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中国古代的先民自从对时间有了认识之后，为了配合日常生产和生活的需要，一种根据天象而制定的历法诞生了。按照分类方法，根据太阳的运行规律制定的就是阳历，根据月亮的运行规律制定的就是阴历，而根据太阳和月亮的运行规律结合制定的就是阴阳历。二十四节气就属于阴阳历。
春秋末期至战国初期，出现了一种历法，它以365 又 1/4 日为一回归年长度，以 29 又 499/940 日为朔策，并以十九年闰七为闰周来调整年、月、日周期。因其正好将一日四分，故称“四分历”，与“后汉四分历”相区分，也称“古四分历”。从春秋战国至秦朝时期制定的古六历
就属于古四分历。
这里需要先解释一下年、月、日的概念。人们是先认识日，再认识月，再认识年的。在中国古代，人们通过昼夜的交替，形成了最早的“二时制”，即将一天分成两个时段，白昼和黑夜，这也就意味着先民们已经粗略掌握了“日”这个时间计量单位。与太阳不同，夜晚的月亮并不是一直都是圆的，而是在不同的日子里会呈现不同的形状。先民们通过观察月亮圆缺的变化规律发现，月亮从一个月圆到下一个月圆大约需要三十个白昼与黑夜，因而另一个时间计量单位“月”便诞生了。这个“月”指的是“朔望月”，“朔”是指新月，而“望”是指满月，一个朔望月正好反映的就是月亮圆缺变化的一个周期。根据《竹书纪年·帝尧陶唐氏》
中的记载：“有草夹阶而生，月朔始生一荚，月半而生十五荚，十六日以后，日落一荚，及晦而尽，月小则一荚焦而不落，名曰‘蓂荚’，一曰‘历荚’。”由此可以推出，早在帝尧时期，人们就已经有了“朔望月”的概念，并且已经知道了“从朔至晦，大月三十日，小月二十九日”。
古代人们在从事农耕生产的过程中，逐渐发现大多数的农作物从播种到收成的周期远远超出了日与月，为了获取更好的收成，人们必须跳出以日和月计时的限制，掌握四季节气的变化及规律。因此，“四时”与“年”的概念进入了人们的视野。先民们注意到了天空中星星的位置并不是固定的，而且伴随着太阳升起和落下，星星在不同的时间段里也是不同的。人们由此发现，太阳在以星空为背景中进行着另外一种更加缓慢的周期运动，也就是太阳周年视运动。经过人们的观测，这一运动的周期约为 365 又 1/4 日，称一个太阳年（即回归年）。同时这一个太阳年与人们通过物候观察所掌握的四季变化周期长度差不多，这也为人们将节气与年的结合提供了基础。
与“年”具有相似意思的还有“岁”，都是表示一年。《尚书·尧典》中载：“期，三百有六旬有六日，以闰月定四时，成岁。”西周时，是将“年”与“岁”的含义区分开来的。“年”指的是朔望月之数，即从正月到下一个正月为一年，分普通年和闰年，因而时间并不固定。“岁”指的是从冬至到下一年的冬至（或从夏至到下一年的夏至）的时间间隔，称为“一岁”，也称“岁实”，是精确的太阳回归年。年与岁的关系就是阴历的一年与阳历的一年的关系，虽然都是一年，但天数并不一致，无法一一对应，故而《周礼·春官》曰：“正岁年以序事……”这里说的就是要调适年与岁的关系。“十九年闰七法”就是四分历所要求的调和年与岁（朔望月与回归年长度）的关系的必要条件。这一点将在后文中详细论述。
提到古四分历的创制，不得不提《汉书·律历志》
中的《次度》。《次度》是一份古代天象实测记录，其翔实的天象记录，既体现了秦汉以前中国古代天文观测的高度和水准，也为古四分历法的创制提供了天象和时令的依据。根据我国学者张汝舟的考证，《次度》中保留的是战国初期的实际天象，其内容基本概括了观象授时的全部成果，它将日期的变更与星象的变化紧密联系起来，完美地结合了二十八星宿、二十四节气和十二月令的关系，实现了阴阳合历。其中所记载的冬至点在牵牛初度，“星纪。初斗十二度，大雪。中牵牛初，冬至（于夏为十一月，商为十二月，周为正月）。终于婺女七度”。这正符合古四分历创制的实际天象。而通过其将二十八星宿按照各自所占的天区划分得出的距度，可以得出一周天为 365 又1/4 度，与一回归年 365 又 1/4 日相对应，这样正好每过一日，星宿西移一度。因此，依据星宿西移的度数便可以比较精确地推算出二十四节气中每一节气的日期。当然，这是在已经确立了二十四节气之后。
据考，我国古代创制最早的四分历是保留在《史记·历书》中的《历术甲子篇》（“古六历”虽然属于四分历，但其具体的创制时间存疑），在此之前，中国还处于观象授时的阶段，尚没有历法的创制，而古四分历（《历术甲子篇》）的创制与应用，不仅体现了我国在秦汉以前的高度的天象观测水平，也为后来的历法中补充入二十四节气奠定了基础。
在《淮南子·天文训》中二十四节气的确定之前，《管子·幼官》中还有“三十时节”的记载。与二十四节气按照“四时”来划分不同，“三十时节”则是按照“五行”进行划分的，反映的是一年之中，每隔十二天气候的变化情况。二者既存在一定的对应关系，也有着较大的区别。从下文中将“三十时节”对应于“四时”的划分可以看出，其中出现了“清明”“大暑”“小暑”“白露”“大寒”等名称，与二十四节气中的名称相关，由此也可以确定其确实对二十四节气的形成产生了一定的影响。
春
地气发 小卯 天气下 义（养）气至清明 始卯 中卯 下卯
夏
小郢（盈） 绝气下 中郢（盈） 中绝大暑至 中暑 小暑终
秋
期（朗）风至 小酉 白露下 复理 始节始卯 中卯 下卯
冬
始寒 小榆 中寒 中榆 寒至 大寒 大寒终
二十四节气的完整版最早出现在西汉初期淮南王刘安组织编撰的《淮南子》一书中，其《天文训》篇中列出的二十四节气名称和顺序与现代的二十四节气基本一致。《淮南子》这本书的名字一开始叫《淮南鸿烈》，“鸿”有广大的意思，“烈”是光明的意思。刘安将此书命名为“鸿烈”，正是取其“广大而光明的通理”之寓意。同时，这本书也是刘安的私心之作，成书之后便将其献给了刚刚登基的汉武帝刘彻，本意就是希望汉武帝能够采纳自己在书中提倡的无为而治的政策，以保住自己的封地和既得利益。但此时的汉武帝已有自己的宏伟谋略，通过加强中央集权，削弱各诸侯国封地对自己的威胁，从而彻底实现政治、思想上的大一统。因此，汉武帝在拿到刘安献上的《淮南鸿烈》后“上爱”而“秘之”，即表面上汉武帝向刘安表达了对此书的喜爱，但在实际行动中却将此书束之高阁了。
直到西汉成帝时期，朝廷开展了一次大规模的图书修订整理工程，刘向奉命整理各种图书，才将尘封已久的《淮南鸿烈》取出，并将其与刘安的其他著作编在一起，并取了一个新的书名，即《淮南》。西汉刘歆所著、东晋葛洪辑抄的《西京杂记》把“淮南”“鸿烈”两名合并题为“淮南鸿烈”，指出该书又号《淮南子》《刘安子》，这是《淮南子》一书始称“子”的开端，《淮南子》因此而成。
《淮南子》原书中有内篇二十一卷，中篇八卷，外篇三十三卷，其中内篇的《天文训》篇，第一次完整且科学地记录下了二十四节气的名称、顺序及运行体系：“两维之间，九十一度十六分度之五，而（升）[斗]日行一度，十五日为一节，以生二十四时之变。斗指子，则冬至，音比黄钟。加十五日指癸，则小寒，音比应钟。加十五日指丑，则大寒，音比无射。加十五日指报德之维，则越阴在地，故曰距日冬至四十六日而立春，阳气冻解，音比南吕。加十五日指寅，则雨水，音比夷则。加十五日指甲，则雷惊蛰，音比林钟。加十五日指卯，中绳，故曰春分，则雷行，音比蕤宾。加十五日指乙，则清明风至，音比仲吕。加十五日指辰，则谷雨，音比姑洗。加十五日指常羊之维，则春分尽，故曰有四十六日而立夏。大风济，音比夹钟。加十五日指巳，则小满，音比太蔟。加十五日指丙，则芒种，音比大吕。加十五日指午，则阳气极，故曰有四十六日而夏至，音比黄钟。加十五日指丁，则小暑，音比大吕。加十五日指未，则大暑，音比太蔟。加十五日指背阳之维，则夏分尽，故曰有四十六日而立秋，凉风至，音比夹钟。加十五日指申，则处暑，音比姑洗。加十五日指庚，则白露降，音比仲吕。加十五日指酉，中绳，故曰秋分。雷戒，蛰虫北乡，音比蕤宾。加十五日指辛，则寒露，音比林钟。加十五日指戌，则霜降，音比夷则。加十五日指蹄通之维，则秋分尽，故曰有四十六日而立冬，草木毕死，音比南吕。加十五日指亥，则小雪，音比无射。加十五日指壬，则大雪，音比应钟。加十五日指子，故曰阳生于子，阴生于午。阳生于子，故十一月日冬至，鹊始加巢，人气钟首。”
由此可知，在节气的名称上，除了将“惊蛰”称为“雷惊蛰”、“清明”称为“清明风至”、“白露”称为“白露降”，其他节气与现代的二十四节气名称是一模一样的。在节气的测定方式上，古人是依据北斗七星的斗柄运行指向来确定四时和节气的，以斗柄运行十五日为一个节气，将全年分为二十四个节气。因为“两维之间”是 91 又 5/16 度，全年共分四维，则斗柄运行一个周期年为 365 又 1/4 度，且又因“斗日行一度”，则二十四节气全年为 365 又 1/4 日。与十五日为一个节气相比，正好又多出了 5 又 1/4 日。
那么，如何解决这多出来的 5 又 1/4 日（约等于5 日）呢？由于一年按照冬至到立春、立春到立夏、立夏到夏至、夏至到立秋、立秋到冬至正好能分为五个时段，《淮南子》的编者就把这多出来的 5 日分配到了每个时段后面。因而冬至后过 46 天才是立春，而不是 45 日，其他时段也是如此。这种划分虽然十分粗疏，但也算将二十四节气与一个太阳回归年的日期较合理地对应起来了，二十四节气的初代版本正式形成。
虽然早在汉代以前的历法，就是依据天象、物候等进行制定的，也出现了各种节气的概念，《淮南子》一书更是收录了完整的二十四节气，但节气与历法始终没有真正联结到一起。命运多舛的《淮南子》却一直被束之高阁，无人问津。直到公元前 104 年，《淮南子》中的二十四节气才迎来转机，第一次作为补充历法而被纳入新历法中。这部历法就是《太初历》。
汉代初期，朝廷所用的历法基本上都是沿用了秦朝以来的《颛顼历》
，这一历法由于年代久远，出现的误差越来越大，已经越来越不适用于指导当时的农事生产。于是，元封七年（前 104），经公孙卿、司马迁等人提议“历纪坏废，宜改正朔”，汉武帝诏令公孙卿等人“议造汉历”。
议造汉历是国家级别的大事件，当时朝廷征召了全国著名的天文学家参与，有官方的也有民间的，组成了一个二十余人的改历团队。各位专家们聚在一起，既各展所长，又分工协作，制定出了十余部待选历法。最后，经过严格的筛选，由邓平等制定的改历方案被选中。同年五月，汉武帝举办了盛大的典礼，改年号元封为太初，颁布新历法，称《太初历》，又因其是将一日分为八十一份，故又称《八十一分律历》。
《太初历》最大的历法特征就是吸收了《淮南子》中二十四节气的部分来补充历法，这是中国古代第一次将节气写入历法中，并且这一做法被后世的历法编订所承袭，一直沿用至今。虽然《太初历》只实行了188 年，但这一改制对后世历朝历代的历法编订都产生了重大影响，在中国的节气发展史上具有划时代的重大意义。
岁首，即“一岁之始”，也就是作为一年的开始（正月）的那个月，又称“年始”。按照现代的农历，是以农历一月为岁首（正月），但在一开始，岁首的月份并不是固定的。
中国古代有“三正”的说法，即是说夏商周三代历法中的岁首各不相同。《尚书大传》中载：“夏以孟春月为正，殷以季冬月为正，周以仲冬月为正。”《史记·历书》中也有记载：“夏正以正月，殷正以十二月，周正以十一月。”这就是说，夏历的岁首是一月，也就是以寅月为正月；殷历的岁首是夏历的十二月，也就是以丑月为正月；周历的岁首是夏历的十一月，也就是以子月为正月。
战国时期，各国所用的历法也有不统一的情况，比如当时流行的“古六历”，不仅名称不同，使用的地区也不同，而且有的岁首也不同。六种历法中有四种岁首：夏历建寅，以孟春之月（夏历正月）为岁首；殷历建丑，以季冬之月（夏历十二月）为岁首；黄帝、周、鲁三历建子，以仲冬之月（夏历十一月）为岁首；颛顼历建亥，以孟冬之月（夏历十月）为岁首。
秦朝统一全国后，仍然沿用秦国的历制，施行《颛顼历》，以孟冬之月（夏历十月）为岁首。《史记·秦始皇本纪》载：“改年始，朝贺皆自十月朔。”西汉初期，也是承袭秦历，以孟冬之月（夏历十月）为岁首。直到公元前 104 年，汉武帝颁布新历《太初历》，才将岁首定为了夏历正月。《汉书·武帝纪》
中载：“夏五月，正历，以正月为岁首。”颜师古注：“谓以建寅之月为正也。未正历之前，谓建亥之月为正。”自此之后，虽然历朝历代都不断有新历颁行，但以夏历正月为岁首的历制却基本没有改变，除了个别短暂的时期，岁首的月份改变，直至现代的农历，也是以夏历正月为岁首。
与岁首的争议类似，二十四节气的气首不是固定的，并且直至今天，人们关于到底是以冬至还是以立春为节气之首的争论依然没有达成一致。在《淮南子·天文训》中记载的二十四节气的气首就是冬至，中国古代最先确定的节气也是冬至，然后再由冬至推算出了其他节气，因而以冬至作为节气之首似乎更符合中国节气发展的历史。另外，我国 2017年发布的《农历的编算和颁行》（GB/T 33661—2017）国家标准中，也是以冬至作为二十四节气之始的。
但是，现代人们通常认为的二十四节气之首却是立春。一方面是因为人们长久以来受到《太初历》将正月作为岁首的影响。《太初历》不仅明确了二十四节气的天文位置，首次正式将二十四节气制定于历法，而且将原来以冬十月为岁首恢复为以夏历正月（农历一月）为岁首，并以没有中气的月份为闰月。立春刚好就是正月的节气，雨水为正月的中气。不过这一点也并不精确，因为在传统的历法中，各个月份的月名是由中气决定的，所以就会出现某年无立春或有两个立春的情况，但这对人们以立春为气首的认知并没有太大的影响。另一方面，在实际的农事安排中，以立春为气首的节气顺序也正好符合了人们春种、夏忙、秋收、冬藏的农耕节奏，这极大地满足了人们在农业及畜牧业生产安排方面的需求。例如，为了方便人们记忆节气的《节气歌》就是按照立春为节气之首而进行编制的。
事实上，节气之首的争论并没有对错，只是依据的标准不同。如果依据的是我国古代历法的传统，则当以冬至为二十四节气之首；如果依据的是建寅历法中月序与节气的关系，则当以立春为二十四节气之首；如果依据西方的黄道坐标系而论的话，则又当以春分点为二十四节气的起点。但现代人们普遍认同的且在农业生产实践中适用性更强的依然是以立春作为二十四节气之首。
西汉绥和二年（公元前 7 年），由刘歆制定的《三统历》正式实施。《三统历》是刘歆在《太初历》的基础上，结合董仲舒的“三统说”
，再作了一些补充而制成的，命名为《三统历》。《三统历》虽为新历，但其主体部分仍然是《太初历》，直至东汉章帝元和二年（85 年）被四分历所取代。
《太初历》采用的是邓平的八十一分法，此法粗于四分，使用时间久了必然与天象不符。《后汉书·律历志》载：“至元和二年，《太初》失天益远，日月宿度相觉浸多，而候者皆知冬至之日日在斗二十一度，未至牵牛五度，而以为牵牛中星，后天四分日之三，晦朔弦望差天一日，宿差五度。章帝知其谬错，以问史官，虽知不合，而不能易。故召治历编䜣、李梵等综校其状，二月甲寅遂下诏。”于是，四分历开始施行。
四分历也称“后汉四分历”，与春秋末期的“古四分历”相区分。在古四分历时，人们就已经发现了朔望月（阴历）与太阳回归年（阳历）并不一致，也就是前文中所说的“年”与“岁”的调适关系。宋代科学家沈括
在其著作《梦溪笔谈》中也指出了中国历法中存在节气与朔矛盾、岁与年错乱等问题。可见，这一问题一直是历代治历者最为头疼的问题。
那么，如何调适年与岁的关系呢？那就是置闰。通过补天数的方式让年与岁的天数一致。例如在《淮南子·天文训》中就是以十五天为一个节气，共生成二十四个节气，即 15 天/节×24=360 日。但由于一个回归年计为 365 又 1/4 日，如果按照十五天一个节气来划分的话，每年就会有 5 又 1/4 日的时间多出来。在古代，为了解决这多出来的 5 又 1/4 日，人们将夏至作为大年，每年过三天，又将冬至规定为小年，每年过两天，剩下的 1/4 日则采取四年赶一天的办法，规定每四年就在冬至节加一天，即每四年逢“一闰”。
事实上，一开始人们只能依据观测天象来安插闰月，置闰并不是有规律的。人们的置闰方式十分随意，一般都是在发现季节与月令差异较大时，就直接通过置闰来解决，有时甚至一年里有两闰，即十四个月。直到比较精确地确定了回归年后，人们才比较精确地掌握了年与岁之间的调适关系。例如《说文》中就有解释：“闰，余分之月，五岁再闰也。”这种“三年一闰，五年再闰”的置闰法是比较古老的，而十九年闰七法就相对精确一些了。虽然早在春秋末期，人们就已经掌握了十九年闰七的规律，但直到“后汉四分历”时，才明确规定了“十九年闰七”。中国古代称这一置闰周期为“章”。《后汉书·律历志》载：“岁首，至也；月首，朔也；至、朔同日谓之章。”也就是说，采用十九年闰七法，“年”与“岁”便能相合。
后汉四分历的岁实和朔策与“古四分历”相同，都是一回归年等于 365 又 1/4 日，1 朔望月等于 29又 499/940 日。按照四分历的规定，月亮绕地球一周（一个朔望月）是 29 又 499/940 日，那么纯阴历的十二个月（一年）就是 29 又 499/940 日×12=354又 87/235 日，与地球绕太阳一周（一回归年）的天数 365 又 1/4 日相差约 11 天，必须通过置闰的方式才能实现“年”与“岁”的调和。于是，按照十九年闰七法，则是（19×12）+7=235 月，总天数为 29 又499/940 日×235 ≈ 6939 又 3/4 日，与 19 个回归年的总天数 365 又 1/4 日×19=6939 又 3/4 日正好相等。
但事实上，按照现代比较精确的观测和科学推算，两者之间仍然有差距。月亮绕地球一周平均为29.53059 日，而地球绕太阳一周为 365.242216 日。那么，依据十九年闰七法，则纯阴历的十九年总天数为[（19×12）+7]×29.53059 日=6939.68865 日，与十九个回归年的总天数 19×365.242216 日=6939.602104 日并不相等，但也已经十分接近了。
后汉四分历中明确规定的“十九年闰七法”使得年与岁的关系得到了较大的调和，如果从春秋末期计算，这一置闰方法一直沿用了千年，直至北凉赵
在《元始历》中提出 600 年中有 221 个闰月的新闰法，才再次调整了年与岁的关系。后来祖冲之在赵
的理论基础之上又提出了 391 年有 144 个闰月的新闰法，他的闰周的精密程度较赵
更高，使得年与岁之间的差距也更加接近。
