北京时间今日17: 13: 40...
- 风云梦远
- 2022-06-22 08:26:00
北京时间今日17: 13: 40，2022年夏至时刻到来。届时太阳直射北回归线，也是一年内太阳直射点最北端。
英语中，将北回归线称作Tropic of Cancer，而Cancer正是指黄道十二宫中的巨蟹宫，这与夏至时太阳在黄道坐标系上运行到这里有关。
南北回归线直接囊括了太阳直射点年内移动的范围。这与地球自转轴与公转轨道面（黄道面）并不垂直所致（图1）。这个“偏离”垂直情况的角度，被称作地轴倾角，也等同于赤道面与黄道面的夹角；而后者被称作黄赤交角，这个名字在中学地理课本上出现频率更高。
不过，地轴倾角（黄赤交角）并非固定值。具体而言，它的变化主要受到两个因子影响：“短期”内的变化，是由月球引力为主导致的地轴章动，它的周期约18.61年，振幅约9.2''；更长周期的变化则至少长达数百年，其中最显著的周期约4.1万年，这使得地轴倾角在22°2'33''至24°30'16''间变动（过去五百万年的变动范围）。
对比可知，长周期变化的幅度和影响更主要；若只考虑长周期变化，而不考虑短周期章动的影响，得到的是“平均地轴倾角”；而如果二者均考虑，得到的是实际的“瞬时地轴倾角”。它们的关系可以参见图3。
在今日夏至时刻，后者是23°26'16.365''，届时太阳也直射在23°26'16.365''N；但我们确定南北回归线时，则通常使用“平均地轴倾角”所定义的纬圈，这一数值在当前是南北纬23°26'10.930''。
即使不考虑短周期章动，长周期变化让北回归线移动也相当明显。在105年前的1917年，南北回归线在23°27'整，而这105年内，平均地轴倾角已经减小约48.9''，相当于回归线向赤道方向移动约1500m。数十年前教科书还会标明黄赤交角是23°27'，最新版本都改为23°26'了。
地轴倾角的变化，也是会造成数万年周期的长期气候变化（米兰科维奇周期）。它不会直接地改变地球总体接收到的太阳辐射量，但会首先影响不同纬度区域的辐射能“分配”，尤其在中高纬度明显。当倾角较大，中高纬度地区倾向“夏热冬寒”，而倾角较小则倾向“冬暖夏凉”，这会率先影响高纬度冰雪，最终通过极地冰雪对阳光的反照率等过程，间接改变获得的太阳辐射能，影响全球气候的万年周期变化。
因而，在年复一年的周而复始间，世界也始终在缓慢而辽阔地前行而维新—无论是亿万年沧桑变迁，还是我们渺小但能超越周期的一生。纪念往昔，也拓辟远方。
——————————
另外，是否疑问最近数年夏至为什么多在6月21日？在很多人印象里，似乎之前夏至出现在6月22日的频率更高。这与地球公转与历法的关系有关。
两个同名的二分二至点之间历经的时长，被称作回归年（通常是用两个相邻春分间的时长），长度是365天5小时48分46秒（365.2422天），但略有波动。公历的一年正是基于此定义，但是由于历法必须是整数日，为了接近这个数值，就将年份长度分别设置为365/366天（即平年/闰年）。在公历平年，回归年比历法年长，夏至时刻会“后退”约5小时49分，但遇到闰年则相反，会“前进”约18小时11分。这就是夏至时刻的变迁。
如果考虑简单的“四年一闰”，一年的平均长度是365.25天，略长于回归年；在这种基本模式下，夏至总体会不断“提前”。本世纪夏至最后一次出现在（北京时间）6月22日是2015年，随后更多将在6月21日，甚至在2048年起的闰年，夏至将提早到6月20日。
这一局面将在22世纪初改变—由于现在的公历实质上是400年97闰，2100年不是闰年，因此在2097-2103年的七连平年后，夏至将在2102-2103两年重归6月22日。希望今天看到我这条微博的诸位还能见证
夏至
图1: 地轴倾角（黄赤交角）的示意图，左侧为夏至，右侧为冬至；
图2: 今日清晨Himawari-8可见光卫星云图，晨昏线的倾斜程度达到今年最大。
图3: 2000-2030年平均地轴倾角（黄赤交角）与实际的瞬时地轴倾角关系。可以看到，平均倾角在稳定缓慢减小，这是数万年周期的一瞬；实际的倾角则围绕着平均倾角上下摆动，正是叠加了地轴章动所致的18.6年波动。
图4: 墨西哥境内2005-2010年北回归线移动实例；
图5: 西撒哈拉境内的北回归线标志；
图6: 广东从化的北回归线标志塔。
英语中，将北回归线称作Tropic of Cancer，而Cancer正是指黄道十二宫中的巨蟹宫，这与夏至时太阳在黄道坐标系上运行到这里有关。
南北回归线直接囊括了太阳直射点年内移动的范围。这与地球自转轴与公转轨道面（黄道面）并不垂直所致（图1）。这个“偏离”垂直情况的角度，被称作地轴倾角，也等同于赤道面与黄道面的夹角；而后者被称作黄赤交角，这个名字在中学地理课本上出现频率更高。
不过，地轴倾角（黄赤交角）并非固定值。具体而言，它的变化主要受到两个因子影响：“短期”内的变化，是由月球引力为主导致的地轴章动，它的周期约18.61年，振幅约9.2''；更长周期的变化则至少长达数百年，其中最显著的周期约4.1万年，这使得地轴倾角在22°2'33''至24°30'16''间变动（过去五百万年的变动范围）。
对比可知，长周期变化的幅度和影响更主要；若只考虑长周期变化，而不考虑短周期章动的影响，得到的是“平均地轴倾角”；而如果二者均考虑，得到的是实际的“瞬时地轴倾角”。它们的关系可以参见图3。
在今日夏至时刻，后者是23°26'16.365''，届时太阳也直射在23°26'16.365''N；但我们确定南北回归线时，则通常使用“平均地轴倾角”所定义的纬圈，这一数值在当前是南北纬23°26'10.930''。
即使不考虑短周期章动，长周期变化让北回归线移动也相当明显。在105年前的1917年，南北回归线在23°27'整，而这105年内，平均地轴倾角已经减小约48.9''，相当于回归线向赤道方向移动约1500m。数十年前教科书还会标明黄赤交角是23°27'，最新版本都改为23°26'了。
地轴倾角的变化，也是会造成数万年周期的长期气候变化（米兰科维奇周期）。它不会直接地改变地球总体接收到的太阳辐射量，但会首先影响不同纬度区域的辐射能“分配”，尤其在中高纬度明显。当倾角较大，中高纬度地区倾向“夏热冬寒”，而倾角较小则倾向“冬暖夏凉”，这会率先影响高纬度冰雪，最终通过极地冰雪对阳光的反照率等过程，间接改变获得的太阳辐射能，影响全球气候的万年周期变化。
因而，在年复一年的周而复始间，世界也始终在缓慢而辽阔地前行而维新—无论是亿万年沧桑变迁，还是我们渺小但能超越周期的一生。纪念往昔，也拓辟远方。
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另外，是否疑问最近数年夏至为什么多在6月21日？在很多人印象里，似乎之前夏至出现在6月22日的频率更高。这与地球公转与历法的关系有关。
两个同名的二分二至点之间历经的时长，被称作回归年（通常是用两个相邻春分间的时长），长度是365天5小时48分46秒（365.2422天），但略有波动。公历的一年正是基于此定义，但是由于历法必须是整数日，为了接近这个数值，就将年份长度分别设置为365/366天（即平年/闰年）。在公历平年，回归年比历法年长，夏至时刻会“后退”约5小时49分，但遇到闰年则相反，会“前进”约18小时11分。这就是夏至时刻的变迁。
如果考虑简单的“四年一闰”，一年的平均长度是365.25天，略长于回归年；在这种基本模式下，夏至总体会不断“提前”。本世纪夏至最后一次出现在（北京时间）6月22日是2015年，随后更多将在6月21日，甚至在2048年起的闰年，夏至将提早到6月20日。
这一局面将在22世纪初改变—由于现在的公历实质上是400年97闰，2100年不是闰年，因此在2097-2103年的七连平年后，夏至将在2102-2103两年重归6月22日。希望今天看到我这条微博的诸位还能见证
夏至
图1: 地轴倾角（黄赤交角）的示意图，左侧为夏至，右侧为冬至；
图2: 今日清晨Himawari-8可见光卫星云图，晨昏线的倾斜程度达到今年最大。
图3: 2000-2030年平均地轴倾角（黄赤交角）与实际的瞬时地轴倾角关系。可以看到，平均倾角在稳定缓慢减小，这是数万年周期的一瞬；实际的倾角则围绕着平均倾角上下摆动，正是叠加了地轴章动所致的18.6年波动。
图4: 墨西哥境内2005-2010年北回归线移动实例；
图5: 西撒哈拉境内的北回归线标志；
图6: 广东从化的北回归线标志塔。
