ECMWF - 유럽 중기 예보 센터와 통합예측모델(IFS)

ECMWF 로고

• ECMWF 홈페이지 : https://www.ecmwf.int/

ECMWF

설명

ECMWF는 유럽 중기 예보 센터(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)의 약자로 지구단위 기상 예측을 위한 유럽(및 주변) 국가들의 국제협력 연구 기관입니다.

1975년 영국 레딩에 본부를 두면서 출범한 이 기구는 현재 이탈리아 볼로냐에 데이터 센터, 독일 본에 코페르니쿠스 프로그램 운영본부(기후변화 예측과 대기환경 모니터링 담당)가 자리하고 있으며 2023년 2월 현재 35개국이 회원국 및 협력국으로 가입하여 있습니다.

우리나라에는 체코 민간 기상 예보 업체인 윈디(windy.com)에서 사용하는 모델들 중 가장 먼저 뜨는 모델이 이 모델로 알려져 있으며, 종종 이 센터가 유럽 기상청이라고 오인되거나 윈디의 모델링 결과값이 공식 예보(Official)인 것으로 잘못 알려지는 경우가 꽤 있습니다.  그러나 ECMWF(센터)에서는 전세계 기상 예/정보의 기초가 되는 자료제공까지만 하며, 공식 예보는 각국 상황에 맞게 다시 재가공하여 발표하는 것이 공식 예보가 됩니다. 즉, ECMWF에서는 수치예측모델을 운영하며, 세계 기상 관련 데이터 제공을 하고 있지만 이에 대한 해석이나 보도, 일기예보를 직접 하지 않으며, 이런 이유로 ECMWF가 유럽에서의 기상청 역할을 한다고 볼 수는 없습니다.)

ECMWF제공 예측예시 (해면기압 및 850hPa 풍속, 동남아시아 및 인도네시아 지역 기준)

회원국

ECMWF의 회원국과 협력국은 다음과 같습니다.(영어 알파벳 순)

• 회원국(23개국) : 오스트리아, 벨기에, 크로아티아, 덴마크, 에스토니아, 핀란드, 프랑스, 독일, 그리스, 아이슬란드, 아일랜드, 이탈리아, 룩셈부르크, 네덜란드, 노르웨이 포르투갈, 세르비아, 슬로베니아, 스페인, 스웨덴, 스위스, 튀르키예, 영국
• 협력국(12개국) :  불가리아, 체코, 조지아, 헝가리, 이스라엘, 라트비아, 리투아니아, 몬테네그로, 모로코, 북마케도니아, 루마니아, 슬로바키아

기상예보 모델

흔히 ECMWF 기상예측 모델 혹은 ECWF라고 알려진 모델로 공식 명칭은 통합 예측 모델(Intergrated Forecast Model)이며 줄여서 IFS모델이라고 하지만 그냥 일반적으로 ECMWF모델이라고 해도 큰 문제는 없습니다. 어차피 태풍 관련 약어 표기에서도  IFS의 결과값 표기에는 ECWF를 사용하는데다 미국쪽 기상업계에서도 IFS라는 이름보다는 비공식 명칭인 유럽 모델이라 통칭하는 경우가 많습니다.

IFS모델은 지구 전체를 직사각형 격자로 나누고 있으며, 처음 1987년 IFS모델이 등장할 당시에는 125km의 상당히 넓은 해상도로 출발하였지만 이후 지속적인 성능 개선을 통해 현재는 전세계 기준 평균 14km의 해상도까지 향상되었으며, 전세계에서 가장 정확한 수준의 지구단위 기상예측 모델(수치예보 모델)이라는 평이 있습니다.(최근 몇 년간의 상황별 예보 정확도 순위를 보면 매년 GFS와 ECMWF가 1~2위를 다툽니다. 특히 북대서양 허리케인쪽 예보에 있어서는 엎치락 뒤치락 하는 경우가 많고요)

예보값은 0000z, 1200z에는 240시간(10일) 범위의 중기예측 결과값을 출력하며, 0600z, 1800z에는 90시간(3.75일)범위으 단기예측 결과값을 출력하여 제공합니다.(1시간 간격 예상)

참고로 프랑스 기상청의 ARGEPE모델의 경우 이 IFS모델과 사실상 통합하여 관리하고 있으며, 동일한 소프트웨어라고 봐도 무방할 정도로 통합이 이루어져 있습니다.(프랑스 기상청에서 공동관리중)

IFS기반으로 여러 파생 모델이 존재하는데 그 중 몇 가지를 추려보면 다음과 같습니다.

• HRES : 전체 버전 중 최고 해상도를 가지는 버전으로 수평 해상도는 9km, 수직 방향으로는 137개 레이어를 사용하고 있습니다. 예보 주기는 IFS의 전체 범위와 동일한데 이쪽은 유럽지역 중심으로 해상도가 높게 설정되어 있어 유럽지역의 종관규모 예보에서 주로 활용되는 버전이라고 보시면 됩니다.
• ENS : 앙상블 예측에 사용하는 모델로 51개의 서로 다른 초기값을 입력하여 예보값을 출력합니다. 수평해상도는 18km, 수직층은 137개층을 사용하고 있으며, 출력주기는 0600z, 1800z의 12시간 간격, 예측 범위는 15일까지로 알려져 있습니다.
• NEMO : 해양 순환 모델입니다. 해류, 파랑, 해일, 해수면 온도 등과 관련한 예보를 제공하며 HRES를 제외한 모든 값을 결합하여 사용합니다.
• EC-Earth : 기후변화예측을 위해 사용하는 모델입니다.
• Open-IFS : 비상업적 사용자가 사용할 수 있도록 제공하는 IFS의 대기모델 소스코드

참고로 ECMWF 홈페이지에 들어가면 유럽지역(북대서양 포함) 한정으로는 15일에서 42일 범위 내에서 다양한 시각화된 예측 결과값을 볼 수 있으므로 만일 유럽, 북아프리카 지역에 가실 일이 있다면 이쪽 사이트에서 기상자료를 직접 확인하고 날씨 관련 대비를 어느 정도 하실 수 있을 것입니다.

유럽 이외 지역은 해상도가 좀 떨어지긴 하지만 어찌되었건 전세계적인 예측 제공을 하고 있으므로 필요하실 경우 ECMWF 홈페이지(https://www.ecmwf.int/en/forecasts/charts)에서 필요한 지역의 예보를 찾아보시는 것도 가능합니다.

Charts

이용 저작권

IFS모델 결과값은 기본적으로 ECMWF회원국과 협력국에게는 무상으로 제공됩니다. 회원국들은 이 IFS의 국제 예보 모델값을 기반으로 자국에 맞는 지역 예보를 하는데 사용하고 있습니다.

다만 윈디와 같은 상업적 사용자에게는 이용료를 부과하고 있으며, 제한된 데이터에 한정해서는 출처명시, 비상업적, 조건 및 내용 변경금지(CC-BY-NC-ND)를 조건으로 무료로 자료를 제공하고 있습니다.

따라서 일부 외국 사이트 등에 올라온 ECMWF모델의 출력값을 퍼갈 경우에는 별도의 편집을 하거나 상업적 저작권을 주장하는 것은 일종의 저작권 침해가 될 수 있으므로 사용에 유의해야 할 것입니다. 대표적인 경우가 ECMWF 모델을 사용하는 windy.com의 화면을 캡쳐하여 자료화면으로 사용하며, 이에 대한 저작권을 주장하지 않는 것은 약관에 저촉되지 않지만(윈디 이용약관 9조 참조) 해당 화면을 캡쳐하거나 녹화한 뒤 자신만의 로고를 붙이거나 재배포 금지 등을 붙여서 업로드하는 것은 1차적으로  윈디의 약관위반에 해당하며, 근본적으로는 ECMWF의 라이선스 위반에 합니다.

즉,  블로그에 윈디 화면을 올려놓고 오른쪽 버튼 클릭 금지나 캡쳐 금지 소스를 넣어서 해당 화면을 퍼갈 수 없게 하거나, 언론사 등에서 윈디 화면 캡쳐 후 자사 로고를 삽입한 뒤 "무단전제 및 재배포 금지" 문구를 붙여놓는 경우가 바로 이러한 저작권 위반의 대표적인 사례에 해당합니다.(보통은 이런 자잘한것들을 하나나하나 잡아내는 실효성이 없어서 크게 문제삼지 않을 뿐이지 윈디나 ECMWF에서 죽자고 덤비면 돈 내야 할겁니다. 만일 이용료를 받고 화면을 퍼갈 수 있게 만들었다면 그건 빼박 소송감이고요)

AIFS의 개발

2023년 10월 ECMWF에서는 AIFS라는 모델을 하나 더 공개하였습니다. 그냥 간단히 설명하자면 인공지능모델이 발달하면서 기상 예보에서도 인공지능이 적극적으로 활용되는 추세가 되었고, ECMWF의 기존 IFS모델에 인공지능을 도입한 모델을 AIFS(Artificial Intelligence/Integrated Forecasting System)라고 부른다 정도로 이해하면 될 듯 싶습니다.

2023년 10월 공개 당시 AIFS의 초기 버전은 그래프 신경망을 활용한 기상예측모델이었으며(나중에 바꿀 수도 있다고 합니다) 총 13개 계층의 고도 수준을 가지고 있으며, 해상도는 약 1도(110km)가량으로 다른 결정론적 예측 모델과 비교해도  상당히 거친 수준의 해상도라고 할 수 있었습니다.

이러다 보니 원판이라 할 수 있는 IFS모델의 14km의 해상도와 비교해봐도 상당히 거친 수준의 해상도여서 이 단계에서는 기존 모델 차트(윈디같이 시각화된 모습을 보여주는 것)에서 이걸 전면적으로 도입하거나 기상예보 자료로 바로 활용하기는 어려웠습니다.

그러나 여기서 멈추면 인공지능이 아니라고 말해야 하겠으며, 당연히 인공지능 학습을 거듭하면서 고해상도 변형을 테스트하는 과정을 거치게 되었고, 지역범위 정도의 특정 영역을 고해상도로 업스케일링 할 경우 상당히 뛰어난 결과가 나오는 것으로 나타났습니다

 

북반구 500hPa영역에서의 모델/버전별 상관관계 비교표

이후 2024년 1월 10일 첫 업데이트를 개시하면서 기존 1도(111km)의 공간 해상도를 0.25도(28km)로 확 높였고, 수직계층도 16개의 계층을 사용하면서 상층에 대한 예측 점수가 크게 개선되면서 자연스럽게 지표면 부근(10미터)의 예측 수준도 높아지게 되었습니다.

현 시점에서 ECMWF에서는 이 AIFS에 대해서 2가지 커다란 목표를 잡고 있는 것으로 보이는데요, 일단, AIFS자체의 해상도를 증가시키면서 기존 결정론적 모델인 IFS 기반이던 오픈 차트와 같은 시각화된 예측 자료를 대체하는 것과, 동시에 AIFS를 확장하여 앙상블 예측 모델을 생성하는 것입니다.

그리고 ECMWF에서는 이 AIFS 모델이 어느 정도 쓸만해졌다는 평가가 내려질 경우 오픈소스로 공개할 예정이라고 하는 만큼 어느 순간 ECMWF의 결정론적 예측 모델 차트에서 AIFS가 전면적으로 사용될 것이라고 예상할 수 있겠습니다.