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[2021 여름호] 3 - 컴퓨터공학과가 본 장마철

  • 유현아
  • 2021-10-01 07:00:37

2021 SUMMER 공대생이 보는 세상 3

컴퓨터공학과가 본 장마철
Dept. of Computer Science & Engineering





어? 장마철 끝난 줄 알았는데 갑자기 비가 오네… 우산 없는데 어쩌지? 이렇게 갑자기 비가 오는 일에 대비할 수 있다면 좋을 텐데. 아 맞아, 인공지능으로 날씨도 예측할 수 있다고 해!

인공지능을 활용한 기상 예측 모델

실시간 기상 예측에는 관측 데이터가 늘어나서 처리하기에 많은 시간이 걸리는 등의 한계점이 있어.


구글은 인공지능으로 5~10분 만에 6시간 뒤 기상 예보를 알려주는 나우캐스트를 발표했는데,
레이더 영상만을 합성곱 신경망 CNN 모델 중 U-Net으로 분석해 기후를 예측한다고 해.

구글 나우캐스트 자세히 알아보기


CNN은 여러 레이어로 구성되어 데이터를 스스로 학습해 패턴을 찾는 인공신경망으로, 기상예측에서 영상을 처리할 때 변화 양상을 유추할 수 있지. 나우캐스트에서도 미국 전역을 256km2짜리 타일로 분할해 타일별 복합 데이터를 학습시켰어. U-Net은 영상 신호로 데이터로 변환하는 인코딩 과정에서 데이터의 크기를 줄이면서도 중요 데이터를 유지하고, 다시 영상으로 변환하며 선명한 영상을 유지할 수 있다는 장점이 있어서 더욱 정확한 예측이 가능해. 시시각각으로 바뀌면서 전 지역적으로 영향을 주는 이상 기후를 예측하기에 효과적일 거야.

나우캐스트의 PR(Precision-Recall) 그래프

인공지능 활용 기상 예보의 발전



구글 같은 기업 이외에도 국가적 차원에서 기상 예측 모델을 연구하고 있고,
우리나라 기상청에서도 기상 분야 인공지능 ‘알파웨더’를 도입해 기상 예측에 활용한다고 발표했어.

알파웨더 자세히 알아보기


인공지능은 판단 근거를 알 수 없는 블랙박스이기 때문에, 설명 가능 AI(XAI)를 알파웨더에 적용한다고 해. 인공지능 기반 기상 예측은 대용량 데이터를 빠르게 분석한다는 장점이 있지만, 레이더 영상만으로는 정확한 상태를 알 수 없어 데이터의 공백이 생긴다는 문제가 있어. 따라서 대기 과학 같은 사전 기상 지식을 기반으로 한 기존 기상 예보보다 인공지능 기법이 효과적일지 아직 연구 중이야.

이런 기상 예보 말고도, 장기적인 기후 변화 예측에도 인공지능을 활용해. IBM에서는 딥러닝을 통해 오염 감소 전략을 시뮬레이션하고 오염을 예측하며, 국립환경과학원에서는 미세먼지 예보에 대해서 인공지능을 활용해 예측 정확도가 기존 대비 79%나 상승했어. 이렇게, 인공지능을 활용해 기상을 예측하면 일상생활에 도움을 줄 수 있겠지?

[1] Jason Hickey, 「Using Machine Learning to “Nowcast” Precipitation in High Resolution」, 2020.1.13. https://ai.googleblog.com/2020/01/using-machine-learning-to-nowcast.html
[2] 김예림, 「공익을 위한 구글의 AI 기상 예측 모델…구글 AI 포럼」, 『마소』, 2020.2.4, https://www.imaso.co.kr/archives/5675
[3] 신찬옥, 「[데이터] ‘변화무쌍’ 날씨 빅데이터…AI로 콕 잡았다」, 『매일경제』, 2021.1.27, https://www.mk.co.kr/news/it/view/2021/01/85791/

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