기상 모델 ECMWF가 GFS보다 정확한가?

Master RYU
ECMWF, GFS, ECMWF와 GFS 공통점/차이점, ECMWF vs GFS 정확도, ECMWF가 GFS보다 나은가?, 우리나라 기상 예측 모델은 무엇인가? 

 
 최근 지구의 이상 기온 현상과 태풍으로 인해 걱정하시는 분들이 많아졌습니다. 물론 저또한 그런 사람들 중에 한명입니다.
이런 걱정을 하시는 분들은 다양한 기상 정보를 통해서 앞으로 몇 시간 혹은 몇 일 뒤에 기상 상황을 알고 싶어 합니다. 하지만 다양한 기상 정보를 확인하는 과정에서 서로 다른 기상 예보로 차이가 발생하게 되며 이에 따라 사용자는 혼란스러워 집니다. 
사람들은 자신이 알고 있는 기상 예보가 맞기를 바라는 것은 당연한 것일 겁니다. 그래서 조금이라도 더 정확한 기상 예보를 하는 솔루션을 찾습니다. 
 전 세계에는 여러 개의 기상 예측 모델이 존재합니다. 
그 중에 우리에게 잘 알려진 기상 예측 모델은 2개이며 하나는 ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)라고 불리는 유럽 중기 예보 센터에서 제공하는 기상 모델과 GFS(Global Forecast System)라고 불리는 미국 기상청에서 제공하는 기상 모델입니다. 
 
 오늘은 이 2개의 기상 모델에 대해서 이야기를 해보려고 합니다. 기상 예보 모델에 대한 전문 지식이 부족하여 다양한 사이트에서 취합된 정보를 기준으로 작성된 내용이라는 부분을 참고하여 읽어 주시길 바랍니다. 
 

• ECMWF 

유럽의 34개 나라에서 지원하는 유럽 중기 예보 센터에서 제공하는 기상 모델이며  최대 10일까지 예측합니다.

 

• GFS

미국 NOAA(국립해양대기청) 산하의 환경 예측 센터에서 제공하는 기상 모델이며 최대 10일까지 예측합니다. 

 

• ECMWF와 GFS 공통점

1. 글로벌 기상 모델로써 10일간의 기상 예보를 제공합니다.
2. 정부에서 지원하는 기관입니다. 
3. 7개의 주요 기상 요소인 기상 조건, 기온, 강수량, 바람, 해수면 기압, 상대 습도 및 가시성에 대한 정보를 제공합니다.

 

• ECMWF와 GFS 차이점

1. 공간해상도 - ECMWF는 9km이며, GFS는 13km입니다. 공간해상도는 지상 표면을 나누는 단위이며, ECMWF가 9km이므로 9x9km 공간으로 나눠서 기상 예보를 제공한다는 의미입니다. 좁은 거리의 공간해상도는 더 나은 기상 예보를 제공합니다. 
2. 예보 시간 - ECMWF는 10일 동안 1시간 단위로 예보하며, GFS는 최초 5일 동안은 한시간 예보이지만 나머지 5일 동안은 3시간 간격의 예보입니다. 실제로 5일 이상의 시간 예보는 크게 중요하지 않기에 어떤 기상 모델이 좋다고 이야기할 수 없습니다. 
3. 업데이트 - ECMWF모델은 하루에 2번 12시간마다 업데이트하며, GFS는 하루에 4번 6시간마다 업데이트합니다. 

 

• ECMWF vs GFS 정확도

 미국의 기상학자인 Ryan Maue가 발표한 연구에 따르면 북반부 20도에서 80도의 5일 예보에 대한 예측 품질을 비교한 결과 ECMWF가 GFS보다 정확하다고 합니다. 하지만 이것은 절대적으로 정확하다는 것을 의미하는 것은 아닙니다. GFS는 극단적인 날씨를 예측하는데 더 정확하다는 연구 결과가 있습니다.
하지만 결론적으로 전체 날씨를 기준으로 봤을 때는 ECMWF가 GFS보다 잘 예측했다고 보입니다. 
참고로 우리나라는 북위 33~43도 사이에 위치해 있습니다.
WIKIPEDIA에 따르면 2021년까지는 ECMWF의 기상 모델이 일반적으로 가장 정확한 기상 모델이라고 판단된다고 합니다. 
As of 2021, the ECMWF's weather model is generally considered to be the most accurate weather forecasting model.
다만 GFS에서도 이런 사실을 알고 있기에 지속적으로 시스템을 업그레이드 중이며 2021년 GFSv16 업그레이드를 통해서 해상도 증가 및 향상된 물리학과 극단적인 날씨 예측 모델 기능 추가등을 통해 ECMWF와 선두 자리를 다투고 있습니다. 

2007년 이후 북위 20~80도 위치 5일 예보 ECMWF VS GFS 정확도, 출처 : blog.weather.us

 
 ECMWF가 GFS보다 정확할 수 밖에 없는 것에 대해서 글로벌 날씨 비지니스 서비스를 제공하는 AERIS Weather의 Paul Douglas는 다음과 같이 이야기를 합니다. 
 

수 십 개의 모델을 실행하는 NOAA와 달르게 ECMWF는 하나의 글로벌 모델을 고해상도로 실행합니다. 

 

Unlike NOAA , the US National Oceanic and Atmospheric Administration, which runs dozens of models, ECMWF runs one global model at high resolution. There are other factors involved, including demonstrably better data assimilation (getting the most recent observations into the ECMWF model faster) and a steady pipeline of meteorological research (and better physics) being applied to improve the ECMWF model at a quicker pace.

 

•  ECMWF가 GFS보다 나은가?

미국 기상이 아닌 한국 기상을 관점으로 개인적인 의견은 ECMWF가 GFS보다 나은 기상 예측을 한다고 이야기를 하고 싶습니다. 
다만 미국의 경우에는 허리케인 및 홍수와 같은 극단적인 상황이 자주 발생하기에 GFS를 선호할 것으로 예상합니다. 
그리고 GFS는 수십개의 모델을 통한 앙상블 예측 시스템이며 ECMWF가 사용하고 있는 결정록적 예측 모드를 우선합니다.
5일까지의 예보에서는 앙상블이 결정록적 예측 모델보다 정확도가 떨어진다는 것이 테스트 결과 확인되었습니다. 
하지만 시간이 흐를 수록 앙상블 모델의 개별 정확도가 높아짐에 따라 예측 정확도가 높아질 것으로 예상이 됩니다. 

결정론적 예측 모델과 앙상블 모델의 정확도, 출처 : worldclimateservice.com

실제 데이터와 앙상블 평균 차이, 출처 : worldclimateservice.com

 

• 우리나라 기상 예측 모델은 무엇인가?

우리나라는 2020년에 한국현 기상 예보 모델인 Korean Integrated Model(KIM)을 도입했습니다. 세계 9번째로 지구단위로 기상예측을 할 수 있는 독자 모델을 보유한 국가가 되었습니다. 
우리나라 기상 모델의 종류는 다양하며 글로벌 단위로 전지구 앙상블과 국지 앙상블을 모델을 운영하고 있습니다. 
개인적으로는 글로벌 중기 예보 모델로서 ECMWF나 GFS에는 조금 부족해 보이지만 미국과 마찬가지로 국가 내에서 사용함에 있어서는 부족함이 없을 것으로 예상이 됩니다. 

우리나라 기상 예보 모델 종류, 출처 : 국가기상슈퍼컴퓨터센터

 
 ECMWF와 GFS 둘 다 훌륭한 기상 모델인 것은 틀림없습니다. 많은 과학자들이 전 세계적인 기후 변화를 대응하기 위해서 많은 노력을 기울이고 있는 것은 분명한 사실입니다. ECMWF와 GFS 모두 앞으로 계속적으로 발전해 나갈 것이고 우리나라의 KIM도 시간이 지난 뒤에 전 세계적으로 인정받는 솔루션이 될 것으로 믿어 의심치 않습니다. 
다만 지금은 ECMWF가 전세계 기상 모델로서는 최고인 것은 여러 가지 증거들을 통해서 확인이 된 것은 사실이며 대부분의 글로벌한 날씨 어플리케이션의 기상 모델 설정 기본 값은 ECMWF입니다. 
 
참고 사이트 
https://en.wikipedia.org/

Wikipedia, the free encyclopedia

https://www.aerisweather.com/

AerisWeather | The Global Weather API & Mapping Platform for Business

https://blog.weather.us/

Weather.us Blog

https://www.worldclimateservice.com/

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