為啥會有春夏秋冬？看完你就知道了

剛剛經歷過長達一個月的梅雨季節的折磨，轉眼就到了烈日炎炎的夏季，如同身上背了個烤爐，現在是十分想念秋高氣爽的江南時節。可季節更替都是按規律來的，所以不得不躲在空調房，避過這個炎熱的季節。那麼季節更替的背後有啥玄機呢？且聽我細細道來。

四季變化的大樹

首先要從地球的運動說起。地球有自轉和繞日公轉兩種基本運動。其中地球繞著地軸自轉進而有了晝夜交替迴圈。另一種是地球以橢圓軌道繞著太陽旋轉。地球距離太陽的平均距離約1。5億千米。由於地球運動軌道不是標準的圓，所以一年中日地會有變化。每年大約在1月3日，地球距離太陽約1。473億千米，處在一年中距太陽最近的位置，稱為近日點；而在6個月後的7月4號，地球距太陽約1。521億千米，是一年中距離太陽最遠的位置，稱為遠日點。可能有人會覺得近日點，地球吸收太陽輻射能量多，應該會很熱呀？但事實卻是我們的一月份屬於冬天——很冷，那麼產生季節溫度變化的原因是什麼呢？

近日點、遠日點示意圖

小時候總聽老人說：“夏天到了，天又長了”，到了冬天又會感嘆道：“這一天真短”。其實，老人說的“天”指的是白晝的時長，這也說明從夏季到冬季，白晝的時長會發生變化。另外，從夏季到冬季，太陽的高度也會發生變化。例如，芝加哥的人見到中午太陽最高的月份是6月下旬，而在夏去秋來時，中午太陽的高度就會變低，每天太陽落山的時間就會變早。

北半球的春分、夏至、冬至同一時刻太陽，對太陽高度進行觀測

太陽高度的變化會對地表吸收能量的多少產生影響，主要表現在兩方面。第一，當太陽正好在頭頂（角度為90度時），太陽的光線是最集中的也是最強的。而在較低的太陽角度時，光線照射面積變大，強度也就變低了。第二，太陽的高度決定太陽光線透過大氣層路徑的長短：

當太陽正好在頭頂，光線是以90度角穿過大氣層，以最短路徑到達地面，這個距離定義為一個大氣厚度。

而當光線以30度角進入大氣時，到達地面的路徑就增加一倍；當光線以5度角度進入大氣層，到達前面所透過的路徑將達到約11個大氣厚度。經過大氣的路徑越長，太陽光被大氣散射的程度就越大，這樣到達地面的太陽光強度就會變弱。

比如我們難以直視中午的太陽，卻可以凝望落日。

太陽高度角示意圖

但有一點是很重要，地球是球形的。因此，在某一天當中，只有一些特定的緯度地區可以接收到太陽光的垂直照射，當這個緯度隨著地球自轉而移動時，太陽光線照射的角度就會減小。因而，離可以接收垂直太陽光線照射的緯度越近的地方，中午太陽的高度角越大，也就可以接收到更集中的太陽輻射。總的來說，決定一個地方所接收的太陽能量多少，最重要的原因是太陽光線照射地面的角度變化和這一天的白晝時長。

不同維度地區，在同一天太陽高度（角）變化

那麼是什麼原因導致太陽高度角和晝長在一年中的變化呢？這種變化是因為地球相對於太陽的朝向在不停改變而引起的，地球的軸並不是垂直於它繞太陽執行軌道的平面，即所謂的黃道平面，大約與垂直角度傾斜23。5°，也就是說地球的軸是傾斜的。地球的軸不傾斜也就沒了季節這個概念。因為地球的軸始終指向一個固定的方向（指向北極星），所以對於太陽光線而言，地球的軸是一直變化的。

地球與太陽相對位置關係圖

例如上圖中左側，在6月的某一天，地球在其軌道上的位置是北半球以23。5°角傾斜朝著太陽，而在12月份，地球執行到了軌道的另一邊，此時北半球又以23。5°的傾角背離太陽。而在這兩個極端情況之間的日子，地球相對於太陽光線的傾角都小於23。5°角。正是這種朝向傾角的變化，地球上太陽可以垂直照射到的點一年中在南北緯23。5°之間移動。也正是這一原因，使得地球上許多地方一年中正午太陽高度的變化可達47°之多。例如，六月份太陽垂直照射點達到最北位置時，像紐約這樣的中緯度地區的城市，中午的太陽高度角最高為73。5度。而六個月後太陽高度角最低只有26。5°

地球上的經緯度劃分

那麼根據一年中太陽直射光線在南北半球的移動，就可以知道季節的由來。對於季節來說，每年有四個特別重要的日子：6月21日或22日，太陽光線直射在北緯23。5°，這個緯度稱為北迴歸線，見上圖。對於居住在北半球的人們來說，這一天就是夏至。也是天文學上夏天的第一天。而12月21日或22日，地球位於其繞日軌道的另一端，而此時太陽光線又直射在南緯23。5°，這一緯度稱為南迴歸線，北半球的人將這一天稱為冬季（吃餃子），也就是冬天的第一天，而南半球卻是夏至。除了夏冬至，我們還會有春秋分。每年的9月22日或23日，是北半球的秋分點，3月21日或22日，則是北半球的春分點。在這幾天，太陽光均直射在赤道上（0緯度地區），因為此時的地球既不朝著太陽也不背離太陽。晝夜時長也是由地球相對於太陽光線的位置決定的。6月21日，北半球的夏至這天的白天時長遠大於夜晚的時長。而12月的冬至，北半球的夜晚時長將大於白天時長。例如，位於北緯40°的紐約，夏至日的白天時長有15個小時，而冬至日白天只有9個小時。而且在6月21日，向北緯度越高的地區，白晝越長，當達到北極圈，晝長就是24小時，而此時南半球正好相反。這也就是時差的由來。

北半球夏至光照圖

現在我們應該知道為什麼中緯度地區的夏季最熱了，因為在這段時間，太陽照射時間最長，太陽高度角最高。而這些季節反過來又會導致地球上除熱帶以外大多數地區溫度的逐月變化。另外要注意到，同一緯度地點，太陽的高度角和晝長是完全相同的。

以上就是關於季節的由來，希望各位看完能夠有所收穫，感謝關注哦！