过了冬至白天越来越长还是越来越短
冬至。太阳直射南回归线。北半球白天最短,夜晚最长。过了这一天,白天开始往回拉。往回拽。一点一点。像拉一根皮筋,刚开始松手那下没感觉,得等它回弹一段才看出来。
冬至之后北半球白昼时长逐日增加,每天增加幅度不等,早期缓慢,后期加快。这是地球公转轨道是椭圆形的直接结果。太阳直射点从南回归线向北移动,移动速度不是匀速的。靠近冬至那几天,直射点往北挪动的纬向速度慢,白昼增长幅度小。到了接近春分,直射点移动速度加快,白昼增长幅度变大。
看具体数字。北纬四十度左右,冬至日白昼大约九小时二十分钟。冬至后第一天,白昼增加不到十秒。第二天也是十几秒。头一周加起来可能多出一分钟出头。到一月中旬,每天能多出一分多钟。二月,每天两分钟以上。三月春分前后,每天能多出接近三分钟。累计下来,从冬至到春分,白昼能拉长三个多小时。
地球公转速度在近日点附近最快,一月初地球过近日点,公转线速度达到每秒三十点三公里。这个速度快意味着太阳视运动在黄道上跑得快,直射点纬度变化率相应增大。远日点相反,七月初,公转慢,直射点移动慢,白昼变化幅度就小。冬至靠近近日点,所以北半球冬季白昼增长先慢后快。南半球反过来,他们夏至靠近远日点,白昼缩短先快后慢。
黄昏变化最能说明问题。冬至前后,下午五点钟天已经黑透。过一个礼拜,五点十分还能看见西边一点亮。再过两周,五点二十天还蒙蒙的。到一月下旬,五点半下班路上不用开车灯。这种变化肉眼可见,不用仪器。早上天亮时间也有变化,冬至后日出时间往后推迟大概两周,然后才往前赶。这叫均时差。太阳日长短不齐,钟表时间和日晷时间对不上。
均时差导致冬至后日出时间继续推迟,日落时间却已开始提前,两者不同步。十二月底,早上七点半才亮,下午四点半就黑。到一月中旬,早上还是七点半亮,但下午五点才黑。晚上那头的亮先回来。早上那头要等到一月底二月初才开始明显往回拽。这是真太阳时和平太阳时的偏差。地球自转轴倾斜加上椭圆轨道,两项一叠加,日出日落时刻曲线不是对称的。
纬度越高,冬至后白昼拉长效果越明显。北纬五十度,冬至日白昼不到八小时,到春分能拉长到十二小时,多出四个多钟头。北纬三十度,冬至日白昼十小时出头,到春分十二小时,只多出不到两小时。低纬度地区全年白昼变化本来就不大,冬至前后差别更小。赤道上全年昼夜等长,冬至夏至没区别。
人们感知冬天长短往往看日落。冬至前,下午四点半黑,感觉一天很短。冬至后,慢慢能扛到五点,再扛到五点半。这种感知比日历管用。北方人说的“冬至十天阳历年”,说的就是这个拐点。过了阳历年,白天眼看着就长了。老人们讲“吃了冬至饭,一天长一线”。一线是多长?过去女红用线量,一根线的工夫。大概几分钟。实际测量,冬至后头十天每天平均多出一分钟不到,跟一根线的工夫差不多。
冬至是北半球日照时数的谷底,谷底之后只有上升一条路。天文学上这个点叫“冬至点”,黄经二百七十度。太阳直射南纬二十三度二十六分。到达这个点之后,直射点开始北返。北半球接收到的太阳辐射能量从最低点回升。地面温度和气温的回升滞后于日照时数回升,因为大地吸热放热有热容量。最冷的时候不在冬至,在小寒大寒。日照时数最低点在冬至,气温最低点要往后推一个月左右。
南半球同步反着来。北半球冬至当天,南半球夏至,他们白天最长。南半球白昼变化规律跟北半球对称,时差效应也一样。澳大利亚南部十二月份晚上九点天还亮着。到他们秋分三月份,白天缩短速度也是先慢后快。
白昼变化由黄赤交角和地球公转轨道偏心率两个因素共同决定。黄赤交角二十三度半是主因,造成四季和昼夜长短变化。轨道偏心率是次因,调制变化速率。两个因素耦合,产生均时差,产生日出日落时间不对称,产生白昼增长速率不均匀。地球没有这两个参数,四季就没有,昼夜永远等长。有这两个参数,冬至才是个坎。
过了这个坎。白天往回走了。
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