历法与气候学上的季节差异

秋雨李冰

历法与气候学上的季节差异
秋雨

　　先介绍一下四季的成因。
　　地球在黄道面上绕着太阳公转，且在从西向东自转，地球自转的地轴与黄道面并不垂直，每41000年在65.5度至67.9度之间变动一个周期，因为变动周期很长，在短时间内可以认为地轴与黄道面夹角基本恒定，约为66.55度的夹角。因为地轴倾斜恒定，总是保持一个方向，且地球总在绕太阳公转，当地球在黄道面上从一个地方移动到另一个地方时，处在地球上的人类观看太阳时，太阳的高度角也就发生了变化，给人类的视觉感是太阳发生了南北移动。在地球绕太阳公转一圈的过程中，南北半球接受太阳的辐射及热量在不断发生变化，于是便产生了冷暖交替的循环。

　　黄道面被人为分成360度，称为黄经。当地球抵达黄经270度那一刻，北半球的人们正午看到太阳高度降到了一年里的最低点，日影达到最长，视觉感也就认为太阳移到了最南端。这一时刻地轴的南极向太阳倾斜，阳光直射南回归线，南半球得到更多的太阳能量，南半球是夏季，北半球是冬季，北极出现永夜，南极出现永昼。自从阳光直射移往赤道以南的半年里，北半球就成了冬半年，北半球昼短夜长，北极晨昏界线以内的地方半年看不到太阳；南半球成了夏半年，南半球昼长夜短，南极晨昏界线以内的地方，半年内太阳都在地平线以上转圈圈。地球每年到达黄经270度那一刻，便被命名为“冬至”，这一天也就是冬至节气。
　　相反的情况，当地球移动到隔着太阳与“冬至”那个点相对称的那个位置时，也就是黄经90度那一刻，北半球的人们正午看到太阳高度升到了一年里的最高点，日影达到最短，视觉感也就认为太阳移到了最北端。这一时刻地轴的北极向太阳倾斜，阳光直射北回归线，北半球得到更多的太阳能量，北半球是夏季，南半球是冬季，北极出现永昼，南极出现永夜。自从阳光直射移往赤道以北的半年里，北半球就成了夏半年，北半球昼长夜短，北极晨昏界线以内的地方，半年太阳都在地平线以上转圈圈；南半球成了冬半年，南半球昼短夜长，南极晨昏界线以内的地方半年看不到太阳。地球每年到黄经90度那一刻，便被命名为“夏至”，这一天也就是夏至节气。
　　当地球移动到“冬至”和“夏至”两个点的中间位置时，也就是黄经0度和180度那一刻，南北极都不对着太阳倾斜，阳光直射赤道，两个半球得到的太阳能量相同，南北两极地区成了晨昏状态，南北半球昼夜时间一样长短。由冬到夏，地球抵达黄经0度那一刻，被命名为 “春分”；由夏到冬，地球抵达黄经180度那一刻，被命名为“秋分”。春分、秋分节气的命名是相对于北半球而言的，南半球正好与北半球相反。

　　中国历法规定，自黄经0度开始，地球绕太阳公转每移动黄经15度为一个节气。3月20～21日，地球位于黄经0度时为二十四节气的春分（南半球为秋分），太阳光直射赤道，南北半球所受的光热相等，北半球处于春季；6月21～22日，地球移动到黄经90度时为夏至，太阳光直射北回归线，北半球接受的太阳辐射最多，北半球处于夏季；9月22～24日，地球移动到黄经180度时为秋分，太阳光再次直射赤道，南北半球所受的太阳辐射相等，北半球处于秋季；12月21～23日，地球移动到黄经270度时为冬至，太阳光直射南回归线，北半球受太阳辐射最少，北半球处于冬季。以后太阳光逐渐北移，再次回到黄经0度，如此周而复始。
　　假设地轴与黄道面是垂直的，地球上是不可能有春夏秋冬之分的，假设只有地轴倾斜，但地球没有绕太阳的公转，也不会有四季的产生，二者缺一不可。太阳系里木星自转轴与公转平面的夹角是86度52分，自转轴与公转平面几乎垂直，造成了木星上没有分明的四季变化。有人认为是由于木星没有大气层，所以木星上才没有四季，其实不是这样，假如地轴也是木星自转轴这样的倾斜度，地球虽然有大气层，也会没有春夏秋冬四季的变化。
　　假设地轴倾斜过大，或者地轴与黄道面没有夹角，地球上更不可能有春夏秋冬之分。太阳系中的天王星自转轴几乎倒在它的轨道平面上，因此当天王星的半个球面是夏季时，它的一个极点几乎直对着太阳，而另外半个球面完全处于黑暗的冬季之中，这是一个奇怪的现象。太阳系中的金星更是奇怪，它是逆向自转的，所以金星上的太阳是西升东落。地球的公转轨道是个椭圆，地球与太阳之间的距离也有远近变化，这种变化使整个地球从太阳接受的总辐射会产生一些微小的差异，但这一微小的差异不足以造成地球上一年的季节变化。
　　春夏秋冬四季变化主要是指地球相对于太阳位置的变化，也就是天文气候。对于真正意义上的气候，赤道地区只有夏季，两极地区和高原高海拔的雪山上只有冬季，低纬度地区没有冬季，高纬度地区没有夏季，只有中纬度的平原和非高海拔地区才有分明的冬夏春秋四季。
　　下面说历法与气候学上的季节差异。
　　由于地轴的倾斜和地球的公转，使得两个半球从太阳接收到的能量不同，且循环往复，从而造成了两个半球春夏秋冬四季更替，不断地周而复始。不过，在北温带和南温带地区，四季的出现正好相反，当北温带的人们正穿着大棉袄的时候，南温带的人们却正在海滨浴场避暑。
　　人们总有一种感觉，历法上已经立春了，可是天气依然很冷，没有一点儿春天的气息；历法上已经立秋了，可是天气依然很热，没有一点儿秋天的气息。其实，这是因为历法上与气候上的立秋或者立春每年都存在着差异，历法上的立秋或者立春是地球相对于太阳抵达了黄经那个位置，年复一年地重复抵达。
　　大气环流每年都不会相同，这是历法上的节气与气候存在差异的主要原因。由于太阳耀斑和黑子的不时活动，太阳辐射并不恒定，时刻都有变化，太阳辐射是地球获得能量源泉，太阳辐射量的变化，会引起地球气候的变化，这也是历法上的节气与气候存在差异的原因之一。地球本身也在释放着热量，所释放的热量并不恒定，时刻变化着，这也是历法上的节气与气候存在差异的原因之一。
　　地球每年所抵达的黄经那个立秋或者立春点，相对于太阳每年是同一个位置，但相对于银河系每年却不是同一个位置，相对于河外星系，相对于宇宙空间，那个点不知道在哪个地方。太阳系内情况大致变化不大，但太阳在银河系穿梭，银河系在宇宙间旋转，如果太阳进入了一个冷域，地球也就成了冰河期；如果太阳进入一个热域，地球也会出汗的。
　　四季的划分经历了漫长的岁月，随着季节的划分，根据社会的需要，黄河流域智慧先民历经万年的前赴后继，终于创造发明出来人类史上最伟大的科学成果二十四节气。二十四节气是以黄河流域为背景的，地理位置上距黄河流域越远，节气的气候意义越失真。
　　地球某地气候学意义上的秋季始自当地候平均气温低于摄氏22度，冬季始自当地候平均气温低于摄氏10度，春季始自当地候平均气温高于摄氏10度，夏季始自当地候平均气温高于摄氏22度。按照这一标准，赤道地区只有夏季，两极地区和高原高海拔的雪山上只有冬季，低纬度地区没有冬季，高纬度地区没有夏季，只有中纬度的平原和非高海拔地区才有分明的冬夏春秋四季。而四季分明的中纬度地带，历法上的季节起始和终止不可能与气候学意义上的季节标准相吻合，加上气候变化的影响，其差异会更加明显。
　　再说一下今年的三伏和入秋。
　　中国历法规定，从夏至后算起，第三个庚日为初伏，第四个庚日为中伏，立秋后第一个庚日为末伏。
　　6月21日夏至，从夏至后算起，6月27日出现第一个庚日，即庚寅日。7月7日出现第二个庚日，即庚子日。7月17日出现第三个庚日，即庚戌日。7月27日出现第四个庚日，即庚申日。
　　8月7日立秋，立秋后第一个庚日是8月16日，即庚午日。由此，我们不难得知2018年的三伏具体时间如下:
　　2018年初伏时间为7月17日至7月26日，共10天。
　　2018年中伏时间为7月27日至8月15日，共20天。
　　2018年末伏时间为8月16日至8月25日，共10天。
　　今年的干支纪日的庚日与夏至日的配置，出现的时间较晚，于是给人的感觉是三伏来得晚了一些。而庚日与立秋日的配置，使得中伏达20天，感觉拉长了暑热的天数，且使得末伏出现的更晚。虽然历法上已经立秋，算是进入天文意义上的秋季，但黄河流域中原地区的候平均气温依然高于摄氏22度，因而气候学意义上依然处在夏季，又因处在三伏期，故至8月25日，依然属于盛夏季节。