आम तौर पर डुनेडिन की जलवायु समशीतोष्ण है हालांकि ऐसी मान्यता है कि शहर में कई प्रकार की जलवायु पाई जाती हैं और काफी हद तक शहर की स्थलाकृतिक लेआउट की वजह से इसके उपनगरों की मौसमी दशाओं में अक्सर भिन्नता देखी जाती है। महासागर से इसकी निकटता की वजह से भी इसमें काफी बदलाव हुआ है। इसके प्रभावस्वरूप यहां गर्मियों में काफी गर्मी और सर्दियों में काफी ठण्ड पड़ती है। सर्दियों के मौसम में पाला पड़ सकता है लेकिन पर्याप्त बर्फ़बारी असामान्य है (शायद हर दो या तीन साल में) लेकिन अंतर्देशीय पहाड़ी उपनगर जैसे हाफवे बुश और वकारी इसका अपवाद है जहां हर साल कुछ दिनों तक बर्फ़बारी होती है। वसंत के मौसम में एक दिन में चार तरह के मौसम देखने को मिल सकते हैं लेकिन नवंबर से अप्रैल तक यह आम तौर पर आबाद और हल्का होता है। गर्मियों के दौरान तापमान तक पहुंच सकता है।

न्यूजीलैंड के कई शहरों की तुलना में डुनेडिन में अपेक्षाकृत कम बारिश होती है जहां हर साल केवल लगभग बारिश दर्ज की गई है। इस सच्चाई के बावजूद, शायद यहां कई दिनों तक होने वाली रिमझिम बारिश की वजह से इसे कई लोग एक नम शहर मानते हैं (उत्तरी क्षेत्रों जैसे ऑकलैंड और वेलिंगटन में अपेक्षाकृत कुछ दिनों तक भारी बारिश होती है). डुनेडिन देश के सबसे घने बादलों वाले क्षेत्रों में से एक है जहाँ हर साल लगभग 1650 घंटे की चमकीली धूप दर्ज की गई है। शहर में बहने वाली हवाएं दो दिशाओं से आती हैं और ठंडी नाम दक्षिण पश्चिमी हवाएं उत्तर पूर्वी हवाओं में बदल जाती हैं। गर्म सूखी उत्तर पश्चिमी हवाओं को भी उत्तर पश्चिम से आने वाली फोएहन हवाओं के रूप में सूचित किया जाता है। आतंरिक शहर के आसपास स्थिति पहाड़ियां ओटागो के अधिकांश प्रचलित मौसम से आतंरिक शहर की रक्षा करती है जिसके परिणामस्वरूप मुख्य शहरी क्षेत्र का मौसम ओटागो के शेष क्षेत्रों की तुलना में बिल्कुल अलग होता है।

शहर के दिल वाले हिस्से के बाहर के आतंरिक भाग में उप-महाद्वीपीय जलवायु पाई जाती है जहां सर्दियों का मौसम काफी ठण्ड और शुष्क और गर्मियों का मौसम गर्म और शुष्क होता है। सर्दियों के मौसम में मिडिलमार्च के आसपास तैएरी नदी के मार्ग के ऊपरी हिस्से में जमीन को ठंडा कर देने वाले घने कोहरों का दिखाई देना आम बात है और गर्मियों के मौसम में तापमान अक्सर 30 सेल्सियस के आसपास पहुंच जाता है।

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