二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移

二十四節氣天文時長
正色柱體為定氣法的節氣時長,淡色柱體為平氣法的節氣時長。
公元前104年漢武帝時期頒行《太初歷》,施行“平氣法”,時間等分,各個節氣時長均等。1645年,清順治時期頒行《時憲歷》,施行“定氣法”,黃經等分,各個節氣時長不均等。
根據“定氣法”,節氣視角下的四季等長,嚴謹而言,是四季準等長。最短的季節冬季約89天,最長的季節夏季約95天。
節氣,涵蓋了三個時間概念:①精確到秒的交節時刻;②節氣日,即節氣時段的始日;③節氣始日至終日之間15天左右的節氣時段,也稱“時節”。所以“清明時節雨紛紛”,并非特指清明節氣日,而是泛指清明節氣時段。所謂節氣時段,通常說的是節氣相對固定的天文時段。
就公歷而言,二十四節氣的天文時間是基本固定的,這體現了節氣的太陽歷屬性。


每個節氣時段(時節)的起止時間,正如歌謠所云:“一月兩節不更變,最多只差一兩天。上半年來六廿一,下半年是八廿三。”在從前的“平氣法”規制下,各個節氣的時長本是等長的。但在現行的“定氣法”規制下,各個節氣按照黃經等分。地球繞日的橢圓形軌道(黃道)上,遠日點附近(夏至前后)地球運行的角速度較慢,在黃道上運行15°的時間較長。相反,近日點附近(冬至前后)地球運行的角速度較快,在黃道上運行15°的時間較短。
所以,夏至前后的每個節氣時段將近16天,冬至前后的每個節氣時段不足15天。
二十四節氣,是中國古人創制的簡明氣候歷。以天文界定時間節點,在此基礎上匹配與這個時間節點相應的核心氣候要素特征(如季節更迭時段、寒暑極致時段、初霜時段、初雪時段、冰始融時段、水始冰時段)。但隨著氣候變化,天文時間節點與核心氣候要素的契合度必然產生變化。二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移,就是為了量化在表征節氣的天文時點不變的情況下,氣候時點發生了怎樣的變化。
前人有相應的認知嗎?
從詩詞表達上看,唐玄宗李隆基詩云:“節變云初夏,時移氣尚春。”說的便是立夏的天文時間到了,但氣候時間還沒到。雖說“節”已然入夏,但是“氣”依然為春。
在古代,如果節已入夏但春氣未消,“有關部門”就要舉辦儀式,“引導”春氣止息、夏氣通達。如果是節已入秋但夏氣未消,甚至需要天子親自主持儀式,“引導”夏氣止息、秋氣通達。正如《呂氏春秋·季春紀》所言:“國人儺,九門磔禳,以畢春氣。”類似的記錄還有《呂氏春秋·仲秋紀》:“天子乃儺,御佐疾,以通秋氣。”
從諺語表達上看,節氣諺語有云:“節到氣不到,氣到節不到。”
在民間,人們通俗地將“節氣”一詞拆解為“節”和“氣”兩個概念。“節到”,指節氣的天文時間;“氣到”,指節氣的氣候時間。氣候變化背景下,春夏節氣是典型的“氣到節不到”,秋冬節氣是典型的“節到氣不到”。而“節”與“氣”的吻合,才可謂“守正”。這便是二十四節氣氣候時段伸縮與漂移算法的基本邏輯。

從醫典表達上看,關于節(天文時間)與氣(氣候時間)的關系,古人是用“太過”和“不及”這兩個概念來界定的,并將某天文時間呈現的正常氣候稱為“主氣”,本屬于其他天文時間但出現在該天文時間的異常氣候稱為“客氣”。
《黃帝內經·素問·六節藏象論》云:“未至而至,此謂太過……至而不至,此謂不及。”如果天文時間還沒到,但氣候時間提前到了,例如尚在大寒節氣,天氣就像是立春了,就叫作“太過”。如果天文時間已經到了,但氣候時間還沒到,例如已經過了立秋,卻依然秋老虎盛行,就叫作“不及”。春天回暖太快,“又是一年春來早”,就是氣候時間早于天文時間,為“太過”,屬于“冬行春令”。秋天轉涼太遲,就是氣候時間晚于天文時間,為“不及”,屬于“秋行夏令”。
在古人眼中,這種“太過”和“不及”會怎樣呢?
《呂氏春秋·季冬紀》云:“季冬行春令,則胎夭多傷,國多固疾,命之曰逆。”《呂氏春秋·孟冬紀》云:“孟秋行夏令,則多火災,寒熱不節,民多瘧疾。”
人們常說:“良言一句三冬暖,惡語傷人六月寒。”但在古人看來,夏行冬令的“六月寒”不好,冬行春令的“三冬暖”(現在所說的“暖冬”)也不好。這是古已有之的氣候價值觀。
如果氣候失序會有怎樣的后果呢?
《黃帝內經·素問·六節藏象論》中說:“失時反候,五治不分,邪僻內生,工不能禁也……氣之不襲是謂非常,非常則變矣。”《禮記·樂記》言:“天地之道,寒暑不時則疾,風雨不節則饑。”
如果四時氣序不按常理出牌,氣候時間與天文時間嚴重背離,打破了溫、熱、濕、燥、寒的正常節律,就容易誘發病變,出現醫生無法診療的病癥。所以說“過猶不及”,“太過”和“不及”被視為同等的失序性問題。因此,在氣候變化背景下,準確刻畫節氣氣候的異常程度,對指導人們的節氣養生有著重要的意義。
《黃帝內經》如何判斷節與氣的關系?
《黃帝內經·素問·六節藏象論》是這樣寫的:“所謂求其至者,氣至之時也。謹候其時,氣可與期。”
判斷什么是正常氣候,要以天文時間為基準,以此來衡量氣候時間的提前或滯后,即氣候時間的“太過”與“不及”。這就要精確測算氣候時間的偏差,從而推斷溫、熱、濕、燥、寒等氣候特征的偏差。
因此,我們所做的二十四節氣氣候時段伸縮與漂移的算法邏輯,在《黃帝內經》中早有闡釋。
其實在古代,人們便有測定某個時點氣候狀態的方法。古人以律管候氣,所謂“葭管飛灰”。《史記·律書》記錄了具體的律管長度,《呂氏春秋·季夏紀》記錄了律管長度三分損益的算法,《禮記·月令》記錄了月份與音律的對應。
“風氣正則十二月之氣各應其律,不失其序。”但氣候變化背景下,表征氣候規律的“風氣正”,也很難“守正”。在科學時代,我們已不再需要“律管候氣”,而可以由各個節氣的氣候時間的起止來“候氣”。

以平均氣溫的視角,對比兩個氣候期,全國的氣候發生了怎樣的變化呢?
對比兩個氣候期,全國絕大部分地區都出現了增溫現象,以北方為主的部分地區增溫1℃以上。

年平均氣溫變化(1991—2020年與1961—1990年相比)
以氣候季節漂移的視角,兩個氣候期對比,全國的氣候發生了怎樣的變化呢?
四個季節,如同班里的四位同學:春天不遲到但早退,夏天不遲到也不早退,秋天遲到但不早退,冬天既遲到又早退。
從21世紀第二個十年與1951—1980年氣候期的對比,我們可以看出季節的漂移是一個比較普遍的現象。其中春季向前漂移的幅度最大(提前7.09天),達到半個節氣尺度;夏季伸縮幅度最大(增長12.48天),接近一個節氣尺度。又是一年春來早、又是一年夏日長,已成為新常態。
于是,春天節氣的氣候時間大大提前,剛剛立春,卻暖若仲春;剛剛清明,卻炎如初夏。夏天節氣的氣候時間大大延長,明明是處暑、白露,卻依然是小暑、大暑般的“上蒸下煮”。而冬季節氣的氣候時間大大萎縮,小寒、大寒般“凍成冰團”的隆冬時常隱身。

注:港澳臺地區資料暫缺。

全國平均換季時間的變化(2011—2020年與1951—1980年相比)
幾十年的時間中,氣候已然產生了顯著的變化。那么,在各個節氣天文時間不變的前提下,如何量化地界定每個節氣的氣候時段發生了怎樣的伸縮與漂移呢?
我們以1961—1990年氣候期作為二十四節氣的氣候基準,通過算法確定各個節氣時段的氣溫閾值,從而計算出每個節氣的氣候時間。

全國省會級城市盛夏節氣氣候時間增長率和隆冬節氣氣候時間縮減率(1991—2020年與1961—1990年相比)
注:盛夏節氣指夏至、小暑、大暑;隆冬節氣指冬至、小寒、大寒。
就全國而言,隆冬節氣氣候時間的縮減率大于盛夏節氣氣候時間的增長率,只不過人們對炎夏的吐槽更多,對暖冬的抱怨較少而已。以全國平均的視角,1991—2020年,最熱的小暑、大暑節氣氣候時間增長到52天,增長63%。最冷的小寒、大寒節氣氣候時間縮減到10天,縮減67%。寒暑極致節氣時長發生了六成以上的伸縮。而從氣溫增幅來看,增幅最大的前三位為初春的三個節氣:立春、雨水、驚蟄。

二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移(全國平均)

北京二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移
北京盛夏(夏至、小暑、大暑)的氣候時間增長了56%,相當于5個節氣的時長。而隆冬(冬至、小寒、大寒)的氣候時間已清零,也就是說,從前北京冬至、小寒、大寒般的寒冷天氣已難以重現。現在冬天最冷的時候,也就只相當于從前小雪、大雪時節那樣的程度了。
立春節氣的氣候時間,從1月12日小寒二候就開始了。而立春的天文時間,完全是雨水氣候。
上海已不再有從前小寒、大寒般的寒冷天氣,名義上的大寒,已被立春氣候“侵占”,而原本屬于立春的時間,已被雨水和驚蟄合力“侵吞”。上海,20世紀第二個十年的平均氣溫是15.13℃,21世紀第二個十年躍升到了17.84℃,2021年更是達到創紀錄的18.60℃!數據下的一個世紀的氣候變遷,常常令人有一種恍惚的陌生感。

上海150年氣候變遷(上海徐家匯觀象臺1873—2021年氣溫觀測)

上海二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移
我們再聚焦粵港澳大灣區的幾座城市。相比之下,廣州二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移是較為溫和的。盛夏的氣候時間增長15%,隆冬的氣候時間縮減46%。節氣四季的提前和延后均在5天以內。

廣州二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移
香港二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移幅度略大于廣州。以1961—1990年為氣候基準,香港1991—2020年的盛夏(夏至、小暑、大暑)為61天,而1901—1930年、1931—1960年分別為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年分別為65天和57天。與1901—1930年氣候期相比,1991—2020年香港平均氣溫增幅為1.238℃。其中春季節氣氣溫增幅最大,為1.773℃ ;秋季節氣氣溫增幅最小,為0.987℃。

香港二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移

香港百年氣溫增幅(1991—2020年與1901—1930年相比)
我們若以1901—1930年氣候期為基準,1931—1960年、1961—1990年、1991—2020年對氣溫增幅的貢獻率分別為19.3%、33.4%、47.3%。在百年氣候變化中,1991—2020年對氣溫增幅的貢獻率近半,氣候變化呈加速趨勢。
而與香港毗鄰的深圳,其節氣氣候變化在粵港澳大灣區都市中特別突出。
深圳夏季節氣提前6天開始,延后41天結束,夏季節氣的氣候時間增長到142天,增長49%。而冬季節氣延后12天開始,提前11天結束,冬季節氣的氣候時間縮減到66天,縮減26%。深圳最熱的夏至、小暑、大暑的氣候時間增長到整整100天,增長108%;而最冷的冬至、小寒、大寒的氣候時間縮減到5天,縮減89%。可見,在由小漁村到大都市的進程中,深圳的節氣氣候變化幅度明顯超過香港、澳門和廣州。

香港各氣候期對氣溫增幅的貢獻率(1901—2020年)

深圳二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移

注:盛夏節氣指夏至、小暑、大暑;隆冬節氣指冬至、小寒、大寒。夏(冬)之始,指立夏(冬)氣候時間的開始;夏(冬)之終,指立秋(春)氣候時間開始的前一天。
再舉兩個例子,寒暑極致節氣為“大暑—大寒型”的哈爾濱和寒暑極致節氣為“夏至—冬至型”的昆明。哈爾濱最熱的大暑節氣氣候時間變為33天,增長106%。最冷的大寒節氣氣候時間變為8天,縮減47%。最熱的節氣不止翻倍,最冷的節氣不止減半。

哈爾濱二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移
被譽為春城的昆明在省會級城市中,冬夏節氣的氣候時段變化位列榜首。最熱的夏至節氣氣候時間變為38天,增長138%,而最冷的冬至節氣氣候完全消失。冬至、小寒、大寒的天文時段,主要是從前的立春氣候。盛夏(夏至、小暑、大暑)的氣候時段由小滿三候的6月3日,一直延續到9月8日白露節氣,夏熱感不期而至。

昆明二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移
地處高原的拉薩,在盛夏(夏至、小暑、大暑)節氣時段的變化方面也尤為突出,僅次于昆明和海口(見第43頁上圖),盛夏節氣的氣候時間增長了63%。在省會城市中,唯一與眾不同的是貴陽。在氣候變化背景下,貴陽的氣溫整體上逆勢下降。最熱的小暑、大暑節氣的氣候時間由32天縮短到7天,最冷的冬至、小寒、大寒節氣由44天增加到52天。

拉薩二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移

貴陽二十四節氣氣候時段的伸縮與漂移
二十四節氣是人們表征和刻畫氣候規律的時間體系,很多耕作理念和生養智慧都基于人們對各個節氣天文時段內氣候態的認知和積淀而成的適用性。而在氣候變化的背景下,量化地界定各個節氣氣候時段的伸縮與漂移,有助于人們與時俱進地進行社會適應和文化響應。