지구 온난화로 인해 날씨의 변화는 점점 예측하기 어려워지고 있다. 그럼에도 불구하고 많은 나라가 조금이라도 더 정확한 기상예보를 하기 위해 고군분투하고 있다. 고액의 슈퍼컴퓨터를 앞다퉈 도입하는 것이 대표적 예다.

날씨와 슈퍼컴퓨터는 무슨 관계일까. 슈퍼컴퓨터는 일반적으로 사용하는 컴퓨터보다 연산 속도가 훨씬 빠른, 말 그대로 고성능 거대 용량의 컴퓨터를 말한다. 컴퓨터 연산처리 속도를 기준으로 세계 500위 안에 드는 컴퓨터가 슈퍼컴퓨터다.

기상예보에서 슈퍼컴퓨터는 기상정보를 빠르게 생산하기 위해 존재한다. 전 지구를 대상으로 지금의 기상 현상을 분석하고 미래의 날씨를 예측하는 컴퓨터 프로그램을 수치예보모델이라고 한다. 수치예보모델을 만들기 위해서는 기온과 바람, 구름의 양 등 방대한 양의 다양한 날씨 현상을 정해진 시간 내에 빠르게 계산하는 것이 필수적이다. 이 계산에 슈퍼컴퓨터가 사용된다.

지구를 입체적으로 일정한 크기와 규모로 나눈 격자의 수평·수직 분해능이 조밀한 수치예보모델일수록 일기예보의 정확도가 올라간다. 고기잡이 그물의 그물코가 촘촘할수록 좀 더 많은 물고기를 잡을 수 있는 것과 같다. 그러나 그렇다고 수치예보모델의 분해능을 무작정 높일 수는 없다. 수평·수직 분해능이 2배 조밀해지면 계산량은 10배 이상 증가하기 때문이다.

격자가 늘어나면 기온, 기압, 풍향, 풍속 등 기상요소에 해당하는 자료량이 증가하기 때문에 슈퍼컴퓨터가 처리해야 할 연산량도 많아져 더 높은 성능이 요구된다. 슈퍼컴퓨터의 성능은 1초에 연산할 수 있는 속도인 플롭스(FLOPS)로 평가한다. 지난해 기상청이 도입한 슈퍼컴퓨터 4호기는 ‘우리’, ‘누리’, ‘미리’ 등 3대의 컴퓨터로 구성되는데 종합성능은 6.2페타플롭스로 초당 6200조번의 연산이 가능하다. 개별 성능을 살펴보면 전 세계 슈퍼컴퓨터 중 누리가 36위, 미리가 37위, 우리가 394위 수준이다.

기상예보의 정확도는 예보관의 능력 28%, 관측 자료의 품질 32%, 기상예보 소프트웨어인 수치모델 성능 40%로 결정된다. 전문가들은 기상예보 역량에서 가장 큰 영향을 주는 요인을 수치예보모델로 보고 있다. 이 때문에 많은 나라가 국가별 지형과 특성에 맞는 수치예보모델을 개발하기 위해 노력하고 있다. 우리나라 역시 2019년까지 전 지구 해상도 10㎞ 내외의 한국형 수치예보모델 개발을 목표로 하고 있다.

날씨 예보의 정확도를 높이기 위해서는 최근 주목받고 있는 빅데이터와 인공지능(AI) 기술을 접목시키는 것도 필요하다. 날씨를 100% 정확하게 예측하기는 쉽지 않지만 자연의 변화를 사전에 예측하기 위해 많은 과학자와 기상 전문가들이 이 시간에도 노력하고 있다.