"한국형 초미세먼지 더 정확히 예측한다"

지스트 송철한 교수 연구팀 "한국형 대기화학 모델링 시스템"개발
동아시아 특성 반영·최적 조건 생성… 유럽중기예보센터보다 적중률 24% 높아

지스트 지구‧환경공학부 송철한 교수(왼쪽)와 유진혁 박사과정생(지스트 제공)/뉴스1

(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 지스트(광주과학기술원) 송철한 지구·환경공학부 교수가 주도한 국제 공동연구팀이 '대기화학 모델의 초기조건'을 개선해 예측 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 한국형 대기질 예보 시스템을 개발했다고 27일 밝혔다.

전 세계적으로 심각한 환경 문제로 대두되고 있는 초미세먼지는 단기간 노출로도 조기 사망이 유발되는 등 사회·경제적으로 큰 손실을 불러일으킬 수 있어 많은 국가에서 대기질 예보 시스템을 운영하는 중이다.

우리나라도 2014년부터 환경부 국립환경과학원에서 초미세먼지 예보를 수행하고 있으나 정확한 예측은 어려운 실정이다.

우리나라의 초미세먼지 예보 정확도 향상을 위해 2019년부터 '한국형 대기화학 모델링 시스템(K_ACheMS, Korean Air Chemistry Modeling System)'을 개발해 온 송철한 교수 연구팀은 이번 연구에서 자료동화 기법을 활용, '대기화학 모델의 초기조건'을 개선해 1~3일 수준의 단기 예측 정확도를 크게 향상했다.

이 시스템은 세계적으로 초미세먼지 및 대기질 모델링에 널리 활용되고 있는 미국 환경청의 모델(CMAQ, Community Multiscale Air Quality)에 동아시아의 특성을 반영한 한국형 모형 'CMAQ-GIST'을 적용했다.

연구팀은 한국 정지궤도위성과 대기질 지상 관측망 자료, 한국형 모형 'CMAQ-GIST'로부터 얻은 초미세먼지 농도 정보를 결합해 최적의 초기조건을 생성하는 시스템을 개발했다.

일반적으로 대기화학 모델의 초기조건은 기후 데이터를 기반으로 설정되기 때문에 불확실성이 크지만, 이 시스템에서는 자료동화 기법을 활용해 실시간 관측 자료를 적용하므로 초기조건에 현재 시점의 대기질 정보를 반영할 수 있다.

최적의 초기조건에서 수행된 실시간 예측은 세계 최고 성능으로 알려진 유럽중기예보센터의 예측보다 무려 24%나 높은 적중률을 보였다.

에어 코리아(Air Korea)에서 관측된 PM2.5(왼쪽)와 한국형 대기화학 모델링 시스템(K_ACheMS)이 예측한 PM2.5 (가운데), 그리고 유럽중기예보센터(ECMWF)의 준실시간 CMAS PM2.5 (오른쪽)의 공간 분포도. 그림의 파란색, 초록색, 노란색, 빨간색은 각각 대한민국 환경 기준 PM2.5의 좋음, 보통, 나쁨, 매우 나쁨 수준을 의미한다.(지스트 제공)/뉴스1

연구팀은 이 시스템으로 작년 1월부터 실시간 대기질 예보를 수행하고 지스트 웹사이트에 공개하고 있다.

이 시스템은 지난해부터 발생한 세 차례의 고농도 초미세먼지 사례에서 유럽중기예보센터보다 초미세먼지를 훨씬 더 정확하게 예측했다.

송철한 교수는 "향후 한국형 대기질 모델에 현재 개발 중인 인공지능 시스템을 결합해 시너지 효과를 얻기 위해 연구력을 집중하고 있다"며 "전 세계 초미세먼지 및 대기질 예측 분야를 선도하는 최고의 대기질 모델링 시스템으로 진화할 것"이라고 말했다.

송 교수가 지도하고 유진혁 박사과정생이 수행한 이번 연구는 서울연구원 이소진 박사, 유니트 송창근·임정호 교수, 유럽중기예보센터 빈센트- 헨리 퍼치(Vinsent -Henri Peuch) 박사, 미국 UCLA 대학 파블로 이 사이드 (Pablo E. Saide) 교수, 아이오와대 그레고리 알 카마이클 (Gragory R. Carmichael) 교수, 연세대 김준 교수, 건국대 우정헌 교수, ㈜미래기후 류성현 대표 등이 참여했다.

한국연구재단의 '동북아-지역 연계 초미세먼지 대응 기술 개발 사업'에서 지원을 받았다.

연구 성과는 대기·기상학 분야의 국제 저명학술지인 네이처(Nature) 자매지 '기후와 대기과학(npj Climate and Atmospheric Science)'에 5월 23일 게재됐다.

kanjoys@news1.kr