AI로 바다 살펴 기후위기 대응한다

구글에서 서울신문 먼저 보기

세줄 요약

• AI 기반 전 지구 해양예측모델 KIST-오션 개발
• 수온·해류·염분 학습, 5일 간격 예측 구현
• GPU 한 대로 계산 시간·비용 대폭 절감

지난 6월 서유럽은 섭씨 40도를 훌쩍 넘는 불볕더위가 발생해 에어컨 없이 지냈던 유럽 국가들에 비상이 걸렸다. 지구온난화로 인해 전 지구가 뜨거워지는 가운데 올해는 슈퍼엘니뇨까지 겹쳐 폭염의 강도는 극심할 것이라 예측되고 있다. 폭염, 집중호우, 가뭄, 태풍 등 극한기상 현상의 발생 빈도와 강도가 커지면서 정확한 기후 예측 기술이 필요해지고 있다. 특히 바다는 지구 표면의 70%를 차지하며 막대한 양의 열과 탄소를 저장하고 순환하는 동시에 대기와 지속적으로 상호작용해 엘니뇨, 라니냐를 비롯한 계절 및 장기 기후 변동을 좌우하는 핵심 요소다. 국내 연구진이 인공지능(AI)을 이용해 보다 정확하고 빠르게 바다를 살펴볼 수 있는 방법을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 기후탄소순환연구단은 AI 기반 전 지구 해양 예측 모델 ‘KIST-오션’을 개발했다고 26일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’에 실렸다.

KIST-오션 모델 추론 구조 KIST-오션 모델은 과거 수 십년간의 관측과 시뮬레이션의 대기 및 해양 빅데이터를 학습을 통해 예측 수행한다. 예측 초기조건으로 3차원 해양 상태와 대기 경계조건이 입력되고 이를 통해 5일 뒤의 3차원 해양상태를 예측해내는 방식이다.

한국과학기술연구원(KIST) 제공

기존 해양 예측 모델은 복잡한 물리 방정식을 계산하기 위해 슈퍼컴퓨터를 동원해 오랜 시간 계산해야 하기 때문에 신속한 예측과 다양한 기후 시나리오 분석에는 한계가 있었다.

이번에 개발한 KIST-오션은 수십 년 동안 축적된 전 지구 3차원 해양 데이터를 학습해 미래 해양 상태를 예측하게 훈련된 AI 모델이다. 전 지구 해양의 수온, 해류, 염분 등 다양한 물리 정보를 바탕으로 해양의 입체적 상태를 5일 간격으로 예측하고 수심 600m까지 변화를 생성할 수 있다. 특히 GPU 한 대만으로 약 200일치 전 지구 해양 예측 결과를 단 몇 초 만에 생성할 수 있어 기존 수치모델 대비 계산 시간과 비용을 크게 줄일 수 있었다.

연구팀은 KIST-오션이 실제 해양의 물리 현상을 얼마나 정확하게 재현하는지도 검증했다. 가상의 바람 생성 실험에서는 대기 변화에 따른 해양 파동과 용승과 침강 현상이 기존 해양물리 이론과 일치하게 나타나는 것을 확인했다. 또 2015년 슈퍼 엘니뇨 사례에서도 적도 태평양의 해수면 온도 상승과 해양 내부 열 분포 변화 등 주요 발달 과정을 성공적으로 재현했다. 이는 KIST-오션이 단순히 과거 데이터를 학습한 수준을 넘어 대기와 해양 사이의 복잡한 물리적 상호작용까지 효과적으로 반영할 수 있음을 보여주는 것이다.

연구팀에 따르면 KIST-오션의 높은 계산 효율 덕분에 다양한 기후 시나리오를 반복적으로 분석하거나 대규모 앙상블 예측에도 효과적으로 활용될 것으로 보인다.

연구를 이끈 강대현 박사는 “이번에 개발한 KIST-오션은 AI를 이용해 계산 효율성과 뛰어난 예측 정확도라는 두 마리 토끼를 잡았을 뿐만 아니라 대기와 해양 간의 복잡한 물리적 관계도 현실적으로 재현할 수 있음을 입증했다”라며, “이번 AI 모델을 적극 활용해 향후 기후 위기 대응 역량을 크게 향상시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 과학전문기자