季节
jì jié
季节是由地轴倾斜造成的一年中气候的四个划分阶段，地轴倾斜改变了阳光照射的角度和白昼的长度。
Definition
季节是一年中的四个阶段：春、夏、秋、冬，它们的产生是因为地轴是倾斜的，所以地球的不同部分在一年中的不同时间会更靠近太阳。当某个半球朝向太阳倾斜时，阳光照射得更加直接，白昼也更长，因此该半球获得的能量更多，进入夏季；六个月之后，同一个半球背离太阳倾斜，便进入冬季；南北两个半球的季节永远相反，而赤道地区的季节变化则很小。从物理上讲，季节源于每个纬度上太阳辐照量的年度变化，这由太阳赤纬 $\delta$ 决定；由于地轴方向固定，地球公转时 $\delta$ 会在 $\pm 23.5^\circ$ 之间摆动。每日的太阳辐照量既取决于正午太阳高度角（它通过天顶角的余弦决定了单位面积获得的能量），也取决于白昼的长度。由于海洋和陆地会储存热量，季节性气温的峰值会比太阳辐照量的峰值滞后数周，这正是最炎热的天气出现在七八月、而不是夏至那天的原因；而地球轨道的偏心率，也使南半球的夏季（发生在近日点附近）比北半球的夏季多接收约 $7\%$ 的太阳辐照量。
Example
七月，北卡罗来纳州朝向太阳倾斜，迎来炎热的夏日；此时澳大利亚则背离太阳倾斜，正处在冬天。夏至正午，夏洛特的太阳高度角为 $78.5^\circ$，白昼时长 $14.5$ 小时；冬至正午，太阳高度角只有 $31.5^\circ$，白昼不到 $10$ 小时，光照既不够直接、时间又更短，加热效果自然更弱。以天顶角 $z$ 到达地面的阳光，其单位水平面积获得的功率为 $S \cos z$，其中 $S \approx 1{,}360\ \text{W/m}^2$ 是太阳常数。对夏洛特而言，夏至正午 $z = 11.5^\circ$，$S \cos z \approx 1{,}330\ \text{W/m}^2$；冬至正午 $z = 58.5^\circ$，约为 $710\ \text{W/m}^2$，几乎只有一半。
Key Insight
季节的变化并不是由距太阳的远近造成的：地球在一月初离太阳最近，而此时正是北卡罗来纳州的冬天。地球大约在一月三日到达近日点（离太阳最近），大约在七月四日到达远日点（离太阳最远），这 $3\%$ 的距离差异对季节的影响微乎其微，甚至是在削弱而不是加强北半球的冬天。米兰科维奇循环，也就是地轴倾角、轨道偏心率和岁差在数万年间的缓慢变化，会改变季节变化的强弱，是驱动冰期节律的根本原因。正是同一种地轴倾斜，在缓慢变化的过程中，曾反复把北美大陆埋进冰层之下，而这也正是带给我们四季更替的同一个原因。