봄이면 아시아 뒤덮는 미세먼지, AI로 정밀 예측

중국 사막에서 날아온 황사가 부산 지역까지 영향을 미치고 있다. Tupungato/게티이미지뱅크 제공.

매년 봄이면 치명적인 먼지 폭풍이 동아시아를 뒤덮는다. 중국 대륙에서 몰려오는 황사에 대비하기 위한 경보 시스템이 필요하다. 인공지능(AI)이 황사로 인한 미세먼지 예측의 정밀도를 대폭 높인다는 연구결과가 제시됐다.

황사는 강한 바람이 사막처럼 건조한 지역을 지나면서 땅에 있는 먼지 입자들을 공중으로 들어 올리면서 형성된다. 크게는 1500m 높이의 먼지 폭풍이 형성된다. 첸 시유 중국 란저우대 대기과학과 교수는 15일(현지시간) ‘네이처’를 통해 “먼지와 바람이 합쳐지면 먼 거리를 이동하는 거대하고 빠르게 움직이는 먼지 벽이 형성될 수 있다”고 말했다. 

지난달 중국 북부에 위치한 네이멍구에서는 풍속 100km에 이르는 먼지 바람이 일면서 하늘이 탁한 노란색으로 물들었다. 가시거리는 90m 미만으로 줄어들었고 중국 정부는 주민들에게 실내에 머물라는 지시를 내렸다. 이 먼지는 북경과 몽골 지역에도 영향을 미쳐 창문을 닫으라는 자체 권고가 내려졌다. 

먼지가 건강에 유해하다는 사실은 과학적으로 잘 증명된 사실이다. 심혈관질환, 호흡기질환 등 질환 발생 위험을 높이고 토양 건강에도 영향을 미쳐 수분과 영양 손실을 일으킨다. 이는 작물 수확량이 줄어드는 원인이 된다. 

먼지는 대기와 토양뿐 아니라 강우량과도 연관이 있을 가능성이 제기되고 있다. 과학자들은 2022년 파키스탄을 황폐화시킨 재앙 수준의 홍수와 먼지 입자 사이의 연관성을 살피고 있다. 홍수 등 자연재해를 막기 위해서도 정확한 먼지 농도 예측이 필요하다. 

현재 전 세계적으로 가장 큰 먼지 폭풍 공급원은 아프리카 사하라 사막이지만 아시아의 경우 황사의 주요 발원지인 고비사막으로 인해 인근 도시인 란저우를 비롯해 동아시아 국가들이 피해를 입고 있다. 

피해를 줄이기 위해 중국 과학자들은 1990년대부터 황사에 대한 광범위한 연구를 수행하며 황사 예측 시스템을 개발했다. 하지만 아직 먼지가 언제 어디에서 강해지기 시작하는지, 먼지 농도가 얼마나 짙어질지 정확히 예측할 수 없다. 

정확도를 높이기 위해 AI와 기후 모델링이 활용되고 있다. 지상 관측 데이터, 위성 데이터, 다양한 시뮬레이션 등 정보는 방대한 빅데이터다. AI가 빅데이터를 학습하면 먼지가 시공간에서 어떤 변화를 일으킬지 기존 대비 정확하게 예측할 수 있다.

첸 교수 연구팀은 2021년 북아시아 및 동아시아 먼지를 예측하는 AI 시스템을 개발했다. 이 시스템은 중국, 파키스탄, 타지키스탄 등 아시아 13개국에서 최대 12시간 후까지의 시간 단위 먼지 심각도 등을 예측한다. AI를 기반으로 하지 않은 먼지 예측 모델보다 오류가 13% 적다는 게 연구팀의 설명이다. 연구팀은 대중들이 먼지에 대비할 수 있도록 모바일 앱을 만드는 것도 고려 중이다. 

예측의 정밀성을 높이기 위해 중국 난징정보공학대 연구팀은 ‘먼지 융합·예측 시스템’도 개발했다. 관측 데이터와 모델 계산을 통합하는 시스템으로, 데이터와 계산을 융합하기 전 딥러닝 모델을 이용해 결과가 왜곡될 수 있는 편향성을 제거하는 작업을 진행한다. 이 시스템은 한국, 일본, 중국, 몽골, 북한 등 5개국에서의 먼지 확산 등을 기존 대비 상세하게 예측한다. 

한편 동아시아가 먼지로 인한 큰 피해를 입는 이유는 먼지의 영향을 받는 지역들의 인구 밀도가 높기 때문일 것으로 분석된다. 중국과학아카데미에 따르면 고비사막에서 발생한 황사는 중국 북경·톈진·허베이 도시 클러스터를 거쳐 한국, 일본처럼 인구가 많은 지역으로 이동한다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]