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地球上的四季

§4041四季概说 由于黄赤交角的存在和太阳的回归运动,造成地球上各地昼夜长短和正午太阳高度的变化,一年分成春夏秋冬四季。但是,严格地说,只有中纬度地带才是四季分明的。因此,对全球来说,不如笼统地说季节变化更确切一些。概括地说,季节变化具有如下两方面的性质: ——季节变化是半球性现象。南北两半球没有同时来临的同一季节,而总是彼此相反:当北半球夏季时,南半球为冬季;北半球春季时,南半球是秋季。这是因为,影响季节变化的两个主要因素——昼夜长短和正午太阳高度是半球性的。这两个因素影响地球所得太阳热量在南北半球之间的分配。太阳直射的半球,昼长夜短,正午太阳高度较大,太阳热量集中,是夏季;非太阳直射的半球是冬季。任何时候,太阳只能直射在一个半球;两半球的太阳赤纬总是正负相反。 除了半球性因素外,季节变化也有它的全球性因素,这就是日地距离的变化。这个因素决定全球所得太阳辐射热能的总量。地球距离太阳较近的半年,太阳赋予地球的热量较多,是全球共同的夏半年;反之,地球距离太阳较远的半年,是南北半球共同的冬半年。 图424日地距离与冬夏季节 两种性质迥异的因素,产生两种不同的季节:半球性季节和全球性季节。 比较起来,后者的影响是十分微小的。 地球轨道具有“近圆性”,因此,日地距离的变化不大。具体地说,日地距离变化于152100000km(远日点)与147000000km(近日点)之间,两者约成100:97。我们知道,光源的辐射强度与它的距离平方成反比。因此,全球所得太阳热能总量的极大值与极小值之比,应是(100)2:(97)2,即约成100:93.5,二者的差值为6.5%。与半球性因素相比,由于太阳直射点的南北移动,南北两半球各自所得太阳辐射,就其对全球所占的百分比来说,则变动于70%—30%之间,即成100:43,其差值达57%。因此,半球性因素是季节变化的主要因素;日地距离的变化,不能改变太阳赤纬变化所造成的冬夏季节①(图424)。 图4-25季节的天文因素:昼夜长短和正午太阳高度的变化    
①中学生常会提出这样的问题:为什么地球距太阳近时(1月初过近日点),我们这里却是严寒的冬季? 按距日远近是季节变化的全球性因素,而起决定作用的是半球性因素。尽管过近日点时,全球接受的热量 较多,但较多的热很大部分集中在南半球。北半球这时昼短夜长,正午太阳高度小,是冬季。
——季节变化首先是天文现象,然后是气候现象。这里所要说的是作为天文现象的季节变化。地球所得太阳热量在南北半球之间的分配,决定于太阳直射的纬度。具体地说,天文季节的因素是昼夜长短和正午太阳高度(图425)。太阳直射北半球时,北半球昼长夜短,正午太阳偏高,太阳热量分配侧重在北半球。这时,北半球是夏季半年,南半球是冬半年。太阳直射南半球时,北半球昼短夜长,正午太阳高度低,太阳热量分配侧重在南半球。于是,北半球是冬半年,南半球是夏半年。如果太阳始终直射在赤道,全球各地昼夜等长,正午太阳高度不变,南北半球获得太阳热量始终不变,也就无所谓半球性的季节变化了。 §4042太阳直射点移动和四季的递变 太阳在天球上的回归运动,在地球上表现为太阳直射点的南北移动。它的移动方向,决定南北两半球的正午太阳高度和昼夜长短的消长。为了说明这种变化,有必要以二分二至为界,把全年分成四个阶段,从以下三个方面进行考察,它们各具有不同的天文含义: ——太阳直射点在南、北半球之间的移动:从升分(北半球春分,下同)经北至(北半球夏至,下同)到降分(北半球秋分,下同),太阳直射点移动在北半球。在这期间,北半球昼长夜短,北极地区有极昼,北回归线以北的正午太阳高度大于全年平均值,是北半球的夏半年;南半球昼短夜长,南极地区有极夜,南回归线以南的正午太阳高度小于全年平均值,是冬半年。从降分经南至(北半球冬至,下同)至次年升分,太阳直射点移到南半球,是北半球的冬半年和南半球的夏半年。在此期间,南北半球的昼夜长短,极昼极夜和正午太阳高度,都与上述情形相反。此后,太阳直射点又由南半球移至北半球,两半球的冬夏半年又相互代替。 ——太阳直射点向北或向南移动:从南至经升分到北至,太阳直射点向北移动。在此期间,北半球白昼由短变长,极夜地区缩小(继而极昼地区不断扩大),北回归线以北正午太阳高度持续增大;南半球白昼由长变短,极昼地区缩小(继而极夜地区不断扩大),南回归线以南正午太阳高度持续减低。从北至经降分到南至,太阳直射点向南移动。在此期间,南北两半球的昼夜长短、极昼极夜和正午太阳高度的变化,同上述情形相反。此后,太阳直射点又转为向北移动,两半球的昼夜长短和正午太阳高度的变化又相互倒转。 ——太阳直射点向赤道或向回归线移动:从北至到降分,或从南至到升分,太阳直射点都向赤道移动,即向低纬度方向移动。在此期间,全球各地的昼长和正午太阳高度都趋向齐平(全年平均值):昼长趋近12时,正午太阳高度趋近90°-φ;极昼和极夜地区都在缩小。从升分到北至,或从降分到南至,太阳直射点向回归线移动,即向高纬度方向移动。在此期间,不论南北半球,昼夜长短和正午太阳高度都趋向极值(极大或极小),极昼和极夜地区都在扩大。 南北回归线之间的纬度带,正午太阳高度每年有两次极大值和极小值,因而同上述情形有所迥异。 §4043四季的划分 四季的划分,我国与西方有所不同。我国的四季划分方法,强调季节的天文特征:夏季是一年中白昼很长,正午太阳很高的季节;冬季是一年中白昼很短,正午太阳很低的季节;春秋两季,昼夜均匀,正午太阳高度适中,
是冬夏之间的过渡季节。具体地说,它以二十四气中的“四立”(立春、立夏、立秋和立冬)为四季的起止,而以二分二至为四仲(图426)。 春季:立春为起点,春分为中点,立夏为终点;夏季:立夏为起点,夏至为中点,立秋为终点;秋季:立秋为起点,秋分为中点,立冬为终点;冬季:立冬为起点,冬至为中点,立春为终点。 这样的四季,具有明显的天文意义,但与实际的气候情况不符。例如,立春和立秋,是春秋二季的开始,而在气候上仍是隆冬和盛夏;夏至和冬至,是夏季和冬季的中点,可是在气候上,它们并非一年中很热和很冷的时候。 二十四气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,是我国古代的一项伟大科学成就。它的划分兼具天文季节和气候季节的特点。它的二分二至和四立(合称八节),表达的是天文季节;而雨水、惊蛰、清明、谷雨、小满、芒种、小暑、大暑、处暑、白露、霜降、小雪、大雪、小寒和大寒等气,则明显地表示气候和农事季节。其中的大暑和大寒,分别表示一年中很热和很冷的季节。大暑是夏至后第二气,即夏至后一个月,大体与传统的“三伏”中的中伏相当;大寒是冬至后第二气,即冬至后一个月,同传统的“三九”相近。故民谚有“冷在三九,热在中伏”。天文季节和气候季节,区别明显,结合紧密。 西方的四季划分,较多地侧重于气候方面。它把二分二至看作四季的起点。这样的四季比我国的天文四季各推迟一个半月。例如,从立春至春分的一个半月,在我国属春季的前半部分,而在西方却是冬季的后半部分。 无论是我国的四季,还是西方的四季,都是按二分二至划分的,它们都有确切的天文含义。两种划分方法本身都是天文上的,因而都不可能全面地考虑气候的特点。按天文上的定义,一年分成大致相等的四个季节;同一季节,在不同纬度都有同样的始终。而在气候上,春夏秋冬四季,不一定是长短相等的;同一季节,在不同纬度也会有不同的始终。 要使春夏秋冬四季反映地面上的气候条件,必须采用气候本身的标准来划分四季。气候学上通常以侯平均温度(每5日的平均气温)作为季节的划分标准:候温高于22℃的时期为夏季,低于10℃为冬季,介于二者之间的为春季和秋季。这样,各地的春夏秋冬四季,都有共同的温度标准。但是,同一地点,四季必然长短不一;不同地点,同一季节并非同时始终。而且,并非到处都有四季。 图426四季的划分


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