一九八一年四月下旬，在南昌六中举行的一次教研活动，市地理中心教研组负责人牛祥迎老师，对着全市的地理老师表扬了我。他说这篇教学论文写的很好,并将已印好的《关于四季和昼夜的系统分析》，发给了在座的每一位教师。该文章为：

关于四季和昼夜的系统分析

“四季和昼夜”知识，是地理学科的基础部分，是研究地球天文现象的一个重要方面，空间概念很强。可是，在目前尚未看到一份关于“四季和昼夜”系统分析的资料，特别是地理教学来说，执教者往往会感到一种资料上的欠缺，有不少关系不易理顺。针对这一状况，作者试对“四季和昼夜”天文现象，进行全面的理论探讨和系统分析，为教师在讲述有关内容时，提供理论上的依据，在教材分析上提供一份较系统的参考资料。

一、昼夜、白夜和四季的形成

我们所居住的地球，是太阳系的九大行星之一（2006年改为八大行星），于金星和火星之间。在日心天球上，地球在绕轴自转的同时，又环绕着太阳公转；地球自转的周期为一太阳日，即24小时；公转的周期为一回归年，平均历年等于365、2422日。地球的自转形成了昼夜更替，公转带来了四季的变化。

地球表面的光热主要是太阳给的，其对着太阳的一面为白昼，背着太阳的一面为黑夜，由于太阳有16′的视半径，加上在大气的折光作用下，昼半球总是大于夜半球。阳光还因大气的散射作用，使得地球上的昼夜分界处并不十分明显，呈现出半明半暗的朦胧状态。在这里。由暗逐渐转明的为晨光，由明逐渐转暗的为黄昏，所以加起来叫晨昏线。

由于地球时刻不停地自转，其受光面、背光面以及晨昏线，也在不停地移动，地球的受光面不断地由白昼进入黄昏转向黑夜，背光面也在不断地有黑夜经晨光到白昼。因此，在地球上就产生了昼夜更替的天文现象。

地球在公转时，是斜着身子环绕太阳运动的。在地球公转的过程中，地轴与黄道平面（地球公转轨道面的扩大）斜交成66ºº34′的夹角，无论地球运行到公转轨道上的任何一点，地轴倾斜的方向大致保持不变，就目前的一个阶段来说，北极总是指向北极星附近。因此，在一年内，太阳光的直射点就不可能在赤道上停留，有时会移到北半球，有时会移到南半球，23ºº26′分别是太阳能够直射的最北和最南界线，也就是说，太阳直射点可在南北回归线之间移动。随着阳光直射点在地球上移动的纬度位置的不同，南北极圈以内相继会出现极昼和极夜现象，在极昼地区边缘，就会出现这样的情况：头天的昏影尚未结束，第二天的晨光就已经来临，通宵达旦都处于这种半明半暗的朦胧状态，这就是白夜。

同样道理，随着地球在轨道上公转的位置不同，阳光直射点在地球上移动的位置不同，南、北半球各自所得到的太阳光热，变化于全球所得的30%－70%之间，各地接受太阳的光热情况因时而异。这样，就给地球上的一些地球造成了四季更替的现象。

二、“二分二至”与四季和昼夜

先要明确的是，日地距离的变化而引起全球性热能之差，不能成为季节性变化的主要因素，因为其全年的差值仅约为7%，只有从半求性因素讨论天文季节，才富有实际的意义。因此，从半球性的季节来看，南北半球就不会同时出现一样的季节，两半球的季节刚好相反，当北半球为夏季时，南半球为冬季；当北半球为春季季时，南半球为秋季。反之相反。

对于北半球来说，“二分二至”（即春分和秋分，夏至和冬至）分别为春、夏、秋、冬各季的标志，按照我国传统历法，则为四个季节中各个季节的中点。在“二分二至”时，地球接受太阳的光热，在南北半球尤为突出，如我国古代就把夏至称为日长至，把冬至称为日短至；把春分和秋分都称为日夜分。因此，要弄清四季和昼夜及两者的关系，还必须从“二分二至”时地球表面接受太阳光热的情况加以分析。

在夏至日（6月22日前后），地球在轨道上的位置是太阳黄经90ºº、太阳赤纬＋23ºº26′，太阳的直射点在地球的北回归线上。这时，北半球昼长夜短，日照时间长，接受光热多，为夏季，而南半球的情况相反，为冬季。

在冬至日（12月22日前后），地球在轨道上太阳黄经270ºº、太阳赤纬－23ºº26，太阳的直射点在地球的南回归线上，这时，北半球夜长昼短，日照时间短，接受光热少，为冬季，而南半球的情况相反，为夏季。

在春分日（3月21日前后）和秋分日9月23日前后），地球于这两个时间，分别在轨道上的位置是太阳黄经0ºº、太阳赤纬0ºº和太阳黄经180ºº、太阳赤纬0ºº，太阳于地球上的直射点都在赤道上。这时，南北半球日照时间一样长，昼夜平分，气候温和，为春、秋两季。北半球在春分时为春季，秋分时为秋季，南半球的季节与之相反。

三、五带上的季节和昼夜

地球是个巨大的球体，纬度不同的地带，接受太阳的光热也不一样。加上地轴斜交于黄道平面，各地带在季节和昼夜的变化上也有不同体现。五带的划分，又正是以南北回归线和极圈来标志的。

热带在南北回归线之间，是唯一有太阳直射的地带。这里的太阳高度最大，热量集中，绝大部分终年炎热如夏，温差极小，没有四季区分，昼夜长短也相差不大。

温带在北回归线到北极圈、南回归线到南极圈之间，是既没有太阳直射、又没有极昼和极夜现象的地带。在北半球叫北温带，在南半球叫南温带。南北温带的大部分都位于中纬度带，太阳高度小于热带，阳光为斜射，热量分散，全年温差较大。夏季昼长夜短，冬季昼短夜长，春秋两季昼夜长短差异较小。

寒带在南极圈到南极、北极圈到北极的高纬度地带。在北半球的，叫北寒带，在南半球的，叫南寒带。这是地球上唯一有极昼和极夜的地带，太阳高度最小，阳光斜射最凶，热量更为分散，气候寒冷大部分地区长年如冬，季节变化不明显。当北半球出现极昼时，南半球出现极夜，反之相反。

在极昼时，地平线上有不落的太阳，总是在周围兜着圈子；在极夜时，本半球约70ºº的纬度附近，看到高空常有呈带状、弧状、幕状或放射状的极光，五彩缤纷。极光现象的产生，是来自于太阳活动区带电高能粒子流，在地球磁场的作用下，奔向极区，使极区高层大气分子或原子激发或电离出现的，是由磁暴的发生而引起的。

在此需要说明的是，回归线和极圈也不是完全固定不变的，也会随着地球的极移现象而改变，但影响极其微小。

另外，如不考虑太阳的视半径和大气折光散射作用，南北各极圈内还有这样的状况，除极圈的极昼和极夜在一年内都为一天外，各相同纬度的极昼和极夜的天数都不一样。如下表：

北纬66°º34′ 70°º 75°º 80°º 85°º 90°º南纬

极昼天数 1 65 103 134 161 186极夜天数

极夜天数 1 60 97 127 153 179极昼天数

上述现象的主要原因，我们可用天文学上的开普勒三定律加以解释。

1.行星绕日公转的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的焦点之一。这样，在地球绕日的轨道上，太阳并不在其中点。

2.同一行星公转的面积速度保持不变。这就意味着，地球要保持公转不变的面积速度，就必须用公转的角速度和线速度的变化来调节。

3.行星绕日公转的角速度和线速度，都因轨道的半长轴的增加而降低。这就是说，地球公转时，距太阳越远受太阳的引力就越小，公转的角速度和线速度就越慢，反之越快。

这三点均说明了地球在公转方面变化的原因，对地球自转的角速度和线速度并无多大的影响。其极昼和极夜天数不等的原因就在于此。

四、季节和昼夜长短的递变规律

在全年内，季节和昼夜长短的变化，都有着一定的规律。这是因为在日心天球上，地球绕日公转时，阳光的直射纬度，是随地球在轨道上的位置不同，而发生有规律转换而引起的。

从冬至经春分到夏至时，太阳在地球上的直射点始终向北移动。北半球的白昼由短在逐渐变长，接受太阳的光热由较少到逐渐增多；高纬度的极夜地带从由大缩小到逐渐消失，然后极昼地带出现并由小扩大；正午的太阳高度于北回归线以北一直在增大。这样，北半球的温带地区由寒冷的冬季，经温和的春季，到炎热的夏季。南半球的情况则与之相反。

从夏至经春分到冬至时，太阳在地球上的直射点始终向南移动。南北半球的季节、昼夜长短及太阳高度的递变，与上述情况完全相反。

从冬至到春分和从夏至到春分，太阳在地球上的直射点都在向赤道靠拢。这时，南北半球的昼夜长短都逐渐平分，极昼和极夜现象逐渐消失，两半球接受接受太阳的热能也逐渐一样多。这样，两温带地区分别由冬季进入春季，由夏季进入秋季。

从春分到夏至和从秋分到冬至，太阳在地球上的直射点，都分别向赤道两侧离开，前者移向北回归线，后者移向南回归线。因此，南北半球的昼夜时间，都随之同12小时分离。春分到夏至时，北半球接受太阳的光热增多，白昼时间变长，黑夜时间变短，北极附近开始出现极昼并且范围逐渐扩大；南半球接受太阳的光热减少，白昼时间变短，黑夜时间变长，南极附近开始出现极夜并且范围逐渐扩大。此时，正午的太阳高度随着阳光直射点的北移，在阳光直射点所在的纬度以北，各纬度均在原有的太阳高度上增大；在阳光直射点所在的纬度以南，各纬度均在原有的太阳高度上缩小。从秋分到冬至时，南北半球的昼夜长短、正午的太阳高度、各自所得到的太阳光热，都与上述情况相反。这样，两半球在这两段时间的季节变化是：北半球分别由春季进入夏季，秋季进入冬季；南半球则分别由秋季进入冬季，春季进入夏季。

五、从我国的传统四季来看昼夜的长短

划分四季的方法主要有两种依据。一种是昼夜的长短和太阳高度的季节变化，这种依据所划分的四季与实际的气候虽不符合，但具有明显的天文含义，叫天文四季；另一种是采用地面上气候本身的标准来划分，如把每五日的平均气温高于22℃的时期为夏季，低于10℃的时期为冬季，两者之间的为春秋两季这样的四季叫气候四季。地球上的四季首先应该是天文四季。

我国的四季和西方的四季，都属于天文四季，每季三个月，太阳在黄道上运行90º，全年四个季节共运行360º。但相比之下，我国着眼于天文上的季节，而西方则着重于气候，。

在我国，二十四气中的立春（2月4日前后）、立夏（5月5日前后）、立秋（8月8日前后）、立夏（11月7日前后）四个节气，分别为四个季节的起点；春分、夏至、秋分、冬至四个中气，分别为各所在季节的中点。

在西方，则把“二分二至”分别作为所在季节的起点，把“四立”分别作为作为所在季节的中点，比我国的四季分别要推迟一个半月。

因此，我国四季的划分，更具有明显的天文含义。下面就从我国的传统四季，来看全球在各季时昼夜长短的具体变化。

一）、春季：

1.从立春到春分：太阳的直射点约由16º16′N向赤道移动，南北半球的昼夜都在向12小时接近，当太阳的直射点到达赤道时，两半球的昼夜时间一样长，南北两极地的极昼和极夜现象分别消失，各纬度的昼夜长短不存在差异。

2.从春分到立夏：太阳的直射点由赤道向16º16′N移动，南北半球各不同纬度处，开始出现昼夜长短的差异。北半球各纬度处，白昼都逐渐长于12小时，而且纬度越高，白昼时间越长，在北极及其周围开始出现极昼，并且极昼范围逐步扩大；反过来，南半球各纬度地带，此时的白昼时间则逐渐短于12小时，而且纬度越高，白昼时间越短，在南极及其周围开始出现极夜，并且极夜范围逐步扩大。当太阳直射点在北纬16º16′N时，30ºN处的白昼长约为13时18分，夜长约为10时42分；45ºN处的昼长约14时16分，夜长约为9时44分；60ºN处的昼长约为16时3分，夜长约为7时57分；约在73º44′N以北全部为极昼。这时，南半球的昼夜长短情况与上述相反。

二）、夏季：

1.从立夏到夏至：阳光的直射点从16º16′N继续北移，往北回归线靠拢，南北两半球的各纬度处，昼夜长短的差异仍在增大，北半球的白昼时间越来越长，极昼范围越扩越大，南半球的白昼时间越来越短，极夜范围越来越大。当阳光直射点到达北回归线时，30ºN处的白昼长约为13时15分，夜长约为10时45分；45ºN处的长约15时26分，夜长约为8时34分；60ºN处的昼长约为18时30分，夜长约为5时30分；北极圈内则全部为极昼。这时，南半球的昼夜长短情况，则与北半球各相同纬度处相反，南极圈内全部是极夜。

2.从夏至到立秋；阳光直射点约由北回归线向南返回，北半球各纬度地带的昼长开始缩短，黑夜时间开始延长，极昼范围也在缩小；南半球各纬度地带的昼长开始延长，黑夜时间开始缩短，极昼范围也在变小。当阳光直射点回到北纬16º16′N时，南北半球各纬度地带，昼夜长短的状况与立夏时相同。

三）、秋季：

1.从立秋到秋分：阳光的直射点从16º16′N继续南移，南北两半球的各纬度处，昼夜长短的差异仍在缩小，昼夜都在向12小时接近，当太阳的直射点到达赤道时，两半球的昼夜时间一样长，两极地的极昼和极夜现象完全消失，各纬度的昼夜长短不存在差异。

2.从秋分到立冬：阳光的直射点由赤道继续南移，南北两半球的各纬度处，昼夜长短又出现差异，都在向12小时分离。北半球的白昼又开始短于12小时，黑夜又开始长于12小时，北极及周围又出现了极夜现象；南半球的白昼又开始长于12小时，黑夜又开始短于12小时，南极及其周围又出现了极夜现象。当阳光直射点回到南纬16º16′S时，南北半球各纬度地带，昼夜长短的状况与立夏时相反。

四）、冬季：

1.从立冬到冬至：阳光的直射点由16º16′S继续南移，南北两半球的各纬度处，昼夜长短的差异仍继续在增大，极昼和极夜的范围仍在扩大，当阳光直射点到达南回归线时，南北半球昼夜长短的状况与夏至时相反。

2.从冬至到立春：太阳直射点由南回归线开始向北回归，南北两半球的昼夜及其在各纬度的差异又开始缩小，极昼和极夜地区的纬度范围也在随之缩小。当太阳的直射点回到16º16′S时，南北半球各纬度地带，昼夜长短的状况与立冬时相同。

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注：在立夏时，30ººN、45ººN、60ººN的昼长，以及极昼的纬度界线，是根据球面三角公式cost＝－tgδ•tgф计算所得，其中t为半昼弧，δ为太阳直射点所在的地理纬度，ф为地理纬度。