冬至日太阳直射南回归线。北半球白昼时间达到一年中最小值。黑夜最长。

过了冬至这个节点。太阳直射点开始向北移动。移动方向发生转折。北半球各地白昼逐日增长。白天变长黑夜变短是确定事实。变化幅度起初极小。每天增长约一分钟左右。纬度越高变化越明显。

直射点移动是根本原因。地球绕太阳公转。地轴存在23.5度倾角。倾角方向在公转过程中保持不变。太阳光直射位置在南北回归线之间往复。冬至直射南纬23.5度。之后直射点缓慢北抬。整个过程连续不间断。没有突变没有跳跃。北半球接收太阳辐射时间逐步延长。

增长速率不是匀速。冬至后最初几天变化最慢。日增量可能不足一分钟。越接近春分增长越快。春分前后每天能增加两三分钟。整个变化曲线类似正弦波。冬至夏至是拐点。春分秋分是变化最快区间。具体数值取决于观测点纬度。

以北京纬度约40度计算。冬至日白天约9小时20分钟。此后每天增加约1分钟。到一月初日增量达1分半钟。二月底每天增加2分半钟。春分日白天达到12小时。累计三个月增加近三小时。哈尔滨纬度45度以上。冬至白天不足9小时。后续每日增量更大。春分时同样达到12小时。南方广州纬度低。冬至白天仍超10小时。后续增量小很多。春分白天接近12小时。纬度差异导致变化幅度悬殊。

日出日落时间变化不对称。冬至后日出继续推迟。日落却已开始推迟。两者并不同步。日出推迟现象持续到一月初。日落推迟从冬至当天已启动。早晨变亮晚于傍晚变亮。天文计算可精确到秒。实际感知受地形天气影响。城市高楼遮挡会延迟看到太阳。雾霾严重时天亮感觉更晚。

地面热量收支存在滞后。白天虽已变长。气温仍继续下降。海洋性气候滞后一个月左右。大陆性气候滞后两三周。北半球最冷时段在一月中下旬。所谓数九寒天正对应此规律。一九二九不出手。三九四九冰上走。白天长度在增加。体感却在变冷。太阳辐射增量尚不足以抵消地面散失。

极圈以内情况特殊。北极圈以北冬至处于极夜。太阳完全不升起。极夜范围冬至达到最大。覆盖北极圈内全部区域。之后极夜范围开始收缩。极点附近要到春分才见太阳。南极圈反之处于极昼。南北半球季节相反。我们过冬至时南半球正夏至。

民间经验总结准确。冬至当日回。指太阳开始回头。吃了冬至饭一天长一线。一线是旧时女红用线长度。约合现在一分钟多。老话讲长到夏至短到冬至。都是对周期变化朴素认知。天文观测证实这些经验。古代浑天仪圭表测量精度已足够。

地球公转轨道并非正圆。一月初地球过近日点。公转速度最快。角速度快影响太阳日长度。视太阳日比平太阳日略长。造成日晷与钟表出现时差。最大可达十几分钟。这与白天长短变化叠加。日常感觉天亮时间并不严格按预报。差个几分钟属正常。

所谓白天长度指日面中心出地平到没地平。晨昏蒙影期间天已亮但不算白昼。民用晨光始太阳在地平下6度。航海晨光始12度。天文晨光始18度。高纬度冬季晨昏蒙影持续长。实际亮堂时间比理论白昼长些。这个补充效应有限。尤其冬至前后。

二至二分划分四季属天文季节。气象季节按温度划分。冬季定义为最冷三个月。十二月一月二月为气象冬季。冬至恰在气象冬季起点附近。白天开始变长。冬天才刚开头。要熬过整个三九四九。熬到立春雨水。白天累积增量才明显察觉。那时日出提前很多。下午五点天还亮。

测量这种变化用日晷即可。立根杆子看影子长短走向。冬至日影最长。之后逐日变短。影长变化是连续函数。每天正午影长记录可绘曲线。古人据此精确测定回归年长度。郭守敬登封观星台测得365.2425日。与现代值仅差二十多秒。没有望远镜纯靠长期观测。

城市居民对此感觉迟钝。电灯普及模糊昼夜界限。朝九晚五上下班两头不见太阳。冬至日差别更难察觉。农村务农人员敏感得多。出工收工时间跟着太阳走。能说出一线两线的细微差异。这种经验知识逐渐失传。年轻人多数不知冬至后白天变长还是变短。

手机天气软件显示日出日落时间。查看连续几天记录。日落时间确实在推迟。日出时间冬至后还在推迟。到一月中旬左右日出才开始提早。两条曲线呈剪刀差形状。交点约在十二月底。这阶段早晨更黑傍晚更亮。早起上学上班感觉明显。傍晚下班发现天还亮着。

地球倾斜造成四季更替。如果地轴不倾斜。全年昼夜平分。没有四季变化。生命演化路径会不同。人类文明形态亦随之改变。我们恰恰生活在倾角适中的行星。温度变化足够剧烈产生季节。又不至于极端到无法生存。一切都是巧合。包括冬至后白天变长这样的小确幸。