폭염과 열대야를 정확히 예측하는 기술이 개발된다. 짧게는 3일, 길게는 2주 전부터 폭염 발생을 짐작할 수 있어 기후변화에 따른 기상재해에 효과적으로 대응할 전망이다.

UNIST(총장 정무영)는 26일(월) 오전11시 제4공학관(110동) N107호에서 ‘폭염연구센터(Heatwave Research Center)’ 개소식을 개최했다. 폭염연구센터는 기상청 기상‧지진씨앗(See-At)기술개발 사업에서 지원하는 특이기상연구센터 중 하나로 폭염 발생의 과학적 원리를 밝히고, 폭염 예보 원천기술을 확보하기 위해 설립됐다.

이 센터는 앞으로 9년간 45억 원을 지원 받으며, 폭염 예측 기술을 개발하고 예보기술 전문인력을 양성할 예정이다. 또 폭염 피해를 줄이는 정책을 마련하는 데 필요한 과학적인 자료 제공도 수행하게 된다.

폭염은 비정상적인 고온 현상이 수 일에서 수십 일간 지속되는 현상으로, 막대한 인명과 재산 피해를 가져오는 자연재해다. 우리나라는 2일 이상 하루 최고 기온이 33℃ 이상으로 예상되면 ‘폭염주의보’를, 35℃ 이상으로 예측되면 ‘폭염경보’를 각각 발령하고 있다.

지난 42년(1973~2014년) 동안 우리나라의 폭염은 주로 6~8월에 집중됐다. 하지만 최근에는 5월과 9월에도 폭염이 잦아지며 인명이나 재산 피해도 늘고 있다. 2011년 9월의 늦더위는 대규모 정전 사태로 이어졌고, 2016년 5월 평균기온은 1973년 이래 최고치를 보였다.

이명인 폭염연구센터 센터장(UNIST 도시환경공학부 교수)은 “최근 한반도 폭염은 동아시아 대륙에 걸쳐 넓고 강한 형태로 발생하는 경향이 있으나 생성과 유지, 소멸에 대한 학술적 이해는 부족한 실정”이라며 “기후변화, 대기 블로킹, 북극 해빙 등의 전지구적 요소는 물론 녹지 감소, 고층 빌딩 증가 등의 지역적 요소까지 고려해 폭염의 원인을 밝혀낼 것”이라고 포부를 밝혔다.

현재 기상청은 날씨 예측을 위하여 수치예보 모델을 개발하고 슈퍼컴퓨터를 이용해 일최고기온과 일최저기온 등을 예측한다. 그러나 이 모델만으로는 폭염과 같은 특이기상에 대한 장기적인 예측이 어려워 3일 이후에는 실용적인 수준의 예보가 이뤄지지 못하고 있다.

연구센터는 수년간 기상청이 사용해온 수치 모델을 기반으로 단기예측(3일 이내)과 중기예측(3일~2주) 정확도 향상에 주력한다. 이와 동시에 기후변화에 대응할 수 있는 새로운 예보 기법도 개발할 계획이다. 인공지능을 일기예보에 도입해 도시 규모의 폭염까지도 예측 가능하도록 하고, 고해상도 전산유체역학 모델링을 활용해 현재 수치예보 기술의 한계를 넘어서려는 것이다.

이명인 센터장은 “기후변화가 심해지면서 일상적인 날씨 예측보다 폭염과 열대야 같은 위험한 기상 상황을 정확히 예측하는 방향으로 예보 패러다임이 바뀌어야 한다”며 “인공지능 기술을 수치예보와 위성자료에 도입한 ‘융합 예보기술’을 확보하면 기상재해에 효과적으로 대응할 수 있을 것”이라고 내다봤다.

한편 폭염연구센터는 UNIST를 비롯해 경북대와 GIST, 전남대, 부경대 연구진도 참여한다. 단기예측 연구는 민기홍 경북대 교수와 차동현 UNIST 교수가 주도하며, 중기예측 연구는 이명인 센터장이 담당한다. 폭염의 장기 변동성 진단 및 미래변화 연구는 윤진호 GIST 교수와 정지훈 전남대 교수가 진행하며, 도시융복합 연구는 김재진 부경대 교수와 임정호 UNIST 교수가 맡을 예정이다. (끝)

□ 설립배경

○ 이상기후 현상이 빈번해짐에 따라 재해 및 사회경제적 피해가 증가했음.(2016년은 5월 가뭄, 8월 폭염, 10월 태풍 차바 등 초대형 기상재해 빈발)

○ 기상청은 후속 대책으로 재난 및 기후 등에 대한 대비책을 마련하고 기상예보 능력을 고도화하기 위해 이상기상(장마, 집중호우, 황사, 폭염, 한파, 대설, 태풍 등)에 대한 연구개발을 강화하기로 함.

○ 장마와 폭염 분야를 시작으로 “특이기상연구센터”를 공모하여 대학 및 전문기관에 지정해 운영하는 기본 계획 수립 (2017년 1월)

□ 지원규모

○ 정부출연금 9년간 45억 원(2025년까지 연간 5억 원)

□ 기대효과

○ 폭염 발생의 과학적 메커니즘 규명 및 폭염 예보 원천기술 확보

○ 수치예보 향상 및 인공지능, 전산유체역학모델 등 새로운 예측기술 구현

○ 폭염에 따른 피해 저감 및 조기 의사결정 지원을 통한 사회경제적 편익 증진

○ UNIST의 기후변화 및 재난 연구 브랜드 특성화와 전문 인력 양성

□ 개소식 일정

○ 일 시: 2017. 6. 26.(월), 11:00~12:00

○ 장 소: 제4공학관(110동) N107호

○ 세부계획

□ 폭염(暴炎, heatwave)의 정의

○ 비정상적인 고온 현상이 수 일에서 수십 일간 지속되며 막대한 인명 및 재산 피해를 가져오는 자연재해

○ 우리나라 기상청의 폭염특보 기준은 일최고 기온이 33℃ 이상인 날이 이틀 이상 지속될 것으로 예측되면 폭염주의보를, 35℃ 이상 지속될 것으로 예측되면 폭염경보를 각각 발령

□ 폭염 발생 현황

○ 지난 42년(1973~2014) 동안 우리나라의 폭염 발생빈도를 일자별로 보면 주로 여름철인 6~8월에 집중

○ 최근에는 봄철과 가을철로 구분되는 5월과 9월에도 폭염 발생이 잦아지고 있음

- 2011년 9월 늦더위(대규모 정전상태), 2016년 5월 평균기온은 1973년 이래 최고치(폭염주의보 발효)

○ 한반도 폭염을 유발하는 전형적인 날씨 형태는 정체된 강한 고기압 세력 아래서 주간 일사량이 크게 늘면서 기온이 크게 상승하는 모양새를 띠며 전국적으로 광범위하게 발생하는 특징을 가짐

○ 장마가 종료되는 7월 중순 이후 북태평양 고기압 등 해양성 기단의 영향을 받는 여름철 폭염 발생 빈도가 크게 증가하지만 폭염 발생은 연도별로 큰 차이를 보임

○ 아시아 몬순 기후에 영향을 받는 한반도는 최근 기후변화에 따라 장마 시작과 종료 시기의 연별 변화가 커지고 있어 폭염 발생에 대한 예측과 대비를 어렵게 함

○ 최근 들어 한반도 폭염은 동아시아 대륙을 포함한 넓고 강한 형태로 발생하는 경향이 있으나, 생성‧유지‧소멸 과정에 대한 학술적 연구와 이해는 매우 부족한 실정

□ 폭염연구센터의 목적: 폭염 발생 메커니즘 규명

○ 전지구적

- 최근 한반도는 물론 전지구적으로 폭염 발생 빈도와 강도가 커지는 것에 대한 과학적 원인 규명이 활발하게 진행 중

- 최근 한반도의 폭염과 열대야 발생 빈도는 2000년대 들어오며 지구온난화와 함께 뚜렷이 증가하는 추세(2016년 역대 2위, 2013년 역대 3위 기록, 열대야 발생 일수도 1994년을 제외하면 2~5위까지는 2010년 이후로 나타남)

○ 지역적

- 최신 연구들은 폭염의 발생 빈도 증가가 기후변화에 따른 날씨 정체 현상, 즉 대기 블로킹 현상의 증가와 관련 있다는 가설 제시

- 블로킹 현상은 대개 장기간 정체된 고기압 패턴을 수반하며, 서풍이 지배적인 중위도와 고위도에서 기압계(날씨) 시스템의 흐름이 정상적으로 동진하는 것을 방해하고 한 지역에 장기간 머무르는 특징을 보임

- 지구온난화는 북극의 해빙 감소, 고위도 동토층의 온도 증가 등으로 고위도와 저위도의 온도 차이를 줄이고 있으며, 이에 따라 중위도 지역에 위치한 제트기류의 강도를 약화시킴. 약화된 제트기류는 동서 방향으로 사행하며 대규모 요란과 함께 블로킹 현상을 유도함

* 최근 영국의 홍수나 미국 남서부의 가뭄, 러시아의 폭염 등이 인간 활동의 영향으로 증가한 블로깅 현상 때문이라는 연구 제시(IPCC 2013)

* 블로킹의 정의가 다양하고 연별 변동이 커서 블로킹 발생 메커니즘과 동아시아 및 한반도 폭염과 관련성은 더 깊이 있는 연구가 필요

○ 국지적

- 여름철 폭염과 열대야 등의 고온 현상은 도시 지역에서 점차 심화

- 도시화에 의한 인공 피복의 증가, 녹지 감소, 고층 빌딩과 같은 3차원 구조물 증가는 도시 내부에 열을 축적하고 풍속을 저하시켜 열환경의 악화 유발

- 여름철 정체된 고기압계 발생에 따라 도시에서는 주변 지역보다 주‧야간에 더 강한 기온 상승이 나타날 수 있고, 여름철 냉방기와 차량에서 나오는 인공열은 빌딩 외부 기온을 치솟게 해 이른바 ‘도시 폭염’ 유발

- 위성 자료와 도시 내부의 3차원적인 열환경을 관측할 수 있는 상세 도심 관측망이 구축되면서 그 경향성이 나타나고 있음

- 중국 남부 대규모 폭염이 도시화로 더 심화된다는 연구 보고(Luo and Lau, 2017)

□ 폭염 발생 예측의 현황 및 한계

○ 폭염 예측 현황

- 현재 기상청에서는 2008년부터 폭염특보제를 운영해 높은 고온 상태가 지속될 것으로 예상되는 경우 단계에 따라 폭염 주의보와 경보를 발표

- 또한 6~9월 기간을 대상으로 일 8회(3시간 간격), 기온과 습도를 공식화한 열지수 예보를 일상적으로 제공

- 열지수 및 폭염예보 정확도는 일최고 및 일최저 기온 예보 정확도에 크게 의존

- 슈퍼컴퓨터를 이용해 산출한 수치모델의 날씨 예측 정보를 통계적으로 보정하면, 이 결과를 바탕으로 예보관이 최종적으로 예보정보를 생산하는 체계

○ 폭염 예측 한계

- 현재 수치모델은 예보 시간이 길어질수록 예측 성능이 크게 감소해 3일 후에는 실용적 수준의 예측성능을 보이지 못함

- 실제 2016년 7~8월의 예보 사례를 살펴보면, 3~10일 선행해서 발표된 중기예보는 지속적으로 폭염의 이른 종료를 예측한 바 있어 예보가 크게 빗나간 바 있음

- 중기예보의 정확도 문제는 비단 우리나라 기상청의 문제는 아니며, 2주 이상의 폭염예보 정보를 선제적으로 제공하고 있는 일본 기상청에서도 68 % 정도의 비교적 낮은 적중도를 보임

- 예측 성능의 한계로 인해 2012~2015년 기상청 폭염특보의 선행시간을 분석해 보면 평균 폭염 발생 5시간 이내로 당일 오전에 발표되면서 예보 정보로서의 효용가치가 낮았음

- 기후변화가 심화됨에 따라 날씨의 일상적인 변화를 예측하기보다 폭염과 열대야 등 위험기상의 발생 가능성을 정확도 높게 예측할 예보 패러다임의 전환이 필요

□ 폭염연구센터 선정 이유

○ 폭염예보의 정확도 향상 및 예보 선행시간 증대를 위하여 폭염 예보를 위한 새로운 원천기술 확보가 시급

○ 한반도 폭염의 발생‧유지‧소멸에 대한 과학적 연구가 시급하며, 특히 기후변화에 따른 대기 블로킹 현상에 대한 이해, 국지적 도시화의 영향 등에 대한 연구가 필요

○ 현재의 시공간적 해상도의 한계를 보완해 도시 규모의 폭염까지 예측 가능한 인공지능 예측기술, 고해상도 전산유체역학 모델링 등의 기술이 요구됨

○ 기상청은 폭염예보의 원천기술 확보를 위해 2017년 UNIST를 폭염 분야 특이기상 연구센터로 선정해 향후 9년간(2017~2025) 집중 지원

○ UNIST는 지난 수년간 기상청이 현재 사용하고 있는 수치모델을 기반으로 한 단기예측(3일 이내), 중기예측(3일에서 2주 정도 선행) 향상을 위한 원천기술을 개발 중

○ 단기 및 중기 예보는 모두 슈퍼컴퓨터를 이용한 수치모델 예측에 기반하고 있으나 예보 선행 시간이 다르고, 지면‧해양‧해빙 등의 경계조건 처방이 다름

○ 폭염 및 열대야 예보에 필요한 인공지능 기법에 의한 융합 예보기술도 확보