Issue
차세대 도시·농림 융합기상사업단 소개 01
1. 사업단 설립 배경
삼면이 바다에 둘러싸인 한반도는 지정학적으 로 대륙과 태평양의 가장자리에 위치하여 기후변화 로 인한 집중호우, 폭설, 태풍 등에 따른 기상재해 가 급증하고 있다. 이상기후의 주요 원인은 지구온 난화, 북극의 이상난동, 엘니뇨에서 라니냐로의 급 격한 열대 태평양 해수면 온도 변화, 여름철 북태
평양 고기압의 이례적 발달을 꼽을 수 있다. 이상 기후 보고서(관계부처 합동; 2010, 2011)에 따르면 1916~2008년까지 기상재해로 인한 재산피해 순위 를 매긴 결과 상위 10번 중 6번이 2001년 이후에 발 생한 것으로 조사되었다. 2010년에는 특히, 이상기 상현상이 많이 발생하였다. 1월 4일 서울에 강설량 25.8mm(1937년 이래 최대), 3월 하순~4월 말까 지 이상저온 지속(평균 최저기온 역대 1위), 9월 1일 태풍 ‘곤파스’로 인한 강풍피해(흑산도 45.4m/s), 9 월 21일 서울 일강수량 259.3mm(1908년 이후 역 대 3위)가 발생하였다. 2011년에는 7월 26～28일동 안 서울 587.5mm, 일최대강수량 301.5mm가 발생 하였으며 9월 중순, 11월 상순과 하순에 전국적으로 이상고온현상이 발생하였다.
이러한 위험기상현상이 수도권 특히, 전세계 에서 인구밀도가 6번째로 높은 서울 같은 대도시 (metropolitan)에 발생하는 경우 많은 인명피해와 더불어 도심기능의 마비로 인한 경제손실도 상당할 것으로 예상된다. 따라서 인구 및 기능 집적도가 높 은 도시에서 발생하는 기상재해에 대한 우려가 높아 짐에 따라 정부 각 부처의 정책적 관심도가 증가하 고 있으며, 이러한 인식에 따라 현재보다 정교하고 체계적인 기상·기후정보에 대한 각 산업분야의 수 요가 폭발적으로 증가하고 있다. 수요기관은 주로 기상청을 통해 필요한 기상정보를 제공받고 있는 현 실을 고려할 때 기상청의 수도권 위험기상에 대한 박 정 균
한국외국어대학교
차세대도시·농림융합기상사업단 도시기상융합서비스개발실장 [email protected]
이 병 주 한국외국어대학교
차세대도시·농림융합기상사업단 도시기상응용모델개발실장 [email protected]
박 성 화 한국외국어대학교
차세대도시·농림융합기상사업단 도시기상관측기술개발실장 [email protected]
대처가 더 중요하다고 할 수 있다.
현재 기상청에서는 12km 해상도의 통합모델 (Unified Model; UM), 5km 해상도의 국지규모 기 상분석 및 예측시스템(Korea Local Analysis and Prediction System; KLAPS)을 이용하여 기상예 보를 수행하고 있다. 기상청에서 생산하는 수치모 델 기반의 기상정보는 일차적으로 보편적이고 광역 적인 기상예보를 위해 생산된 정보이므로 다양한 분 야의 수요자를 만족시키기에는 한계가 있다. 따라서 수도권의 인구밀도 및 기능에 대응가능하고 수요자 의 니즈를 충족시키기 위해 1km 이하의 공간해상도 를 갖는 기상정보 생산기술을 비롯하여 다양한 분야 에 활용될 수 있는 응용기상기술, 실시간 운영 및 정 보전달체계의 개발이 필요하다.
차세대 도시·농림 융합기상사업단(이하 사업단) 은 기상청이 「기상업무발전 기본계획(2016)」에서 제 시한 장기적 비전과 목표를 달성하기 위한 일환으로 추진되었으며, 「과학기술 기본계획(2008∼2012)」,
「저탄소 녹색성장 기본법」, 「과학기술 정보화 기본계 획」에 그 추진근거를 두고 있다(KDI 공공투자관리 센터, 2011).
2. 사업단 개요
기상청은 2011년 5월에 「차세대 도시·농림 융합 스마트 기상서비스 개발사업」에 대한 예비타당성 조사를 실시하였으며 같은 해 11월에 예비타당성조 사를 통과하여 연구기간 2012∼2019년(8년)동안 1,021억원의 사업비가 확정되었다. 이듬해인 2012 년 5월에 (재)차세대도시·농림융합기상사업단 법 인이 설립되었으며 2015년 1월 한국외국어대학교에 유치되어 현재는 한국외국어대학교 산하 차세대도 시·농림융합기상사업단으로 운영되고 있다.
연구전문기관이 대형연구사업을 유치하게 되면 사무국을 신설하여 사업을 관리하고 위탁연구를 통 해 세부과제를 수행하는 형태와 다르게 본 사업은 전문인력 확보를 통해 자체적으로 연구를 수행하고 있다. 사업단 조직 운영체계는 그림 1과 같다. 총괄 부처는 기상청, 사업총괄 관리기관은 한국기상산업 진흥원에서 담당하고 있다. 세부과제 수행기관은 국 립기상과학원, 사업단, 국가농림기상센터(NCAM) 이다. 국립기상과학원은 응용서비스를 위한 핵심기 상모델 원천기술을 개발하고, 사업단은 기상모델 고 도화를 통한 7대 융합기상서비스를 위한 연구를 수
그림 1. 사업운영체계
행한다. 국가농림기상센터는 7대 응용서비스 중 농 림기상과 관련된 연구를 수행한다. 사업단 정원은 60명이며 현재 45명이 근무하고 있다.
본 사업단의 비전은 도시·농림 기상서비스 강국 으로의 도약이며 고해상도 도시·농림 미세기상 융 합기술 확보로 도시화·기후변화 대응과 재해경감 이 전략목표이다. 세부적인 성과목표는 수도권 도 시·농림 기상융합 관측망 운영과 고해상도(1km 이 하) 미기상기술 개발을 통한 수요자 맞춤형 융합기 상서비스 제공이다. 이를 위해 전체 사업기간 8년을 1단계(2012∼2014, 3년), 2단계(2015∼2017, 3년),
3단계(2018∼2019, 2년)로 구성하였다. 1단계에서 는 수도권지역에 대해 고해상도 기상정보 생산이 가 능한 수치모델 개발이 목표이며 여기에는 기상정보 정확도 개선을 위한 관측인프라 구축이 포함된다. 2 단계에서는 융합기상정보 생산이 가능한 응용모델 을 개발하고자 하며 분야별로는 돌발홍수, 도로기 상, 영농지원, 미세기후, 에너지, 대기위험물질 확 산, 도시생태가 해당한다. 3단계에서는 통합운영시 스템 개발 및 전달체계 구축을 통해 서비스 시험운 영을 수행할 계획이다(그림 2).
그림 2. 연구추진전략
예비타당성조사 결과를 토대로 세부내용은 표 1 과 같으며 3개 전략과제 안에 17개 세부과제로 구성 되어 있다. 전략과제1에서는 고해상도 기상정보 생 산과 이를 위한 통합운영시스템 구축에 대한 연구를 수행한다. 세부적으로는 다양한 (응용)기상관측망 구축 및 운영을 통한 관측인프라 고도화와 관측자료
와 기상모델 개선을 통한 고해상도 맞춤형 기상정보 생산, 전체 시스템의 실시간 운영, 콘텐츠 개발을 위 한 플랫폼 구축 및 고도화가 포함된다. 전략과제2와 3에서는 융합기상서비스를 위한 응용기상정보 생산 기술을 개발한다.
3. 연구성과
3.1 수도권 도시·농림기상 관측망 구축 및 운영 수도권지역에 대해 수치모델 기반의 고해상도
(1km 이하) 기상정보를 생산하기 위해서는 관측자 료동화와 결과검증을 위한 고밀도 관측자료가 필요 하다. 사업단은 2016년까지 총 40개 지점에 대한 관 측망 구축을 완료하였으며 현재 운영중에 있다. 수 치모델 자료동화를 위해 라디오미터(7대), 윈드라이
과제명 세부사업분류
전 략 과 제 1
1-1. 인프라 고도화 1-1-1. 관측 인프라
1-1-1-1. 도시위험기상 ①
1-1-1-2. 도시 3차원 기상관측 ①
1-1-1-3. 도시미기상 집중관측용 통합센서망 ①
1-1-1-4. 도시 도로정보 관측망 ①
1-1-1-5. 농림기상 관측망 고도화 ①
1-1-2. 수치모델링 기술개발
1-1-2-1 국지상세 재해감시 및 예측시스템 개발 ①
1-1-2-2 도시농림 기상모델 고도화 및 활용기술개발 ①
1-1-2-3 기후변화에 따른 도시환경 분석기술 개발 ①
1-2. 기상기후 서비스 인프라 고도화 1-2-1. 플랫폼 구축 및 운영
1-2-1-1 통합서비스 플랫폼 ③
1-2-1-2 스마트 기상정보 융복합 컨텐츠 플랫폼 ③
전 략 과 제 2
2-1. 차세대 도시융합 도시기상서비스 개발 2-1-1. 도시계획
2-1-1-1 온실기체/열배출량/증발량 실시간 감시시스템 ②
2-1-2. 재해안전
2-1-2-1 도시돌발홍수 정보 제공서비스 ②
2-1-2-3 도시 이상기온 대응/대도시 위험물질 확산대응 서비스 ② 2-1-3. 교통
2-1-3-1 기상대응형 도로관리 시스템 개발 ②
2-2. 스마트 농림기상 서비스 개발 2-2-1. 영농기상 정보 지원
2-2-1-1 맞춤형 농업기상 예보서비스 ②
전 략 과 제 3
3-1. 기상기후서비스 사업화 기술개발 지원 3-1-1. 에너지 기상
3-1-1-1 맟춤형 포인트예측기술 개발 ②
3-2. 미래대비 기술개발 지원 3-2-1. 도시생태 연구지원
3-2-1-1. 기후변화 적응 도시생태계 관리시스템 서비스 ②
※ 세부사업분류: ①핵심기반기술 개발, ②응용기상모델 개발, ③기상정보서비스 시험운영 표 1. 세부과제 현황
다(3대), 에어러솔 라이다(2대), 라이다식 운고계(2 대)를 설치하였고, 도시집중관측 및 모델검증을 위 해 통합미기상관측시스템(5대), 광학현열플럭스측 정기(1대), 도시에너지수지관측시스템(14대), 디지 털모기측정장비(3대), 수문수질자동측정장비(2대),
도로기상관측시스템(6대), 이동형 도로기상관측시 스템(1대)를 구축하였다. 또한 관측망 구축 이외에 관측자료 표준화 및 품질관리기술 개발, 수치모델 물리과정 개선을 위한 도시지표특성 분석 및 대기경 계층 분석연구를 수행하고 있다(그림 3).
그림 3. 도시기상관측망(40개 지점) 구축 현황
3.2 고해상도 기상모델 개발
사업단에서 개발하고자 하는 고해상도 기상모델 은 스톰규모 예측모델(ASAPS), 도시기후시뮬레이 터(CAS), 전산유체역학(CFD)모델, 농림기상수치모 델(LAMP)이다(그림 4).
현재 기상청에서 운영하고 있는 기상모델 중 가 장 해상도가 좋은 모델은 국지예보모델이며 공간해 상도 1.5km, 시간해상도 3시간, 업데이트주기 6시 간, 예측시간 36시간이다. 스톰규모 예측모델은 수 도권지역에 대해 WRF 모델을 이용하여 1km/30분 해상도, 업데이트주기 1시간, 예측시간 6시간으로
기상정보를 생산하며 특히, 스톰규모의 강우 예측성 능 개선에 초점을 두고 있다. 사업단은 2017년에 시 공간 해상도를 300∼500m/15분으로 개선시킬 계 획이다. 도시기후시뮬레이터는 도시지역에 대해 기 상경계장과 상세지면변수를 고려하여 초고해상도 (10m 이하) 도시환경정보(최저/최고기온, 바람 등) 생산이 가능한 모델이다. 전산유체역학모델은 좁은 지역에 대해 빌딩형태를 고려한 초고해상도(10m 이 하) 바람장과 확산장 생산을 위한 모델이다. 농림기 상수치모델은 작물 생육 및 병해충 예측 등 영농·
영림을 위한 맞춤형 기상정보를 생산하는데 활용하 기 위해 개발하고 있다.
3.3 응용기상모델 개발
융합기상서비스의 최종목표는 기상과 관련된 재 해관리 및 산업분야의 수요기관에 실시간 융합기상 정보를 제공하여 의사결정을 지원하고자 하는데 있 다. 따라서 융합기상서비스에 필요한 응용기상모델 을 새로 개발하기 보다는 고해상도 기상정보와 실시 간 연계하여 과거보다 상세하고 정교한 정보를 제공 하는 것이 기존 연구와의 큰 차이라 하겠다.
표 1에 기술된 과제명은 사업설명 및 예산확보 과 정에서 표 2의 융합기상 서비스 분야의 내용으로 일 부 변경되었다. 도시미세기후 분석연구에서는 공간 해상도 10m 이하의 열과 바람정보 생산기술을 토대 로 도시계획/관리를 위한 의사결정을 지원하고자 한 다. 도시돌발홍수 예측연구에서는 서울시 전체지역 에 대해 6m 격자단위 침수심정보를 기반으로 저지 대 주거지와 도로에 대해 침수위험정보를 제공하고 산지지역에 대해서도 고해상도(1km) 돌발홍수 위험 도 정보를 제공하고자 한다. 대도시 위험물질 확산 예측 연구에서는 테러, 화재, 화학물질 유출사고 시 빌딩형태가 고려된 10m 이하의 고해상도 확산장 시
나리오를 생산하여 제공할 계획이다. 도로기상 예 측기술 개발에서는 수도권 주요도로에 대해 기존에 제공되고 있는 교통정체정보 이외에 상세구간단위 (1km 이하)의 도로위험기상정보(결빙, 침수 등)를 제공한다. 농림기상연구에서는 작물수확 및 병해충 예방에 지원이 가능한 맞춤형 농림기상정보를 제공 하고, 에너지기상기술 개발에서는 재생에너지 개발 에 활용가능한 태양광과 풍력에 대한 상세정보를 생 산할 계획이다. 도시생태연구에서는 현재 서울시에 서 개발하여 서울시 전체지역에 대해 단일값으로 제 공되고 있는 모기활동성 예측지수를 격자/동/구 단 위로 제공할 계획이다.
4. 활용방안
기상청은 2016년을 영향예보(impact-based forecast) 원년으로 선포하였다. 영향예보는 비나 눈이 언제, 어디에 오는지에 대한 정보뿐만 아니라 대설이나 강풍으로 인한 항공기/여객선 결항 가능 성, 결빙/안개 등에 의한 도로의 교통사고 위험가능 그림 4. 도시농림기상모델 개발 현황
표 2. 응용기상분야 연구개발목표 및 개발현황
융합기상서비스분야 연구개발목표 및 성과 주요성과
도시 미세기후 분석모델 개발
2-1-1-1
• (목표)도시지면특성을 반영한 도시미세기후모델 개발을 통해 지면미기후정보 서비스체계 구축 및 열·바람 영향예보 지원
• (성과)서울시 도시미세기후 분석모형 구축 및 서울시 상세(10m) 바람환경(지표면마찰, 오염정체지역, 바람강도, 상대풍속)과 열환경(찬공기 생성량, 지상 10m
기온, 지면 열방출량, 상대기온) 주제도 시험작성 완료 [서울시 바람/열환경 주제도 생산 결과]
도시 돌발홍수 예측기술 개발
2-1-2-1
• (목표)방재유관기관에 도시돌발호수 예측정보를 실시간으로 사전제공함으로써
홍수예방·대비·대응방안의 효과적인 의사결정 지원
• (성과)서울시 전체지역에 대한 고해상도(6m) 침수예측정보 및 수도권 고해상도(1km) 산지돌발홍수
위험도 생산체계 구축 완료 [도시침수 및 산지돌발홍수정보 생산체계 구축]
대도시 위험물질 확산 예측기술 개발
2-1-2-3
• (목표)전산유체역학기반 도시상세 바람장/확산장 생산기술 개발과 시나리오 DB 구축을 통한 대기위험물질 확산 지원
• (성과)기상모델-전산유체역학 연계기술 개발 및 강남선릉지역의 지표자료를 적용하여 수평해상도10m의
상세바람장 및 확산장 생산 완료 [시범지역 상세바람장 생산 결과]
기상상황에 따른 도로기상 예측기술 개발
2-1-3-1
• (목표)자동차센서 관측자료 활용기술 개발과 노면온도 및 노면결빙예측모델을 이용한 구간별 도로위험기상정보 서비스 지원
• (성과)노면온도와 열수지를 이용한 노면상태 예측모형 원형 및 차량 자가진단장치(OBD)를 이용한 이동차량
센서자료 수집체계 구축 완료 [차량센서 기반 도로관측정보 수집체계 구축]
수요자 맞춤형 영농지원기술 개발
2-2-1-1
• (목표)지속가능한 영농·영림을 위한 농림업 종사자 및 정책입안자의 의사결정 지원
• (성과)물/탄소/플럭스 관측자료 처리, 농작물 병해충 예측, 농경/산림지 물순환 해석기술 개발
[기온/바람 및 순생태계 교환 정보]
에너지수요예측을 위한 기상정보 활용기술 개발
3-1-1-1 3-1-1-2
• (목표)기상인자와 도시구조가 반영된 재생에너지(태양, 풍력) 관련 정보생산을 위해 응용모델간 접합을 통한 빌딩단위 정보 생산
• (성과)계절별 전력소비량과 기상정보 상관성 분석 및 시단위 기상정보를 고려한 경우 전력수요 예측정확도
개선정도 제시 [기상정보와 전력소비량 상관성 분석 및 기상정보 활용성 평가]
도시 생태계 지원
시스템 서비스 3-2-1-1
• (목표)기상요인과 생태환경을 고려한 서울시 구단위 모기활동성지수 개발 및 영향예보 지원
• (성과)모기활동성지수 예측모델 원형개발 완료 및 구단위 평가 수행
[서울시 구단위 모기활동성지수 예측모형 원형개발]
성, 집중호우로 인한 침수지역 발생 가능성을 제공 하는 것을 의미한다. 즉, 기상과 관련한 모든 분야에 서 2차적으로 발생할 수 있는 현상/위험에 대해 그 발생 가능성을 제공하고자 하는 것이다. 따라서 사 업단에서 수행하고 있는 7대 융합기상서비스 분야 에 대해서 영향예보를 위한 기술지원이 가능할 것으 로 판단된다.
융합기상서비스 분야에 대한 각 수요기관은 그림 5와 같다. 도시돌발홍수, 도로위험기상 등 재해와 관련해서 국민안전처, 경찰청, 지자체 방재담당부 서가 주요 수요기관이며 에너지, 도시미세기후 등은 지자체 도시계획 담당부서 및 민간기업에서 활용가 능하다. 농림기상분야는 농촌진흥청을 비롯한 관련
기관이 주요 수요기관이다. 또한 사업단에서 운영하 고 있는 수도권 고밀도 기상관측자료와 스톰모델의 고해상도 기상예측정보는 유관연구소와 학계, 물관 리 기관에서 활용될 수 있다.
기상청/수도권기상청/한국기상산업진흥원은 수 요기관과의 협의를 통해 재해, 도시계획 등에 있어 의사결정을 지원할 수 있는 정보를 제공하고 사업단 은 수요기관이 만족할 수 있는 고도화된 정보의 생 산과 이를 구현할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.
또한 수요기관에서의 활용가능성을 높이기 위해서 는 연구개발 단계에서부터 유관기관과의 충분한 공 감대 형성을 위해 노력하고 있다.
그림 5. 융합기상서비스 수요기관
5. 맺음말
지금까지 국토교통부, 국민안전처, 지자체 등 기
상재해, 기상현상과 관련된 정보를 이용하는 기관들 은 정책활용 및 현업서비스를 위해 많은 연구를 수 행하였다. 다만, 기상과 타 분야의 이해와 협력이 필
참고문헌
관계부처합동 (2010). “이상기후 특별보고서.”
관계부처합동 (2011). “이상기후 보고서.”
KDI 공공투자관리센터 (2011). “2011년도 예비타당성조사 보고서-차세대 도시·농림 융합 스마트 기상서비스 개발사업.”
수적임에도 불구하고 기상청에서 생산하는 예보중 심의 기상정보에 의존하여 연구를 수행해온 것이 현 실이며 이로 인해 실시간 서비스의 한계, 결과의 정 확도 문제가 지속적으로 제기되어 왔다.
본 사업단은 기상과 타 분야의 전문가가 하나의 조직에서 유기적으로 협업을 할 수 있는 체계를 가 지며 사업단 소속 연구원들이 직접 연구를 수행하므 로 사업목표 달성을 위해 보다 적극적으로 임할 수 있는 장점이 있다. 사업이 종료되는 2019년 이후에 는 고해상도 기상정보를 토대로 한 실시간 융합기상
서비스가 구현되고 이를 통해 기상재해, 도시계획 관리의 첨단화 및 기상정보의 가치가 증대될 것이라 확신한다.
감사의 글
이 연구는 기상청 차세대도시농림융합스마트기상 서비스개발(WISE) 사업(KMIPA-2012-0001-1)의 지원으로 수행되었습니다.
