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폭염, 집중호우, 태풍, 폭설…. 기후변화 때문인지 기상 현상들이 갈수록 강도가 심해지고 있습니다. 이번 달은 우리 가까이에서 항상 밀접하게 영향을 주고 있는 기상 및 기후 분야의 세계적인 연구소, 미국 국립대기연구센터(NCAR)에 대해 알아봤습니다. 1956년 설립된 NCAR는 미국 서부 콜로라도 주 북서부의 볼더라는 도시에 있습니다.

첨단 기상 기후 연구소

미래의 날씨를 예측하기 위해서는 대기 운동을 지배하는 수많은 방정식들이 필요합니다. 이것을 수치예보모델이라고 하는데요. 대기를 작은 격자로 나눠 기압, 바람, 온도 등 상태를 표현하고, 격자 단위로 영역별 날씨를 계산하는 것이 기본 원리입니다. 최근 몇 년간 세계 유수의 기상예보 기관에서는 차세대 예보 모델을 개발하기 위해 많은 노력을 쏟고 있는데요. NCAR에서도 최근 차세대 전구수치모델로
‘MPAS(Model for Prediction Across Scales)’라는 새로운 개념의 격자 모델을 개발했습니다. 기존의 수치 모델은 모두 같은 모양의 격자를 사용하는 것과 달리, MPAS는 격자 모양을 육각형에서 삼각형까지 다양하게 바꿀 수 있습니다. 덕분에 모델 해상도를 연속적으로 줄여서 원하는 지역의 고해상도 예보를 원활히 할 수 있습니다.

NCAR는 수치예보모델을 최상의 상태로 초기화시키는 ‘자료동화’ 기술에서도 앞서 있습니다. 하루나 이틀 정도 단기 기상예보는 수치예보모델을 어떻게 초기화시키느냐에 따라서 정확도가 크게 달라지는데요. NCAR는 수치예보의 불확실성을 감안해 다양한 관측 자료를 넣어줌으로써 예보의 정확도를 높인 ‘앙상블 자료동화’라는 기술을 개발했습니다. 이 기술을 이용하면 미세먼지처럼 현재의 모델로는 비선형 화학반응을 제대로 모의하지 못하는 대기오염의 예보정확도도 획기적으로 높일 수 있습니다.

NCAR에서 개발한 기상 및 기후 예보 모델, 자료동화 시스템, 관측 자료는 대부분 조건 없이 무상으로 공개됩니다. 지금 이 순간에도 전세계 수천 명이 넘는 사용자들이 NCAR 시스템에 접속해 자료를 받고 예보 시스템을 이용한 연구를 하고 있어요. 한국 기상청에서도 몇 년 전까지 현업 기상예보를 위해 NCAR의 수치예보모델을 사용해왔습니다.



조용한 연구 도시의 반전

NCAR는 여러 개의 캠퍼스로 나뉘어 있습니다. 그중 볼더의 명소로 대중에게 가장 잘 알려진 ‘메사 랩(Mesa Laboratory)’은 볼더 시의 남쪽 산등성이에 자리 잡고 있습니다. 이 랩은 주위 산세를 본떠 깎아지른 암석절벽 모양인데요, 현지의 자재를 이용해 주위 자연과 완벽한 조화를 이루는 것으로 유명합니다. 사슴 무리들이 풀을 뜯는 광경도 이곳에선 그다지 놀라운 일이 아닙니다(가끔은 퓨마나 곰도 나타나니까요!).

지난 50여 년간 NCAR가 확장하면서 대부분의 연구실은 볼더 북쪽 캠퍼스로 이전했습니다. 항공기나 기상레이더 같은 기상 관측 장비도 이곳에서 관리하고 운영합니다. 와이오밍 주에 있는 슈퍼컴퓨터센터에는 올 가을 ‘샤이엔(Cheyenne)’이라는 5.34 페타플롭의 연산처리(1페타플롭은 초당 1000조 번의 연산처리)가 가능한 슈퍼컴퓨터를 도입할 예정입니다.

볼더는 미국에서 학력이 가장 높은 도시 중 하나입니다. 인구 10만 명 남짓한 소도시에 NCAR를 비롯해 미국국립표준기술연구소(NIST), 미국 해양대기청(NOAA) 분소까지 유명한 연구소가 세 개나 몰려 있습니다. 볼더는 야외스포츠를 좋아하는 사람들이 가장 사랑하는 도시이기도 합니다. 요즘 같은 여름철에는 로키산에서 즐기는 하이킹과 래프팅이 유명하고, 겨울철에는 로키산맥을 따라 개장하는 수많은 스키장이 있죠. 대부분 덴버 국제공항에서 차로 1~2시간 거리에 있어서 접근성이 좋습니다. 또 도시 전체에 자전거 도로가 잘 돼 있어서 자전거를 타고 곳곳을 편하게 이동할 수 있습니다.