후지쯔와 요코하마국립대학교,
슈퍼컴퓨터 후가쿠 활용해 태풍 관련 토네이도 실시간 예측 세계 최초 달성
Fujitsu Limited와 Yokohama National University는 오늘 첨단 슈퍼컴퓨팅 기술을 사용하여 세계 최초로 여러 태풍 관련 토네이도를 실시간으로 예측하여 재해 대비를 크게 개선했다고 발표했습니다.
이 새로운 기술은 최적화된 대규모 병렬 처리와 Kazuhisa Tsuboki 교수가 Fujitsu의 Fugaku 슈퍼컴퓨터에서 개발한 기상 시뮬레이터인 향상된 Cloud Resolving Storm Simulator(CReSS)를 결합한 것입니다. 이를 통해 대규모 태풍과 소규모 토네이도를 모두 포함하는 단일 고해상도 시뮬레이션이 가능해져 정확하고 실시간 예측이 가능합니다.
이전에는 2024년 8월 일본 규슈 지역을 강타한 태풍 10호의 토네이도 시뮬레이션에서 토네이도가 발생할지 여부를 예측하는 데 11시간 이상이 걸려 예측이 실제로 적용되지 않았습니다. 이 기술을 사용하면 예측 시간을 80분으로 대폭 단축하여 두 파트너가 토네이도 발생을 4시간 전에 예측할 수 있었습니다. 이 예측 계산에는 후가쿠의 계산 리소스의 5%만 사용되었으며, 이는 앞으로 더 큰 규모와 빠른 예측이 가능하다는 잠재력을 보여줍니다.
두 파트너는 2024 회계연도 내에 향상된 CReSS를 연구 커뮤니티에 출시하여 심각한 기상 현상에 대한 예측을 크게 개선하고 재해 완화 노력을 강화할 것입니다.
배경
일본의 토네이도의 약 20%는 태풍과 함께 발생합니다. 토네이도 피해가 증가함에 따라 일본은 2008년에 토네이도 경보를 발령하기 시작했습니다. 그러나 강수와 같이 높은 정확도로 예측할 수 있는 기상 현상과 비교했을 때 토네이도는 규모가 작고 지속 시간이 짧아 예측하기 어렵습니다. 현재 토네이도 경보의 유효 기간은 약 1시간이며, 더 긴 경보 기간에 대한 요구가 있습니다.
후지쯔와 요코하마 국립대는 2022년 11월에 공동 연구 프로젝트를 시작하여 지구 온난화로 인해 심해진 태풍과 관련된 사회적 과제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 후지쯔 소규모 연구실의 "후지쯔-요코하마 국립대 태풍 과학 기술 연구 센터 협력 연구실"에서 수행한 이 협업은 태풍 형성 메커니즘을 이해하고 태풍 예측 시뮬레이션의 정확도를 가속화하고 개선하는 데 중점을 둡니다.
공동연구사업의 성과
1. 응용기술
CReSS 기상 시뮬레이터는 구름 규모(수평 50m-2,000m)에서 메조 규모(수평 2km-2,000km)에 이르는 고정밀 기상 시뮬레이션을 기반으로 토네이도를 생성하는 슈퍼셀 뇌우의 형성과 발달을 정확하게 시뮬레이션합니다. 그러나 CReSS의 원래 설계는 태풍 관련 토네이도 예측에 필요한 대규모 병렬 처리(수천 개의 노드)에 적합하지 않아 병렬 계산 시간이 지나치게 길어 실시간 예측에 적합하지 않았습니다.
이를 해결하기 위해 CReSS의 경량 버전이 개발되어 필요한 예측 정확도를 유지하면서도 계산 요구 사항을 크게 줄였습니다. 또한 Fujitsu의 대규모 병렬 처리 기술을 사용하여 Fugaku의 서버 네트워크 구조에 대한 시뮬레이션 처리 매핑을 최적화하고 계산과 파일 출력의 중복 실행을 구현했습니다. 이를 통해 Fugaku에서 시뮬레이션 시간이 크게 단축되어 이전보다 훨씬 빠른 예측 결과가 가능해졌습니다.
2. 지원 결과
예측 실험은 2024년 8월 일본 규슈에서 토네이도 피해를 입힌 태풍 10호에 대한 후가쿠의 8,192개 노드에서 CReSS를 사용하여 수행되었습니다. 온도, 기압, 습도, 풍향 및 풍속을 포함한 3D 공간 데이터를 활용하여 시뮬레이션은 규슈 동부 해안을 따라 발생한 여러 토네이도를 성공적으로 재현했습니다. 그림 1은 태풍 전체에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주고, 그림 2는 규슈 동부 해안의 20km x 20km 지역에서 바람과 구름의 움직임을 시각화하여 여러 토네이도 형성을 명확하게 보여줍니다.
후지쯔와 요코하마국립대학교, 슈퍼컴퓨터 후가쿠 활용해 태풍 관련 토네이도 실시간 예측 세계 최초 달성
Fujitsu Limited의 Fujitsu Research 총괄 EVP인 Seishi Okamoto는 다음과 같이 말했습니다.
요코하마 국립 대학과의 2년 이상에 걸친 프로젝트인 공동 연구의 중요한 결과를 공유하게 되어 기쁩니다. 이러한 성공은 우리의 전문성과 기술의 통합을 더욱 촉진할 것입니다. 태풍 발생 예측 및 예측 시뮬레이션 연구를 발전시킴으로써 우리는 기상 관련 재해를 완화하고 그 영향을 줄여 후지쯔의 핵심 중요 주제 중 하나인 지구 환경 솔루션에 기여하고자 합니다.
요코하마 국립대학교 다학제 과학 연구소 TRC 소장인 히로노리 후데야스 교수는 다음과 같이 말했습니다.
후지쯔-요코하마 국립대학교 태풍 과학 기술 연구 센터 협동 연구실의 연구는 이전에는 도전적인 기상 현상이었던 태풍 관련 토네이도를 예측하는 데 있어 중요한 진전을 나타냅니다. 슈퍼컴퓨터 후가쿠와 고해상도 모델링을 통해 모든 규모에서 고정밀 시뮬레이션이 가능해져 조기 경보 시스템을 개선하고 이러한 파괴적인 사건의 영향을 완화하는 데 필수적인 실시간 예측이 가능해졌습니다. 이 획기적인 발전은 환경적 결과를 최소화하는 동시에 재해 위험 감소에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
미래 계획
태풍을 포함한 기상 재해에 대한 연구를 가속화하기 위해 Fujitsu와 Yokohama National University는 이 회계연도 내에 CReSS의 대규모 병렬 버전을 공개할 계획입니다. 또한 이러한 성과를 바탕으로 두 기관은 AI 기술을 활용하여 속도와 예측 정확도를 더욱 개선하기 위해 노력할 것입니다. 이러한 노력을 통해 Fujitsu의 핵심 중요 주제 중 하나인 지구 환경 문제 해결에 기여할 것입니다.
Fujitsu and Yokohama National University achieve world’s first real-time prediction of tornadoes associated with typhoons using supercomputer Fugaku
https://www.fujitsu.com/global/about/resources/news/press-releases/2025/0212-01.html
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