캐나다 기상센터(CMC)의 수치예보모델 GEM

설명

캐나다 기상 센터(Canadian Meteorological Centre, 프랑스어 Centre Météorologique Canadien 약칭 CMC)는 캐나다 퀘벡 주 도벌에 자리하고 있는 캐나다 기상청 산하 기관입니다.

기후, 대기, 환경 프로그램을 위한 슈퍼컴퓨터 시설 운영과 기상 예측 프로그램의 개발, 기상 및 기후 예측 개발 업무 등을 하고 있으며, 이 CMC에서 개발한 글로벌 수치예보 모델인 GEM을 통칭하기도 하는 약어로 사용하고 있기도 합니다.

수치예보모델 GEM

CMC에서 개발한 이 수치예보 모델의 원래 이름은 Global Environmental Multiscale Model이지만 미국을 비롯한 각국에서는 개발기관의 이름을 따서 그냥 CMC모델 또는 캐나다 모델이라고 통칭하는 경우가 매우 많습니다.(유럽의 IFS 모델을 ECMWF모델로 통칭하는 것과 유사)

이 모델은 ECMWF의 IFS, 미국의 GFS, 미 해군 산하의 NAVGEM, 영국 기상청(UKMET)의 통합모델(UM)과 함께 미국에서 사용하는 5대 글로벌 수치예보 모델로 알려져 있으며, 북미에서는 상당히 중요하게 사용되는데 비해 한국에는 상대적으로 많이 알려져 있지는 않은 수치예보 모델입니다.

각 지역에 따른 수평해상도가 변화하는 가변해상도를 사용하고 있으며, 작동지역인 캐나다와 북미, 북극해 인근은 약간의 가변해상도와 중심부는 균일해상도에 가까운 방식을 사용하지만 여기서 멀어질수록 해상도가 떨어지는 방식이며, 태평양 한가운데(적도 인근)쪽의 해상도가 상대적으로 떨어지는 특성이 있습니다.

국제표준시(UTC)기준으로 매일 00z, 12z에(1일  2회) 지구단위 예보값을 생성하며, 예측범위는 10일(240시간)범위까지입니다.

• GEM 소개 링크 : https://collaboration.cmc.ec.gc.ca/science/rpn/gef_html_public/

The Global Environmental Multiscale (GEM) model

버전

CMC에서 사용하는 모델(GEM)의 종류는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• CMC-GDPS : 25~66km의 해상도를 가지는 GEM모델 중 중기 단일 예측 모델입니다. CMC모델로 통칭하는 글로벌 모델이 이 GDPS인데 사실 이 GDPS의 의미 자체가 글로벌 결정론적 예측 시스템의 약자라 다른 기상모델에서도 동일하게 사용되기 때문에 구분을 위해 앞에 CMC를 붙였습니다. 이 모델은 ECMWF의 IFS와 동일한 10일 (240시간)범위까지의 예보를 제공합니다.
• MSC(GEPS) : 20개의 서로 다른 초기값(멤버)를 가지는 앙상블 예측 모델로 16일(384시간) 범위의 예보를 수행합니다. 이 모델의 결과값은 미국의 GFS기반 앙상블 예측 모델인 GEFS와 결합하여 북미 앙상블 예측 시스템(NAEFS)을 구성하며, 이 NAEFS는 72시간 범위까지의 예측을 수행합니다.
• CMC-RDPS :  10km단위의 해상도를 가지는 종관단위 예측을 예보모델, 멕시코 이북 북미대륙 전체를 대상으로 합니다.(북미에서만 사용가능) 하루 4회 예보값을 출력하며, 00z는 48시간(2일) 범위 예보를, 나머지 06, 12, 18z은 84시간(3.5일) 범위 예보값을 제공합니다.
• HRDPS : 지역단위 국지예보를 위한 모델로 가장 높은 해상도이며, 캐나다에서만 사용가능한 버전입니다. 48시간 이내의 단기예보에 사용합니다.
• GEM-MACH : 미세먼지와 초미세먼지, 오존 예측 등에 사용하는 지역단위 대기질  예측 시스템입니다.
• WMC : 해양예보모델로 캐나다 주변 해역과 오대호를 대상으로 48시간 범위의 바람 및 파랑 관련 예보를 출력합니다.
• CWSPS : 산불 연기 확산 예측을 하는 모델입니다. 이쪽 동네는 산불이 나면 워낙에 큰 규모인 경우가 많아 이런 곳에도 활용을 하고 있습니다.

정확도

CMC의 GEM모델은 2021년 북대서양 허리케인 시즌 예측에서 그저 그런 결과를 나타낸 것으로 알려졌습니다. 제트기류 관련 예보에서 꽤 뛰어난 결과를 내는데 비해 열대성 저기압의 진로 예측은 경로오차가 ECMWF의 IFS나 미국 GFS보다 큰 범위로 나타나는 경우가 일반적이었습니다. 그나마 이 정확도도 2019년 이전과 비교하면 상당히 많이 좋아진 것이라고 하는데, 이것도 2019년 업그레이드 이전과 비교하면 매우 큰 정확도의 향상이라고 합니다.

아무래도 격자단위기 복합적이다보니 해상도가 높은 북미쪽 구역은 정확도가 높아지겠지만 해당 구역에서 거리가 멀어지는 적도 인근 해상의 경우 해상도가 상대적으로 많이 떨어지면서 중규모 모델에서 발생하는 경계선 문제와 유사한 문제가 발생하는 것이 주 원인이 아닌가 싶습니다. 그러나 캐나다의 예보 환경을 보면 국토 자체가 상당히 광범위하고 단순화하기 좋은 형태의 국가 형태를 가지고 있는데다, 인구 밀도도 매우 낮은 수준이며, 그나마 사람이 많이 모여사는 동네의 경우 바로 옆 동네(미국)의 GFS모델이나 북미 전용 지역(종관)모델인 NAM 등으로 오차를 충분히 보정해 줄 수 있는 상황이다보니 큰 문제는 되지 않는 것으로 보입니다. 당장 앙상블 모델만 하여도 GEM + GFS로 만드는 NAEFS같은 협력모델도 있는 상황이고요.

개인적으로 느끼기에는 이 모델은 열대저기압과 관련한 예측을 할 때 대략적인 경로 방향성을 잡는 용도로 보고, 그 이상의 해상도와 세부 예측은 ECMWF와 GFS, ICON과 같은 다른 모델을 혼합해서 쓰는 것이 합리적일 것으로 보입니다.

기타

캐나다 기상청에서는 GEM관련 데이터를 민간 부문 기상학자와 학계 및 일반 대중이 사용할 수 있도록 공개하고 있습니다.