그림 124감각관

체감온도 계산: 바람이 몸의 열을 빼앗는 방식

기온 −10 °C 에 바람이 시속 30 km 로 불면 기상청 식의 체감온도는 −19.5 °C 까지 내려갑니다.

체감온도 계산: 바람이 몸의 열을 빼앗는 방식
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이 기기에서는 3D를 띄울 수 없습니다. 아래 안내 단계를 글로 볼 수 있습니다.

1 / 11 기상청 식의 체감온도기온 −10 °C, 바람 30 km/h 입니다. 기상청 식으로 체감온도는 −19.5 °C 로, 이 바람은 드러난 피부에서 −19.5 °C 의 고요한 공기만큼 빠르게 열을 가져갑니다. 끌어서 돌려 볼 수 있습니다.

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모형이 보여 주는 것

바람 없는 아침에 20 °F(약 −7 °C) 바깥에 나서면 춥지만 견딜 만합니다. 같은 기온에 바람이 30 mph(약 13 m/s)로 불면 볼이 금세 따끔거립니다. 온도계 숫자는 같습니다. 달라진 것은 피부가 열을 잃는 속도이고, 기상청과 미국 국립기상청(NWS)은 이것을 체감온도라는 숫자로 알려 줍니다. 이 전시는 그 이유를 보여 주고 공식 값을 그대로 읽게 합니다. 매끈한 마네킹이 바람 속에 서 있고, 몸 둘레를 얇은 따뜻한 공기층이 감싸고 있습니다. 바람을 세게 하면 바람을 받는 쪽 공기층이 얇게 깎입니다. 숫자판에는 NWS 식으로 계산한 체감 온도(°C·°F), NWS 체감 온도 표의 동상 시간 칸, 기상청 단계가 나옵니다.

이 전시는 교육용 모형입니다. 기상청이나 각국 기상 기관의 예보·특보를 대신하지 않고, 증상이나 응급 처치도 다루지 않습니다. 그런 내용은 아래 「건강 안내」에 있는 CDC, NHS, 기상청 안내를 확인해야 합니다.

체감온도가 재는 것

체감온도는 온도계로 잴 수 있는 온도가 아닙니다. 비교한 값입니다. NWS 는 체감 온도를 사람과 동물이 밖에서 느끼는 추위로 정의하고, 바람과 추위 때문에 드러난 피부에서 열이 빠져나가는 속도를 바탕으로 정한다고 설명합니다. 체감 온도가 −19 °F 라는 말은, 지금 날씨가 드러난 피부에서 −19 °F 의 고요한 공기만큼 빠르게 열을 가져간다는 뜻입니다.

이 정의에서 두 가지가 따라 나오는데, 둘 다 흔히 헷갈립니다.

하나는 체감 온도가 공기보다 따뜻한 생물에만 해당한다는 점입니다. 바람 속에 둔 자동차 냉각수, 수도관, 온도계는 더 빨리 식지만 기온까지만 식고 그보다 내려가지 않습니다. NWS 는 기온 −5 °F, 체감 −31 °F 일 때 자동차 냉각기가 −5 °F 아래로 내려가지 않는다는 예를 듭니다.

다른 하나는 체감 온도가 드러난 피부를 두고 하는 말이라는 점입니다. 외투, 목도리, 장갑 아래의 피부는 바람에 닿지 않으므로 이 숫자와 관계가 없습니다. 지수는 겨울에 가장 자주 드러나는 얼굴을 모형으로 삼아 만들었습니다.

피부를 감싼 따뜻한 공기층

찬 공기 속의 따뜻한 물체는 바로 옆 공기를 데웁니다. 이 공기는 표면과의 마찰 때문에 느리게 움직이며 얇은 층으로 붙어 있고, 모양과 바람에 따라 두께가 몇 mm 에서 몇 cm 쯤 됩니다. 열은 이 층을 건너야 빠져나갈 수 있는데, 고요한 공기는 열을 잘 전하지 못합니다. 그래서 바람 없는 날에는 이 층이 아주 얇은 담요처럼 몸을 감쌉니다.

공학에서는 이것을 열 경계층이라고 부릅니다. 층 안에서 온도는 표면의 피부 온도 가까이에서 바깥쪽 기온까지 떨어집니다. 층이 얇을수록 온도가 가파르게 떨어지고, 그만큼 열이 빨리 빠져나갑니다.

바람은 이 층에 두 가지 일을 합니다. 데워진 공기를 새 찬 공기로 바꾸고, 바람을 받는 쪽에서 층을 눌러 얇게 만듭니다. 흐름이 몸 옆을 비집고 지나가며 빨라지는 옆구리 쪽도 층이 얇습니다. 몸 뒤쪽에서는 흐름이 표면에서 떨어져 소용돌이로 부서지고, 이쪽 층은 더 두껍지만 계속 찢겨 나가고 새로 생깁니다.

마네킹 둘레의 껍질이 바로 이것을 보여 줍니다. 그린 두께는 1/√(풍속)에 비례하는데, 단순한 경계층 두께가 흐름 속도에 따라 변하는 방식입니다. 다만 실제 cm 값은 잰 값이 아니고, 효과의 방향을 보여 주려는 그림입니다. 숫자판의 숫자는 식과 표에서만 나옵니다.

바람이 두 배가 되어도 열 손실이 두 배가 되지 않는 이유

바람이 공기층을 얇게 만든다면, 왜 40 mph 바람이 20 mph 바람보다 두 배 춥게 느껴지지 않습니까? 답은 공기층과 몸이 함께 작용하는 방식에 있습니다.

얼굴에서 나가는 열은 장벽 두 개를 차례로 지나야 합니다. 따뜻한 피와 피부 표면 사이의 조직, 그리고 바깥의 공기층입니다. 바람이 약할 때는 공기층이 더 큰 장벽이어서 바람이 조금만 불어도 차이가 큽니다. 바람이 세지면 공기층이 아주 얇아져 남은 저항 대부분이 피부 안쪽에 있게 되고, 바람이 더 세져도 변화가 점점 작아집니다. 그래서 식에서 바람 항은 0.16 이라는 작은 지수로 올라갑니다. 5 mph 에서 10 mph 로 갈 때의 변화가 50 mph 에서 55 mph 로 갈 때보다 훨씬 큽니다.

표에서도 보입니다. 0 °F 에서 바람이 5 mph 에서 10 mph 가 되면 체감 온도가 5도(−11 °F 에서 −16 °F) 내려가지만, 50 mph 에서 60 mph 가 될 때는 2도(−31 °F 에서 −33 °F)만 내려갑니다.

2001년 식 하나하나

미국 NWS 는 2001년 11월 1일부터 새 체감 온도 지수를 씁니다. 하나의 표준 지수를 만들고 시험해 도입하려고 2000년 가을 미국과 캐나다 정부가 함께 꾸린 JAG/TI(Joint Action Group for Temperature Indices)가 만든 식이고, 캐나다 환경부도 같은 해 가을 같은 새 지수를 내놓았습니다. °F 와 mph 로는 다음과 같습니다.

체감 온도(°F) = 35.74 + 0.6215 T − 35.75 V^0.16 + 0.4275 T V^0.16

T 는 기온(°F), V 는 풍속(mph)입니다. T 를 °C, V 를 km/h 로 쓰는 미터 단위 식은 다음과 같습니다.

체감 온도(°C) = 13.12 + 0.6215 T − 11.37 V^0.16 + 0.3965 T V^0.16

두 식은 단위를 바꾸면 같은 값을 냅니다. 기온과 바람 400가지 조합에서 두 식을 비교하면 가장 큰 차이가 0.1 °F 보다 작습니다.

식을 항별로 읽으면 세 가지를 말합니다. 상수와 0.6215 T 항은 기온을 따라갑니다. −35.75 V^0.16 항은 바람이 셀수록 값을 낮추는데, 작은 지수 때문에 1 mph 가 늘 때마다 효과가 줄어듭니다. 마지막 0.4275 T V^0.16 항은 공기가 찰수록 바람의 효과를 키웁니다. 40 °F 에서는 30 mph 바람이 체감 온도를 12도 낮추지만, −20 °F 에서는 33도 낮춥니다.

NWS 는 이 식 뒤의 모형에 들어간 것을 이렇게 밝힙니다.

  • 표준 풍속계 높이 33피트(10 m)의 관측값에서 어른 얼굴 높이인 평균 5피트의 풍속을 계산합니다.
  • 사람 얼굴 모형을 씁니다.
  • 춥고 바람 부는 날 몸에서 주변으로 나가는 열을 열전달 이론으로 계산합니다.
  • 바람이 없다고 보는 기준을 3 mph 로 낮췄습니다.
  • 피부 조직의 열저항을 일정한 기준값으로 씁니다.
  • 해가 없는 맑은 밤을 가정합니다.

식에 넣는 바람은 일기 예보에 나오는 보통의 10 m 바람입니다. 얼굴 높이에서 바람이 약해지는 것은 식이 이미 반영하므로 따로 줄이지 않습니다.

계산 예

0 °F, 15 mph. V^0.16 = 15^0.16 = 1.543 입니다. 35.74 + 0.6215 × 0 − 35.75 × 1.543 + 0.4275 × 0 × 1.543 = 35.74 − 55.14 = −19.4 °F 이고, 표에는 −19 로 실려 있습니다. NWS 가 직접 드는 예이며, 표에서는 동상 30분 칸입니다.

−10 °C, 30 km/h. V^0.16 = 30^0.16 = 1.723 입니다. 13.12 − 6.215 − 11.37 × 1.723 + 0.3965 × (−10) × 1.723 = 13.12 − 6.215 − 19.59 − 6.83 = −19.5 °C 입니다. 같은 기온에 5 km/h 이면 −13 °C 가 나오는데, 기상청이 드는 예와 같습니다.

2023년 1월 24일 서울. 기상청의 지점별 일 최저 체감온도 자료에서 서울(지점 108)은 기온 −16.5 °C, 10분 평균 풍속 25.2 km/h, 체감온도 −27.2 °C 입니다. 식으로 계산하면 25.2^0.16 = 1.676 이므로 13.12 − 10.25 − 19.05 − 10.96 = −27.15 이고, 공개 값은 −27.2 °C 입니다.

2021년 1월 7일 대관령. 이 전시의 기록에서 가장 낮은 값으로, 기온 −21.7 °C, 10분 평균 풍속 53.6 km/h 입니다. 53.6^0.16 = 1.891 이므로 13.12 − 13.49 − 21.50 − 16.27 = −38.1 °C 이고, 기상청이 공개한 체감온도와 같습니다.

NWS 체감 온도 표 읽기

NWS 표는 풍속 12줄(5~60 mph, 세로)과 기온 18칸(40 ~ −45 °F, 가로)으로 된 격자입니다. 칸마다 그 짝의 체감 온도가 정수로 반올림되어 있습니다. 이 전시의 조작 탭에 표 전체가 있고, 칸을 누르면 무대가 그 값으로 바뀝니다.

표에 실린 216개 값은 모두 식을 정수로 반올림한 값과 같습니다. 216칸을 전부 다시 계산해도 같은 값이 나옵니다. 어떤 인쇄본에서 1도 다른 값을 보면, 옮겨 그리면서 생긴 반올림 차이일 가능성이 큽니다.

표에서 볼 만한 것이 세 가지 있습니다.

  • 어느 줄이든 기온이 5도 내려갈 때 체감 온도는 6~7도쯤 내려갑니다. 0.6215 T 와 0.4275 T V^0.16 이 함께 작용한 결과입니다.
  • 어느 열이든 처음 부는 바람이 가장 큰 차이를 냅니다. 20 °F 에서 바람이 없다가 5 mph 가 되면 7도가 내려가(13 °F) 버리지만, 50 mph 에서 60 mph 로 갈 때는 1도(−3 °F 에서 −4 °F)만 더 내려갑니다.
  • 왼쪽 위 구석은 온도계로는 영상인데 체감 온도로는 영하입니다. 35 °F 에서 30 mph 바람이면 22 °F 로 느껴집니다. 이것이 무엇을 뜻하고 무엇을 뜻하지 않는지는 아래에서 다룹니다.

표에 없는 값 사이에서는 동상 칸 색을 정할 때 더 추운 열과 더 센 바람의 줄을 씁니다. 그래서 무대가 보여 주는 칸 색은 표보다 순하게 나오지 않습니다. 체감 온도 숫자 자체는 언제나 내가 맞춘 정확한 값으로 식에서 계산합니다.

표의 동상 시간

표에는 30분, 10분, 5분의 세 가지 색 띠가 있습니다. 그 기온과 바람에서 드러난 피부가 얼 수 있는 시간입니다. 띠의 경계는 체감 온도 하나의 값을 따르지 않습니다. 예를 들어 10 mph 의 −47 °F 는 10분 띠, 60 mph 의 −48 °F 는 5분 띠에 있고, 10 mph 의 −35 °F 는 아직 30분 띠입니다. 시간은 볼이 얼마나 빨리 식는지를 계산한 모형에서 나오는데, 그 속도가 체감 온도라는 조합 하나가 아니라 기온과 바람 각각에 따라 다르기 때문입니다.

이 시간의 바탕이 된 얼굴 냉각 모형은 캐나다 국방연구개발청의 피터 티쿠이시스(Peter Tikuisis)와 랜들 오체프스키(Randall Osczevski)가 2003년에 발표했습니다. 두 사람은 이 동적 모형을 여러 기온과 바람 조합에 적용해 볼 피부의 최종 온도를 표로 만들고, 얼기까지 걸리는 시간을 표시했습니다. 띠 모양을 설명하는 결과도 있습니다. 같은 체감 온도를 내는 조합이라도 바람이 센 쪽에서 볼이 처음에 더 빨리 식습니다. 그래서 덜 추운 공기에 센 바람이 불면, 더 추운 공기에 약한 바람이 부는 같은 체감 온도의 날보다 30분 띠가 더 가까이 올 수 있습니다.

띠는 얼굴이 마른 평균적인 어른을 기준으로 합니다. NWS 시험은 어른 자원자 12명으로 했습니다. 추위에 누가 더 위험한지는 출처의 CDC·NHS 안내를 따라야 합니다.

같은 체감 온도, 다른 날씨

식에 넣는 값이 둘이라서, 서로 다른 많은 날이 같은 체감 온도를 냅니다. 조작 탭의 작은 표가 이것을 보여 줍니다. 지금 맞춘 체감 온도를 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 mph 에서 만드는 기온을 나열합니다.

−20 °F 를 예로 들어 보겠습니다. 5 mph 에서는 기온이 약 −8 °F, 20 mph 에서는 약 2 °F, 60 mph 에서는 약 9 °F 여야 합니다. 세 날은 같은 숫자로 설명되지만 밖에 있기에는 같지 않습니다. 바람 센 날은 더 따뜻한 공기에서 시작하므로 얼굴 둘레 공기층이 처음에 더 빨리 벗겨집니다. 티쿠이시스와 오체프스키가 노출 첫 몇 분에 대해 설명한 효과입니다. 바람 약한 날은 훨씬 찬 공기에서 시작하는데, 이것은 자동차 배터리, 수도관, 주머니 속 휴대폰처럼 피부가 아닌 것들에 더 중요합니다.

그래서 기상 기관은 체감 온도와 함께 기온과 바람을 알립니다. 체감 온도는 드러난 피부의 열 손실을 요약한 값이고, 그 바탕인 두 숫자를 대신하지 않습니다.

3 mph 아래와 50 °F 위

NWS 는 기온 50 °F(10 °C) 이하, 풍속 3 mph 초과에서만 체감 온도를 정의합니다. 50 °F 위에서는 바람으로 인한 추위 부담이 작고, 날씨를 어떻게 느끼는지는 다른 지수로 나타냅니다. 3 mph 아래는 바람이 없다고 보고 식을 쓰지 않으며, 체감 온도는 그냥 기온입니다.

기상청도 미터 단위로 같은 원칙을 씁니다. 기상자료개방포털은 겨울철 체감온도를 기온 10 °C 이하, 풍속 1.3 m/s 이상일 때만 산출한다고 밝힙니다. 같은 페이지의 계산기는 풍속 4.8 km/h 이하에서는 기온을 그대로 돌려주고, 기온보다 높은 값을 내놓지 않습니다.

전시에서 바람을 3 mph 이하로 낮추면 지수가 정의되지 않아 기온을 그대로 쓴다는 안내가 나옵니다. 기온을 50 °F 위로 올려도 같습니다.

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영하처럼 느껴지지만 영상

35 °F 에 30 mph 를 맞추면 체감 온도는 22 °F 로 영하입니다. 피부가 얼 수 있겠다고 생각하기 쉽지만 그렇지 않습니다. NWS 는 이 질문에 바로 답합니다. 드러난 피부에 동상이 생기려면 기온 자체가 영하여야 합니다. 바람은 피부를 실제 기온 아래로 식히지 못하므로, 영상의 공기에서는 동상이 생기지 않습니다. 영상이라도 춥고 젖고 바람 부는 날씨는 다른 이유로 위험할 수 있고, NWS 는 여기서 저체온증을 언급합니다. 이 페이지는 그 내용을 다루지 않으니 아래 건강 안내를 확인해야 합니다.

같은 이유로 물건에는 체감 온도가 의미가 없습니다. 기온 25 °F 에 30 mph 바람 속 수도관은 고요한 공기 속보다 빨리 얼지만, 바람이 계속 새 찬 공기를 가져오기 때문일 뿐 25 °F 보다 차가워지지는 않습니다.

지수가 빼놓은 것

식은 일부러 단순하게 만들었습니다. 실제로 느끼는 추위를 바꾸는 여러 요인이 들어 있지 않습니다.

  • 햇빛. 모형은 맑은 밤을 가정합니다. 얼굴에 비치는 강한 햇빛은 열을 더해 실제 열 손실을 지수보다 작게 만듭니다.
  • 습도. 지수를 시험할 때 상대습도는 결과를 1도도 바꾸지 않아 뺐습니다.
  • 옷. 숫자는 드러난 피부를 두고 하는 말입니다. 덮인 피부는 다루지 않습니다.
  • 몸. 체격, 체력, 혈액 순환, 밖에 있는 시간, 움직이는지 여부가 모두 추위를 바꿉니다. 지수는 표준 어른 얼굴을 씁니다.
  • 젖음. 젖은 피부는 증발로 열을 훨씬 빨리 잃습니다. 지수는 마른 피부를 가정합니다.

그래서 체감 온도는 사람을 잰 값이 아니라 날씨를 알려 주는 안내로 보는 것이 맞습니다.

기상청 식과 네 단계

기상청은 겨울철 체감온도를 위의 미터 단위 JAG/TI 식으로, 10분 평균 풍속(km/h)을 넣어 계산합니다. 기상자료개방포털은 지점마다 10월부터 4월까지 날마다 가장 낮은 체감온도와 그때의 기온, 풍속을 공개합니다. 여름은 다릅니다. 5월부터 9월까지는 기온과 습도로 만든 별도의 식을 씁니다.

기상자료개방포털의 체감온도 산출표는 칸을 네 단계로 색칠합니다.

단계 체감온도
관심 −10 °C 이상
주의 −10 °C 미만 ~ −25 °C
경고 −25 °C 미만 ~ −45 °C
위험 −45 °C 미만

전시를 °C 로 바꾸면 지금 날씨의 단계가 나옵니다. °F 로 볼 때는 단계를 숨깁니다. 기상청이 °C 로 정한 단계이기 때문입니다.

NWS 와 기상청의 숫자는 같은 식이므로, 같은 기온과 바람이면 서울에서도 시카고에서도 같은 체감 온도가 나옵니다. 다른 것은 알리는 방식입니다. NWS 는 2001년 표를 °F 로 싣고 지역별 추위 정보를 내며, 기상청은 °C 로 일 최저값과 네 단계를 공개합니다.

실제 겨울 기록

조작 탭에는 실제 기록 26개가 있습니다. 모두 기상청이 공개한 기온, 바람, 체감온도를 그대로 갖고 있어서, 무대가 그날을 관측값 그대로 보여 줍니다.

기상청 기상자료개방포털에서 전국 26개 지점마다 2017년 12월부터 2026년 2월까지 겨울 동안 가장 낮았던 일 최저 체감온도와 그때의 기온, 10분 평균 풍속을 골랐습니다.

지점 날짜 기온 풍속 체감온도
대관령 2021년 1월 7일 −21.7 °C 53.6 km/h −38.1 °C
인천 2018년 1월 26일 −17.1 °C 31.7 km/h −29.1 °C
춘천 2021년 1월 9일 −21.2 °C 9.0 km/h −28.2 °C
동두천 2021년 1월 7일 −17.7 °C 22.0 km/h −28.0 °C
홍천 2021년 1월 9일 −21.2 °C 7.2 km/h −27.2 °C
제천 2021년 1월 7일 −15.7 °C 29.2 km/h −26.8 °C
충주 2021년 1월 8일 −17.3 °C 13.7 km/h −25.3 °C
영월 2021년 1월 7일 −13.9 °C 27.0 km/h −24.1 °C
원주 2021년 1월 7일 −15.1 °C 16.9 km/h −23.6 °C
파주 2021년 1월 7일 −15.5 °C 35.6 km/h −27.5 °C
철원 2021년 1월 8일 −19.2 °C 12.6 km/h −27.3 °C
인제 2021년 1월 8일 −19.0 °C 13.3 km/h −27.3 °C
서울 2023년 1월 24일 −16.5 °C 25.2 km/h −27.2 °C
강릉 2021년 1월 8일 −15.0 °C 31.3 km/h −26.2 °C
수원 2021년 1월 8일 −16.9 °C 18.0 km/h −26.1 °C
양평 2021년 1월 8일 −15.9 °C 20.2 km/h −25.4 °C
속초 2021년 1월 7일 −14.7 °C 25.6 km/h −24.9 °C
대전 2023년 1월 25일 −16.6 °C 11.5 km/h −23.7 °C
대구 2021년 1월 8일 −13.4 °C 25.2 km/h −23.2 °C
청주 2023년 1월 25일 −16.3 °C 10.4 km/h −22.9 °C
서산 2023년 1월 24일 −12.2 °C 29.2 km/h −22.3 °C
광주 2021년 1월 8일 −13.5 °C 16.6 km/h −21.5 °C
부산 2021년 1월 8일 −11.7 °C 25.2 km/h −21.0 °C
전주 2021년 1월 8일 −15.9 °C 6.8 km/h −20.8 °C
울릉도 2021년 1월 7일 −8.0 °C 41.4 km/h −18.2 °C
제주 2023년 1월 24일 −3.2 °C 43.2 km/h −12.0 °C

두 가지가 눈에 띕니다. 대부분의 최저값이 2021년 1월 79일과 2023년 1월 2425일 두 차례 한파에 몰려 있습니다. 그리고 체감온도 순서가 기온 순서와 다릅니다. 춘천은 인천보다 기온이 4도 낮았지만, 인천은 31.7 km/h 바람 때문에 체감온도가 더 낮았습니다. 제주는 기온이 겨우 영하였는데 43.2 km/h 바람으로 체감온도가 −12.0 °C 까지 내려갔습니다. 26개 줄을 모두 기온과 풍속으로 다시 계산하면 공개 체감온도와 0.1 °C 안에서 같은 값이 나옵니다.

비교를 위해 미국 NWS 예보 사무소 요약에 실린 값을 옮깁니다. 이 요약에는 풍속이 함께 실려 있지 않고 기온이 없는 것도 있어서, 숫자를 지어내지 않고는 무대에서 그 아침을 보여 줄 수 없습니다. 그래서 조작 탭에는 넣지 않았습니다.

장소 날짜 최저 기온 가장 낮은 체감 온도
그랜드포크스, 노스다코타(공항) 1996년 2월 1일 발표 없음 −65 °F
그랜드포크스, 노스다코타(공항) 2019년 1월 29일 발표 없음 −61 °F
파고, 노스다코타(공항) 1985년 1월 19일 발표 없음 −61 °F
파고, 노스다코타(공항) 2019년 1월 29일 발표 없음 −56 °F
시더래피즈, 아이오와(공항) 2019년 1월 30일 발표 없음 −55 °F
블루밍턴, 일리노이(공항) 2019년 1월 30일 −21 °F −53 °F
시카고 오헤어 2019년 1월 30일 −23 °F −52 °F
피오리아, 일리노이 2019년 1월 30일 −20 °F −44 °F
스프링필드, 일리노이 2019년 1월 30일 −14 °F −40 °F
올버니, 뉴욕주(공항) 2023년 2월 4일 −13 °F −34 °F
시카고 오헤어 2024년 1월 14일 −10 °F −33 °F
시카고 오헤어 2025년 1월 21일 발표 없음 −28 °F

NWS 그랜드포크스 사무소는 1996년과 1985년 값이 1948년 이후 공항 기록에서 가장 낮은 체감 온도라고 밝힙니다.

2019년 1월의 한파

이 전시의 기록 여러 개가 같은 며칠에서 나왔습니다. 2019년 1월 말 북극 공기가 미국 중서부를 덮었고, 그 지역 NWS 사무소들이 뒤에 자세한 요약을 냈습니다.

시카고 오헤어 공항은 1월 30일 아침 −23 °F 로 34년 만에 가장 낮은 기온을 기록했고, 그보다 한 시간 앞서 체감 온도 −52 °F 를 기록했습니다. 록퍼드는 다음 날 아침 −31 °F 로 역대 최저 기온을 새로 썼습니다. 피오리아는 0 °F 이하로 41시간을 보냈습니다. 일리노이 북서쪽 끝 마운트캐럴에서는 관측자가 −38 °F 를 기록했고, 주 기후 극값 위원회(SCEC)는 이 값을 1999년의 −36 °F 를 넘는 일리노이 역대 최저 기록으로 올려 두었습니다. 더 서쪽에서는 시더래피즈와 몰린이 역대 최저 기온을 기록했고, 시더래피즈 공항은 체감 온도 −55 °F 를 발표했습니다. 노스다코타의 그랜드포크스 공항은 1월 29일 체감 온도 −61 °F 까지 내려갔습니다.

6년 뒤 NWS 시카고 사무소는 더 작은 한파에서 드문 점을 짚었습니다. 2025년 1월 19~24일 추위 때 땅에 눈이 거의 없었습니다. 1942년 이후 시카고에서 영하 0 °F 아래로 내려간 날 가운데 눈이 쌓이지 않은 날은 28일뿐으로, 그런 날 전체의 5% 가 조금 안 됩니다. 눈이 쌓여 있으면 보통 밤사이 공기가 더 식기 때문에, 눈 없이 그렇게 추웠다는 것은 공기 덩어리 자체가 그만큼 찼다는 뜻입니다.

드러난 피부: 숫자가 다루는 몸의 비율

체감 온도는 드러난 피부를 다루므로, 옷을 입은 사람이 피부를 얼마나 드러내는지 따져 볼 만합니다. 화상 치료에서는 수십 년 동안 면적 표를 써 왔습니다. 1944년 Lund·Browder 표에서 어른 머리는 몸 표면의 약 7 %, 목은 2 %, 손 하나는 2.5 % 입니다. 겨울 외투와 바지를 입었지만 모자, 목도리, 장갑이 없는 사람은 피부의 약 14 % 를 바람에 내놓고 있는 셈입니다.

전시의 「모자와 얼굴 가리개」 스위치는 머리와 목을, 「장갑」 스위치는 손을 덮습니다. 둘 다 켜면 드러난 피부가 0 % 가 되고, 체감 온도는 마네킹의 어느 부위에도 해당하지 않습니다. 덮인 피부가 얼마나 덜 식는지는 계산하지 않습니다. 천의 종류와 두께, 바람이 천을 얼마나 통과하는지, 젖었는지에 따라 달라서 하나로 정한 공식 값이 없기 때문입니다. 덮개는 숫자가 어디에 해당하는지만 바꿉니다.

옛 지수: 남극의 물통

처음 체감 온도 지수는 남극에서 나왔습니다. NWS 는 남극 탐험가 폴 사이플(Paul Siple)과 찰스 패설(Charles Passel)의 1945년 연구를, 높은 장대에 매단 통 속 물이 식는 속도를 잰 것이라고 설명합니다. 캐나다 환경부는 같은 지수를 남극에서 물을 담은 원통의 열 손실을 재서 추정한 것이라고 설명합니다. 그 속도에서 1 m² 당 1시간에 잃는 열량을 구했고, 나중에는 W/m² 로 옮겨 썼습니다. NWS 계산기 설명서에는 아직 이 식이 실려 있습니다.

열 손실(W/m²) = (12.1452 + 11.6222 √V − 1.16222 V) × (33 − T)

V 는 m/s, T 는 °C 입니다. 전시 숫자판의 「1945년 지수 열 손실」이 이 값을 10 W/m² 단위로 반올림해 보여 주므로, 두 방식이 바람에 어떻게 반응하는지 비교할 수 있습니다.

옛 지수는 미국과 캐나다에서 수십 년 쓰였지만 문제가 있었습니다. 통 속 물은 살보다 빨리 얼기 때문에, NWS 의 표현으로 옛 지수는 어는 데 걸리는 시간을 짧게, 바람의 냉각 효과를 크게 잡았습니다. 캐나다 환경부는 두 가지를 더 듭니다. 플라스틱 원통은 몸처럼 안에서 열을 내지 않고 피부 혈관처럼 추위에 반응하지도 않으며, 옛 풍속은 사람 평균 높이 1.5 m 가 아니라 지상 10 m 넘는 탑에서 쟀는데 1.5 m 에서는 마찰 때문에 바람이 약 3분의 2로 줄어듭니다. 새 지수는 캐나다 환경부와 국방부가 열을 전하는 특수 피부를 씌운 마네킹 머리로 시험하며 시작했습니다. 2001년 초여름 토론토의 국방·민간 환경의학연구소에서 사람 시험으로 확인했는데, 남자 6명과 여자 6명이 차가운 풍동에 앉았습니다.

추위 주의보와 경보

이 페이지의 체감 온도 숫자는 경보가 아닙니다. 공식 정보는 기상 기관이 예보, 지속 시간, 지역 기후를 따져 정한 기준으로 냅니다.

미국 NWS 는 추위 주의보(Cold Weather Advisory)와 극한 추위 경보(Extreme Cold Warning)의 기준을 지역마다 정합니다. NWS 가 드는 예로 뉴욕주 로체스터 지역은, 바람이 있든 없든 체감 기온이 −25 °F 이하로 내려갈 것으로 예상되면 극한 추위 경보를, 기온이나 체감 온도가 −15 ~ −24 °F 로 예상되면 추위 주의보를 냅니다. 미니애폴리스와 애틀랜타 사람들이 익숙한 겨울이 다르듯, 지역마다 기준이 다릅니다.

한국에서는 기상청이 자체 기준으로 한파 특보를 냅니다. 지금의 특보와 기준은 기상청 날씨 정보에서 확인해야 합니다. 이 전시의 값은 그것을 대신하지 않습니다.

모형에서 단순하게 한 것

  • 따뜻한 공기층 껍질은 계산한 것이 아니라 그린 것입니다. 두께는 그림으로 1/√(풍속)에 비례하게 했고, 바람 쪽이 얇아지는 모습과 뒤쪽의 흐트러짐은 정성적으로 보여 줍니다.
  • 바람 선은 몸 너비의 세로 원기둥을 지나는 교과서 흐름에 물결 모양 뒤쪽 흐름을 그려 더한 것입니다. 실제 사람 둘레 흐름은 3차원이고 난류입니다.
  • 드러난 피부의 색은 기온에 따라 그림으로 바꾼 것이며 피부 온도가 아닙니다.
  • 동상 띠는 표에 실린 칸에서 가져오고, 표에 없는 값 사이에서는 더 춥고 바람 센 쪽으로 반올림합니다. 실제 시간은 사람과 상황에 따라 다릅니다.
  • 기상청 단계는 기상청 산출표처럼 °C 체감온도를 정수로 반올림해 정합니다.
  • 드러난 피부 비율은 화상 면적 표의 어른 값이며, 옷 입은 사람이 피부를 얼마나 드러내는지 보이려고만 씁니다.

건강 안내

이 페이지는 동상이나 저체온증의 증상과 대처를 다루지 않습니다. 보건·기상 기관의 안내를 확인해야 합니다.

  • 기상청, 생활기상지수 안내
  • CDC, Preventing Frostbite(동상 예방, 영어)
  • NHS, Frostbite(동상, 영어)
  • NHS, Hypothermia(저체온증, 영어)
  • NWS, Cold safety(추위 안전, 영어)

주소는 아래 출처 목록과 조작 탭의 「건강 안내」 상자에 있습니다.

자주 묻는 질문

체감온도는 어떻게 계산합니까?

2001년 NWS·캐나다 식을 씁니다. °C 와 km/h 로는 체감온도 = 13.12 + 0.6215 T − 11.37 V^0.16 + 0.3965 T V^0.16 이고, T 는 기온, V 는 풍속입니다. °F 와 mph 로는 35.74 + 0.6215 T − 35.75 V^0.16 + 0.4275 T V^0.16 입니다. 기상청도 겨울철에 이 미터 단위 식을 씁니다. 기온 10 °C(50 °F) 이하, 3 mph 보다 센 바람에서 씁니다.

기온 0 °F 에 바람이 15 mph 면 체감온도는 얼마입니까?

NWS 표에 실린 값은 −19 °F 입니다. NWS 는 이 체감 온도에서 드러난 피부가 30분 안에 얼 수 있다고 안내합니다.

동상은 얼마나 빨리 생깁니까?

NWS 표는 드러난 피부를 기준으로 30분, 10분, 5분의 세 띠를 칠해 둡니다. 어느 띠에 들어가는지는 기온과 바람 둘 다에 달려 있습니다. 예를 들어 −25 °F 에 30 mph 면 5분 띠입니다. 시간은 차가운 풍동에서 걸은 어른 자원자 12명(남녀 6명씩)의 시험에서 나왔습니다.

몇 도부터 밖에 있기에 너무 춥습니까?

정해진 한 온도는 없습니다. NWS 표는 기온과 바람에 따라 위험이 커지는 모습을 보여 줍니다. 0 °F 에 15 mph 바람(체감 −19 °F)이면 드러난 피부가 30분 안에, −25 °F 에 30 mph 바람이면 5분 안에 얼 수 있습니다. 특보 기준은 기상 관서가 지역마다 정합니다. 예를 들어 NWS 는 뉴욕주 로체스터 지역에서 기온이나 체감 온도가 −15 ~ −24 °F 면 추위 주의보를, −25 °F 이하면 극한 추위 경보를 냅니다. 한국에서는 기상청 한파 특보를 따릅니다. 누가 특히 위험한지는 건강 안내 목록의 CDC·NHS 페이지를 보십시오. 이 페이지의 모형은 예보가 아닙니다.

바람이 불면 왜 더 춥게 느껴집니까?

피부는 바로 옆의 고요한 공기를 몇 밀리미터에서 몇 센티미터 두께로 데우고, 열은 이 층을 건너야 빠져나갑니다. 바람은 데워진 공기를 계속 찬 공기로 바꾸고 층을 얇게 눌러서 피부의 열이 더 빨리 빠져나가게 합니다. 공기 자체가 더 차가워지는 것은 아닙니다. 같은 바람 속 온도계는 같은 기온을 가리킵니다. 체감 온도는 빨라진 열 손실을 온도 눈금으로 옮긴 값입니다. 무대에서 바람을 올리면 바람을 맞는 쪽의 주황색 층이 얇아집니다.

체감온도와 열지수는 무엇이 다릅니까?

서로 반대 날씨를 다룹니다. 체감 온도(wind chill)는 기온과 바람을 합친 값이고, NWS 는 50 °F 이하, 3 mph 보다 센 바람에서만 씁니다. 열지수(heat index)는 더운 날씨에 기온과 상대 습도를 합친 값입니다. NWS 의 예로 기온 96 °F, 습도 65 % 면 열지수는 121 °F 입니다. 「체감」 한 칸을 겨울에는 체감 온도, 여름에는 열지수로 보여 주는 앱도 있습니다. 이 전시는 겨울 체감 온도만 다룹니다.

기온이 영상이어도 동상에 걸립니까?

아닙니다. NWS 는 드러난 피부에 동상이 생기려면 기온이 영하여야 한다고 밝힙니다. 영상(32 °F 위)의 공기에서 체감 온도만 영하(32 °F 아래)인 경우 동상은 생기지 않습니다. 다만 춥고 젖은 날씨에는 다른 위험이 있습니다.

자동차나 수도관도 체감 온도만큼 차가워집니까?

바람은 물건을 더 빨리 식히지만 기온까지만 식힙니다. 기온 −5 °F, 체감 −31 °F 일 때 자동차 냉각기는 −5 °F 아래로 내려가지 않습니다. 체감 온도라는 숫자는 사람과 동물에만 해당합니다.

날씨 앱마다 체감온도가 다른 이유는 무엇입니까?

대부분 같은 2001년 식을 쓰므로, 차이는 보통 넣는 값에서 나옵니다. 예보값인지 관측값인지, 바람을 몇 분 평균으로 냈는지, 관측 지점이 어디인지, 반올림을 어떻게 했는지가 다릅니다. 겨울에는 체감 온도, 여름에는 열지수를 섞어 「체감」으로 보여 주는 앱도 있습니다.

기상청 체감온도와 미국 NWS 의 wind chill 은 같은 식입니까?

겨울철에는 같습니다. 기상자료개방포털은 같은 JAG/TI 식을 °C 와 km/h 로 싣고, 10분 평균 풍속을 넣어 기온 10 °C 이하, 풍속 1.3 m/s 이상일 때 산출합니다. 여름철에는 기온과 습도로 만든 다른 식을 씁니다.

식에는 어느 높이의 바람을 넣습니까?

관측소나 예보의 표준 10 m(33피트) 바람입니다. 얼굴 높이(약 5피트)에서 바람이 약해지는 것은 식에 이미 들어 있습니다.

바람이 약하면 왜 체감온도를 내지 않습니까?

3 mph 아래는 바람이 없다고 보고 식을 쓰지 않으며, 체감 온도는 기온과 같습니다. 기상청 계산기도 풍속 4.8 km/h 이하에서는 기온을 그대로 보여 줍니다.

햇빛은 체감온도를 바꿉니까?

지수는 해가 없는 맑은 밤을 가정합니다. 얼굴에 비치는 햇빛은 열을 더하므로 실제 열 손실은 지수보다 작습니다. 식에는 이것을 고치는 항이 없습니다.

기상청 체감온도 단계는 어떻게 나뉩니까?

기상자료개방포털의 산출표는 −10 °C 이상을 관심, −10 °C 미만 ~ −25 °C 를 주의, −25 °C 미만 ~ −45 °C 를 경고, −45 °C 미만을 위험으로 칠합니다.

옛 체감온도 지수는 무엇이었습니까?

폴 사이플과 찰스 패설이 남극에서 물이 어는 시간을 재서 만들고 1945년에 발표한 지수입니다. 2001년에 사람 얼굴의 열 손실을 모형으로 한 JAG/TI 지수로 바뀌었습니다.

용어

  • 체감온도(wind chill temperature): 실제 기온과 바람이 드러난 피부에서 열을 가져가는 속도와 같은 속도로 열을 가져가는 고요한 공기의 온도입니다.
  • 열 경계층: 따뜻한 표면 바로 옆의 얇은 공기층으로, 열이 전도로 건너야 하는 층입니다.
  • JAG/TI: 2001년 지수를 합의한 Joint Action Group for Temperature Indices 입니다.
  • 동상 시간: NWS 표에서 그 기온과 바람에 드러난 피부가 얼 수 있는 시간입니다.
  • 10 m 바람: 표준 풍속계 높이 10 m(33피트)에서 잰 바람입니다.
  • 드러난 피부: 옷으로 덮이지 않은 피부로, 지수가 다루는 유일한 피부입니다.

출처

해설 글과 시뮬레이션: CC BY-NC-SA 4.0, 따로 밝힌 경우 제외.

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