ICON 기후/기상 예측 모델

• 독일 기상청 홈페이지 : https://www.dwd.de/

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ICON모델의 격자 분할 방식 개념도

설명

ICON 기후/기상 예측 모델은 Icosahedral Nonhydrostatic Weather and Climate Model의 약자로 번역하면 이십면체의 비정수형 기후/기상 예측 모델이 됩니다.

이 수치예보 모델은 독일 기상청(DWD)과 막스 플랑크 기상 연구소의 공동 프로젝트로 개발된 모델로 2015년 1월부터 독일 기상청의 현업 수치예보모델로 사용중입니다.

대부분의 기상 예측모델이 경위도 기반의 사각형의 격자 개념을 사용하여 각각의 구역을 분할하고 있으나 ICON모델과 이 모델 이전에 독일에서 사용하던 GME모델은 특이하게도 Icosahedral-hexagonal격자를 이용하고 있습니다. 이는 오각형과 육각형의 이십면체로 이루어진 축구공을 생각하면 쉬운데, 지구 전체를 12개의 오각형과 8개의 육각형으로 크게 분할한 뒤, 각각의 도형을 내부에서 삼각형의 격자로 작게 분할하는 방식을 사용하고 있습니다. 특히 처음 생성되는 12개의 오각형 중 2개의 오각형은 각각 지구의 남극과 북극 지역에 배치하여  고위도 지역에서 발생하는 경위도 격자의 극지오차 문제를 획기적으로 줄일 수 있게 되었습니다.

지구 전체를 대상으로 하는 글로벌 모델 버전은 13km의 수평해상도를 가지며, 각 그리드의 평균면적은 약 173㎢가량이 됩니다.(지구 전체를 2,949,120개의 삼각형으로 분할) 여기에 스칼라적 변수(온도, 기압, 습도같은 변수)는 삼각형 중심에 배치하며, 벡터값에 해당하는 풍향/풍속 관련 변수는 각 삼각형 꼭지점의 중간지점을 기준으로 삼아 입력하고 있습니다.

수직방향으로는 지표면에서 75km고도까지를 90개의 계층으로 분할하여 사용하고 있으며, 각종 변수의 입력값을 사용하여 하루 4회 예보값을 출력하고 있습니다.

예보값의 출력은 하루 4회 국제표준시(UTC)기준으로 00z, 06z, 12z, 18z마다 출력하며, 00z와 12z에 출력되는 2회는 180시간(7.5일) 범위까지, 06z, 18z의 2회 출력값은 120시간(5일) 범위까지 예보값을 출력하고 있으며, 예보값의 간격은 발표 시점부터 78시간(3.25일)의 단기범위까지는 1시간 간격의 변화값을, 이후 부터는 3시간 간격의 변화값을 출력하는 방식으로 이루어지고 있습니다.

파생 모델

• ICON EPS / ICON Global : 13km의 격자간격을 가지는 글로벌 예측 모델입니다. 이 포스트에서 설명하는 내용 대부분은 이 글로벌 모델에 관한 이야기입니다.(최대 180시간 범위 예보)
• ICON-ensemble : ICON모델 기반의 앙상블 예측 모델입니다. 40개의 서로 다른 초기변수를 사용하고 있으며, 유럽 전역은 20km, 지구 전체로는 40km간격의 수평해상도를 제공하며 3시간 간격으로 하루 8회 30시간 범위의 (초)단기예보값을 출력합니다.(이 이상의 범위는 EPS버전에 통합)
• ICON-EU / ICON7 : 6.5~7km의 격자간격과 연직방향은 22.5km고도까지를 60개 계층으로 분할하는 해상도를 가지는 유럽과 그 주변지역 예보를 위한 지역규모 수치예보 모델입니다. ECMWF의 IFS 지역모델 중 해상도가 가장 높은 HRES의 9km의 해상도보다 높은 수준의 해상도를 가지고 있어서 중부 유럽 지역에서는 독일 기상청의 예보가 보다 정확하다는 평이 많습니다.
• ICON-D2 : 2.2km의 수평 해상도를 가지는 지역 예보모델로 독일과 그 주변국을 범위로 잡고 있습니다. 연직방향으로는 65개 계층으로 분할한 단위를 사용하고 있습니다. 이 버전은 3시간 간격으로 27~45시간 범위의 독일 국내 일기예보에 사용하고 있습니다.
• ICON-D2 EPS : ICON-D2기반의 지역내 앙상블 예측모델로 20개의 멤버값(서로 다른 초기값)을 사용하고 있습니다. 격자 규모와 예보범위는 ICON-D2버전과 동일합니다.
• ICON-ART : 에어로졸 및 반응성 미량 기체를 사용한 예측 모델. 미세먼지와 대규모로 발생하는 꽃가루 확산 예측에 사용합니다. 유럽지역에서 우리나라의 황사나 미세먼지가 문제에 비견할 수 있는게 봄철 대규모 발생 꽃가루와 사하라사막의 황사(?)발생이 관련 문제에 해당합니다.

저작권

현재 독일 주변국인 이탈리아, 폴란드, 루마니아, 러시아와 함께 신흥 개발도상국인 보츠와나, 브라질, 이스라엘, 케냐, 모잠비크, 나미비아, 나이지리아, 오만, 파키스탄, 필리핀, 탄자니아, 아랍에미리트, 베트남과 같은 국가에서 예측값의 범위를 한정하는 용도로 사용하고 있습니다.

ICON모델의 결과값은 기본적으로 독일 기상청에서 라이센스를 발급받아야 사용이 가능한 방식입니다. 물론 기본적인 사용은 연구목적이나 기상예보 목적으로는 무료가 기본인데 이 경우에는 CCL중 가장 빡센 조건인 CC-BY-NC-ND를 전제조건으로 하고 있습니다.(CCL중 가장 빡센 방식) 이런 이유로 windy.com과 같은 기상 정보 사이트에서 ICON모델을 기본적으로 무료버전으로 제공하는 이유입니다.(어차피 최대 5일 범위까지밖에 제공이 안되기도 하고요)