二十四节气天文时长
正色柱体为定气法的节气时长,淡色柱体为平气法的节气时长。
公元前104年汉武帝时期颁行《太初历》,施行“平气法”,时间等分,各个节气时长均等。1645年,清顺治时期颁行《时宪历》,施行“定气法”,黄经等分,各个节气时长不均等。
根据“定气法”,节气视角下的四季等长,严谨而言,是四季准等长。最短的季节冬季约89天,最长的季节夏季约95天。
节气,涵盖了三个时间概念:①精确到秒的交节时刻;②节气日,即节气时段的始日;③节气始日至终日之间15天左右的节气时段,也称“时节”。所以“清明时节雨纷纷”,并非特指清明节气日,而是泛指清明节气时段。所谓节气时段,通常说的是节气相对固定的天文时段。
就公历而言,二十四节气的天文时间是基本固定的,这体现了节气的太阳历属性。
每个节气时段(时节)的起止时间,正如歌谣所云:“一月两节不更变,最多只差一两天。上半年来六廿一,下半年是八廿三。”在从前的“平气法”规制下,各个节气的时长本是等长的。但在现行的“定气法”规制下,各个节气按照黄经等分。地球绕日的椭圆形轨道(黄道)上,远日点附近(夏至前后)地球运行的角速度较慢,在黄道上运行15°的时间较长。相反,近日点附近(冬至前后)地球运行的角速度较快,在黄道上运行15°的时间较短。
所以,夏至前后的每个节气时段将近16天,冬至前后的每个节气时段不足15天。
二十四节气,是中国古人创制的简明气候历。以天文界定时间节点,在此基础上匹配与这个时间节点相应的核心气候要素特征(如季节更迭时段、寒暑极致时段、初霜时段、初雪时段、冰始融时段、水始冰时段)。但随着气候变化,天文时间节点与核心气候要素的契合度必然产生变化。二十四节气气候时段的伸缩与漂移,就是为了量化在表征节气的天文时点不变的情况下,气候时点发生了怎样的变化。
前人有相应的认知吗?
从诗词表达上看,唐玄宗李隆基诗云:“节变云初夏,时移气尚春。”说的便是立夏的天文时间到了,但气候时间还没到。虽说“节”已然入夏,但是“气”依然为春。
在古代,如果节已入夏但春气未消,“有关部门”就要举办仪式,“引导”春气止息、夏气通达。如果是节已入秋但夏气未消,甚至需要天子亲自主持仪式,“引导”夏气止息、秋气通达。正如《吕氏春秋·季春纪》所言:“国人傩,九门磔禳,以毕春气。”类似的记录还有《吕氏春秋·仲秋纪》:“天子乃傩,御佐疾,以通秋气。”
从谚语表达上看,节气谚语有云:“节到气不到,气到节不到。”
在民间,人们通俗地将“节气”一词拆解为“节”和“气”两个概念。“节到”,指节气的天文时间;“气到”,指节气的气候时间。气候变化背景下,春夏节气是典型的“气到节不到”,秋冬节气是典型的“节到气不到”。而“节”与“气”的吻合,才可谓“守正”。这便是二十四节气气候时段伸缩与漂移算法的基本逻辑。
从医典表达上看,关于节(天文时间)与气(气候时间)的关系,古人是用“太过”和“不及”这两个概念来界定的,并将某天文时间呈现的正常气候称为“主气”,本属于其他天文时间但出现在该天文时间的异常气候称为“客气”。
《黄帝内经·素问·六节藏象论》云:“未至而至,此谓太过……至而不至,此谓不及。”如果天文时间还没到,但气候时间提前到了,例如尚在大寒节气,天气就像是立春了,就叫作“太过”。如果天文时间已经到了,但气候时间还没到,例如已经过了立秋,却依然秋老虎盛行,就叫作“不及”。春天回暖太快,“又是一年春来早”,就是气候时间早于天文时间,为“太过”,属于“冬行春令”。秋天转凉太迟,就是气候时间晚于天文时间,为“不及”,属于“秋行夏令”。
在古人眼中,这种“太过”和“不及”会怎样呢?
《吕氏春秋·季冬纪》云:“季冬行春令,则胎夭多伤,国多固疾,命之曰逆。”《吕氏春秋·孟冬纪》云:“孟秋行夏令,则多火灾,寒热不节,民多疟疾。”
人们常说:“良言一句三冬暖,恶语伤人六月寒。”但在古人看来,夏行冬令的“六月寒”不好,冬行春令的“三冬暖”(现在所说的“暖冬”)也不好。这是古已有之的气候价值观。
如果气候失序会有怎样的后果呢?
《黄帝内经·素问·六节藏象论》中说:“失时反候,五治不分,邪僻内生,工不能禁也……气之不袭是谓非常,非常则变矣。”《礼记·乐记》言:“天地之道,寒暑不时则疾,风雨不节则饥。”
如果四时气序不按常理出牌,气候时间与天文时间严重背离,打破了温、热、湿、燥、寒的正常节律,就容易诱发病变,出现医生无法诊疗的病症。所以说“过犹不及”,“太过”和“不及”被视为同等的失序性问题。因此,在气候变化背景下,准确刻画节气气候的异常程度,对指导人们的节气养生有着重要的意义。
《黄帝内经》如何判断节与气的关系?
《黄帝内经·素问·六节藏象论》是这样写的:“所谓求其至者,气至之时也。谨候其时,气可与期。”
判断什么是正常气候,要以天文时间为基准,以此来衡量气候时间的提前或滞后,即气候时间的“太过”与“不及”。这就要精确测算气候时间的偏差,从而推断温、热、湿、燥、寒等气候特征的偏差。
因此,我们所做的二十四节气气候时段伸缩与漂移的算法逻辑,在《黄帝内经》中早有阐释。
其实在古代,人们便有测定某个时点气候状态的方法。古人以律管候气,所谓“葭管飞灰”。《史记·律书》记录了具体的律管长度,《吕氏春秋·季夏纪》记录了律管长度三分损益的算法,《礼记·月令》记录了月份与音律的对应。
“风气正则十二月之气各应其律,不失其序。”但气候变化背景下,表征气候规律的“风气正”,也很难“守正”。在科学时代,我们已不再需要“律管候气”,而可以由各个节气的气候时间的起止来“候气”。
以平均气温的视角,对比两个气候期,全国的气候发生了怎样的变化呢?
对比两个气候期,全国绝大部分地区都出现了增温现象,以北方为主的部分地区增温1℃以上。
年平均气温变化(1991—2020年与1961—1990年相比)
以气候季节漂移的视角,两个气候期对比,全国的气候发生了怎样的变化呢?
四个季节,如同班里的四位同学:春天不迟到但早退,夏天不迟到也不早退,秋天迟到但不早退,冬天既迟到又早退。
从21世纪第二个十年与1951—1980年气候期的对比,我们可以看出季节的漂移是一个比较普遍的现象。其中春季向前漂移的幅度最大(提前7.09天),达到半个节气尺度;夏季伸缩幅度最大(增长12.48天),接近一个节气尺度。又是一年春来早、又是一年夏日长,已成为新常态。
于是,春天节气的气候时间大大提前,刚刚立春,却暖若仲春;刚刚清明,却炎如初夏。夏天节气的气候时间大大延长,明明是处暑、白露,却依然是小暑、大暑般的“上蒸下煮”。而冬季节气的气候时间大大萎缩,小寒、大寒般“冻成冰团”的隆冬时常隐身。
注:港澳台地区资料暂缺。
全国平均换季时间的变化(2011—2020年与1951—1980年相比)
几十年的时间中,气候已然产生了显著的变化。那么,在各个节气天文时间不变的前提下,如何量化地界定每个节气的气候时段发生了怎样的伸缩与漂移呢?
我们以1961—1990年气候期作为二十四节气的气候基准,通过算法确定各个节气时段的气温阈值,从而计算出每个节气的气候时间。
全国省会级城市盛夏节气气候时间增长率和隆冬节气气候时间缩减率(1991—2020年与1961—1990年相比)
注:盛夏节气指夏至、小暑、大暑;隆冬节气指冬至、小寒、大寒。
就全国而言,隆冬节气气候时间的缩减率大于盛夏节气气候时间的增长率,只不过人们对炎夏的吐槽更多,对暖冬的抱怨较少而已。以全国平均的视角,1991—2020年,最热的小暑、大暑节气气候时间增长到52天,增长63%。最冷的小寒、大寒节气气候时间缩减到10天,缩减67%。寒暑极致节气时长发生了六成以上的伸缩。而从气温增幅来看,增幅最大的前三位为初春的三个节气:立春、雨水、惊蛰。
二十四节气气候时段的伸缩与漂移(全国平均)
北京二十四节气气候时段的伸缩与漂移
北京盛夏(夏至、小暑、大暑)的气候时间增长了56%,相当于5个节气的时长。而隆冬(冬至、小寒、大寒)的气候时间已清零,也就是说,从前北京冬至、小寒、大寒般的寒冷天气已难以重现。现在冬天最冷的时候,也就只相当于从前小雪、大雪时节那样的程度了。
立春节气的气候时间,从1月12日小寒二候就开始了。而立春的天文时间,完全是雨水气候。
上海已不再有从前小寒、大寒般的寒冷天气,名义上的大寒,已被立春气候“侵占”,而原本属于立春的时间,已被雨水和惊蛰合力“侵吞”。上海,20世纪第二个十年的平均气温是15.13℃,21世纪第二个十年跃升到了17.84℃,2021年更是达到创纪录的18.60℃!数据下的一个世纪的气候变迁,常常令人有一种恍惚的陌生感。
上海150年气候变迁(上海徐家汇观象台1873—2021年气温观测)
上海二十四节气气候时段的伸缩与漂移
我们再聚焦粤港澳大湾区的几座城市。相比之下,广州二十四节气气候时段的伸缩与漂移是较为温和的。盛夏的气候时间增长15%,隆冬的气候时间缩减46%。节气四季的提前和延后均在5天以内。
广州二十四节气气候时段的伸缩与漂移
香港二十四节气气候时段的伸缩与漂移幅度略大于广州。以1961—1990年为气候基准,香港1991—2020年的盛夏(夏至、小暑、大暑)为61天,而1901—1930年、1931—1960年分别为0天和3天;1991—2020年的隆冬(冬至、小寒、大寒)只有19天,而1901—1930年和1931—1960年分别为65天和57天。与1901—1930年气候期相比,1991—2020年香港平均气温增幅为1.238℃。其中春季节气气温增幅最大,为1.773℃ ;秋季节气气温增幅最小,为0.987℃。
香港二十四节气气候时段的伸缩与漂移
香港百年气温增幅(1991—2020年与1901—1930年相比)
我们若以1901—1930年气候期为基准,1931—1960年、1961—1990年、1991—2020年对气温增幅的贡献率分别为19.3%、33.4%、47.3%。在百年气候变化中,1991—2020年对气温增幅的贡献率近半,气候变化呈加速趋势。
而与香港毗邻的深圳,其节气气候变化在粤港澳大湾区都市中特别突出。
深圳夏季节气提前6天开始,延后41天结束,夏季节气的气候时间增长到142天,增长49%。而冬季节气延后12天开始,提前11天结束,冬季节气的气候时间缩减到66天,缩减26%。深圳最热的夏至、小暑、大暑的气候时间增长到整整100天,增长108%;而最冷的冬至、小寒、大寒的气候时间缩减到5天,缩减89%。可见,在由小渔村到大都市的进程中,深圳的节气气候变化幅度明显超过香港、澳门和广州。
香港各气候期对气温增幅的贡献率(1901—2020年)
深圳二十四节气气候时段的伸缩与漂移
注:盛夏节气指夏至、小暑、大暑;隆冬节气指冬至、小寒、大寒。夏(冬)之始,指立夏(冬)气候时间的开始;夏(冬)之终,指立秋(春)气候时间开始的前一天。
再举两个例子,寒暑极致节气为“大暑—大寒型”的哈尔滨和寒暑极致节气为“夏至—冬至型”的昆明。哈尔滨最热的大暑节气气候时间变为33天,增长106%。最冷的大寒节气气候时间变为8天,缩减47%。最热的节气不止翻倍,最冷的节气不止减半。
哈尔滨二十四节气气候时段的伸缩与漂移
被誉为春城的昆明在省会级城市中,冬夏节气的气候时段变化位列榜首。最热的夏至节气气候时间变为38天,增长138%,而最冷的冬至节气气候完全消失。冬至、小寒、大寒的天文时段,主要是从前的立春气候。盛夏(夏至、小暑、大暑)的气候时段由小满三候的6月3日,一直延续到9月8日白露节气,夏热感不期而至。
昆明二十四节气气候时段的伸缩与漂移
地处高原的拉萨,在盛夏(夏至、小暑、大暑)节气时段的变化方面也尤为突出,仅次于昆明和海口(见第43页上图),盛夏节气的气候时间增长了63%。在省会城市中,唯一与众不同的是贵阳。在气候变化背景下,贵阳的气温整体上逆势下降。最热的小暑、大暑节气的气候时间由32天缩短到7天,最冷的冬至、小寒、大寒节气由44天增加到52天。
拉萨二十四节气气候时段的伸缩与漂移
贵阳二十四节气气候时段的伸缩与漂移
二十四节气是人们表征和刻画气候规律的时间体系,很多耕作理念和生养智慧都基于人们对各个节气天文时段内气候态的认知和积淀而成的适用性。而在气候变化的背景下,量化地界定各个节气气候时段的伸缩与漂移,有助于人们与时俱进地进行社会适应和文化响应。