계절 변화와 낮·밤의 길이·태양 고도

핵심 정리

계절에 따른 낮과 밤의 길이, 정오의 태양 고도는 지구의 자전축이 기울어진 채 공전하기 때문에 달라진다. 지구의 자전은 하루 동안 낮과 밤을 만들고, 공전과 자전축의 기울기는 연중 태양을 향하는 정도와 낮의 길이를 바꾼다. 그 결과 북반구와 남반구는 계절이 반대로 나타난다. 북반구 여름에는 낮이 길고 밤이 짧으며, 남반구에서는 낮이 짧고 밤이 길다. 북반구에서 7월의 낮 길이는 1월보다 길다. 그러므로 북반구에서 7월의 밤은 1월보다 짧다.

태양의 직하점은 남회귀선과 북회귀선 사이를 계절에 따라 이동한다. 북반구 여름에는 북쪽으로, 겨울에는 남쪽으로 이동한다. 정오 태양 고도는 태양이 직사하는 위도에 가까울수록 높다. 같은 날 정오 태양 고도를 비교할 때는 두 지역과 직하점 사이의 위도상 거리를 살핀다. 북반구에서 정오 태양 고도는 하지에 가장 높고 동지에 가장 낮다. 북반구에서는 7월 정오 태양 고도가 1월보다 높다.

기온의 연교차는 일반적으로 위도가 높을수록 커진다. 낮 길이 변화가 작은 저위도 지역은 연교차가 작다. 저위도 열대에서는 연교차가 작고 중·고위도로 갈수록 커진다. 연교차는 고도가 높을수록 작아지며, 대륙성 기후 지역이 해양성 기후 지역보다 크다. 내륙 지역은 해양 지역보다 기온의 연교차가 크다.

자세히

계절이 달라지는 원리

지구는 자전축을 기울인 상태로 태양 주위를 공전한다. 자전축의 방향은 공전하는 동안 크게 바뀌지 않으므로, 지구의 위치에 따라 태양 쪽으로 더 기울어진 반구가 달라진다. 태양 쪽으로 기울어진 반구는 낮 동안 태양을 향하는 시간이 길고 태양이 높이 떠 지표에 더 많은 에너지를 받는다. 이곳은 여름철이 되고, 반대쪽 반구는 겨울철이 된다. 따라서 계절은 지구와 태양 사이의 거리 변화만으로 설명할 수 없으며, 자전축의 기울기와 공전에 따른 태양 고도 및 낮 길이의 변화를 함께 살펴야 한다.

북반구가 여름인 시기에는 남반구가 겨울이고, 북반구가 겨울인 시기에는 남반구가 여름이다. 북반구 여름철에는 남반구에서 낮이 짧고 밤이 길다. 남북반구에 같은 계절 달력을 그대로 적용하면 안 된다. 북반구 중위도 지역에서 1월은 겨울, 7월은 여름이므로 1월 평균 기온은 7월보다 낮다. 남반구에서는 반대로 1월이 여름이다. 같은 위도라면 1월의 남반구 지역은 북반구 지역보다 낮 길이가 길다. 계절이 반대이므로 남반구와 북반구에서 같은 작물의 수확 시기가 다를 수 있다.

직하점과 태양 고도

태양의 직하점은 태양빛이 지표에 수직으로 닿는 지점이다. 지구가 공전하면서 직하점은 남회귀선과 북회귀선 사이를 오간다. 남회귀선은 남위 약 23.5°에 있다. 북반구 여름에는 직하점이 북쪽으로, 북반구 겨울에는 남쪽으로 이동한다. 북반구에서는 하지에 정오 태양 고도가 가장 높고 동지에 가장 낮다.

태양 고도는 지평선과 태양을 잇는 선이 이루는 각도다. 태양이 지평선에 있을 때 고도는 0°이고 머리 위에 있을 때는 90°다. 하루 동안 해가 뜬 뒤 고도는 점차 높아져 정오 무렵 가장 높아지고 이후 낮아진다. 계절과 위도를 비교할 때는 같은 시각, 특히 정오의 고도를 비교해야 한다. 같은 날 정오에는 태양의 직하점에 가까운 위도일수록 태양 고도가 높다. 그러므로 위도만으로 태양 고도를 비교하지 말고, 직하점과 각 지역 사이의 위도상 거리를 확인한다.

정오 태양 고도는 지역과 태양 직하점 사이의 위도상 거리를 이용해 비교한다. 직하점과 가까운 지역에서는 태양이 높게 보이고, 멀어질수록 낮게 보인다. 지도에 두 지역과 직하점이 표시되면 각각의 위도상 거리를 비교한다. 경도 차이는 태양 고도를 직접 비교하는 기준이 아니다. 태양 고도는 태양이 하늘에서 얼마나 높이 보이는지를 나타내며, 낮의 길이는 해가 떠 있는 시간을 나타낸다. 두 요소는 계절 변화를 함께 설명하지만 같은 뜻은 아니다.

낮과 밤의 길이 읽기

낮과 밤의 길이는 계절뿐 아니라 위도에 따라서도 달라진다. 한 반구가 여름을 맞으면 그 반구의 고위도 지역일수록 낮이 길어지는 경향이 두드러진다. 북반구에서는 7월의 낮 길이가 1월보다 길고, 고위도일수록 7월 낮 길이가 길다. 반대로 북반구 동지 무렵에는 위도가 높을수록 낮이 짧다. 북반구 1월에는 저위도일수록 낮 길이가 길다. 어느 반구의 어느 계절인지 먼저 정해야 낮 길이의 방향을 바르게 판단할 수 있다.