오로라 점수 계산 방식

점수를 만든 방법

핀란드의 킬피스야르비와 소단퀼레, 스웨덴의 아비스코에 있는 전천 카메라가 10년 넘게 겨울마다 하늘을 찍었어요. 킬피스야르비 카메라는 핀란드 기상연구소가, 나머지 두 대는 오울루 대학교의 소단퀼레 지구물리관측소가 운영해요. 핀란드 기상연구소는 이 기록에서 오로라가 얼마나 밝았는지를 각 카메라 위 하늘의 평균값으로 공개했어요. 저희는 이 기록으로 오로라 활동, 어둠, 달빛이 어떻게 섞일 때 오로라가 얼마나 보이는지를 알아냈어요.

구름은 여러 해 동안 보관된 MET Norway 예보를 트롬쇠와 시보튼(Skibotn)의 전천 카메라가 818번의 밤 동안 실제로 본 모습과 비교했어요. 그래서 예를 들어 예보에서 낮은 구름이 하늘의 절반을 덮는다고 할 때도 오로라가 얼마나 자주 보이는지 알 수 있어요.

점수 안에서는 먼저 모델이 그 시간에 맨눈으로 오로라를 볼 확률을 계산해요. 점수는 여기에 오로라가 얼마나 밝을지를 더해요. 방법을 확인하려고 저희는 이 확률을 시험했어요. 매번 겨울 하나를 빼고 모델을 열한 번 다시 만들어, 뺀 겨울의 어둡고 달 없는 시간을 예측하게 했어요. 비교 대상은 생각할 수 있는 가장 단순한 예보, 즉 고정된 숫자 하나예요. 나머지 겨울에는 어둡고 달 없는 시간의 약 절반에서 카메라가 오로라를 잡았기 때문에, 이 예보는 모든 시간에 '약 50%'를 내놓아요. 확률 예보에 흔히 쓰는 척도인 로그 손실로 재면, 모델의 오차는 이 고정된 숫자보다 36% 작았어요. 그 모든 시간을 합쳐 보면, 모델이 예상한 오로라 시간 100시간마다 카메라는 93시간을 기록했어요.

스발바르는 극관 아래에 있어서 오로라가 나타나는 방식이 다르고, 극야에는 한낮에도 빛날 수 있어요. 그래서 스발바르의 점수에는 그곳의 카메라 기록으로 만든 별도의 곡선이 있어요. 저희가 쓴 출처는 모두 데이터 출처 페이지(영문)에 있어요.

Kp만으로는 부족한 이유

노르웨이 북부는 오로라가 보통 지나가는 길인 오로라대 아래에 있어서, Kp가 1이나 2여도 머리 위로 오로라가 나타날 수 있어요. 오로라가 보이는지는 Kp보다 구름, 어둠, 달빛, 빛공해에 달린 경우가 더 많고, 같은 Kp라도 스팟마다 점수가 크게 달라요. 오로라 활동을 Kp로만 나타냈을 때 세 스팟의 점수는 다음과 같아요. 12월 중순 노르웨이 시간 22:30, 달빛 없이 맑고 어두운 밤이에요.

• 트롬쇠 근처의 핀비크달렌(Finnvikdalen)은 Kp 1에서 약 24, Kp 3에서 82, Kp 5에서 95점이에요.
• 도시의 빛공해가 있는 트롬쇠 시내(Tromsø sentrum)는 Kp 3에서 약 24, Kp 5에서 49점이에요.
• 더 남쪽, 보되 근처의 룁스마르카(Løpsmarka)는 Kp 1에서 약 4, Kp 3에서 70점이에요.

카메라 기록으로 지난 겨울들을 다시 시험해 보니, 오로라가 보인 시간을 맞게 고른 횟수는 구름만 보는 예보가 100번 중 78번, 오로라 활동만 보는 예보가 100번 중 77번으로 비슷했어요. Kp만 보는 예보는 100번 중 71번이었어요. 둘을 함께 보는 모델은 100번 중 89번이었어요.

다른 예보와 비교하면

핀란드, 스웨덴, 노르웨이의 전천 카메라가 있는 곳에서 지난 여러 겨울의 데이터로 시험해 봤어요. 입력값은 그 당시 점수가 받았을 그대로 다시 만들었어요. 그런 다음 모델을 더 단순한 오로라 예보 방법들과 비교했어요. 겨울마다 그 겨울을 빼고 모델과 더 단순한 예보들을 각각 다시 만들어, 그 겨울을 예측하게 했어요. 아래 비교는 대부분 위의 확인처럼 모델이 계산한 오로라를 볼 확률을 써요. 알림 비교만 점수 자체를 써요.

• 나갈 밤 고르기. 카메라 세 대가 7번의 겨울 동안 찍은 787번의 밤을 썼어요. 방법마다 18:00 시점에 알던 정보로 모든 밤을 평가했어요. 그리고 가장 높게 평가한 밤에 카메라가 얼마나 자주 오로라를 잡았는지 셌어요. 모든 밤을 합쳐 보면 카메라는 약 네 번 중 한 번꼴로 오로라를 잡았어요. 모델이 꼽은 상위 5분의 1의 밤 중 54%, 상위 10분의 1의 밤 중 64%에서 카메라가 오로라를 잡았어요. NOAA의 Kp 예보가 꼽은 상위 5분의 1의 밤에서는 25%로, 아무 밤이나 고른 것과 비슷했어요. Kp와 MET Norway 구름 예보로 만든 규칙은 50%로 모델에 더 가까웠어요. 2022년 봄 이전의 밤에는 NOAA가 냈던 예보를 보관한 아카이브를 찾지 못했어요. 그래서 그 밤들의 NOAA 예보는 알려진 오차를 바탕으로 다시 만들었어요.
• Kp만 보는 예보와 비교. Kp 지수와 밤의 시각으로 내는 예보와 모델을 비교했어요. 1,072번의 밤, 맑은 6,716시간에서 모델의 오차(로그 손실)가 약 30% 작았고(0.33 대 0.48), 12번의 겨울 각각에서도 더 작았어요. 이 차이의 약 3분의 2는 실시간으로 읽는 자력계 데이터에서 나왔고, 나머지는 모델이 달빛과 박명을 다루는 방식에서 나왔어요. 어둡고 달 없는 시간에는 모델의 오차가 약 24% 작았고, 그 차이의 약 95%는 자력계에서 나왔어요. 자력계는 카메라가 있는 곳이나 그 가까이에 있어서, 더 멀리 떨어진 스팟에서는 이 차이가 더 작을 수 있어요.
• Kp가 빗나가는 경우. Kp가 1 이하일 때 카메라는 11%의 시간에 오로라를 잡았어요. Kp만 보는 예보는 평균 28%, 저희 모델은 21%였어요. 밝은 달이 하늘 높이 떠 있을 때 카메라는 32%의 시간에 오로라를 잡았어요. Kp만 보는 예보는 50%, 저희 모델은 35%였어요. 활동이 강할 때(Kp 4 이상) 카메라는 98%의 시간에 오로라를 잡았어요. Kp만 보는 예보는 86%, 저희 모델은 95%였어요.
• Kp와 구름 예보를 쓰는 예보와 비교. 오로라가 보인 시간과 보이지 않은 시간을 하나씩 골랐을 때, 모델은 100번 중 89번 맞는 시간을 더 높게 매겼어요. Kp와 같은 구름 예보로 만든 예보는 100번 중 83번이었어요(AUC 0.890 대 0.825, 13,693시간 기준). 구름 예보가 보관된 7번의 겨울 각각에서도 모델이 더 나았어요. 자력계를 빼도 모델은 오로라가 나올 가능성이 가장 높은 시간을 여전히 더 잘 골라냈어요. 하지만 모델이 숫자로 낸 확률은 더 단순한 예보보다 덜 정확했어요.
• 알림. 이 비교에는 점수를 만들 때 쓴 겨울이 다시 들어가서 점수가 실제보다 좋아 보여요. 트롬쇠 전천 카메라에서 지난 여러 겨울의 데이터로 시험해 보니, '오늘 밤 오로라 가능성 높음' 알림(점수 60 이상)은 한 시즌에 약 27번 나갔어요. 이 알림 10번 중 9번은 같은 시간이나 그다음 두 시간 안에 카메라에 오로라가 잡혔어요. 더 단순한 규칙은 덜 맞았어요. 'Kp 3 이상이고 낮은 구름과 중간 구름이 50% 미만'은 10번 중 7번, 'Kp 4 이상'은 10번 중 8번 맞았어요. 월별·시간대별 통계만으로 보낸 알림은 10번 중 4번 맞았어요. 카메라가 어둡고 맑은 시간에 오로라를 잡은 밤 세 번 중 두 번은 알림이 나가지 않았어요. 카메라는 사람 눈에 보이는 것보다 희미한 오로라까지 잡아요.
• 구름. 점수가 MET Norway 구름 예보를 읽는 방식은 예보의 전체 구름양보다 맑은 시간을 더 잘 골라내요(AUC 0.803 대 0.738). 공항 7곳과 카메라 지점 3곳의 어두운 시간 약 15만 시간으로 확인했어요. 차이는 주로 얇고 높은 구름을 다루는 방식에서 나와요. 밤에 작성하는 관측 보고에는 얇고 높은 구름이 거의 기록되지 않아서, 이 차이의 일부는 보고를 작성하는 방식에서 나왔을 수 있어요. 높은 구름이 적은 시간에는 두 방식이 비슷했어요(0.806 대 0.797).
• NOAA의 OVATION 모델과 비교. 많은 오로라 앱이 OVATION이 내는 머리 위 오로라 확률을 보여 줘요. 이 비교는 지난 겨울의 데이터로 시험할 수 없었어요. NOAA가 OVATION의 과거 결과를 보관하지 않고, 공개 아카이브에도 2020년 이후의 파일 몇 개만 남아 있기 때문이에요. 이번 겨울의 검증에서는 맑고 어둡고 달 없는 시간마다, 점수가 그때 읽은 OVATION 값과 모델을 비교해요.

두 부분은 겨울마다 다시 만들지 않았어요. 달빛과 박명을 다루는 부분은 같은 카메라 기록으로 맞췄고, 구름 예보를 읽는 방식은 같은 겨울들에 다른 카메라 두 대의 기록으로 맞췄어요. 구름 예보를 읽는 방식도 겨울마다 그 겨울을 빼고 다시 만들어 보니 결과가 같았어요. 가장 공정한 척도는 여전히 이번 겨울의 검증이에요.

검증 방법

2026/27 시즌이 시작되기 전에 검증 계획을 기록하고, 누구나 확인할 수 있는 타임스탬프를 붙였어요. 검증 기간은 2026년 10월 10일 밤부터 2027년 4월 30일 밤까지예요. 이 기간에는 모델 파라미터를 고정하고, 계획에서 미리 허용한 수정만 해요. 예보는 새 데이터가 들어올 때마다 계속 업데이트돼요.

검증에는 킬피스야르비와 아비스코의 전천 카메라를 써요. 모델을 만들 때 쓴 세 대 중 두 대라서, 같은 장소의 새로운 밤으로 모델을 확인하게 돼요. 세 번째인 소단퀼레의 보정된 카메라는 2021년에 운용을 마쳤어요. 모델이 계산한 오로라를 볼 확률을 현재 시간과 이후 12시간에 대한 Kp만 보는 예보, 그리고 Kp와 구름 예보를 쓰는 예보와 비교해요. 모델이 NOAA 자체의 OVATION 값에 무엇을 더하는지도 확인해요. 마지막으로 앞으로 사흘 밤의 예보를 더 단순한 예보와, 저희 알림을 Kp와 구름에 바탕을 둔 규칙과 비교해요.

결과는 좋든 나쁘든 공개해요. 3월 31일까지의 밤은 2027년 4월에, 나머지 기간은 2027년 5월 31일까지 보고서를 내요. 계획 자체는 4월 보고서와 함께 공개해요. 카메라 비교는 핀란드 기상연구소가 이번 겨울 카메라 데이터를 공개한 뒤에 할게요.