하루와 계절에 따라 기온은 왜 달라질까?

공전과 계절

공전과 자전축

공전은 지구가 태양 주위를 도는 운동이에요.

지구는 자전축이 공전 궤도면에 수직인 방향에서 약 23.4° 기울어진 채, 일 년 동안 축의 방향을 거의 유지하며 돌아요.

계절에 따른 햇빛

우리나라가 있는 북반구가 태양 쪽으로 기울면 태양이 더 높이 뜨고 낮이 길어져요. 하루에 받는 태양에너지가 많아져 여름으로 이어지고, 반대일 때는 겨울로 이어져요.

그렇다면 태양과의 거리는 어떨까요? 지구는 1월 초에 태양과 가장 가까워요. 가까운데도 우리나라는 왜 1월이 겨울일까요? 먼저 예측해 보고, 아래 시뮬레이터로 확인해요. ?

햇빛의 각도와 낮 길이

햇빛이 비스듬하게 들어오면 같은 에너지가 더 넓은 땅에 퍼져요. 태양이 높을수록 면적당 받는 에너지가 많고, 낮이 길수록 받는 시간도 길어져요. ? f(x)

이 모형에서 기울기를 0°로 바꾸면 낮 길이는 12시간, 남중 고도는 약 52.4°로 일정해져요. 그래도 태양과의 거리 때문에 받는 에너지에는 작은 연중 변화가 남아요.

낮이 가장 긴 때와 가장 더운 때도 꼭 일치하지 않아요. 땅과 바다에 에너지가 저장되기 때문에 계절의 기온 변화도 햇빛의 변화보다 늦게 따라올 수 있어요.

자전과 하루

자전과 낮·밤

자전은 지구가 스스로 도는 운동이에요.

지구가 돌면서 우리가 있는 곳이 태양을 향하면 낮, 반대쪽으로 향하면 밤이 돼요.

하루 동안의 에너지 출입

낮에는 태양의 높이에 따라 받는 햇빛이 달라져요. 밤에도 지표는 적외선을 내보내고, 주변과 에너지를 주고받아요. 낮과 밤의 기온 변화는 이 에너지 흐름의 결과예요.

햇빛보다 늦는 최고기온

태양이 가장 높이 뜬 뒤에도 들어오는 에너지가 나가는 에너지보다 많으면 온도는 계속 올라가요. 그래서 맑은 날에는 보통 남중 시각보다 늦은 오후에 최고기온이 나타나요. 구름과 바람에 따라 실제 시각은 달라져요. ? f(x)

주기와 지구온난화

하루와 계절은 되풀이되는 변화예요. 지금 본 곡선은 서울 위도의 한 장소를 설명해요. 지구 전체의 평균 온도와는 달라요.

하루 · 일 년

반복되는 주기

자전과 기울어진 지구의 공전으로 햇빛을 받는 조건이 바뀌어요.

수십 년 이상

달라지는 평균

지구온난화는 계절과 지역의 차이를 고려해 살펴보는 지구 평균적인 온도의 장기 상승이에요.

크기와 시간으로 비교하면

이 모형에서 서울의 1월 말과 7월 말 일평균 기온은 약 28 ℃ 차이가 나요. 그에 비하면 1장에서 본 지구온난화 약 1.3 ℃는 작아 보여요. 하지만 1.3 ℃는 한 장소의 한 계절이 아니라, 지구 표면 전체를 수십 년 동안 평균한 값이 올라간 거예요. 해마다 돌아오는 계절은 서로 상쇄되지만, 평균이 오르려면 바다·땅·대기에 에너지가 계속 쌓여야 해요.

그렇다면 태양이 더 강해진 걸까요? 태양에서 오는 에너지는 약 11년 주기로 0.1% 정도 오르내릴 뿐이고, 1980년대 이후로는 거의 그대로이거나 오히려 조금 줄었어요. 그동안에도 지구 평균 온도는 계속 올랐어요. 그래서 앞 장처럼 흡수하는 에너지와 우주로 내보내는 에너지의 균형, 특히 우주로 나가는 적외선에 무슨 일이 생겼는지 살펴봐야 해요.