从二十四节气到天气气候季节——“中国四季之分配”解读

龚道溢

张宝堃先生是著名气候学家，在中国气候研究领域开展了系统研究并取得重要成就，对中国自然地理研究作出重要贡献。他在《地理学报》创刊号发表了“中国四季之分配”（以下简称“四季”），该文与同期发表的竺可桢先生的“东南季风与中国之雨量”都是中国现代气候研究具有奠基性、开拓性意义的科研成果，是学术精品。在“四季”一文中，张宝堃先生结合物候现象，利用气象观测数据，提出了新的季节划分方法和标准，其工作被广泛认可，一直沿用至今。

20世纪30年代初“四季”对中国大范围区域进行自然天气季节的划分，有其时代必然性和科学性。农业是立国之本，数千年来，中国的农时均以传统的二十四节气为参照和指导。二十四节气参照太阳在黄道面上的位置，以二至、二分划分春夏秋冬，本质上是天文季节，主要反映的是黄河流域的自然现象和农事季节特征。这与按照盛行天气过程的特征而表征的季节有不小的差异，除了春夏秋冬四季，自然天气季节还可进一步划分如初夏、盛夏、前冬、隆冬等，通常中国天气气候季节可划分为一年5—6个季节阶段过程。显然，与天文季节比，天气气候季节更加贴切实际。

天气气候季节的划分，首先的一个前提条件是要有分布合理、规范、连续的长期观测。如张宝堃先生指出的，中国地理范围之广、气候之多样、地形之复杂，“欲讨论其四季气候之分布，自非有多量长期之纪录作精密之统计不可”。

近代中国气象观测记录，散见于教会、海关、西方列强、日伪等建立的各色气象台、观象台、测候所等。北洋政府农商部、水利局、军事及航空部门也分别进行了一些气象观测。1912年北洋政府在北京原古观象台基础上设立了中央观象台，后续又在库伦（今乌兰巴托）、辽宁松树嘴子、北京西山温泉中学等设立了测候所或简易测候站。1920年中央气象台向北洋政府提交了全国40个测候所的扩充计划，北洋政府只批准了其中的10个，但是由于人员、经费等原因，最后只设立了张北、开封、西安三个。由于军阀混战、国家财政枯竭，中央观象台所属测候台站在1927年又被迫相继停办。1929年南京国民政府国立中央研究院气象研究所（1928—1949年）成立，作为事实上的全国气象行政中心，国立中央研究院气象研究所提出了全国测候网计划，统一台站布设和运行，1930年国立中央研究院气象研究所先后编印《测候须知》等技术手册，统一气象观测规范。先后设立了29个直属测候所，协助其他系统和部门在各地建成了不同级别的测候所50多个。总之，这些台站观测资料的积累，为开展天气气候研究，提供了宝贵的第一手观测资料。

“四季”一文，共收集了84个台站气温观测记录（其中少数台站位于今蒙古国）。不考虑数据的质量和规范性，这批数据最大的特点是观测时期多有不同、资料长短相差悬殊。其中最长的长海有44年资料（1873—1916年），最短的兰州等仅仅有1933年1年，济南、开封这样的大城市也仅有1932—1933年2年的观测。即使是南京，也只有1926—1933年短短8年的资料。有的站是分几个时段的，比如西安用了5年的资料，就包括1923—1925年和1932—1933年2个时段。这些资料的不足，是其所处的特殊时代造成的。当然，以现今世界气象组织（WMO）的标准，所有台站的参照时期需要统一取相同的连续的3个年代来统计，彼时研究显然在严谨性和规范性方面存在不足。但是，以当时的国情，从事气象科研可以收集80余站观测资料，已是非常难能可贵。后来，在竺可桢先生领导下，国立中央研究院气象研究所和资源委员会合作，自1934年1月起组织专人搜集、抄录以往所有能找到的气象记录。后续张宝堃先生整编了《中国之雨量》（与竺可桢、涂长望合作编著，1935年出版社）和《中国之温度》（与竺可桢、吕炯合作编著，1940年出版）两本巨著，前者收集了353个站点的雨量和238个站点的雨日，后者则包含约600个站点的气温数据。这是中国近代最为完整的一套台站观测整编数据。竺可桢先生多次肯定张宝堃先生在资料处理方面的严格、认真和负责，张宝堃先生作为气象资料整编的直接参与人，其贡献自是不言而喻的。

天气气候季节的划分需要确定合理的温度阈值，还要有必要的气候知识以及对区域物候知识的细致了解。张宝堃先生逐站计算全年73候逐候的平均气温，考虑北京、南京的物候，确定了10和22这两个关键的气温值。以候温稳定降到10以下作为冬季的开始，稳定升到22以上作为夏季的开始，候温从10以下稳定升到10以上时作为春季的开始，从22以上稳定降到22以下时作为秋季的开始。基于这些统计结果，“四季”一文还绘制了季节起始日期分布图，指出物候的响应，每高一个纬度，时间上延后3—4天。当然，物候的南北时差与中国东部南北1000千米距离的温差在5—6是相对应的；这样的温差，也相当于垂直高度上1千米高程的变化，上述关系同样也适用于不同海拔的物候时差。这也是当前现代气候变化研究中的重要问题。

近代气候学普遍把低于10和高于20作为寒冷、炎热气候的分界。1879年奥地利气候学家亚历山大·苏潘（Alexander Supan）首次提出用等年平均温度20和最热月平均温度10划分地球热、温、寒带，前者是椰子树和棕榈树的南北界线；后者是针叶林的南北界限。“四季”一文根据中国东部典型城市的物候调整到22，调整后更加合理地反映了东亚特殊的季风气候特点。这种温度划分对应冷热寒凉，反映了热量的多寡和相应的积温。农业气候区划中，稳定通过10的日期及天数一直是一个重要的考虑指标，与有效积温、生长季节的起始及长度密切相关。结合同期降水量，还可以构建水热系数或者干燥度指数。后来卢鋈（1946年）、中国科学院自然区划工作委员会（1959年）、张宝堃等（1959年）的气候区划中，气温超过10始终是一个关键的表征热量的指标。这与普遍通行的柯本及桑斯怀特的气候分类方法比，有更明确的农业、生态指向性。

上述标准用于统计多年气候背景下的季节分配，对应的季节划分是一个统计上的期望值，起始及长度也是固定的。当然，同样的方法也适用于具体某一自然年的季节划分。后者也必然是围绕期望值，有或大或小的偏离。如果从天气气候的视角看，气温是天气气候过程的结果。著名气象学家叶笃正认为，季节变化体现了局地的天气、气候系统在下垫面和太阳辐射过程下，从一种平稳过程向另一种平稳过程改变。从这个意义上理解，地面气温的变化是天文太阳辐射、行星环流系统与天气过程等的综合产物。自然季节进程还要受短时天气、下垫面等局地因子的扰动。长期的情况下，随机扰动的干扰对期望值的影响可忽略，但是，当对某一自然年的季节划分时，则需要尽可能消除其影响，通常连续几天平滑处理，不失为简单而有效的方法，实际业务上也很方便操作。

2023年起实施的“气候季节划分”国家标准（GB/T 42074—2022），采用的是当前最新优化后的划分方法。以常年日平均气温序列（按WMO标准，取连续3个整年代）和当年日平均气温序列，连续5天滑动平均稳定通过10和22的日期，来确定常年和当年的季节起始。实际上，这种设计思路本质上还是沿用张宝堃先生的思路，与“四季”一文比较，当前国标的划分采用5天滑动平均以及强调稳定通过，都是为了消除短期扰动噪声信号，以便更好适用于当年的季节划分。总之，“四季”确立的方法以及划分的天气气候季节，90多年来一直都得到了广泛的认可和传承，在气象、农业、水文、旅游、季节性经济活动等行业、领域起到了重要的指导作用。

作者介绍：龚道溢（1969- ），男，湖南石门人，北京师范大学地理科学学部教授，中国地理学会会员（S110006262M），研究方向为气候变化及影响。E-mail：gdy@bnu.edu.cn