수치예보

요약 현재의 대기상태에 대한 정보에서 앞으로의 대기상태에 대한 정보를 계산하여 예측하는 일을 말한다. 1922년 L.F. 리처드슨이 처음으로 실행하였으나 실패하였으며 현재는 대형컴퓨터를 이용하여 대기상태에 대한 정보를 계산해낸다.

현재의 대기상태에 대한 정보에서 미래의 대기상태에 대한 정보를 계산해 내는 일이다. 이것을 하기 위해서는 ① 기상인자의 초기상태에 대한 정보를 알아야 하고, ② 대기운동을 지배하는 예보방정식 세트, 즉 대기 모델이 있어야 하며 ③ 시간 안에 수치해를 구할 수 있는 방정식의 적분 방법이 있어야 한다.

이런 계산에는 보통 대형 컴퓨터가 이용된다. 수치예보에 대한 이론을 처음으로 생각해낸 사람은 J.A.B.비에르크네스(1904)이며, 그의 영향을 받아 1922년에 L.F.리처드슨이 처음으로 유한차 방법을 써서 실제로 일기 예상을 시도하였으나 실패하였다. 당시의 관측장비 및 계상장비에 비하여 그의 모델은 너무 복잡하였기 때문이다. 그후 1939년 C.G.A.로스뷔는 가장 간단한 대규모 대기운동에 대한 모델을 제안하였다. 지금은 이것을 순압대기 모델(barotropic model)이라고 한다. 그후 1946년에 J.L.V.노이만에 의하여 최초로 ENIAC컴퓨터가 만들어지고, 1950년에는 노이만 등에 의하여 실제 초기조건에 의한 최초의 예보가 성공하였다. 그 후 1950년에서 1960년까지 다파라미터, 다층모델에 대한 많은 연구가 이루어졌으며 1960년쯤부터는 원시방정식 모델이 광범위하게 연구되고 있다.

수치예보에 쓰이는 대기운동을 기술하는 방정식에는 운동방정식, 열역학방정식, 연속방정식, 기체법칙 등이 있다.

대기 내에는 시간 및 공간 규모가 다양한 수많은 교란이 존재하는데, 실제 수치예보에서는 기상학적 현상만의 정확한 예측이 목적이므로 지배방정식을 완전히 풀 필요는 없고 기상현상에만 초점을 맞추는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 문제를 다루는 것이 쉽고 단순하며, 구체적으로 되기 때문에 여러 가지 이점이 있다. 이렇게 지배방정식을 간단하게 함으로써 기상학적 현상에 대응하는 특수해를 얻을 수 있다. 그러기 위해서는 기상학적 현상과 관련없는 음파와 중력파를 제거해야 한다. 기압분포가 정역학적 평형상태에 있다고 가정하면 연직으로 전파하는 음파는 제거된다.