三伏天：太陽小了，天卻熱了

俗話說“冬練三九，夏練三伏”，一年中最熱的“三伏天”就要來了。三伏天是什么？為什么這段時(shí)期炎熱難耐呢？

Part.1

中國(guó)歷法中的三伏天

我國(guó)古代采用“干支歷”，是用10個(gè)天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）與12個(gè)地支（子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥）相配而成的60組不同的名稱來記年、月、日、時(shí)，循環(huán)使用。

根據(jù)傳統(tǒng)歷法的規(guī)定，從夏至日起，第三個(gè)庚日為初伏，第四個(gè)庚日為中伏，立秋后第一個(gè)庚日為末伏，這就是“三伏天”的來歷。

三伏天以庚日為始末，一般持續(xù)的時(shí)間是30天或40天。天文年歷顯示2022年7月16日初伏，7月26日中伏，8月15日末伏，8月24日出伏，今年“三伏”天共計(jì)40天。

那這是不是就意味著今年就一定要熱40天？“三伏天”炎熱的原因又是什么呢？我們或可想起《列子·湯問》中的名篇《兩小兒辯日》里的場(chǎng)景：

孔子?xùn)|游，見兩小兒辯日，問其故。

一兒曰：“我以日始出時(shí)去人近，而日中時(shí)遠(yuǎn)也?！?/p>

一兒曰：“我以日初出遠(yuǎn)，而日中時(shí)近也?！?/p>

一兒曰：“日初出大如車蓋，及日中則如盤盂，此不為遠(yuǎn)者小而近者大乎？”

一兒曰：“日初出滄滄涼涼，及其日中如探湯，此不為近者熱而遠(yuǎn)者涼乎？”

孔子不能決也。

兩小兒笑曰：“孰為汝多知乎？”

三伏天的炎熱，難道真是因?yàn)樘栕兇蠡蛘叩厍螂x太陽更近的緣故嗎？

Part.2

天太熱跟太陽大小沒關(guān)系

其實(shí)，太陽是一顆正處于主序星階段的中年時(shí)期的恒星，這一階段的太陽燃燒穩(wěn)定，體積變化非常小，因此在一天里、甚至一年里太陽自身大小的變化是微不足道的。

太陽的輻射強(qiáng)度也很穩(wěn)定，即使太陽表面常有黑子等太陽活動(dòng)的緣故，一年當(dāng)中的變化幅度也僅僅1%左右，顯然這不是三伏天炎熱的原因。

那會(huì)不會(huì)是這段時(shí)期地球距離太陽更近了呢？

二十四節(jié)氣與地球軌道關(guān)系 圖源：作者繪制

也不是。實(shí)際上，這段時(shí)間里日地距離要比平時(shí)遠(yuǎn)。地球圍繞太陽運(yùn)行的軌道并非正圓形，而是一個(gè)偏心率為0.0167的橢圓。

日地距離平均約為1.496億千米，遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)的日地距離為1.521億千米，近日點(diǎn)時(shí)的日地距離為1.471億千米，遠(yuǎn)日點(diǎn)比近日點(diǎn)遠(yuǎn)了約500萬千米，即平均距離的1/30。

地球過軌道遠(yuǎn)日點(diǎn)是在7月上旬，過近日點(diǎn)在1月上旬，因此三伏天的這段時(shí)間里日地距離是比平均距離遠(yuǎn)的。

“遠(yuǎn)者小而近者大”，今年，地球運(yùn)行到遠(yuǎn)日點(diǎn)的時(shí)刻是北京時(shí)間7月4日15時(shí)11分，三伏天里的太陽其實(shí)是個(gè)“小太陽”而不是“大太陽”。因距離變化引起的太陽輻射相對(duì)減少了約6%，這顯然也不是三伏天的成因。

此外，橢圓的軌道還導(dǎo)致了太陽周年視運(yùn)動(dòng)的不均勻性。地球經(jīng)過遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)速度最慢，經(jīng)過近日點(diǎn)時(shí)最快，各季節(jié)間的間隔長(zhǎng)度也不相等。

如2021年秋分到2022年春分共經(jīng)過178天20小時(shí)12分，而2022年春分到2022年秋分共經(jīng)過186天9小時(shí)31分。此外，北半球的夏季也要比冬季時(shí)間長(zhǎng)。

Part.3

“三伏天”炎熱的原因找到了

回答“三伏天”炎熱的問題，需要了解四季變化的原因。

這一切的根源在于地球的軌道特征。地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的同時(shí)，也在圍繞地軸自轉(zhuǎn)。地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道面叫做黃道面，過地心且與地軸垂直的平面叫赤道面，這兩個(gè)平面目前有一個(gè)23°26′的交角，叫做黃赤夾角。

正是這個(gè)交角的存在，使得一年當(dāng)中，隨著地球位于軌道的不同位置，太陽的直射點(diǎn)在地球的南北緯23°26′之間移動(dòng)。

當(dāng)太陽照射到北緯23°26′(北回歸線)時(shí)稱之為夏至；照射到南緯23°26′（南回歸線）時(shí)為冬至，照射到赤道時(shí)為春分/秋分。

夏至?xí)r太陽輻射示意圖 圖源：作者繪制

夏至?xí)r，北半球白天的太陽高度大，日照時(shí)間長(zhǎng)。以南京地區(qū)為例，夏至日，中午太陽高度約為82度，白天時(shí)長(zhǎng)有14小時(shí)15分。

對(duì)比冬至日，中午太陽高度約為35度，白天時(shí)長(zhǎng)僅有10小時(shí)04分。因此夏至?xí)r地表單位面積獲得的太陽輻射能量最多，約為冬至日時(shí)的三倍，并且緯度越高這個(gè)比值越大。接收太陽輻射的多少正是四季變化的主要原因。

在一天中同一時(shí)刻拍攝到的四季太陽位置

來源：科普中國(guó)-科學(xué)原理一點(diǎn)通

但是，北半球最熱的時(shí)間并不是在夏至，而是夏至之后的一段時(shí)間。因?yàn)闅鉁氐淖兓€受地表熱量收支平衡的影響。

一般夏至后的一段時(shí)間里，地面吸收的熱量仍大于它所放出的熱量，地面溫度持續(xù)升高，這段時(shí)間差不多正好對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)歷法里“三伏”這段時(shí)間，因此造就了北半球“三伏天”的炎熱。

這之后，地面放出的熱量大于地面吸收的熱量，氣溫才逐漸降低。

當(dāng)然，對(duì)于局部地區(qū)來講，大氣環(huán)流、海陸差異、地形因素、天氣情況等都是影響氣溫的因素，最熱的時(shí)候也并非與‘三伏’日期相對(duì)應(yīng)。

話說回來，你是怎樣來消暑的呢？

編輯：王婷婷

出品：科普中國(guó)

制作：王科超（中科院紫金山天文臺(tái)）

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