설명은 생략 수치모델링센터 홈페이지 참고

출처: [수치모델링센터 홈페이지](https://www.kma.go.kr/nmc/html/numerical/process04.jsp)

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출처: https://agwo2.dev/geoscience-data-numerical-forecasting-models