한국형 수치예보 모델 - KIM

KIM의 육면체 격자체계 투영방식

설명

한국형 수치예보 모델(Korean Integrated Model, 약칭 KIM)은 대한민국 기상청(KMA)에서 2020년 4월부터 현업 예보에 사용하기 시작한 지구(글로벌) 규모의 수치예보 모델입니다. 이 KIM모델의 개발로 우리나라는 세계에서 9번째로 지구(글로벌)단위 기상 예측을 할 수 있는 수치예보 모델을 자체적으로 개발한 국가가 되었으며, 현재는 영국의 UM(UKMET)모델과 KIM모델을 병행 사용하고 있습니다.

참고로 우리나라는 2010년 이전에는 일본에서 개발한 수치예보 모델인 JGSM모델을 사용하였으며, 2010년부터는 영국기상청(UKMET)에서 개발한 UM모델을 한국 상황에 맞게 개조해 사용하였으며, 이 한국형 수치예보 모델(KIM)의 개발은 2011년부터 2019년까지 10년의 개발기간을 거쳐 2020년부터 사용하기 시작하였습니다.(정확히는 UM과 KIM을 병행운영)

종류

• GDAPS - KIM : 전세계를 대상으로 하는 버전으로 수평해상도는 12km, 연직레이어는 91개층으로 10hPa영역을 최상단으로 하고 있습니다. 하루 4회 예보값을 출력하며, 2회는 12일(288시간), 2회는 87시간 범위까지의 예보값을 출력합니다.
• RDAPS - KIM : 우리나라를 중심으로 한 동북아시아 지역예보 모델입니다. 수평해상도는 3km단위로 상당히 촘촘한 편이며, 연직층수는 50hPa영역을 상단으로 하고, 수직레이어(층수)는 40개층으로 분할하여 수평방향의 변화값을 더 민감하게 볼 수 있도록 하였습니다. 이외에 GDPS-KIM의 지표면 최고높이는 504m였으나 이 RDPS-KIM은 1493m까지 향상시키면서 지형에 의한 국지적 기상 변화를 좀 더 민감하게 예측할 수 있도록 한 특성이 있습니다.
• EPSG - KIM : 전지구 앙상블예측시스템으로 수평해상도는 32km, 연직층수는 GDAPS와 동일한 91개층입니다. 하루 2회 전지구 단위로 12일(288시간) 범위의 앙상블 예측을 수행하며, 주간예보에 활용합니다.
• KIM - GWW3 : 지구 전체 해상의 파랑(파도) 예보에 사용하는 모델로 25km의 수평해상도를 가지고 있습니다. 하루 2회 출력되는 이 예보값은 12일(288시간)범위의 주간 해상예보에 활용합니다.
• KIM - RWW3 : 동해, 황해, 동중국해 일대를 포함하는 지역 파랑모델로 4km의 해상도를 가지고 있습니다. 아시아 지역의 파랑예보를 하루 2회 5일(120시간) 범위로 출력합니다.
• KIM - CWW3 : 국지연안파랑모델로 한반도 주변 해상 상태 단기예보를 수행합니다. 1km해상도로 운영하며, 하루 2회 72시간 범위의 단기예보값을 출력합니다.
• KIM - RTSM : 지역 폭풍해일모델입니다. RWW3와 동일한 제원으로  태풍이나 강력한 저기압의 해상 통과시 발생하는 폭풍해일의 발생을 예보하는 역할입니다.
• KIM - CTSM : 국지연안 폭풍해일모델입니다. CWW3와 동일한 제원으로 태풍이나 강력한 저기압의 해상 통과시 발생하는 폭풍해일의 발생을 예보하는 역할입니다.
• KIM - ADAM3-Haze : 황사, 연무 통합예측모델입니다. 25km의 수평해상도에 연직방향으로는 49층의 분해능을 가지고 있으며, 하루 4회 168시간, 72시간 범위의 황사, 연무 확산예측을 수행하는 모델로, 미세먼지 예보가 이 모델 기반으로 이루어지고 있다고 보시면 됩니다.

정확도

일단 한국 기상청에서 2021년에 도입 이후 1년간의 성과분석을 해 본 결과 초기 운영시 강수량 예측 정확도가 떨어지는 문제가 발생한 것으로 알려졌습니다. 즉, 도입 첫 해인 2020년 4월부터 장마 기간인 7월 13일까지의 강수량 예보 정확도가 67% 수준으로 나타나는 등 정확도가 상당히 삐걱대는 문제가 발생는 등, 전체적인 성능 평가는 기존에 사용하던 영국의 UM모델 대비 약 2%정도 부족한 성능으로 나타났으며, 역대 최장이었던 2020년의 강수 예보 정확도를 비교해 보면 기존 UM모델이 68%, KIM모델이 67%로 양측 모두 사이좋게(?) 3분의 2 수준의 정확도를 보여 이쪽 문제가 상당히 골치아팠던 것으로 보입니다.(이걸 UM이랑 비교하면 98~99%정도 성능이 나오기는 합니다만....)

다만 이러한 문제는 지속적인 업데이트와 보다 고해상도의 지역모델(RDAPS)을 도입하면서 점차 개선중인 부분으로 보입니다. 아무래도 우리나라는 국토의 면적이 좁은데 비해 중위도 특유의 변화 폭이 크고, 지형적 요소가 꽤 크게 작용하는 경우가 많다 보니GDAPS KIM의 12km 해상도로는 종관예보보다 세밀한 범위를 보기 어려운 측면이 있었습니다.

일단 지역모델이 도입되면서 1년 사이에 여름철 지역강수량 예보와 태풍 경로 오차, 강도분석 등은 상당히 높은 정확도 수준으로 개선되고 있음을 확인할 수 있을 정도였습니다.(2021~2022년 사례) 특히 제가 주로 살펴본 2022년 태풍 내습시의 사례는 태풍명명권을 가진 일본 기상청보다 더 정확한 경우가 많았으며 여름철 단기 강수 예측(24~48시간 범위)도 제가 체감하는 범위 내에서는 기상청이 이악물고(?) 개선중이라는 느낌이 들 정도로 성능이 좋아졌다고 보입니다.(진짜 소지역단위 국지성 호우까지 예측하는건 좀 봐줍시다...;;)

문제는 겨울철쪽인데요, 극지방의 상층 한랭기단에 대한 예측이 좀 큰 편차를 보이는 경우가 많았으며, 특히 가장 정확하다고 알려진 ECMWF(IFS) 대비 큰 오차가 있다고 알려져 있습니다. 평소 태풍만 신경쓰다가 이쪽은 잘 몰랐었는데 지난 2022~2023년 겨울철 한파 예보를 보면 전체적인 맥락은 맞았는데 디테일이 좀 떨어졌다는 느낌이었습니다.(특히 설날 한파는 5일(120시간) 예보 기준으로는 한파 도달까지의 시간오차가 24~36시간쯤 났었습니다)

한계

개인적으로 아쉬운 점은 이 KIM의 전구모델(GDAPS) 시뮬레이션의 시각화된 결과를 한반도 주변지역과 전세계 중 일부지역에 한정해서밖에 볼 수 없다는 점입니다. 일단 우리나라 주변은 기상청 일기도의 육상예상일기도와 분석일기도에서 KIM자료값 기반의 시각화된  결과물을 확인할 수 있으며, 그 외 지역을 보려면 기상청 영문사이트(국제협력 / KMA World Friend KOREA)를 찾아야 하는데 우리나라 사람들 입장에서 보면 꼭꼭 숨겨져 있는데다가 이마저도 사실 전세계를 대상으로 하는게 아니라 일부만 골라서 서비스가 제공되는 실정입니다.(지구 전체로 보면 75%이상 범위가 서비스 미제공 지역이 되며, 인간 거주지역으로 한정해도 유럽과 남북아메리카, 태평양 및 아프리카 지역 대부분은 KIM의 시각화된 자료를 웹에서 받아볼 수 없습니다.)

• 한국 외 타 지역 KIM모델 결과 보기 : https://www.kma.go.kr/ema/nema03/index.jsp

International Cooperation

위 링크에서 볼 수 있는 지역은 다음과 같습니다.

• SWFP-SA : 남아시아, 인도를 중심으로 하는인도와 그 주변 지역
• SWFP-SeA : 동남아시아, 인도차이나반도, 인도네시아, 필리핀, 남중국 일대와 그 주변 지역. 아마 동남아시아 지역 관광을 하신다면 이쪽 자료를 참고자료로 써도 괜찮지 않을까 싶습니다. 다만 괌, 사이판 지역은 경계선 바깥에 해당합니다.
• SWFP-CA : 중앙아시아, 카자흐스탄과 우즈베키스탄 일대와 그 주변 지역
• RA Ⅱ : 지역 연계, 아시아-오스트레일리아(1지역), 인도, 사우디아라비아, 동지중해, 북동아프리카(2지역), 중국, 인도, 몽골, 중앙아시아(3지역)
• AFRICA : 사우디아라비아와 동아프리카지역. 홍해, 호르무즈 해협, 소말리아 주변 인도양이 이 범위에 들어가는 것으로 봐선 청해부대 작전지역에 대한 기상제공이 목적으로 보입니다.