일기예보(日氣豫報)

인류는 수천 년 전부터 일기를 예측해 왔다. 기원전 650년 바빌로니아에서는 구름의 움직임을 보고 날씨를 예측하였으며, 기원전 340년에는 아리스토텔레스가 기상학에 근거하여 기후의 패턴을 그렸다. 중국의 날씨 예측은 적어도 기원전 300년으로 거슬러 올라간다. 일반적으로 고대의 일기 예보는 기후의 패턴을 찾는 경험에 의존하였다. 이를테면, 해가 질 때 하늘이 붉었으면 다음날은 맑을 것이라고 예상하는 것 등을 들 수 있다. 그러나 이러한 경험에 따른 일기 예보는 엄격한 통계학적인 분석에 의거하지 않는다고 판명되었다.

오늘날 일기 예보는 여러 장소의 날씨, 기압, 풍향, 풍속, 기온, 습도 등의 정보를 모아, 대기와 지면 등의 상태를 예측하고 전하는 과학 기술이다. 자연의 대기는 변화가 복잡하고 외부 변수도 많아 기상 변화를 완전히 이해하는 게 쉽지 않기 때문에 일기 예보가 어렵다. 일기 예보에는 엄청난 양의 데이터와 계산이 동원된다. 날씨에 대한 정확한 모형을 만들기 위해서는 무엇보다도 다양한 지점과 고도에서의 온도, 습도, 기압, 풍속 등을 알아야 한다. 날씨 모형은 지구의 자전과 땅, 바다, 공기 간의 끊임없는 상호 작용을 고려한다. 컴퓨터 계산 능력의 발전으로 일기 예보가 향상되기도 했지만 그보다 정확도를 크게 향상시킨 것은 모형의 기반이 되는 수학의 발전 이였다. 수집한 정보를 비선형 편미분방정식을 이용해 근사해를 구하는 방식으로 계산한다. 더 많은 데이터와 더 강력한 컴퓨터가 일기 예보를 향상시킨 겉으로 드러난 원인이지만, 샘플링 기법의 발전과 더 효율적인 데이터의 사용 또한 배후에서 능력 향상에 크게 기여하였다. 그 결과 불과 20년 전의 36시간 예보보다 현재의 3일~7일 예보가 더 정확하다.

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수학교육 전문가
Math4U 원장 김동기

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