그래프캐스트, 전 세계 일기 예보에서 AI의 혁신

기상 패턴이 끊임없이 변화하고 극한 상황이 점점 더 흔해지고 있는 오늘날, 신속하고 정확한 예보의 필요성이 그 어느 때보다 중요해졌습니다. 몇 분 안에 전례 없는 정확도를 제공하여 중거리 일기 예보에 혁명을 일으킨 구글 딥마인드에서 만든최첨단 AI 모델인 GraphCast를 소개합니다. Science 저널에 게재된 이 모델은 유럽중기예보센터(ECMWF)에서 개발한 업계 최고의 고해상도 앙상블 예보(HRES) 시스템보다 성능이 뛰어나 최대 10일 전의 기상 조건을 더 정확하고 훨씬 빠르게 예측합니다.

 

그래프캐스트는 날씨를 예측할 뿐만 아니라 기상 이변에 대한 조기 경보도 제공합니다. 향후 사이클론의 경로를 정확하게 예측하고, 홍수 위험과 관련된 대기의 하천을 식별하며, 이상 기온의 시작을 예측할 수 있습니다. 이 기능은 더 나은 대비를 통해 생명을 구할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

이 모델은 일기예보를 위한 AI의 중요한 발전을 의미하며, 보다 정확하고 효율적인 예측을 제공하고 산업과 사회 모두에서 중요한 의사결정을 지원합니다. 그래프캐스트 모델 코드는 오픈소스로 공개되어 전 세계 과학자와 예보 전문가들이 일상 생활에서 수십억 명의 사람들에게 도움을 줄 수 있습니다. 이 모델은 이미 유럽중기예보센터(ECMWF) 을 비롯한 여러 기상 기관에서 사용 중이며, 실시간 예측 실험을 수행하고 있습니다.

전 세계 일기 예보의 도전 과제
가장 오래되고 가장 도전적인 과학적 노력 중 하나인 일기예보는 재생 에너지부터 이벤트 물류에 이르기까지 다양한 분야의 주요 의사결정을 지원하는 데 중요한 역할을 합니다. 예보에 대한 전통적인 접근 방식은 신중하게 정의된 물리 방정식으로 시작하여 슈퍼컴퓨터에서 실행되는 수치 기상 예측(NWP)에 의존합니다. 이 접근 방식은 과학과 공학의 승리이지만 정확한 예측을 위해서는 광범위한 시간, 심도 있는 전문 지식, 값비싼 컴퓨팅 리소스가 필요합니다.

그래프캐스트는 딥 러닝과 수십 년간의 과거 기상 데이터를 사용하여 지구 날씨의 진화에 영향을 미치는 원인과 결과 모델을 학습하는 다른 접근 방식을 도입했습니다. 결정적으로 GraphCast는 유럽중기예보센터(ECMWF) 의 ERA5 데이터 세트에서 40년간의 날씨 재분석 데이터를 학습하여 불완전한 관측의 '공백'을 메우고 기존 수치 기상 예측 NWP를 사용하여 전 세계 역사적 날씨에 대한 풍부한 기록을 재구성합니다.

그래프캐스트: 일기 예보를 위한 AI 모델
GraphCast는 공간적으로 구조화된 데이터를 처리하는 데 특히 유용한 아키텍처인 머신 러닝과 그래프 신경망(GNN)을 기반으로 합니다. 이 모델은 백만 개 이상의 그리드 포인트를 포함하는 지구 표면을 고해상도로 예측합니다. 이 모델은 다양한 대기 및 지표면 변수를 예측하여 단일 Google TPU v4 시스템에서 1분 이내에 10일간의 예측을 생성할 수 있을 정도로 매우 효율적인 것으로 입증되었습니다.

표준 결정론적 시스템 HRES에 대한 종합적인 성능 평가에서 그래프캐스트는 1380개의 테스트 변수 중 90% 이상에서 더 정확한 예측을 제공했으며, 특히 지구 표면과 가장 가까운 대기층인 대류권에서 탁월한 성능을 보였습니다.

기상 이변에 대한 더 나은 경고 지원
그래프캐스트는 명시적으로 훈련하지 않아도 기존 모델보다 더 빠르게 악천후 현상을 식별할 수 있는 능력을 보여주었습니다. 사이클론의 움직임을 정확하게 예측하고 대기의 하천을 특성화하여 홍수 예측 및 비상 대응 계획을 지원했습니다. 또한 그래프캐스트는 온난화로 인해 점점 더 빈번하고 위험해지는 폭염을 예측하는 데 특히 유용합니다.

날씨 분야 AI의 미래
세계에서 가장 정확한 10일 단위의 글로벌 일기 예보 시스템인 그래프캐스트는 일기 예보에서 AI의 잠재력을 입증하는 증거입니다. 모델 코드를 오픈소스로 공개함으로써 AI 기반 일기 예보에 더 쉽게 접근할 수 있게 되었습니다. 구글 딥마인드와 구글 리서치의 최첨단 일기예보 시스템에 합류한 그래프캐스트는 날씨 패턴뿐만 아니라 기후의 더 넓은 패턴을 이해하기 위한 광범위한 이니셔티브의 일환입니다. 새로운 도구 개발과 연구 가속화를 통해 AI는 글로벌 커뮤니티가 주요 환경 문제를 해결하는 데 힘을 실어줄 준비가 되어 있습니다.