书城科普读物科学文库——讲述天文故事
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第15章 四季更替的奥秘

地球上的四季表现为天文现象,它是根据昼夜长短和太阳高度的变化来划分的,不仅表现了温度的周期性变化,而且表现了昼夜长短和太阳高度的周期性变化,昼夜长短和正午太阳高度的改变决定了温度的变化。四季的更替在全球不是统一的,北半球是夏季,南半球是冬季;北半球由暖变冷,南半球由冷变暖。

太阳在黄道上的视位置是四季划分的依据,二分日、二至日和四立日是四季的界限。虽然划分的依据相同,但是东西方各国四季的界限却有所不同。我国四季的划分方法以二分和二至作为中点,以二十四节气中的四立作为四季的始点,强调四季的天文意义,如春季以立春为始点,太阳黄经为315度,春分为中点,立夏为终点,太阳黄经为45度,太阳在黄道上刚好运行90度,春季走过这90度之后就此完成。

春天是一个百花盛开的季节

二十四节气与季节密切相关,它的划分兼具天文季节和气候季节的特点,是我国古代人民创造的伟大科学成就,也是我国劳动人民长期进行天文、气象和物候观测的经验总结。雨水、惊蛰、清明、谷雨、小满、芒种、小暑、大暑、处暑、白露、霜降、小雪、大雪、小寒和大寒等是二十四节气的内容,它们明确标识出了气候和农事季节,大暑和大寒分别表示最热和最冷的时候。夏至以后的第二气便是大暑,大约在夏至之后的一个月来临,它其实就是传统“三伏”中的中伏;冬至以后的第二气便是大寒,大约在冬至之后的一个月来临,它其实就是传统“三九”中的中九。有民谚说:“冷在三九,热在中伏。”二十四节气将天文季节和气候季节融合在一起,较为准确地反映了气候,对我国农民的生产非常有利。

夏天到处郁郁葱葱

春分和秋分这两天非常特殊,昼夜长短和太阳高度都与全年的平均值相等,是处于极大值向极小值过渡的中间阶段。如果把春分作为春季的中点,把秋分作为秋季的中点,这是非常合理的。在夏季的时候,白天长夜晚短,夏至那天的太阳高度最大,地表在这天获得的太阳能量也最多,把夏至作为夏季的中点很合理;与此相反,冬至作为冬季的中点也很有道理。从实际气候上讲却能找到上述观点的不合理性,夏至并不是最热的时候,冬至也不是最冷的时候,气温在1~2个月之后才能达到最高和最低。因此把夏至和冬至分别作为夏季和冬季的开始,与实际气候能更好地对应,西方四季划分在气候意义具有更加明显的优势。

四季的气候意义是西方四季划分的重点,它以二分和二至作为四季的起始点,如春分是春季的起始点,夏至是春季的终止点,这种四季划分比我国晚了大约45天,因此存在很大差别。从天文意义上讲,我国以四立作为四季的界限更为科学。我国的四季划分具有天文意义,西方的四季划分具有气候意义,但是有一点却是共同的,这两种划分方法都是天文的划分方法。二分、二至和四立在天文上的含义是确定的,它们都把全年分成大体相等的4个季节,太阳在黄道上运行90度便是1个季节,每个季节3个月;它们都不能完全反映各地气候的实际情况。我们把通过这两种方法划分的季节称为天文四季,它是四季划分的重要手段。

秋天象征着收获

在半球的范围内,每个季节开始和结束的时间都是统一的,每个地点都存在着4个季节,每个季节走过的时间相等。为了对各个地方的实际气候进行反映,划分四季通常采用气候上的方法,例如采用候平均气温划分四季。利用候平均气温划分方法如下:夏季的候平均气温大于或等于22℃,冬季的候平均气温小于或等于10℃,春季或秋季的候平均气温介于10℃~22℃之间。按照这个标准对四季进行划分,中纬地区的季节与气候大致相同,低纬地区和极地附近的春夏秋冬变化不明显,与此同时,中纬地区的各季长度也相差很大,利用候平均气温划分出来的四季便是气候四季,如此计算的话,北京有55天是春季,有103天是夏季,秋季和冬季分别是50天和157天。

天文四季和气候四季截然不同,天文四季具有理论价值,气候四季具有实用价值。天文四季是气候四季划分的基础,它可以在半个地球达到平衡,气候四季则是在局部区域内平衡,没有天文四季的适用范围广。天文现象的变化是天文四季的划分依据,气温的变化是气候四季的划分依据。在天文四季中,北半球是夏季,南半球便是冬季。无论哪个半球的哪个地点,都有等长的天文四季;即使在同样的半球同样的地点,气候四季也会有所不同,这是两种划分方法的不同之处。

冰天雪地的冬天

从春分经夏至到秋分,北半球处于夏半年,南半球处于冬半年;北极处于极昼,南极处于极夜;北半球昼长夜短,南半球昼短夜长;北回归线以北的太阳高度比平均值大,南回归线以南的太阳高度比平均值小;北回归线以北的地方,太阳在东北方的地平圈上升起,在西北方的地平圈上降落;全球各地太阳在二分日均升起于正东方,且都在正西方降落。从秋分经冬至到春分,北半球处于冬半年,南半球处于夏半年,这段时间内的南北半球的昼夜长短、极昼极夜和太阳高度都同上述情况相反。从冬至到春分,从夏至到秋分,极昼和极夜的范围逐渐缩小,昼夜长短逐渐接近平均值。北回归线以北的地方,太阳升起方向逐渐接近正东,降落方向接近于正西。从春分到夏至,从秋分到冬至,极昼和极夜的范围逐渐扩大,昼夜长短逐渐接近极值。北回归线以北和南回归线以南的地方,太阳高度逐渐趋向极值。

说到四季的划分,前面我们已经介绍过天文划分法和气候划分法,事实上还有第三种划分方法,这就是古代划分法。在古代划分法中,立春是春季的开始,立夏是夏季的开始,立秋是秋季的开始,立冬是冬季的开始。上述几种方法简单方便,但是全国各地都在同时进入春夏秋冬,事实却并非如此,理论与现实存在很大的差距。如果按照上述划分方法,3月份就是春季,长江以南地区这时桃红柳绿,但是黑龙江等地却寒风凛冽,海南岛的人们则已经进入夏天。为了让四季更能体现各地的自然景象,让人们的生活节奏与季节相吻合,气象部门实行了候温划分四季法,这种划分方法综合了气候和温度等因素,具有很大的科学性。

春季是万物复苏的季节,中国的春季从立春开始,于立夏结束;欧美的春季从春分开始,到夏至结束。当世界进入春季时,北半球开始受到太阳的照耀,越来越多的太阳光直射到这里,气温慢慢升高。冬天的冰雪渐渐消融,河流的水位逐渐上涨。许多以卵过冬的动物开始孵化,进行冬眠的动物苏醒,候鸟也从温暖的南方飞回北方。植物开始抽芽生长,鲜花竞相开放,世界变得热闹起来。随着气温的增高,看着生物界的变化,人的心理和生理也会有很大改变。春天给农民带了充足的降水,也带来了植物生长所需的温度,所以春季是播种农作物的时候,难怪中国人会说“一年之计在于春”。

夏至到秋分的那段时间便是夏季,南半球将12月、1月和2月定为夏季,北半球并非如此。当北半球进入夏季时,各类生物已经开始了旺盛的生命,它们摆脱了冬天的低沉恢复了生机。夏季是一年中温度最高的季节,有各种各样丰富的食物,卵生动物的卵更容易孵化,所以很多生物都选择夏季来繁殖后代,植物也在温暖中竞相开花结果。许多农作物在夏季里生长得很旺盛,充足的光照和适宜的温度成为植物生长的有利条件。

北半球在夏季时受到的日照时间最长,北极圈内甚至还会出现极昼,可以看到太阳终日不落的奇观。因地域和干湿环境的不同,夏季会表现出炎热干燥或湿热多雨的特征。由于受到热带气旋的影响,赤道附近的海洋上空会形成台风,它具有巨大的威慑力,对周围地区造成很大的破坏。从黄道平面来看,可发现太阳位于金牛座、双子座和巨蟹座的背景上,这是任何其他季节没有出现过的天象。

从夏季到冬季的过渡季节是秋季,阴历为7至9月,阳历为9至11月,天文划分法为秋分到冬至。北半球亚热带地区在夏季非常炎热,但是气温到秋季时明显下降。随着气温的下降,多年生落叶植物的叶子会慢慢变黄,直至枯萎和飘落在地,只留下枝干度过冬天,一年生草本植物则会逐渐结束自己的生命,慢慢枯萎死去。秋季不仅是落叶飘零的季节,它更是收获的季节。很多植物的果实在秋季成熟,春天的播种总算有了收获,如红艳艳的苹果、金灿灿的小麦等。

由于干湿状况的差异,有些地区会在秋季出现阴冷多雨的天气,有些地区则显得干燥凉爽。在接近冬季的深秋里,昼夜的温差十分大,白天蒸腾的水汽会在夜间凝结,它们或变为露,或变为霜,成为秋季特有的景象。太阳直射点在秋季从北半球逐渐南移,秋分之后越过赤道,然后再直射到南半球上,这时太阳在北半球的角度越来越低,昼夜长短差距变小,到冬季时表现为昼短夜长。

冬季在南北半球所处的时间不同,中国的冬季从立冬开始,到立春结束;南半球的冬季是7至9月份,北半球的冬季是1至3月份。很多地区的冬季都是沉寂和冷清的代名词,在寒冷来袭的时候,植物的叶子已经全部凋落,动物会在这个时候进行冬眠,生物的生命活动大大减少,候鸟飞到温暖的地方去过冬。人们经常说雪花代表冬天,这是因为很多地方会下雪,这些冰雪要到春天才会融化。北半球的冬季最为寒冷,温带的气温也低于0℃。

1楼昵称:简单美

一年的气温变化是周而复始的,中间也是一个渐变的过程,但为什么老祖先把一年分为四季而不是六季或八季?

2楼昵称:凡人无忧

四季是人为划分寒暑变化的简易方法。地球会绕太阳公转,地球公转时地轴与地球的公转平面上有23度26分的夹角,地球的昼夜长短和正午太阳高度就会不断变化,地面获得的太阳能量也跟着变化。为了反映地球的这种寒暑变化,人们把一年划分为四季。

3楼昵称:回忆录

现代用同一时间刻度来反映季节,对于地域辽阔的国家来说不是很适合,所以气象学上有以候平均气温划分四季的方法。不同地区四季的长短有所不同,各地寒暑的实际变化更能反映出来。

4楼昵称:幻想天亮

我们的老祖先根据阳光照射地面日晷的变化划分了二十四个节气,由此又归为四季。冬至日晷最长是隆冬季节,夏至日晷最短是盛夏季节,春分和秋分日晷等长便是春季和秋季。立春、立夏、立秋、立冬处在上个季节与下个季节的交汇处,它们便作为四季的开始。

我们每时每刻都在感受四季,春风拂面、夏意盎然、秋风送爽、冬日暖阳。关于四季有许多美丽的传说,据说春夏秋冬是4位美丽的仙女,它们下凡来到人间,世界便有了四季的更替。

春娃是宙斯的小女儿,她首先来到人间。春娃活泼善良,人长得非常可爱,花和草非常喜欢她,总是追随在她的身后。春娃来到人间时,农作物会长得特别好,花苞会绽放出美丽的花朵,小草会变得青翠健康,不久便可长得丰盈健壮,昆虫也会辛勤工作。人们称春娃为春之天女,春娃来到人间的时候便是春季。

夏娃是宙斯的三女儿,春娃走了之后她便来到人间。夏娃天生聪明伶俐,她来到人间之后,世界顷刻便变成了绿色,草地绿油油的,树林也郁郁葱葱的。夏娃会给人间带来清新的气息,也正因为如此,夏天里每天都烈阳高照,有时还会有狂风暴雨。人们称夏娃为夏之精灵,夏娃来到人间的时候便是夏季。

秋娃是宙斯的二女儿,夏娃走了之后秋娃便下凡来到人间。秋娃是一个性情温和的女孩,她看起来古典纯净,枫树们看到了她便羞红了脸。秋娃来到凡间后,早晚气温相差不大,她督促动物们储存食物,以便度过下一个寒冷的季李,真是善良的女孩。人们称秋娃为秋之神女,它来到人间的时候就是秋季。

不知不觉之间,秋娃回到了天上,冬娃随之而来。冬娃具有善恶分明的个性,看起来非常冷酷。只要冬娃来到人间,无论是动物还是人,都赶快躲进自己的家里,因为外面冷得可怕。人们称冬娃为冬之冰女,它来到人间的时候是冬季。