第五章 季节与气候

由于受到太阳引力的作用，地球围绕着太阳在恒定的轨道上做圆周运动，周期是365天6时9分10秒，如此年复一年，从未间断。在没有任何支点支撑的情况下，地球以每小时10800千米的速度公转，却从来没有偏离过假想出来的运行轨道。仅仅是想想如此快的速度，都会让人感觉眩晕；但同时这个速度也是很缓慢的，只要稍微想一下，就会有一个大体的概念。地球在围绕着太阳转的同时也在自转，自转的周期是24小时，正是由于它的自转，才有了白天黑夜的交替变换。地球自转的轨道并不是水平的，相对于地球的公转轨道，地轴是倾斜的，而且这个倾斜度始终不变。也就是说，地轴的方向一直都是一样的，换言之，不管地球运行到公转轨道上的哪个位置，地轴所指的方向都是一致的。

图9向我们展示了地球公转轨道上的四个最主要的位置。到A点，6月21日，夏天来了；B点，9月22日，秋天已到；C点，12月21日，冬天降临；D点，3月20日，春天出现了。当地球在A点和B点之间运行时，那就是夏天；B点和C点之间就是秋天；C点和D点之间就是冬天；而D点和A点之间就是春天。在这里，还需特别注意，在四个位置上，地轴指的都是同一个方向。由于地球的自转和公转，地球和太阳之间的相对位置发生了变化，才有了四季的变换。

假设现在是6月底了，这个时候的太阳是起得最早的。在我们所在的地方，这段时间，早上4点太阳就会从东方升起开始它一天的行程，日照时间长达16个小时，直到晚上8点太阳才会完全消失不见。正中午的时候，太阳几乎是在我们头顶的正上方，所以要看它的话，必须尽量向上看。不过这时候的太阳是非常耀眼且非常热的！几乎所有的太阳光都笼罩着整个大气层，它的热气也渗进大地。在这个季节，我们会拥有最长的白天和最短的夜晚，白天有16个小时，夜晚有8个小时。再向北一点点，白天时间变长，夜晚时间变短。在有些地方，可能早上6点太阳就升起来，而到晚上10点才落下去；还有些地方，凌晨1点太阳就爬起来了，半夜11点才落下去；甚至有些地方太阳几乎一直照射，太阳还未消失在地平线之前又马上升了起来；离北极很近的地方是没有黑夜的，在那里，你会看到太阳从不落山，晚上和白天一样亮，而在北极圈，太阳有时连续几周甚至几个月都不会落到地平线下，到了晚上依然可以像白天一样看到太阳。

向相反的方向走，或者说向南走，你会看到完全相反的景象：太阳不很刺眼，温度不高，白天时间短，晚上时间长；在南极附近，则没有白天，只有黑夜。因此，在6月末，南北半球的黑夜和白天的时间完全是相反的：北半球日长夜短，阳光很刺眼，温度很高，在北极的地方持续日照；南半球日短夜长，阳光很微弱，温度很低，在南极的地方没有日照。

南北半球的光照强度、日照时间不一，这是很好解释的。图10向我们展示了地球到达图9中的A点时（也就是6月21日）与太阳的相对位置，那些平行线所表示的是太阳光线。这里，我们没有把太阳画出来，因为如果按正确的比例画，它与地球之间的距离有300米，在这本书上根本没法呈现，所以我们就用这些太阳光线来代表太阳，地球在自转的同时，也受到太阳光的照射。

地轴与地球的公转轨道之间是有一定的倾斜度的，这一点我之前已经讲过，而且从插图上也能看得很清楚。从图9中，可以看出，太阳光一次只能照射到球体的一半，另外一半是照不到的。因此，当地球的这一半是白天，那么另一半就是黑夜。图9中阴影部分所表示的就是太阳照不到的地方。面向太阳的白色部分表示白天，背向太阳的那部分则是黑夜。如图所示，因为地轴是倾斜的，所以白天和黑夜的分界线并没有经过两极，而是穿过北极的右侧，南极的左侧。现在先想象一下地球绕着地轴转，除了极点之外，地球表面上的每一个点都会绕着地轴做圆周运动，离极点越近的点，轨道长度就越小。现在，你们大体清楚地球自转是怎么一回事了吧？不过还是觉得这一切都很神秘，对吧？

如果现在你可以在脑海中想象出地球自转的现象，那就没什么难的了。只要理解了地球自转的道理，那么从图中很自然地就能看出：在北极和P圈（与白天黑夜的分界线相切）之间的这部分，在地球自转一周的过程中，没有一个时刻是离开太阳光的照射的；相对的，在南极和R圈之间的这部分，在24小时之内，始终没有太阳光的照射，所以这部分一直都是处于黑暗之中。我们把图中的P圈叫做北极圈，在6月21日这天，没有黑夜。

现在，我们再往下看，看图中的T圈，假设地球正在自转，那么在这个圈上，一开始收到太阳光照射的那些点，就会随着地球的自转转到黑夜区域，也就是没有太阳光的区域。这圈上的点也会经历白天和黑夜之间的变换，从图中还可以看出，白天的时间总是比黑夜的长，因为有太阳光照射的部分比没有被照射的部分要大。因此，这圈上的点的白天比黑夜长。至于图中的北极圈与T圈之间的部分，越靠近北极，白天就越长，黑夜就越短；而越靠近E圈（也就是赤道）所在的地方，白天就越短，黑夜就越长。仔细看图，就能明白上面所讲的内容了。同样通过图，我们还可以看出赤道上的每一个点，白天和黑夜的时间是均等的，都是12小时，因为赤道两边，黑的和白的各占一半。

当北半球日长夜短时，南半球是什么状况呢？看插图就一目了然了。从中可以看出，往南白天在慢慢缩短，而黑夜在慢慢延长，因为没有阴影的部分在逐渐缩小，有阴影的部分在逐渐扩大。同时，南极附近的地方没有白天，地球自转时，这一区域并不会转到有太阳光照射的地方，所以24小时之内，都是黑夜。因此，在6月21日，这部分区域是极夜。我们把图中的R圈叫做南极圈。

太阳光射到地面产生的热量因角度不同而不同，直射比斜射产生的热量要多些。受太阳直射的地方温度会很高，而受斜射的地方温度会相对低一些。要理解这个道理很简单，就跟我们用火炉取暖一样。取暖的时候，我们会把手放在火炉正上方，这样感受到的热量是最多的，就跟太阳的直射一样；当移开一点点的时候，感受到的热量就不是那么多，温度也不会那么高，就跟太阳斜射一样。虽然地球是整个暴露在太阳光下的，但是每个地方接收到的太阳光都是不同的。有些地方是太阳直射，而有些地方不是。因此，在同一个时间，地球上各个地方的温度不尽相同。有些地方是酷暑，有些地方则是寒冬。

如果知道了6月21日这天哪个地方受到太阳直射，就知道了哪些地方是最热的。你们还记得前面讲过的铅垂线吧——与地球表面垂直的线，铅垂线如果被延长，一定会通过地球球心。在图10中，太阳光直射到T点，如果把太阳光线延长，那么一定会经过球心，像这样的光线就叫做垂直光线，它是指与地球表面垂直的光线。假如站在T点，就能感到一股强烈的热量。这个位置的太阳光是最强的，T圈上所有的点都是一样的，正午的时候都受到太阳光直射。我们把T圈称作北回归线，在6月21日这天，北回归线上所有的点都将受到太阳直射。

6月21日这天，只有北回归线上的点才会受到太阳直射，也只有射到北回归线上的太阳光线被延长后会通过地球球心。而射到其他地方的光线都是斜的，同时，在北回归线的两边，越往北或往南，光线的倾斜度越大，自然温度也会越低。法国差不多是在北回归线和北极圈的中间，虽然在6月21日这天太阳光线不是垂直的，但是也已经比任何时候都更接近于垂直，所以，在这天太阳也是接近最高点的。

6个月过去后，到了12月下旬，就是冬天了。会有什么样的转变呢？这时候，要找太阳就不用把头抬得很高了，只要稍微抬下，往前看，就能看到太阳差不多就在正前方。你会发现，太阳不是那么耀眼了，而且好像产生的热量也不高！发生什么了？是它与地球的距离变远了吗？还是太阳的火在慢慢熄灭？两者都不是。太阳的光还是那么强烈，而且产生的光热跟6个月前是一样的，传送到地球上的也是保持不变的。同时，太阳与地球之间的距离并不是变远了，反而是更近了。还有，你们发现白天变得非常短了吗？早晨太阳8点才升起来，而下午4点就已经落下去了。这时候白天变成8小时，而晚上有16个小时，刚好与6月份的时候是相反的。越往北，夜晚的时间越长，延长到18个小时、20个小时、22个小时，相应的，白天的时间越短，缩短到6个小时、4个小时、2个小时。在北极附近，太阳照射不到，只有黑夜，中午和夜晚都是一样的。

来看下图11，你们就会更明白了。图11所表示的是，12月21日这天地球受太阳光照射的情况，也就是地球运行到图9中C点时的情况。在地球绕着太阳转了一大半圈后，地轴的倾斜度始终保持一致，并没有任何的改变。不过，这时候太阳光是从相反的方向射到地球表面，因为地球已经转到公转轨道的另一端，这时候的太阳跑到地球的右侧了。很快就可以看出：在北极圈以内都是黑夜，没有白天，而整个北半球的所有地方黑夜比白天长，越往北，黑夜的时间越长。还有，赤道上白天和黑夜仍然是均等的；而在南半球，白天比黑夜长，南极圈以内的地方没有黑夜。

至于太阳光线，你可以看到，是直射到S点的，因此，在地球一天的运行过程中，太阳光会直射到S所在的圈上；越偏离这个圈的地方，太阳光线的倾斜度就越大。我们把S圈称作南回归线，12月21日这天，南回归线上所有的点都将受到太阳直射。

简单总结一下：6月21日，北半球白天很长，温度很高，而南半球白天很短，温度很低；12月21日，南半球白天很长，温度很高，而北半球白天很短，温度很低。

地球公转轨道上A点到C点的这段轨迹中（图9），除了我们讨论过的几个位置，它还经过这两点之间的中间位置。在地球位置变化的过程中，白天和黑夜的分界线会逐渐远离或靠近相对的极点，这使得白天黑夜的时间发生变化，同时也改变了太阳光线的倾斜度。9月22日这天，地球运行到B点，到达A点和C点的中间。这个时候，太阳是直射到赤道上的，因此白天和黑夜的分界线就刚好经过两极，每个地方的白天和黑夜是均等的，都是12小时。3月20日这天，地球运行到D点，整个地球的白天和黑夜时间一样长，也都是12小时。我们把9月22日叫做秋分，3月20日叫做春分。“分”这个词是指整个地球昼夜平分。

我们还把6月21日称作夏至，12月21日称作冬至。“至”是指这一天的太阳处在最高的位置。在北半球，6月21日这天，太阳到达最高点，之后就开始向南半球移动；在南半球，在12月21日这天会出现同样的情况，之后就开始向北半球移动，然后重新开始下一轮的运行。当然，太阳之所以出现上升和下落，只是由于地球绕太阳的公转以及地轴与公转轨道之间的倾斜度。

由于太阳光线分布不均匀，所以我们把地球分成5个区域或环，叫做带。赤道经过的地方就叫做热带，包含了北回归线和南回归线之间的地带。在热带区域，中午的时候，太阳一般都在最高点或者最高点附近，而太阳光线一般都是直射到地面，因此这个区域温度都很高。在赤道上，一整年中白天和黑夜都是一样长的，季节的变化并不是很明显。虽然夜里的温度也会比白天的低，但是由于每天日照时间很长，吸收的热量非常多，因此一年四季的温度变化都不会很大。

这些地区长年阳光普照，一年四季都是夏天，花团锦簇。在这些地方，我们可以看到成片的棕榈树，树干高大粗壮，树上繁盛的叶子像撑开的伞一样，笼罩着周围矮小的灌木；还可以看到大片的鲜花争奇斗艳，在我们寒冷的国度，这样的鲜花只有在温室里才见得到。这里鸟儿的种类甚至比花儿还多，它们的羽毛色彩斑斓，非常绚烂，完全可以和昂贵的宝石、稀有金属匹敌。不仅如此，在蜂鸟的鸣声中，好像隐约可以看见绚丽的红宝石、绿宝石以及金属发出的光芒。这里的大象可以在大地上随意行走，跟其他巨型动物一样，它迈出的一小步都很可能会引起地面震动；还可以听到饥饿的狮子、老虎、黑豹发出的嘶吼声；还可以看到巨大的爬行动物，如蛇、蜥蜴，它们能在密密麻麻的草地上挖出洞来，到最后树木可能都会被连根拔起。在这样一个动植物主宰的地方，生活在那里的人类显得很渺小。这儿的气候很不宜人，人们都懒洋洋的。在这么大的太阳下，不适合活动，也不适合思考。

热带两边的地带被称为温带，一边是北温带，一边是南温带，中间被热带隔开，北温带位于北回归线和北极圈之间，南温带则位于南回归线和南极圈之间。温带是不受太阳

直射的，因而太阳光都是斜照到这部分区域，只是冬天光线的倾斜度会比夏天的大，因此温带的温度会比热带的低。在每个温带，一年中日照时间最长的一天的长度取决于这个地方与赤道的距离——从14到24个小时不等。

在日长夜短的季节，由于夜晚时间太短，白天吸收的热量并不会完全耗尽，未耗尽的热量就会慢慢累积下来，所以夏季越近，温度就越高。可是，随着冬天的逼近，情况就相反了，夜晚越来越长，白天越来越短，由于夜晚时间长，所以温度就会降很多，这让白天的温度也在逐渐下降。从以上两个原因我们可以知道：因为太阳光线倾斜度的不同，白天和黑夜长短的不同，温带地区最热和最冷季节时的温度有很大的差异。

就是这样的不同才有了季节的划分：春天微风徐徐，百花盛开；夏天有着金黄色稻田；秋天是丰收的季节；冬天是所有植物休眠的时刻。虽然温带的物产没有热带的那么丰盛，那么多样化，但是对于我们来说却更有价值。小麦、葡萄还有最有价值的家禽都适合生存在温带。而且，只有在这样的气候下，人类才可以发挥最大的干劲和聪明才智，创造出艺术、科学以及工业的伟大奇迹。法国跟温带地区的其他国家一样，被认为是最适合人居住的地方。

越过南北极圈线，直到两极，还有两个地带，被称作寒带。在寒带，太阳光线的倾斜度以及白天和黑夜的时间差都比其他地带的要大。在北极圈上，最长的白天有24小时；在南极圈上，最长的夜晚有24小时。从北极圈往北，白天的时间越来越长，而在极点处将有6个月一直都是白天；从南极圈往南，夜晚的时间也会越来越长，而极点处将会有6个月一直都是夜晚。因为在两极有半年时间太阳光线都不会被挡住，而另外半年时间，则完全接受不到太阳的照射，所以在两极，有半年是白天，半年是黑夜。在那些白天很长的时期，太阳不会落下去，半夜跟中午一样也可以看到太阳。有些地方，这样的日子会有好几天，有些可能会长达几周，甚至会持续好几个月。即使太阳光线不是那么的强，其长期下来也是让人受不了的。航海家们已经发现：受到太阳的持续照射，有些隐蔽海湾的船上的焦油已经融化消散了。

但是，当冬天来临时，就变成一天24小时都是黑夜，而且连续6个月都是这样的，天气异常寒冷。在这样严峻的天气下度过冬天的少数探险家告诉我们：体温计里的水银都被冻结了。也就是说那里的温度至少在零下40摄氏度。据说，葡萄酒、啤酒等放在木桶里的发酵酒都变成了冰块；杯子中的水一泼出去就会变成冰块落下来；从鼻子呼出来的气，会结成针形的霜；还有如果拿金属块时，稍微不注意也很容易伤到皮肤。除了上面所讲的，海也会结成冰，干燥的大地，一眼望去，到处都是雪，到处都是冰。

连续几个星期，太阳都不会出现在地平线上，只有黑夜，没有白天，中午和夜晚都是一样的暗。不过当天放晴时，也不完全是黑的，因为还有星星和月亮，在白雪的反射下，发出了足可以照明的光。此外，北极的天空在绚烂的北极光的影响下，还时不时发出光芒。北极光是指光与天顶发生碰撞产生的一种电学现象，就像大烟花一样。在狗拉着的雪橇的帮助下，这些荒凉地区的人类去捕捉那些长着白色厚皮毛的动物，这在当地是很重要的商业活动。

在这种恶劣气候下生活的人类大部分的时间都用来打猎和捕鱼。打猎是为了解决温暖问题，捕鱼是为了填饱肚子。半腐烂的干鱼，有臭味的鲸油，这些在我们看来很恶心的东西，却是他们的三餐。通过捕鱼，还可以获得生火的燃料，比如鱼骨和鲸脂片。事实上，几乎没有树木可以在这里生存，不管有多么坚固，都难以抵挡如此恶劣的冬天。在很北的拉普兰，只有矮小的灌木丛和大麦这样坚强的农作物可以生存。在拉普兰以北，连灌木丛也没有，只有在隐蔽的岩石缝里能看到稀疏的杂草在快速成长，播撒种子。更北的地方，夏天也很少能看到一整片融化掉的雪，整片土地几乎都被冰覆盖，根本不可能有植物生存。