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날씨 예보는 어떻게 만들어지고, 실제로는 얼마나 정확한가

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요약

예보는 매일 수십억 개의 관측값을 슈퍼컴퓨터 모델에 입력하여 대기의 물리 방정식을 풀고, 그 후 약간 다른 초기 조건에서 모델을 수십 번 실행하여 불확실성을 측정함으로써 구축됩니다. 미국 국립기상청에 따르면, 5일 예보는 약 90%의 시간 동안 정확하고, 7일 예보는 약 80%, 10일 이상의 예보는 동전 던지기에 가깝습니다.

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날씨 예보는 추측이 아닌 데이터로 시작됩니다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면, 슈퍼컴퓨터는 기상 풍선, 위성, 해양 부이, 레이더, 항공기 센서 및 지상 관측소에서 매일 수십억 개의 관측값을 수집하여 각 측정값을 온도, 기압, 습도 및 바람의 수치 값으로 변환합니다.

관측값에서 모델 실행으로

이러한 숫자들은 숫자 일기 예보 모델의 시작점 또는 '초기 조건'이 됩니다. 즉, 공기가 어떻게 움직이고, 가열되고, 수분을 유지하는지를 설명하는 일련의 수학 방정식입니다. NOAA에 따르면, 슈퍼컴퓨터는 버지니아 및 플로리다의 데이터 센터에서 초당 2.8 쿼드릴리언 계산을 실행하며, 짧은 시간 증분으로 모델을 앞으로 나아가 예보 기간이 끝날 때까지 대기 상태를 반복적으로 재계산합니다. 현재 NOAA의 전 지구 모델의 경우 16일까지입니다.

예보관들은 하나의 모델에 의존하지 않습니다. NOAA는 각 상황에 대해 여러 글로벌 및 지역 모델이 비교되며, 일치할 때 예보에 대한 신뢰도가 높아지고, 차이가 나타날 때 예보관들이 그 불확실성을 공개적으로 전달한다고 지적합니다.

예보관들이 동시에 수십 개의 버전을 실행하는 이유

대기는 혼돈적이기 때문에, 초기 데이터의 작은 오류는 며칠 후에 큰 오류로 커질 수 있습니다. 유럽중기예보센터(ECMWF)가 아래에서 설명하는 바와 같습니다. 이를 관리하기 위해, ECMWF는 앙상블을 실행합니다. 즉, 약간 다른 시작점에서 같은 모델을 여러 번 시작합니다. 1992년 12월의 첫 번째 운영 앙상블은 33명의 멤버를 가졌습니다. 2023년까지 확장 범위 앙상블은 101명의 멤버로 성장했으며, 중기간 앙상블은 약 9킬로미터 해상도로 실행됩니다. 앙상블 멤버들 간의 확산은 예보가 얼마나 신뢰할 수 있는지를 보여줍니다.

모델 방정식과 초기 조건을 결정하는 데 사용되는 관측값의 작은 불확실성은 대기가 예측 불가능한 상태에 있을 때 빠르게 커질 수 있습니다.

— ECMWF

오늘날 예보의 정확도는

NOAA의 위성 및 정보 서비스인 NESDIS는 5일 예보가 약 90%의 시간 동안 정확하고, 7일 예보가 약 80%의 시간 동안 정확하며, 10일 이상의 예보는 모델이 미래 데이터에 접근할 수 없고 현재 조건에서 외삽해야 하기 때문에 약 50%의 시간 동안만 정확하다고 말합니다.

예보는 또한 최근 수십 년 동안 크게 개선되었습니다. 영국의 국립 기상 서비스인 영국기상청(Met Office)은 오늘날의 4일 예보가 30년 전의 1일 예보만큼 정확하다고 말합니다. 영국기상청은 또한 그 모델이 세계기상기구 기준에 대해 검증되고 있으며 일관되게 세계적으로 상위 2개의 예보 제공자 중 하나로 순위가 매겨진다고 말합니다. 별도로, Our World in Data는 ECMWF를 인용하여 3일 예보가 1980년대 이후 일관되게 정확해졌으며 현재 약 97%에 도달한다고 보고합니다.

보고된 예보 정확도 및 오류 범위
예보 유형보고된 수치출처
5일 일반 예보약 90% 정확NOAA/NESDIS
7일 일반 예보약 80% 정확NOAA/NESDIS
10일 이상 예보약 50% 정확NOAA/NESDIS
3일 예보(ECMWF 시스템)약 97% 정확Our World in Data, ECMWF 인용
48시간 허리케인 진로, 1970년대 대비 현재200~400 해리 오류, 현재 약 50 해리Our World in Data, 미국 국립허리케인센터 인용
72시간 허리케인 진로, 1960~70년대 대비 현재400 해리 이상 오류, 현재 80 해리 미만Our World in Data, 미국 국립허리케인센터 인용

해상도, 컴퓨팅 전력 및 최신 변화: AI 모델

개선의 일부는 더 미세한 모델 격자에서 비롯됩니다. ECMWF는 그 수평 해상도가 30년에 걸쳐 약 210킬로미터에서 18킬로미터로 변했으며, 숙련된 앙상블 예보의 선행 시간이 평균적으로 10년당 약 1.5일씩 증가했다고 말합니다. Our World in Data는 영국기상청의 예보 격자가 약 90킬로미터 간격에서 1.5킬로미터 간격으로 옮겨졌으며, 관측 지점 사이의 간격을 좁혔다고 덧붙입니다.

최신 변화는 머신 러닝입니다. 2025년 성능 평가에서, ECMWF는 그 AI 기반 예보 시스템인 AIFS가 15일까지의 중기간 예보에 대해 기존의 물리 기반 모델보다 5~15% 낮은 오류를 생성했으며, AIFS가 열대 저기압 진로를 예측하는 데 있어 구식 시스템을 크게 능가했으나 폭풍 강도를 과소 예측했다고 보고했습니다. ECMWF는 또한 2025년이 10년 이상 만에 가장 큰 단일 연도 기술 개선을 가져왔으며, 2024년 말에 도입된 시스템 업그레이드로 인해 발생했으며, 앙상블 예보에서 근지표면 온도 및 풍속의 오류가 약 10% 감소한 것을 포함한다고 말했습니다.

모든 예보가 똑같이 신뢰할 수 있는 것은 아닙니다

정확도는 전 세계적으로 균등하게 분포되어 있지 않습니다. Our World in Data는 저소득 국가들이 기상 서비스에 1인당 15~20배 적게 지출한다고 보고하며, 이는 지역 예보의 품질과 극한 기상에 대한 조기 경보 시스템의 범위 모두에 영향을 미친다고 합니다.

자주 묻는 질문

날씨 예보는 며칠 앞까지 신뢰할 수 있습니까?
NOAA/NESDIS에 따르면, 5일 예보는 약 90%의 시간 동안 정확하고 7일 예보는 약 80%의 시간 동안 정확하지만, 10일 이상의 예보는 약 50%의 시간 동안만 정확합니다.
예보가 하루에서 다음 날로 바뀌는 이유는 무엇입니까?
관측된 초기 조건의 작은 오류는 대기의 혼돈적 시스템에서 빠르게 커질 수 있습니다. ECMWF가 설명하듯이, 새로운 데이터가 들어오고 재처리되면 모델의 예측이 바뀔 수 있습니다.
앙상블 예보란 무엇입니까?
약간 다른 초기 조건에서 같은 날씨 모델을 여러 번 실행하는 것을 의미합니다. ECMWF의 확장 범위 앙상블은 2023년에 101명의 멤버를 가졌으며, 결과의 확산은 예보관들이 얼마나 신뢰할 수 있는지를 보여줍니다.
날씨 예보가 실제로 개선되었습니까?
네. 영국기상청(Met Office)은 오늘날의 4일 예보가 30년 전의 1일 예보만큼 정확하다고 말하며, Our World in Data는 미국 국립허리케인센터 수치를 인용하여 허리케인 진로 오류가 1970년대의 수백 해리에서 현재는 100 해리 미만으로 떨어졌다고 보고합니다.
전 세계의 모든 지역에서 예보가 똑같이 좋습니까?
아니오. Our World in Data는 저소득 국가들이 기상 서비스에 1인당 15~20배 적게 지출한다고 보고하며, 이는 예보 품질과 조기 경보 범위에 영향을 미친다고 합니다.

출처

  1. NOAA — Weather prediction: It's math!
  2. NOAA/NESDIS — How Reliable Are Weather Forecasts?
  3. Met Office — How accurate are our public forecasts?
  4. Our World in Data — Weather forecasts have become much more accurate; we now need to make them available to everyone
  5. ECMWF — 30 years of ensemble forecasting at ECMWF
  6. ECMWF — 2025 forecast evaluation met with positive feedback

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