AI가 바다 읽는다…KIST, 전 지구 해양예측 모델 개발[과학을읽다]

대기-해양 상호작용까지 재현…슈퍼 엘니뇨도 정확히 예측
GPU 1대로 200일치 해양 예측 수초 만에 생성

기후위기로 폭염과 집중호우, 태풍 등 극한기상 현상이 잦아지는 가운데 국내 연구진이 인공지능(AI)으로 전 지구 해양을 빠르고 정확하게 예측하는 기술을 개발했다. 기존에는 슈퍼컴퓨터가 장시간 계산해야 했던 해양 예측을 GPU(그래픽처리장치) 한 대만으로 수초 만에 수행할 수 있어 장기 기후 예측과 기후변화 대응 역량을 크게 높일 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 기후탄소순환연구단 강대현 박사 연구팀이 AI 기반 전 지구 해양 예측 모델 'KIST-Ocean'을 개발했다고 24일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 최신호에 게재됐다.

KIST-Ocean 모델 추론 과정 구조. 수십 년간의 대기·해양 데이터를 학습한 AI가 초기 해양·대기 조건을 바탕으로 5일 단위 예측을 반복해 최대 200일간의 전 지구 3차원 해양 변화를 예측한다. 연구팀 제공

KIST-Ocean은 수십 년간 축적된 전 지구 3차원 해양 관측 데이터를 학습해 미래 해양 상태를 예측하는 AI 모델이다. 수온과 해류, 염분 등 해양의 주요 물리 정보를 바탕으로 수심 600m까지의 변화를 5일 간격으로 예측할 수 있다. 특히 GPU 한 대만으로 약 200일치 전 지구 해양 예측 결과를 수초 만에 생성해 기존 수치예측 모델보다 계산 시간과 비용을 획기적으로 줄였다.

연구팀은 AI가 실제 해양의 물리 현상을 얼마나 정확하게 재현하는지 검증한 결과, 대기 변화에 따른 해양 파동과 용승·침강 현상을 기존 해양물리 이론과 일치하게 구현했다. 또 2015년 슈퍼 엘니뇨 당시 적도 태평양의 해수면 온도 상승과 해양 내부 열 분포 변화 등 주요 발달 과정을 성공적으로 재현해 AI 기반 해양 예측의 신뢰성을 확인했다.

KIST-Ocean의 슈퍼 엘니뇨 재현 실험. 2015년 당시의 바람 조건을 적용하자 중·동태평양의 해수 온도가 상승하며 슈퍼 엘니뇨가 발달했지만(왼쪽), 평년의 바람 조건에서는 해수 온도가 낮아지는 라니냐 반응이 나타났다(오른쪽). 이는 열대 태평양의 바람이 엘니뇨 발달에 중요한 역할을 한다는 기존 연구와 일치하며, 모델의 물리 현상 재현 능력을 보여준다. 연구팀 제공

연구팀은 이번 기술이 단기 날씨 예측을 넘어 계절·연 단위 기후 예측으로 AI 활용 범위를 넓히는 핵심 기반이 될 것으로 기대하고 있다. 향후 대기와 해양, 지면을 통합한 AI 기반 지구시스템 모델 개발에도 활용돼 다양한 기후변화 시나리오 분석과 기후 재난 대응 연구를 앞당길 수 있을 것으로 전망했다.

강대현 KIST 박사는 "KIST-Ocean은 AI가 높은 예측 정확도와 계산 효율을 갖췄을 뿐 아니라 대기와 해양의 복잡한 물리적 상호작용까지 현실적으로 재현할 수 있음을 보여줬다"며 "AI 기반 기후 예측 기술을 고도화해 기후위기 대응 역량을 높이고 국민 안전과 사회·경제적 피해를 줄이는 데 기여하겠다"고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr