사두르니(Sadourny): 일기 예보를 믿을 수 있을까? (Peut-on croire la météo? 2003)

일기 예보를 믿을 수 있을까? (Peut-on croire la météo? 2003) 로베르 사두르니, 정나원, 민음IN: 19, 2006, P. 79. 원제 Peut-on croire la météo? 2003 - 로베르 사두르니(Robert Sadourny, s.d..)- 정나원: 성균관대 불문과 대학원을 졸업했으며, - 이동규 감수: 서울대 기상학과, 미국 위스콘신매디슨 대학에서 박사 학위, 서울대 교수. *** # 󰡔일기 예보를 믿을 수 있을까?(Peut-on croire la météo? 2003)󰡕 사두르니(Robert Sadourny, s.d..)* 차례 4 * 질문: 일기 예보를 믿을 수 있을까? 7 자연과학의 여러 학문 분과 중에서 주로 날씨 문제를 다루는 과학을 기상학이라 한다. 기상학을 달리 ‘대기 과학’이라고도 하는데, (7-8) 날씨 속담.. “제비가 낮게 날면 비가 온다” “아침에 안개가 씨면 날이 맑다” ..[기후에 관한 것: 감꽃이 질 때까지 비가 오지 않으면, 논을 갈아엎고 메밀을 심었다. 천수답을 가진 가난의 이야기다]날씨를 이해하려면 먼저 기후와 날씨(기상)를 구분할 줄 아아야 한다. .. 기후는 일정한 지역 또는 일정한 기간에 나타나는 가장 평균적인 날씨를 말한다. 그러므로 기후라는 말은 아주 장기간에 걸쳐서 나타나는 특정한 대기 상태를 가리킬 때에만 쓸 수 있는 것이다(10-11) 제1장 일기 예보란 도대체 무엇인가? 12 󰋮왜 일기 예보가 필요할까? 15 로마시대에 상업이 급격히 발달했을 때 사람들은 지중해 지역의 바람 상태에 대하여 알고 싶어 했다. 15세기 초부터 대항해시대가 시작되자 사람들은 특정한 지역을 넘어서 지구 전체의 날씨에 대한 정확한 정보를 제공받고 싶어 했다. (15) [대항해 시대, 포르투칼의 엔리케 왕자가 아프리카 항로를 개척한 것을 시발점으로 한다. 들뢰즈는 󰡔천개의 고원󰡕에서 1440년으로 시점을 잡았다.] 워털루 전투에서도 날씨가 무시못할 역할을 했음을 잊지 말자. - 주: 워털루전투에서 때마침 쏟아진 폭우로 나폴레옹 군이 자랑하던 포병이 무력화된 사건을 말한다. 이는 곧 나폴레옹의 패배와 몰락을 가져왔다. (16) [이성계의 위화도 회군에도 비오는 날씨를 핑계 삼았다. 이성계 부대의 주력이 궁수들인데 궁이 비에 젖으면 쓸모가 없다고 하는 데, 좀 과정인 듯하다] 농부들은 농사 일정을 결정하는 날씨 정보에 대단히 신경을 쓴다. (16-17) [정약용의 둘째아들 정학유(丁學遊, 1786-1855)가 지은 농가월령가는 24절기에 맞추어져 있다. 이 농가 월령가가 이렇게 늦게서야, 실학파들에 의해서 알려졌다는 점을 상기할 필요가 있다.] 1857년에 프랑스에서 세계 최초로 설립된 기상 관측소는 열 아홉 곳이었다. (17) [눈 비를 재는 기구는 훨씬 오래 있었다. 해시계가 있을 때 측우기가 있었지 않았을까?]󰋮기상 관측 도구들에는 무엇이 있어 왔는가? 18 주: 1853-1856년 재정 러시아와 투르크, 영국, 프랑스, 사르데냐 연합군이 벌인 크림전쟁에서 연합군은 폭풍에 의해 치명적 타격을 입었다. .. 지중해의 폭풍의 진로를 예견하기 위해, 국방부의 의뢰를 받아 그 일을 맡은 것 당시 파리 천문대장 르베리에(Urbain Le Verrier, 1811-1877)였다. (18) 특히 1930년 경부터는 라디오송드(라디오존데, Une radiosonde)라는 기구가 발명되어 대기층의 바람, 기온, 습도를 측정하는 쓰이고 있다. (18-19) [러시아 기상학자인 몰카노프(Pavel Alexandrovich Molchanov, 1893–1941)가 1930년 라디오송드를 발명하여 날렸다.]한편 제2차 세계대전 중에는 레이더가 기상관측에 이용되었으며, 1950년대부터는 최신 발명품인 컴퓨터가 기상 예보에 동원되었다. (19) 배나 비행기를 보내서 직접 기상데이터를 수집하기도 했다. 이 역시 전혀 쓸모없은 것은 아니었지만, 여전히 지구 전역의 기상 데이터를 확보하기에는 턱없이 부족했다. (20)󰋮기상 위성은 무슨 일을 하는가? 21 [1960년 4월 1일,]인류 최초의 기상 위성 타이로스 1호가 미국에서 발사된 것이다. (21) 날씨를 예측하는데 위성이 쓰이기 시작한 것은 기상관측의 역사에서 일대 혁명을 불러왔다. 과거에서는 도저히 상상할 수 없는 위치에서 지구를 내려다 봄으로써 지구 전체를 관찰할 수 있게 되었으니 말이다. (25) [한 위성이 관측하는 것은 결국 부분인데 ..] 여기서 한가지 주의해야 할 것이 있다. 능동적 탐측기[주로 레이더 지칭]든 수동적 탐측기든 현재 어떤 위성에 실려 있는 탐측기도 날씨에 가장 큰 영향을 미치는 요소주의 하나인 바람을 측정할 수 없다. (28) [ㅋ ㅋ 바람이라 참으로 이상하다. 인간에도 바람은 측정가능하지 않지 않겠는가? ...]제2장 기상 예보는 어떻게 만들어지는가? 29 󰋮왜 수치 모델이 필요할까? 31 내일의 날씨를 알기 위해서는 과거와 현재의 날씨를 근거로 하여 미래를 예측하게 할 수 있도록 해 주는 어떤 모델이 필요하다. (31)󰋮수치 모델이란 무엇인가? 32 [베르누이(Daniel Bernoulli, 1700–1782) 스위스 수학자, 물리학자. 유체역학 전문가이다. 개척자이며 확률론과 통계학의 개척자이다. ] 슈퍼 컴퓨터를 이용 ... / 먼저 공간적으로 항상 연속되어 있으며, 시간적으로 늘 이어져 있는 대기를 인위적으로 가로세로로 잘라 격자 모양으로 만든 후 격자점마다 바람, 기온, 풍속, 압력, 평균습도를 대입한다. .. 다음으로는 유한한 수의 격자점으로 이루어진 집합에 다시 연속방정식과 비슷한 형태의 방정식을 부여한다. (34) 따라서 완벽한 예보란 불가능하다. (36)󰋮날씨를 예측하려면 격자점이 얼마나 필요할까? 37 10만개의 격자점으로 지구 전체를 나타내는 경우, 서로 이웃한 두 격자점 사이의 간격을 대략 70킬로미터 정도이다. (39)차를 타고 가면서 1킬로미터 전에는 비가왔지만, 지금 여기는 비가 오지 않는 경험을 한적이 있었을 것이다. (39) [국지성호우, 소의 머리는 비에 젖는데 꼬리는 비가 안 젖는다고 한다] 19세기에 프랑스 천문학자 프랑수아 아라고(François Arago, 1786-1853)는 카오스 개념을 정확히 이해하고, 어던 진지한 과학도 날씨를 정확히 예측하지 못한다고 말했다. (40) 해안선이나 산맥의 모습을 묘사하려고 할 때처럼 프랙털 이론으로 풀려고 해도 한계가 있다.(41) [만델브로(Benoît Mandelbrot, 1924-2010) 리투아니아계 유태인, 폴란드 바르사바 태생, 미국 수학자. 히틀러를 피해 프랑스로 왔다. 프랙털 이론 창안.]󰋮초기 상태는 어떻게 설정할까? 42 날씨를 예측하려면 두 가지가 필요하다. / 첫째, 대기 상태의 변화 양상을 계산해 주는 수치모델 / 둘째, 수치 모델의 출발점이 되는 초기 상태. (42)현재로서는 이렇게 하는 것이 최선이다. 매일 이전 24시간의 예측자료를 재검토하고, 모든 관측자료들을 분석한 다음 이를 조금씩 가공하여 그 날의 초기상태를 정하는 것이다. (44)󰋮도대체 며칠 앞을 의미 있게 예측할 수 있을까? 46 1961년 미국의 기상학자인 에드워드 로렌츠(Edward Norton Lorenz, 1917-2008)는 .. 대기 상태가 나타나는 양상이 똑같은 날들을 찾아서 비교해 보자고 했다. (46-47) [로렌츠(Edward Norton Lorenz, 1917-2008) 미국 수학자, 기상학자, 카오스이론 개척자. 나비효과(butterfly effect)의 개념을 창안했다. 1963년 󰡔Journal of the Atmospheric Sciences󰡕에 발표한 논문 ｢Deterministic Nonperiodic Flow｣에서 카오스 이론을 기초하였다. 그리고 1969년에 나비효과의 서술이 나왔다. ]] 그 결과 처음에는 매우 비슷했던 닮은 꼴 기상 상태가 10일에서 15일 후에는 완전히 다른 모습으로 변하는 것을 발견한 것이다. 20세기 후반 과학계를 풍미한 카오스 이론이 탄생하는 순간이었다. (47) 로렌츠의 발견에 따르면 이러한 조건에서도 오류의 급속한 증가는 전혀 줄어들지 않는다. 2.5일마다 2배 정도 차이가 난다. (48) 예보에는 10일에서 15일 정도의 절대한계가 존재하며.. (49) 󰋮 날씨의 예측에는 왜 한계가 있을까? 49 오류의 급격한 증가(기하급수적인, 또는 그보다 더 빠른 증가)는 수학적으로 비선형이라고 불리는 모든 시스템에서 나타나는 공통된 특징이다. (49) [시간이 독립변수이라고 보거나(갈릴레오, 뉴턴 이전), 종속변수라고 보는(아인슈타인) 것은 선형함수이다. 벩송의 시간(지속) 비선형이다. 즉 전자의 것은 예측가능한 범위를 정하는데 비해, 후자는 범위에 관계 없이 지속의 반복적 축적은 예측불가능하다. 비선형을 함수로서 표시하는 것은 아직은 없다. 있다하더라도 기상학처럼 열흘정도 그것은 요소의 몇몇 부분에 한정하여 예측가능하지, 총체적이고 계속적인 예측은 저자의 말에 의하면 2.5일 정도면 2배의 차이가 나듯이 거의 불가능하다. 말하자면 기초자료와 완전히 바꾸어야 할 자료가 등장한다는 것이다. / 인격에서도 마찬가지일 것이다. 스토아사상처럼 생명체는 지구(우주)의 변화와 연속적인 면이 있다는 것을 부정하지 않아야 한다. (48QKE)] / [비선형의 발전 또는 생성을 인격으로 본 철학자는 소크라테스이다. 기하학자인 테오도로스(Théodore de Cyrène, Θεόδωρος ὁ Κυρηναῖος, 전465경-전398)로부터 나선형 구조를 배웠을 것이다. 선형도 순환형도 아닌 것이 있다. (48QKJ) ] 처음에는 극히 작고 부분적인 교란조차도 이런 과정이 반복됨에 따라 강도와 규모가 점점 커져서 결국에는 유체의 본질에도 영향을 준다. 대기 역시 유체이므로 이 법칙에서 예외일 수 없다. 부분에서 나타나는 아주 작은 교란조차도 결국 지구 전체에 영향을 미치는 것이다.(50) ‘나비효과’의 경우에도 .. 대기에 영향을 주는 아주 사소한 변화가 지구 전체 날씨를 변화시킨다. 이 말은 결코 증명할 수 없지만 일기예보의 한계를 설명하는데 아주 유익힌 은유이다. 기상현상에는 모든 예측을 약화시키는 우연한 기상현상이 반드시 존재하는 것이다. (51) 제3장 일기 예보를 어떻게 개선할까? 53 󰋮일기 예보는 어디까지 와 있는가? 55 거의 시간마다 새로 일기 예보가 이루어지며, 그 중에는 직전 예보 시간과 다른 날씨를 예보하는 경우도 상당히 많다. (56)󰋮통계적 예보를 어떻게 실현할까? 56 통계적 예보는 미래의 날씨 변화에 대한 모든 가능성을 포함하므로 결정론적 예보보다 오히려 현실을 더 완벽하게 표현한다. (58)󰋮비 오는 것을 예측할 수 있을까? 58 수많은 기상 현상들 중에서도 비는 날씨의 카오스적 특성을 드러내는 가장 흔한 예이며, 날씨의 우연성을 나타내는 가장 좋은 표지이다. 요컨대 비는 통계적 예보를 가장 어렵게 만드는 요소인 것이다. (58)󰋮기압은 일기 예보에 어떤 영향을 미칠까? 59 앞에서 예측가능성의 한계가 10일에서 15일이라고 했던 것은 기상현상 전체를 염두에 둔 일종의 평균치를 말한 것 뿐이다. (59) [24절기를 보름으로 나눈 것은 기상의 변화에 대한 평균치인 셈이다. 각 절기에 꽃의 개화와 비교하는 것은 좋은 한 방법일 것이다. 겨울은 ?] 고기압 상태가 저기압 상태보다 날씨를 예측하기가 쉽다. 저기압은 무(無)로부터 나온다. (61) [우리나라 겨울은 고기압과 저기압의 교차현상일 것이다] 󰋮일기 예보가 믿을 만한지 어떻게 알 수 있을까? 통계적 접근 방식은 신뢰도 면에서 아주 뛰어난 예보 가능성을 갖고 있다. (62)제4장 10년 후의 날씨를 예측할 수는 없을까? 63 󰋮먼 미래의 날씨를 알 수 있는 방법은 없을까? 65 [답이 없다]󰋮몇 달 후의 날씨를 알아낼 수 있을까? 67 한마디로 말해 날씨보다는 날씨 유형이 더 긴 기간에 대한 예측이라 할 수 있다. (67) [24절기는 날씨 유형을 표현하기 위한 방편이다.]엘니뇨란 남아프리카 서쪽 해안을 따라서 흐르는 페루 해류의 적도 해역 수온이 주변 해역보다 섭씨 2-10도 정도 높아지는 현상이다. 짧게는 2년, 길게는 6년 정도에 한 번씩 불규칙하게 나타나며, 대기 순환에 커다란 변화를 가져와 전세계에서 수많은 이상 기상 현상을 일으킨다. (68) 󰋮기후 변화도 예측할 수 있을까? 70 기후 모델은 온실가스의 급속한 방출 때문에 한 세기 뒤에는 지구의 기온이 평균 3도 정도 올라간다는 예측을 보여준다. (70) [이 책 시리즈 2번 󰡔기후가 미친 걸까?󰡕을 참조하시오]기후 모델은 실제 자연처럼 비가 내리고 눈이 오도록 만들어졌다. 기후모델은 각자의 고유한 특징에 따라 지표면과 대기에서 온도 변화를 일으키고, 적외선 복사와 태양복사를 고려하면서 구름을 만들어 낸다. (71) 제5장 나비 효과를 막을 수 있을까? 73 󰋮 15일이라는 한계를 넘을 수 있을까? 75 북경 하늘을 나는 나비의 날개짓 한번이 15일 후에 지구 전체의 날씨를 온통 바꾸어 버리는 것이다... /.. 이때 15일은 대기 운동의 예측 가능성에 대한 이론적 한계를 보여준다. (75) 프랑스 수학자 라쁠라스(Pierre-Simon de Laplace, 1749-1827)의 생각에 따르면, 우리가 어떤 순간에 어떤 지역의 날씨를 하나도 빠짐없이 정확히 알 수만 있다면 미래의 날씨를 완벽하게 알아내는 것이 가능하다. (78) [물리학의 한계이다. 경험상 완벽하게 다 알 수 있는 방법이 없다. 아르키메데스는 지랫대와 받침점을 주면 지구를 들 수 있다고 한다. 마찬가지로 경험에는 있을 수 없는 이야기일 뿐이다. 파랭이는 이를 진리처럼 받아들인다. 신은 우주를 만들었다고 그냥 하는 이야기일 뿐이며, 답은 자연이다. (48QKJ)* 더 읽어 볼 책들 79 - 김영섭 외, :대기 역학 에센스“ 시그마프레스, 2003- 반기성, “전쟁과 기상”, 명진 출판사, 2001 - 윤성탁, “생활기상 이야기” 단국대 출판부, 2001- 이동규 외, “21세기 과학 포커스” 사계절, 1996. - 하경자, “대기의 열역학”, 시그마프레스, 2001.- 로베르 사두르니, 김은연, “기후”, 영림카디널, 2003. [로베르 사두르니(Robert Sadourny, s.d..), Le Climate de la terre, ?? ]- 매들린 내시, 이면우 외, “엘리뇨의 비밀” 중심, 2003. [매들린 내시(J. Madeleine Nash, s.d.), El nino: unlocking the secrets of the master weather-maker, / 매들린 내시: “타임”지 과학 선임기자.]- 얀 클라게, 이상기, “날씨가 역사를 만든다” 황소자리, 2004. [Jan Klage, Wetter macht geschichte, 얀 클라게(Jan Klage, 1961-) 독일인 사회학전공 <프랑크푸르트 알게마이네 차이퉁>의 마케팅부를 이끌고 있다.]- 존 린치, 이강웅, 김맹기, “길들여지지 않는 날씨”, 한승, 2004. [John Lynch, Wild Weather, ?? / 존 린치(John Lynch, s.d.) 영국, 심리학 전공후 BBC 방송기자. * 논술, 구술 기출 문제 80 (48QKJ)** * * 고유명사 아라고(François Arago, 1786-1853) 프랑스 천문학자, 물리학자, 정치가. 1924년 아라고 원반(Arago's disc, disque d'Arago)을 고안했다(fr.en.Wiki에는 언급없음). 엘니뇨, 남방진동 혹은 엔소(El Niño, Southern Oscillation, ENSO)는 열대 태평양에서 준주기적으로 약 5년 마다 벌어지는 대양- 대기간의 기후 현상을 의미한다. 이름에서 보듯이, 이 거대한 자연 현상은 엔소, 라니냐, 남방 진동이라는 현상을 아우른다. 엘니뇨(스페인어: El Niño) 및 라니냐(스페인어: La Niña)는 열대 지방의 태평양에서 발생하는 해수면 온도의 급격한 변화를 의미한다. 엘니뇨와 라니냐라는 이름은 각각 ‘남자 아이’와 ‘여자 아이’를 의미하는 의미하는 스페인어이며, 특히 이 현상이 크리스마스 직후에 나타나는 경우가 많아 ‘아기 예수’라는 의미를 갖게 되었다.엔리케(Henri le Navigateur, en portugais : Henrique o Navegador, 1394-1460): 포르투갈 왕 주앙 1세(João I, 1358–1433, 재위 1394-1460)와 영국의 랭커스타 공주 필립(Philippa de Lancastre, 1360–1415)사이에서 태어난 3명의 아들 두아르테(Édouard Ier, Duarte I en portugais, 1391-1438), 페드로, 엔리케(Henri le Navigateur, en portugais : Henrique o Navegador, 1394-1460) 중에서 막내이다. 포르투갈의 왕자로서 왕위를 계승하지 않고 주앙 1세(아비스왕조 Dynastie d'Aviz 창시자)와 형 두아르테(Duarte 재위 1433-1438), 그리고 조카 아폰수 5세(Alphonse V, 1432-1481, 재위 1438 - 1481) 등 세 명의 왕을 섬기면서 통상·대신의 직책을 맡았다. 또 ‘그리스도 기사단장(騎士團長)’으로 북서 아프리카의 세우타를 확보하고 카나리아 ·아조레스 ·마데이라 제도(諸島)에 대한 식민사업을 하였다 / 1415년 8월 16일 이른 아침 약 200척의 포르투갈 선박이 순식간에 세우타를 공격하여 단 하루 만에 승리를 거두었다. 이것에 편승한 에스파냐는 나중에 이베리아 반도의 이슬람 왕국 그라나다를 병합하였으며, 포르투갈 역시 아프리카 특히 서아프리카에서 패권을 장악하였다. / 1418년에 세우타에서 두 번째로 귀국한 엔리케는 포르투갈 서남단의 산비센테 곶에 있는 라고스에 정착하여 수학·천문학·지리학을 공부하기 시작하였다. 아라비아 인들이 번역한 그리스의 기하학자 에우클레이데스(Eucleides, 기원전 300년경), 천문학자 에라스토테네스(Eratosthenes, 기원전 284경-기원전 192년?), 프톨레마이오스(Ptolemaeos, 2세기경 그리스의 천문학자, 지리학자) 등의 저서가 많은 참고가 되었다. /이후 공포의 바다로 알려진 아프리카 서해안의 보쟈도르곶에 1422년 이후 탐험대를 파견하여 1434년 그 돌파에 성공하였으며, 계속 남하시켜 1441년 흑인 노예를 얻었다. 이로 인하여 서아프리카 항로가 개척되고, 1446년 북위 8도의 기니에 이르러 자비도항자(自費渡航者)를 인가하였다. 이로부터 남쪽은 바람과 해류의 역조(逆潮) 등 악조건 때문에 탐험은 진전되지 못하였고, 그가 죽은 뒤에는 더욱 저조하였다. 그러나 그는 포르투갈 남단, 서글레스에 천문 ·지리 ·항해의 정보를 수집하는 한편 앞으로의 희망봉 우회(迂回)의 기초 조건을 만들었다. [들뢰즈가 “천개의 고원(1980)” 제14장 ‘매끈한 것과 홈페인 것’ 에 1440년 포르투칼을 염두에 두고 “바다라는 아주 특수한 문제가 제기된다”고 썼다.] 주앙 1세(Jean Ier, John I, en portugais João I, 1357-1433) 삐에르 1세와 루렌소(Thérèse Lourenço) 사이에 태어난 비합적 자식이었다. 라쁠라스(Pierre-Simon de Laplace, 1749-1827) 프랑스 수학자 천문학자 물리학자. 위르뱅 르베리에(Urbain Jean Joseph Le Verrier, 1811-1877) 천체역학 분야에서의 업적으로 유명한 프랑스의 수학자. 파리천눈대장. 로렌츠(Edward Norton Lorenz, 1917-2008) 미국 수학자, 기상학자, 카오스이론 개척자. 나비효과(butterfly effect)의 개념을 창안했다. 1963년 󰡔Journal of the Atmospheric Sciences󰡕에 발표한 논문 ｢Deterministic Nonperiodic Flow｣에서 카오스 이론을 기초하였다. 그리고 1969년에 나비효과의 서술이 나왔다. 만델브로(Benoît Mandelbrot, 1924-2010) 리투아니아계 유태인, 폴란드 바르사바 태생, 미국 수학자. 히틀러를 피해 프랑스로 왔다. 그의 삼촌(Szolem Mandelbrojt)은 꼴레쥬드 프랑스의 수학 교수였다. 제네바 출신 랍비이며 프랑스 유태인 역사 교수 포이에르베르커(David Feuerwerker 1912-1980)의 도움으로 프랑스 리용에서 고등학교를 다니고, 에콜 폴리테크니크에서 공부했다. 1948년 미국으로 갔다. 󰡔Les Objets fractals: forme, hasard, et dimension, 1975; Fractals: Form, Chance and Dimension, 1977󰡕, 󰡔Les Objets fractals, survol du langage fractal, 1975󰡕, 󰡔The Fractal Geometry of Nature 1982󰡕(en)라디오송드, 라디오존데(Une radiosonde)는 상공의 기압, 기온, 습도, 풍향, 풍속 등을 측정한다. 프랑스의 풍선(기구)학자인 브장송(Georges Besançon 1866–1934)이 1892년 기구를 타고 기상을 측정하였다. 드 보르(Léon Philippe Teisserenc de Bort, 1855-1913)는 1898년에 기구를 이용하는 기상학 관측소를 만들었다. 1902년 독일의 기상학자 아스만(Richard Aßmann, 1845-1918)도 기구측정기를 발명했으며 이때 영국 기상학자인 딘스(William Henry Dines, 1855–1927)은 고도측정을 했다. 러시아 기상학자인 몰카노프(Pavel Alexandrovich Molchanov, 1893–1941)가 1930년 라디오송드를 발명하여 날렸다.(48QKJ)