순환신경망 기반의 폭염 발생확률 예측 모델 개발

Development of Heatwave Probability Prediction Model Based on Recurrent Neural Network: A Case of Seoul Metropolitan Government

최근 기후변화의 영향으로 폭염 발생이 증가하여 우리나라에서도 인명피해와 사회⋅경제적 피해가 증가하고 있다. 이러한 이유로 국내에서는 폭염과 관련된 연구 개발의 중요성이 대두되고 있다. 폭염 발생확률을 사전에 예측하는 것은 재해 위험 관리의 측면에서 매우 중요하나, 현재까지의 선행 연구들 중 폭염 발생확률을 예측한 연구들은 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 서울특별시를 대상으로 일 단위 과거 기상 데이터를 활용해 미래의 폭염 발생확률을 예측하였다. 이를 위해 시계열 데이터의 분석에 유용한 순환신경망 기반의 모델(RNN, LSTM, GRU)을 활용하였다. 본 연구에서 최적 모델로 선정된 GRU 모델의 성능을 평가한 결과 과적합 문제가 발생하지 않았으며, 검증 및 테스트 과정에서 실제 폭염 발생일을 각각 78%, 86% 재현하여 예측 정확도가 높은 것을 확인하였다. 따라서 향후 지자체별로 본 연구 방법을 적용한다면 효율적인 폭염 대비가 가능할 것으로 판단된다.

Recently, the incidence of heat waves has increased due to climate change, and the resultant mortalities and socio-economic damage are also increasing in Korea. Hence, emphasis has been placed on research examining heatwaves and their effects. Predicting the probability of heatwave in advance is very important from the perspective of disaster risk management; however, related studies have been insufficient so far. Therefore, in this study, the probability of future heatwave onset was predicted using daily scaled past weather data for Seoul Metropolitan Government. For the analysis, models based on recurrent neural networks (RNN, LSTM, GRU) were used, which are suitable for analyzing time-series data. Upon evaluating the performance of the GRU model, which was selected as the optimized model, no overfitting problem was observed. The prediction accuracy of the model was high as it demonstrated a reproduction of 78% and 86% of actual heatwave days during the validation and test process, respectively. Therefore, this model can be used by each local government to coordinate an efficient response to heat waves.