알쏭달쏭 과학세상 ④ 기상재해 막는 수학 방정식

기상재해 막는 수학 방정식
기사입력 2011.10.19 17:20:22 | 최종수정 2011.10.20 11:28:44

◆ 알쏭달쏭 과학세상 ④ ◆ 기상 재해를 막으려면 정확한 예보가 필수 조건이지만 국지성 폭우 등 변화무쌍해지는 기상 변화를 예측하기가 점점 어려워지고 있다. 대기과학자들은 이를 해결하기 위해 더 복잡한 방정식과 수치모델을 동원하고 있다. 이들은 구름이 생기고 비나 눈이 내리는 현상을 모두 방정식으로 인식한다. 기상예보라는 것이 온도, 습도, 기압 등 현재 대기 상태에 대한 관측값을 컴퓨터 프로그램에 대입해 눈이나 비가 올 확률을 산출하는 작업이기 때문이다. 미래 대기 상태를 계산하려면 대기의 운동량, 질량, 에너지 등 물리 현상을 다양한 수식에 담아내야 한다. 적중률을 높이려면 슈퍼컴퓨터가 예상 수치를 정확하게 산출할 수 있도록 프로그램을 만들어야 한다. 이 프로그램을 `수치예보 모델`이라고 한다. 홍성유 연세대학교 대기과학과 교수와 임교선 박사는 계산이 어려운 3가지 새로운 변수를 집어넣는 방정식을 고안함으로써 현실에 가까운 수치예보 모델(WDM6)을 만들어냈다. 홍 교수는 "기존에는 구름, 비, 눈 등 대기를 구성하는 각 요소의 혼합 비율만 예측하고 측정이 어려운 변수는 제외했기 때문에 비가 오는 시간과 양을 제대로 맞추기 어려웠다"며 "새로운 알고리즘은 각 요소 농도까지 계산한다"고 설명했다. 기존 모델은 단위체적(㎤ㆍ㎥)당 구름 몇 ｇ, 비 몇 ｇ만 계산했다. 그 안에 있는 구름과 빗방울 숫자는 변하지 않는 상수로 놓았다. 계산이 어려워서다. 가령 ㎤당 구름입자가 300개 있고 ㎥당 빗방울 2000개가 있다고 가정하는 식이다. 실제 기상 현상을 담아내지 못한 만큼 갑작스러운 폭우의 양과 시간은 더더욱 예측이 어려울 수밖에 없다. 홍 교수팀이 개발한 수치모델은 구름입자와 빗방울 개수도 고려한다. 여기에 구름씨앗이라 부르는 에어로졸 변수도 추가했다. 에어로졸은 공기 중에 떠다니는 미세먼지다. 구름이 만들어질 때 중심 입자 역할을 해 구름씨앗이라고 부른다. 구름입자는 ㎤당 20~2만개, 빗방울 개수는 ㎥당 2000~2만개 사이에서 변하도록 수치모델을 설계했다. 구름씨앗 수는 구름입자 수와 비슷하다. 모델이 현실에 더 가까워진 셈이다. 현재 한국 기상청은 물론 미국 국립기상연구센터(NCAR)도 이 수치모델 활용을 위한 검증작업을 벌이고 있다. [심시보 기자] [ⓒ 매일경제 & mk.co.kr, 무단전재 및 재배포 금지]