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为什么是二十四个节气?

先秦时期,我们便已陆续有了“二至二分”和“四时八节”。

“二至二分”,首见于《尚书》。《尚书·尧典》中说:“日中,星鸟,以殷仲春。日永,星火,以正仲夏。宵中,星虚,以殷仲秋。日短,星昴,以正仲冬。”人们以天文视角,由昼夜的均齐长短,测定了最初的四个节气。

“四时八节”,首见于《左传》。《左传·僖公五年》写道:“凡分、至、启、闭,必书云物,为备故也。”分,乃春分、秋分;至,乃夏至、冬至;启,为立春、立夏;闭,为立秋、立冬。人们又以物候视角,测定了四个节气。

自《吕氏春秋》,人们以“八风”对应“八节”,以盛行风向对应分、至、启、闭,体现了中国古人对季风气候的深刻理解。节气,由二到四,测定了天文意义上的极致点和均分点;由四到八,则以气候对天文的响应,确立了季节。人们也逐渐由“天上的时间”之起承转合,走向了“地上的时间”之启闭枯荣。

那么,由二到四,由四到八,进一步的细分不该是扩充为十六个节气吗?怎么会是二十四个节气呢?

第一,我们从历法体系来看。

节气作为补充历法,必然要不“违和”地嵌入人们已基于日晷和月相建立的年和月的天文历法体系之中。《汉书·律历志》写道:“(汉武帝时期)举终以定朔晦分至,躔离弦望。”这是说我们最终要确定月之朔晦,确定春分、秋分、冬至、夏至,确定星际距离和月之弦望。

中国古代的历法体系是阴阳合历,对太阳历的“四时八节”进行时段细化的诉求,必然还要满足太阳与月亮周期拟合(阴阳合律)的诉求。

首先,人们对太阳历的“四时八节”有时段细化的诉求。在二十四节气体系建立之前,人们对日以上尺度的太阳周期,有年、季、节三种尺度,但没有表征太阳周期的时间尺度。这一方面是因为农时节点的变幅一般都在月以下尺度,另一方面则由于主宰气候进而掌控农时的太阳历只精确到准45天的“八节”尺度。人们有着在“八节”基础上进一步细化历法的强烈诉求。

其次,人们对太阳与月亮周期有拟合的诉求。阴阳合律中,大的周期是19个回归年对应235个朔望月,小的周期是准30天对应1个朔望月。准45天的“四时八节”也并未与准30天的朔望月形成合律。

那么,在此基础上的尺度细化如何实现阴阳合律呢?

在此基础上降尺度的首选,就是以15天作为节气尺度。

我们姑且抛开“四时八节”的条件,在回归年和朔望月的背景下,创立准15天的节气尺度在历法逻辑上有没有合理性呢?

《史记·律书》写道:“气始于冬至,周而复生。”

“本一气之周流耳”,是中国古代时间周期的顶层框架。在“一气”的周期内,我们以历法推步的起点冬至为初始点,考虑冬至为望日和朔日这两种极致状态。由于日晷或昼长均具有地域差异,我们以阳光直射点的纬度值表征太阳的变量并对此进行归一化处理。

一个回归年尺度内太阳南北至周期与月亮圆缺周期(冬至为望日,如1980年)

一个回归年尺度内太阳南北至周期与月亮圆缺周期(冬至为朔日,如1870年)

在一个回归年尺度内,月相,有且只有完整的12组朔望。这12组朔望中的24个极值态,以15天左右的周期演绎着盈亏圆缺的循环流转。这是人们最具亲切感、最具视像感且便于植入既有天文历法的时间节律。

竹,外有节,内有气。节可代表刻度,气可代表气候。

二十四节气分为12个节气和12个中气。月之初为节气,月之中为中气。在月相节律的框架内,尽管从每年实际的历法日期上看,节气日未必能对应朔,中气日未必对应望,但就长序列的常年均值而言,节气日对应朔日区间,中气日对应望日区间。

节气之形意

节之繁体字“節”源自竹节。十二个月如同十二竹节。

因为回归年时长约为365.2422天,朔望月约为29.5306天,农历以置闰的方式以求实现对回归年的周期拟合,所以农历月时长的数学期望值为29.5306天。

由于冬至必须在曾为岁首的农历十一月,冬至日在农历十一月中的数学期望值为14.7653,对应望日区间。而冬至必须在农历十一月的这种设置上的强制性,也就使间隔15天左右的各个节气日、中气日的数学期望值对应朔日、望日区间。

正月朔日的公历日期(1701—2700年)

二月望日的公历日期(1701—2700年)

我们以千年序列(1701—2700年)为例。譬如,正月朔日的均值是2月5日(立春,节气),二月望日的均值是3月21日(春分,中气)。我们也就很容易理解“立春,正月节”“春分,二月中”说法的逻辑所在了。

闽台口语中的“ 迌”这个词极具意涵。我们的行走,是随着日月行走。二十四节气,兼容了日月的节律。以日行节点为节,月相周期为律。

所以从均值的意义上看,节气对应朔日区间,中气对应望日区间,构成了阴阳合律的意象。24个节气序列是12个完整朔望组中12个朔日加12个望日的合成序列。

屈原《离骚》曰:“日月忽其不淹兮,春与秋其代序。”日与月的节律,造就了春与秋的时序。

在一年8节、12个月的框架内,24既是8和12的最小公倍数,也是12个朔望组中的极致月相数。从这个角度看,节气的时点是由太阳决定的,而节气的数量是由月亮决定的。二十四节气是对日月之行双重节律的兼容。

因此,二十四节气的定义,可以表述为:二十四节气,是中国古人通过观察太阳周年运动并参照月相节律而形成的时间知识体系及其实践。

从日到年:不同尺度的时间文化

第二,我们从文化逻辑来看。

首先,人们先前已有季节尺度上的“孟仲季”三分之规,例如夏季划分为孟夏、仲夏、季夏三等分,那么,“八节”尺度依循三分之规,细分为二十四等分,也就顺理成章了。之后,在二十四节气的基础上同以三分之规细分出七十二候,实属一脉相承。

其次,人们在春秋战国时期已有三分损益的理念。

《吕氏春秋·季夏纪》写道:“三分所生,益之一分以上生。三分所生,去其一分以下生。”三分损益,虽是源于衡量音律,但在逻辑上,三分损益也可以成为人们衡量特定时段内某种要素进退、消长、盛衰的范式,这同样是三分之规。

《汉书·天文志》中说:“日,阳也。阳用事则日进而北,昼进而长,阳胜,故为温暑。阴用事则日退而南,昼退而短,阴胜,故为凉寒也。故日进为暑,退为寒。”昼夜的进退、阴阳的消长、寒暑的盛衰,其实也都在以损益可衡量的范畴之内。

最后,在中国古代,“三”意在言多。古有“三生万物”之说,八与三相乘而生二十四契合“三生万物”的理念。

明代《古微书》写道:“昔伏羲始造八卦,作三画以象二十四气。”这虽是后人的附会,冀以贯通八卦和二十四节气。但在中国古代文化的不同区块,以“三”刻画一体之中的多元特征,是虽未约定却也俗成的逻辑。

第三,我们从时间尺度界定物候期的能力上看。

在农耕社会,一种好的时间制度,必定在人们耕耘稼穑方面具有指导性。那么,节气尺度在界定包括农作物在内的植物物候期方面有着怎样的价值呢?

在农作物物候期方面,我们以宛敏渭《中国自然历选编》中的293项农作物物候为例。其中的农作物物候涉及北京、河北、黑龙江、江苏、浙江、安徽、河南、广东、四川、云南、陕西、甘肃等地。以节气尺度观测,平均观测年份7.05年,平均多年变幅15.59天。多年变幅的峰值段为旬尺度外、节气尺度内的11~15天区间。

293项农作物物候的逐项多年变幅

60.4%的物候现象的多年变幅在15天的节气尺度内。15天的节气尺度对99.0%的物候现象达到正态分布的±1σ标准。也就是说,在界定农时方面,在既要时段细,又要信度高的双重诉求下,节气尺度是最优尺度。

这140年的北京春季物候期标准差为5.76天,12天(超出候尺度和旬尺度)达到标准正态分布的1σ标准。15天(节气尺度)可以概括80.7%年份的物候期。通俗来说:八成是准的。

北京春季物候期的逐年变化(1849—1988年)

数据来源:1849—1949年序列来自龚高法等《北京地区自然物候期的变迁》(由前人日记梳理出的物候信息);1950—1973年序列来自竺可桢先生的观测;1974—1988年序列来自《中国动植物物候观测年报》;北京春季物候期数值,为冰始融、山桃始花、杏树始花、紫丁香始花、柳始飞絮这五项物候的日期均值。

在千年序列物候期方面,我们以已知的世界上最长的物候观测序列——日本京都樱花满开日期为例。该项观测自812年开始,数据截至2021年。存在部分年份缺测,实际观测年份数833年。

樱花满开日期符合数学上的正态分布。日序均值(μ)为104.47,标准差(σ)为6.46天。[±1σ]区间为14天(节气尺度)。15天可概括3/4年份(75.4%)的物候期。也就是说,即使是存在气候变化的近千年物候序列(多年变幅达到40天),节气尺度也恰好可以满足体现概率密度的正态分布的±1σ标准。

日本京都樱花满开日期的逐年序列(812—2021年)

樱花满开日期均在春分、清明、谷雨时节,其中清明时节为峰值时段,占71.8%。812—2021年的满开日期均值为4月15日,1991—2020年均值为4月6日。2021年为3月26日,打破观测史上的最早纪录。

在这个例子中,粗略而言,节气尺度为±1σ,月尺度为±2σ,“八节”为±3σ。这三个时间尺度在刻画特长序列植物物候期方面有一定的数学意义。

第四,我们从时间尺度刻画气候的能力来看。

对水汽状态和降水相态变化,节气尺度有着确切的界定能力。例如,表征冰始融的立春节气,表征水始冰的立冬节气,表征初雨的雨水节气,表征初霜的霜降节气,表征首场降雪的小雪节气,表征首次积雪的大雪节气。

可见,相应节气时段初雨、初霜、首场降雪、首次积雪等气候现象的落区,与节气体系的起源地——黄河中下游地区高度叠合。

对关键物候期,节气尺度有着确切的界定能力。例如,表征物候春始的惊蛰节气,表征物候春盛的清明节气(侧重阳光)和谷雨节气(侧重雨露),表征夏收作物将熟的小满节气,表征秋收作物当播的芒种节气。在靠天吃饭的农耕社会,这些都是指导人们顺天应时的关键性时间节点。

在雨热同季的季风气候背景下,一种时间尺度特别需要具有在雨热(降水和气温)维度界定变化趋势和极值区间的能力。

我们以北京1981—2010年的气候期为例。先看节气尺度在界定寒暑极致时段方面的能力。

节气尺度的小寒、大寒,能够较为准确地界定气温的谷值区间,尽管它们与趋势性下降的冬至、趋势性上升的立春,平均气温只有1~2℃的差异。

北京1981—2010年冬至到立春时节气温走势(℃)

节气尺度的小暑、大暑,能够非常准确地界定气候的峰值区间,尽管它们与相邻的趋势性上升的夏至、趋势性下降的立秋,平均气温只有1℃以内的差异。

而90天左右的季节尺度、45天左右的“八节”尺度,均不具备界定寒暑极致时段的能力。

尽管从时间尺度的分辨率而言,节气尺度仿佛“写意画”,候尺度仿佛“工笔画”,但在气温峰值区间(例如夏至三候至立秋一候),候尺度中的扰动显著,并不能较好地表征变化趋势。

节气尺度在表征气候方面的优越性,既在于能够比更细的时间尺度在纷繁的变率中更好地刻画出定常的规律,也在于能够比更粗的时间尺度更好地勾勒出气候的轮廓感和特征态。这就如同最好的选手,必定能在难度系数和稳定性之间完美平衡,二十四节气就是这样的选手。

雨水时节始雨水

霜始降

开始降雪的节气

开始积雪的节气

北京1981—2010年夏至到立秋时节气温走势(℃)

为什么是二十四个节气?节气数目定格为二十四个的缘由可能是契合既有的历法体系和文化逻辑。而15天左右的节气尺度在界定物候、刻画气候方面的优越性,可能是节气体系一直被推崇,成为显学,进而“飞入寻常百姓家”的原因。

最终,它拥有了超越国界的节气文化“朋友圈”。 9MJesLPLYPfxiLZVK+0Zz/JbZOuGAr4MsqDk0bqlcE1Ey9xHRqwbuEIlQGBwX11F

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