AI로 '기후변화' 예측…"정책분석·대응 솔루션 제공"

인공지능(AI)으로 기후변화를 예측하고, 기후변화가 사회·경제에 미치는 영향을 동시에 분석해 정책적 대응을 가능케 하는 '기후 연구모델'이 등장했다. AI가 상업적 도구를 넘어 인류의 위협이 될 기후변화에 대응 솔루션을 제공할 핵심 기술이 될 수 있다는 점에서 의미를 갖는다.

(왼쪽부터) KAIST 전해원 교수, 카르틱 무카빌리 교수, 오혜연 교수. KAIST

KAIST는 녹색성장지속가능대학원 전해원 교수·카르틱 무카빌리(Karthik Mukkavilli) 겸직교수·전산학부 오혜연 교수 연구팀과 중국 북경대·영국 임페리얼 칼리지 런던·이탈리아 밀라노 폴리테크닉대·미국 메릴랜드대·오스트리아 국제응용시스템분석연구소(IIASA) 등 국제 공동연구팀이 AI 기반의 '기후 연구 통합 프레임워크'를 제시했다고 13일 밝혔다.

기후변화는 단순히 지구 온난화 등 자연현상에 국한되지 않고, 인류의 경제·에너지·산업 전반에 영향을 주는 복합 문제다. 하지만 그간 기후변화 연구는 주로 물리적 기후 예측, 사회·경제 영향 분석, 에너지 정책평가 등을 분리해 진행돼 왔다. 서로 다른 데이터와 분석체계를 사용해 온 셈이다. 같은 이유로 이를 종합적으로 연계해 정책 결정에 활용하는 데는 많은 시간이 필요한 단점이 있었다.

공동연구팀은 이 같은 문제를 해소하기 위해 'AI 기반의 기후 연구 파운데이션 모델(AI-Based Climate Research Foundation Model)'을 제안했다. 이 모델은 지구 관측 데이터, 에너지·경제 시나리오, 정책 지표 등 서로 다른 대규모 데이터를 AI가 가상의 분석공간에서 같은 방식으로 이해·분석할 수 있게 하는 게 특징이다.

이러한 분석 방식은 기후변화의 물리적 현상은 물론 기후변화가 경제·사회에 미치는 영향을 동시에 고려해 신속·정교한 예측을 가능케 한다.

특히 공동연구팀은 모델에 '혼합 전문가(Mixture of Experts·MoE)' 구조를 적용해 서로 다른 역할을 하는 AI 모델이 분야별로 상호 협력하는 형태를 설계·실현했다. 물리법칙 기반의 계산 모듈과 통계학습 기반의 AI 모듈을 결합해 예측의 정확·신뢰성을 높이고, 온실가스 감축 목표 도입 또는 신재생에너지 확대 정책이 산업·경제에 미치는 영향을 신속하게 분석할 수 있도록 하는 방식이다.

이번 연구는 단순히 기후변화를 예측하는 수준에 그치지 않고, 정책변화에 따른 사회·경제적 영향을 동시에 분석하는 'AI 기반의 기후 연구 방향'을 제시했다는 점에서 의미를 갖는다.

멀티모달 혼합 전문가 파운데이션 모델. KAIST

한발 나아가 KAIST 연구팀은 이러한 프레임워크를 실제로 구현한 AI 기반의 예측 모델도 공개했다. 이 모델은 '에너지-온실가스 예측 고속 에뮬레이터(emulator)'를 시범적으로 구현하는 형태로 개발됐다. 기존에 복잡하게 이뤄졌던 '에너지·탄소배출 통합평가모델(Integrated Assessment Model·IAM)'의 계산 과정을 AI가 빠르게 대신 수행하게 한 것이 핵심이다.

기존 통합 평가모델은 하나의 정책 시나리오를 분석하는 데 많은 시간과 계산 자원이 필요했지만, 연구팀이 개발한 AI 모델은 수천 개의 정책 시나리오를 단시간에 분석할 수 있다. 이를 통해 탄소중립 정책과 에너지 전환 정책의 효과를 보다 빠르게 예측해 정책을 결정하는 데 활용하는 것이 용이하다는 게 연구팀의 설명이다.

전해원 교수는 "기후-AI 모델은 기후 과학자와 정책 입안자 사이의 간극을 줄일 일종의 가교역할을 하게 될 것"이라며 "무엇보다 KAIST 연구팀이 공개한 '고속 AI 에뮬레이터'는 실시간에 가까운 정책분석으로 기후 대응 솔루션을 제공할 핵심 기술로 활용될 수 있다"고 말했다.

오혜연 교수는 "미래 사회에서 AI 기술은 상업적 도구를 넘어 인류의 생존을 위협하는 기후위기를 해결하는 데 기여해야 한다"며 "국제 공동연구는 AI가 사회적 난제를 해결하는 데 필요한 글로벌 공공재 역할을 할 수 있음을 보여주는 사례"라고 강조했다.

한편 이번 연구에는 신예은(Yen Shin) 석사과정 학생이 제1 저자, 오혜연 교수와 전해원 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 최근 지구과학 모형 개발 전문 학술지 '지오사이언티픽 모델 디벨롭먼트(Geoscientific Model Development)'에 심사 전 공개 논문(preprint)으로 발표됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr