中医的圭表——测定太阳高度角大小、纬度高度

乙、正午太阳高度的变化
○1太阳高度角的概念
太阳光线与地球表面某点水平切线的夹角,称为太阳高度角,简称太阳高度。
正午太阳高度指正午12时时的太阳高度角——中国古代历史文献说的圭表上测得的“日影的长度”,本质上,就是测量太阳高度角。由于《内经》是研究中医科学的,其中的地球物理学、天体物理学上的相关概念——我们是十分陌生的,也是不重视的。这样,自然科学的本来面目就被淹没了——3000年后的今天,居然没有一个中国科学家正确翻译《内经》中的这些原文,就是很好的证据——我希望《内经》的这些原文,应该成为地理学、天体物理学的必修教材,让更多的人了解事实的真相、科学的真相 !
○2正午太阳高度角的变化规律
正午太阳高度角的变化
○a随纬度变化
春秋分日:由赤道向两极降低;
夏至日:由北回归线向南北两极降低;
冬至日:由南回归线向南北两极降低。
○b随季节变化
北回归线以北的地区:夏至日达到一年中的最大值,冬至日达到一年中的最小值。
南回归线以南的地区:冬至日达到一年中的最大值,夏至日达到一年中的最小值。这是由于四季的划分是以中国所在的北半球气候变化为参考依据的,南北球同样有四季,正好与北半球的四季季节相反。
回归线之间的地区:南北回归线上一年各一次直射90°,其他地区有2次直射。
○3正午太阳高度的计算法则
○a对于一个地点来说,太阳位于天顶的时候,它的高度是90°;太阳位于地平线的时候,高度是0度。——中国古人使用的数字,就是10个天干和12个地支以及八卦符号和六爻符号来计算的。
○b从全球范围来看,在太阳直射点上,太阳高度为90度,从这里开始,太阳高度向四周降低,作同心圆分布。到晨昏线上,太阳高度为0°。
○c正午太阳高度就是一日内最大的太阳高度;它的大小随纬度不同和季节变化而有规律地变化着。
○d一地正午太阳高度角的大小,可以用下列公式计算:
H=90°-|φ-δ|,其中H为正午太阳高度,φ为当地的地理纬度,永远取正值,δ为太阳直射点的地理纬度,当地的夏半年取正值,反之取负值。
○4太阳高度的应用
内容很多,我说主要点:确定地方时;判断日影长短以及朝向;房屋采光的多少;楼高和楼间距的关系;太阳能热水器安装的角度问题。
其他略去不讲,我重点讲一下判断日影长短以及朝向的问题,这是《内经》中讲到的问题,但是,3000年来,没有一个学者正确解读《内经》中的这个关键而重大的问题——这就是中国圭表的具体功能,也是中国古人对世界自然科学的重大贡献。
(1) 正午日影朝向和长短变化
正午日影的朝向取决于太阳直射点的位置。由于太阳直射点在南北回归线之间周年往返移动,正午日影朝向不仅随空间,而且随公转的时间的变化而变化。
在北回归线以北的地区正午日影始终朝北。北半球夏至日,北回归线以北地区正午太阳高度角最大,正午日影最短。北半球冬至日,太阳直射在南回归线上,北半球正午太阳高度角最小,日影最长。
在南回归线以南的地区,正午的日影始终朝南。北半球冬至日——南半球则是夏季(夏至日),南回归线以南的地区正午太阳高度角最大,正午日影最短。北半球夏至日,南半球正午太阳高度角最小,日影最长。
在南北回归线之间,影子可以朝南,也可以朝北,且直射时无影子。一般太阳方位与物影朝向相反,但极点一致,即北极太阳永远在南,影子永远朝南;南极则相反。
(2)日出、日落时日影朝向
在北半球春秋二分日,全球各地太阳从正东方升起,正西方落下。因此日出时日影朝正西,日落时日影朝正东。
北半球夏半年时太阳多直射,北半球各地昼长于夜,全球各地(极昼区域除外),太阳从东北升起,西北方落下。日出时日影朝西南,日落时日影朝向东南。从春分至夏至日,随着太阳直射点北移,太阳升起和落下的方向也逐渐北移;从夏至日至秋分日,太阳直射点南移,太阳的升落方向也逐渐南移。
北半球冬半年,太阳直射在南半球,北半球各地昼短于夜,南半球反之。全球各地(极昼区域除外),太阳从东南方升起,西南方落下,因而日出时日影朝向西北,日落时日影朝向东北。从秋分日到冬至日随着太阳直射点的南移,太阳的升落方向也逐渐南移;从冬至日到第二年的春分日,太阳直射点北移,太阳的升落方向也逐渐北移,这样循环往复以至无穷。
丙、四季更替与五带
四季的更替是昼夜的长短和太阳高度角的季节变化,本质上是地球公转运动的4个时间段的等分法则。全球除赤道外,同一纬度地区,昼夜长短和正午太阳高度随季节的变换而变化,使地表获得的太阳辐射能量具有季节变化的规律,不同的纬度地区,昼夜长短和正午太阳高度角的差别导致太阳辐射具有显著的纬度高度(地区)差别,这样就在地球表面形成了四季的更替和不同的五个气候带。我国的四季气候仅仅是北半球的四季气候,南半球的四季则在季节的时间上与北半球相差182天左右。注意这些区别。五带就是北寒带、北温带、热带、南温带、南寒带,还有其他一些划分法则。
地球自转的同时围绕太阳公转运动的,因此地球的运动是这两种运动的叠加运动。地球自转运动与公转运动的关系是用赤道平面和黄道平面的关系——赤黄交角来标示的——这是中国人命名的,也是现在全世界通用的法则。
黄赤交角
黄道平面——地球公转的轨道平面与赤道平面——过地心并与地轴垂直的平面的交角,叫做黄赤交角,目前的度数是23°26′。本质上,这是中国人计算南北回归线的法则。
太阳直射点的回归运动,就是一个回归周期1回归年,具体的就是中国古人的24节气法则。
这是中国古人的圭表