날씨와 기후

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일기 예보에서 "오늘 서울의 낮 기온은 33 °C로 평년보다 4 °C 높겠습니다"라고 한다. 평년은 무엇이며, 4 °C 높다는 것은 얼마나 드문 일일까? 그리고 오늘 하루 더운 것과 기후가 따뜻해지는 것은 어떻게 다를까? 또 위도가 같은 서울과 샌프란시스코는 왜 여름 날씨가 그렇게 다를까?

오늘의 최고 기온 (°C)

그림 1. 30년 동안 8월 1일 최고 기온의 분포(평년값 29 °C, 표준 편차 2.5 °C로 어림). 색칠한 넓이가 오늘보다 더 더웠던 날의 비율이다.

먼저 알아야 할 것평균과 표준 편차(통계), 태양 고도와 계절(지구과학), 물과 땅의 비열 차이(물리학).

1.1.1날씨, 기후, 평년값

날씨는 어느 곳의 어느 때의 대기 상태, 곧 오늘의 기온, 비, 바람이다. 기후는 한 지역에서 오랜 기간 나타나는 날씨의 평균과 변동의 범위이다. 세계 기상 기구는 30년 동안의 평균을 평년값으로 쓰도록 정했고, 우리나라는 지금 1991~2020년 자료로 평년값을 낸다. 30년이나 모으는 까닭은 해마다의 날씨 변동을 평균하여 그 지역의 기후를 대표하는 값을 얻기 위해서이다.

정리 1.1.1 평년 편차와 표준 편차

오늘의 값에서 평년값을 뺀 것을 평년 편차라 한다. 편차가 표준 편차의 몇 배인지 보면 그 날씨가 얼마나 드문지 알 수 있다. 정규 분포라면 평년보다 표준 편차의 1배 이상 높은 날은 약 16%, 2배 이상 높은 날은 약 2.3%이다.

그림 1에서 오늘의 기온을 바꾸어 보자. 33 °C는 평년보다 4 °C, 표준 편차의 1.6배 높아, 30년 가운데 이보다 더웠던 날은 약 5%뿐이다. 36 °C라면 표준 편차의 2.8배로 1000일에 3일꼴이다. 그런데 하루가 덥다고 기후가 변한 것은 아니다. 기후 변화는 이런 분포 자체가 몇십 년에 걸쳐 오른쪽으로 옮겨 가는 것이다.¹

1.1.2기후를 정하는 요인

기후는 위도, 바다와 육지의 분포, 해류, 지형, 고도에 따라 달라진다. 위도는 햇빛을 받는 양을 정하고, 바다는 비열이 커서 기온 변화를 줄인다. 서울과 샌프란시스코는 위도가 비슷하지만, 샌프란시스코 앞바다에는 차가운 캘리포니아 해류가 흐르고 바다에서 늘 바람이 불어와 여름에도 서늘하다. 반면 서울은 대륙의 동쪽 가장자리에 있어 여름에 남쪽 바다의 덥고 습한 바람을 받는다.

그림 2. 위도가 같아도 바다와 해류에 따라 기후가 크게 다르다.

1.1.3예제 풀이

예제 1.1.2

어느 도시 8월 1일 최고 기온의 평년값은 29 °C, 표준 편차는 2.5 °C이다. 오늘 최고 기온이 34 °C이면 평년 편차와 표준 편차에 대한 배수를 구하여라. 기온 분포가 정규 분포라면 이보다 더운 날은 몇 %인가? 이 분포의 평균이 1.5 °C 오른다면 34 °C를 넘는 날은 몇 %가 되는가?

평년 편차는 \(34 - 29 = 5\) °C이고, 표준 편차의 \(\dfrac{5}{2.5} = 2\)배이다. 정규 분포에서 2배를 넘는 쪽의 비율은 약 2.3%이므로, 이런 날은 40일에 하루꼴이다.

평균이 30.5 °C로 오르면 34 °C는 \(\dfrac{34 - 30.5}{2.5} = 1.4\)배가 되고, 이를 넘는 비율은 약 8%이다. 평균이 1.5 °C 올랐을 뿐인데 이런 더운 날이 약 3.5배로 잦아진다. 그래서 기후가 조금만 따뜻해져도 우리가 '이상하게 덥다'고 느끼는 날은 훨씬 많아진다.

아래 탐구 카드에서 평년이 무엇인지, 위도가 같은 두 도시의 기후가 다른 까닭을 직접 따져 보자.

평년값은 10년마다 새로 계산한다. 1981~2010년 평년값과 1991~2020년 평년값을 비교하면, 우리나라 연평균 기온의 평년값이 약 0.3 °C 올랐다.

마무리

날씨는 짧은 시간의 대기 상태이고, 기후는 30년 평균인 평년값과 그 변동 범위로 나타낸다. 평년 편차를 표준 편차와 비교하면 그 날씨가 얼마나 드문지 알 수 있으며, 기후는 위도, 바다와 육지, 해류, 지형이 정한다. 그래서 처음 질문의 평년은 같은 날의 30년 평균이고, '평년보다 4 °C 높다'는 것은 그 분포에서 약 5% 안에 드는 더운 날이라는 뜻이다.

탐구 1

"오늘은 평년보다 덥다"는 말에서 평년은 무엇일까?

실제 자료 · 날씨와 기후 · 평년값과 변동 폭

평년값 기간

해 = 2024

날짜 = —

그날의 기온: —
그날의 평년값 ± 1σ: —
평년과 차이: —
그해 연평균 − 평년: —

자료는 ECMWF ERA5 재분석(Contains modified Copernicus Climate Change Service information 2026; Weather data by Open-Meteo.com; CC BY 4.0, 이 교과서가 평년값·표준 편차로 가공)의 서울 격자(37.5°N 127.0°E, 약 25 km 격자) 일평균 기온, 1961–2025년이다. 재분석은 관측을 수치 모형에 넣어 빈틈없이 만든 격자 자료라서, 기상청 서울 관측소 값과 조금 다르다(도시 열섬이 약하게 나타난다). 날짜별 평년값과 표준 편차(σ)는 30년의 같은 날 값을 평균한 뒤 앞뒤 15일로 매끄럽게 했고, 2월 29일은 뺐다.

질문일기 예보는 “내일은 평년보다 3 °C 높겠습니다”라고 말한다. 평년은 무엇이고, 오늘 하루가 덥다는 것과 서울의 기후가 따뜻해졌다는 것은 어떻게 다를까?
복원기온, 강수량, 바람, 습도처럼 대기의 상태를 나타내는 값을 기후 요소라고 한다. 기후 요소는 하루에도 바뀌고 해마다도 바뀐다.
설명날씨는 어느 곳의 짧은 기간(몇 시간~며칠) 대기 상태이고, 기후는 같은 곳의 날씨를 오랜 기간 모아 낸 평균과 변동 폭이다. 세계 기상 기구(WMO)는 30년 평균을 평년값으로 쓰기로 정했고, 지금은 1991–2020년 평년값을 쓴다. 평년값에는 평균만이 아니라 보통 이 정도까지는 오르내린다는 폭(표준 편차 σ)도 들어 있다. 그래서 하루 기온이 평년 ±1σ 안에 드는 것은 평범한 날씨이고, ±2σ를 벗어나는 날은 드물다.
연결날씨는 며칠 앞까지만 예보할 수 있지만, 기후는 서울의 8월은 덥고 비가 많다는 식으로 미리 말할 수 있다. 기후는 날씨의 통계이기 때문이다. 그래서 기후가 변했는지는 하루나 한 해가 아니라 평년값 자체가 옮겨 갔는지로 판단한다. 아래 그래프에서 두 평년 기간의 평균을 비교해 보자.
적용2018년 8월 1일(서울 역대 최고 기온 39.6 °C를 기록한 날)을 고르고 평년과 몇 σ 차이 나는지 읽어 보자. 이번에는 날짜를 1월로 옮겨 겨울과 여름의 띠 폭을 비교해 보자. 어느 계절의 날씨가 더 크게 흔들릴까? 평년값을 1961–1990년으로 바꾸면 2024년의 빨간 점(±2σ 밖으로 더운 날)과 파란 점의 수는 어떻게 바뀔까?
판단올겨울이 무척 추웠으니 지구 온난화는 거짓이라는 말은 날씨와 기후를 섞은 것이다. 하루 기온은 평년에서 ±3~4 °C쯤 쉽게 벗어나지만, 연평균 기온의 해마다 흔들림은 그보다 훨씬 작고, 기후 변화는 그 평균이 수십 년에 걸쳐 옮겨 가는 것이다. 거꾸로 무더운 하루 하나만으로 기후 변화를 증명할 수도 없다. 또 서울의 상승에는 지구 온난화와 함께 도시가 커지며 생긴 열섬 효과도 섞여 있다.

확인조건이 달라지면

어느 도시의 1월 하루 기온이 평년보다 6 °C 낮았는데, 그 도시의 1월 하루 기온 표준 편차는 4 °C이다. 같은 날 다른 도시는 평년보다 4 °C 낮았고 표준 편차가 1.5 °C이다. 옳은 판단은?

탐구 2

위도가 같은 서울과 샌프란시스코는 왜 기후가 이렇게 다를까?

실제 자료 · 기후 요소와 기후 인자 · 기후 그래프

연평균 기온: —
연교차 (가장 더운 달 − 추운 달): —
연 강수량: —
여름(6–8월) 강수 비율: —

가장 큰 원인

자료는 ECMWF ERA5 재분석(Contains modified Copernicus Climate Change Service information 2026; Weather data by Open-Meteo.com; CC BY 4.0)의 일 자료로 이 교과서가 계산한 1991–2020년 평년값이다. 괄호 안 위도와 고도는 ERA5 격자(약 25 km)의 중심과 평균 고도라서 도시 관측소와 조금 다르다. 재분석의 강수량은 기온보다 오차가 크며, 특히 티베트고원 같은 높은 산지에서는 관측보다 많게 나오는 경향이 있다(라싸 관측소의 연 강수량은 이보다 적다).

질문서울(37.5°N)과 샌프란시스코(37.8°N)는 위도가 거의 같다. 그런데 서울은 겨울에 영하로 떨어지고 여름에 장마가 지는 반면, 샌프란시스코는 한겨울에도 10 °C 안팎이고 여름에는 비가 거의 오지 않는다. 같은 위도에서 무엇이 기후를 갈라놓을까?
복원지표가 받는 햇빛의 양은 태양의 고도와 낮의 길이로 정해지고, 둘 다 위도와 계절에 따라 달라진다. 물은 비열이 커서 땅보다 천천히 데워지고 천천히 식는다. 그리고 대류권에서는 높이 올라갈수록 기온이 낮아진다.
설명기온, 강수량, 바람, 습도처럼 기후를 나타내는 값이 기후 요소이고, 그 값을 장소마다 다르게 만드는 원인이 기후 인자이다. 대표적인 기후 인자는 위도, 수륙 분포(바다와 대륙의 배치, 바다에서 떨어진 거리), 해발 고도, 해류, 지형이다. 기후 그래프는 월평균 기온(선)과 월 강수량(막대)을 한 장에 그려 기후 요소를 한눈에 보여 준다.
연결기후 인자는 기후 요소를 거쳐 생물에 닿는다. 연교차가 크고 겨울이 추운 곳에서는 낙엽수가, 연중 덥고 습한 곳에서는 열대 우림이, 여름이 건조한 곳에서는 두꺼운 잎을 가진 상록 관목이 자란다. 그래서 어느 지역의 생태계를 이해하려면 먼저 그곳의 기후 그래프를 읽어야 한다.
적용다섯 곳을 하나씩 고르고, 서울과 비교해 가장 큰 차이를 만든 기후 인자를 골라 보자. 연평균 기온은 위도와 고도에, 연교차는 바다에서 떨어진 정도에 특히 민감하다. 라싸는 서울보다 남쪽인데 왜 더 추울까? 싱가포르의 연교차는 서울의 몇 분의 1일까?
판단실제 기후는 인자 하나로 정해지지 않는다. 이르쿠츠크는 위도와 대륙도가 함께 작용하고, 서울의 여름 장마는 수륙 분포가 만든 계절풍과 지형이 함께 만든다. 이 카드의 정답은 서울과의 차이를 가장 크게 만든 인자일 뿐이다. 또 기후 그래프는 평균이라서, 같은 달 안에서도 해마다 크게 다른 날씨를 보여 주지는 않는다.

확인조건이 달라지면

서울과 위도가 같은 대륙 서쪽 해안 도시 A와, 위도는 같지만 해발 2000 m 고원에 있는 대륙 동쪽 도시 B가 있다. 서울과 비교한 예상으로 가장 알맞은 것은?