지구 온난화와 해수면 상승에 이어 기상 이변이 계속되고 있습니다. 미국에서 허리케인은 점점 더 강력해지고 있으며 바람과 홍수로 인한 피해도 증가하는 추세입니다. 폭염도 무시할 수 없습니다. 전 세계는 역사적으로 더운 시기를 보내고 있습니다. 미국 남부와 중서부 일부 지역은 일일 기온이 112도까지 치솟기도 했습니다.

자연재해가 발생하는 상황에서 기상예보가 중요합니다. 하지만 날씨는 예측하기 어렵습니다. 일상적인 기후를 알아맞히는 것조차 도박에 가까울 때가 자주 발생합니다. 기상학자들이 인공지능에 주목하는 이유입니다.

네이처(Nature) 저널에 발표된 두 연구는 일기예보를 개선할 수 있는 AI 모델을 공개했습니다. 첫 시스템 이름은 판구웨더(Pangu-Weather)로 일주일 앞서 날씨를 알아낼 수 있었습니다. 두 번째는 나우캐스트넷(NowcastNet)입니다. 강우량을 최대 6시간 미리 예측했습니다.

링시 시에((Lingxi Xie) 중국 화웨이 클라우드 연구원은 "판구웨더와 기타 방법들은 특히 저개발 국가들의 기상 경보에서 인공지능이 가진 잠재력을 보여준다"고 설명합니다.

대부분 국가에서는 기상 예측 모델을 컴퓨터로 구동합니다. 수학적 방법론에 따라 대기와 해양 상태를 가상으로 구현해봅니다. 휴대전화 날씨 앱들은 다양한 기상 데이터롤 받아 미래를 예상합니다. 러스 슈마허 콜로다로 주립대학교 기후학자는 이런 예측 도구들은 과학자들이 수십 년에 걸쳐 이룩한 성과라고 평가합니다. 그는 "이 도구들은 기후 예측에 큰 발전을 가져왔다"며 "더 많은 데이터와 모델 개선, 발전된 컴퓨터로 예측은 점점 더 정확해지고 있다"고 강조했습니다.

시에는 "인공지능이 수학적 방법론으로 날씨를 예측하는 업무에서 컴퓨터 시뮬레이션 모델보다 빠르다"고 주장했습니다. 그에 따르면 기존 모델은 토네이도나 우박처럼 갑작스러운 기상 위험을 파악하기 어렵습니다. 또 AI 시스템보다 더 많은 자원이 필요하다는 단점도 있습니다.

인공지능인 판구웨더를 훈련하기 위해 전 세계 기상 자료 39년 치를 입력했습니다. 과거 사용한 예측 기술보다 1만 배 더 빠르고 정확도도 뒤떨어지지 않았습니다. 내장된 3D 모델도 도움이 되었습니다. 이전에 개발된 AI 예보와 달리 다양한 기압 레벨에서 대기 상태를 기록해 세밀한 기후 예측이 가능했습니다. 판구웨더는 5~7일 앞 미래 날씨를 추정할 수 있었습니다.

강수량을 알지 못한다는 단점도 있습니다. 그로 인해 토네이도 같은 기상이변은 예측하지 못합니다. 하지만 네이처에 발표된 두 번째 나우캐스트넷을 적용한다면 간극을 메울 수 있을지도 모릅니다.

나우캐스트넷은 강우 현상을 상세히 계산합니다. 미국과 중국에서 레이더로 관측한 자료와 인공지능 신경망 기술로 미국 동부와 중부에서 257 제곱킬로미터 공간의 강수량을 3시간 전부터 알 수 있습니다. 중국 기상학자 62명이 참여한 일기예보 연구에서도 폭우를 71% 정확히 맞춰 1위를 차지했습니다.

에이미 맥거번 미국 국립과학재단 인공지능 연구소 소장은 "이런 생성형 AI 모델은 유망하다"고 말했습니다. 동시에 이런 기술들로 일기예보를 하려면 좀 더 개선이 필요하다고 밝혔습니다. 그는 물리학에 기반한 수학적 계산 절차가 부족하다고 지적합니다. 대기에서 이동하는 수분, 공기, 열을 고려하면 더 정교한 예보를 내릴 수 있습니다. 그는 "이 논문들은 아직 이론 증명 단계이다"며 "극단적인 날씨를 예상하기 위해 물리 법칙을 적용하지 않았다"고 강조합니다. 또한 AI 기술이기에 가지는 편향성도 걱정했습니다. 인공지능은 입력하는 데이터 질에 따라 역량이 달라집니다. 품질이 낮은 자료나 특정 지역에 쏠린 정보로 학습하면 예측 능력이 지역에 따라 한정될 수 있습니다. 

AI가 예술부터 의학까지 다양한 영역으로 뻗어나가면서 기상학에도 닿았습니다. 현재 기술은 당장 실용화하기까지 난관이 많지만, 미래에는 다를 수 있습니다. 맥거번은 "5~10년이 지나면 AI 모델들의 역량에 놀라게 될 것이다"고 말했습니다. 

※이 기사는 popsci.com 원문을 바탕으로 작성됐으며, 번역은 파퓰러사이언스코리아 소속 기자가 도왔습니다.

/ 글 JOCELYN SOLIS-MOREIRA 기자 & 육지훈 기자