为什么会有昼夜交替和季节变化？

地球是一个无光不透明的球体。

所以有一半是在阳光下，是白天的半球。

另一半是夜晚半球。

昼夜交替的原因:

地球在不停地旋转，地球上同一点在日半球和夜半球之间不断变换。

地球上的四季首先表现为一种天文现象，不仅是温度的周期性变化，也是昼夜长短和太阳高度的周期性变化。当然，昼夜长短和中午太阳高度的变化决定了温度的变化。四季的渐变在世界各地并不统一，北半球是夏天，南半球是冬天。北半球由暖变冷，南半球由冷变热。

现在分析不同季节昼夜长短和太阳高度的周期性变化。

从春分到秋分，北半球是夏天，南半球是冬天。在此期间，北半球白天长，夜晚短，而南半球白天短，夜晚长。北极在极昼，南极在极夜；北回归线以北的太阳高度总是高于平均值，但低于北回归线以南的平均值。北回归线以北的太阳在东北方的地平线上升起，降落在西北方的地平线上。第二天，世界各地的太阳从东方升起，在西方降落。

从秋分到春分，北半球处于冬半年，南半球处于夏半年。在此期间，南北半球的昼夜长短、昼夜极值和太阳高度与上述情况相反。北回归线以北的太阳从东南方向的地平线升起，降落在西南方向的地平线上。

从夏天的至日经过秋分到冬天的至日，北半球从夏天到冬天，南半球从冬天到夏天。在此期间，北半球白天变短，夜晚变长，极昼区逐渐缩小。在南半球，白天越来越长，夜晚越来越短，极夜带越来越小。北回归线以北的太阳高度在降低，而北回归线以南的太阳高度在升高。北回归线以北太阳的升起方向由东北向东南变化，降落方向由西北向西南变化。在秋分，它从正东方升起，在正西方落下。

从冬天的至日经过春分到夏天的至日，北半球从冬天变成夏天，南半球从夏天变成冬天。北半球昼夜长短、昼夜极值、太阳高度的变化与上述情况相反。北回归线以北太阳的升起方向由东南向东北变化，落山方向由西南向西北变化。

从冬季的至日到春分，从夏季的至日到秋分，日长接近全世界的平均值(12小时)，极端昼夜的范围逐渐缩小。北回归线以北和北回归线以南的太阳高度接近平均水平。在北回归线以北，太阳的升起方向逐渐接近正东，落下方向接近正西。

从春分到夏季至日，从秋分到冬季至日，昼夜长短都在向极端变化，极端昼夜的范围也在逐渐扩大。北回归线以北和北回归线以南的太阳高度也趋于极值。北回归线以北的太阳升起和落下方向分别向东北、东南、西北和西南移动。

因为北回归线之间的昼夜长短和太阳高度的变化比较复杂，占用了大量篇幅，所以我们没有充分说明，读者自己总结规律并不难。分析的时候，最好分成几个阶段。例如，在北半球，从春分到阳光直射可以算作一个阶段，然后第二个阶段到夏季至日，第三个阶段从夏季至日到阳光直射。在未来，冬季至日可以视为下一个阶段，从冬季至日到春分是最后一个阶段，太阳完成了一次回归运动。每个阶段的昼夜长短、太阳高度、太阳的升降方向和正午太阳的朝向(例如北半球夏季至日期间，太阳中午位于天顶以北，冬季至日位于天顶以南)等等，都有很大的变化。

2.四季划分

四季是根据昼夜长短和太阳高度的变化来划分的。在四季的划分上，是以太阳在黄道上的视位置为依据，以二分法、第二至日或四天为界限。但东西方国家划分四季所用的分界点并不完全相同。我国传统的划分四季的方法强调四季的天文意义，以二十四节气中的四个作为四季的起点。以平分线和春分点为中点，比如春天，太阳黄道是315，春天是中点，长夏是终点，太阳黄道变成45°，太阳在黄道上运行90°。

西方的四季划分强调四季的气候意义，以对太阳的平分线为四季的起点，如春季为起点，夏季至日为终点。这种四季比中国划分的四季晚一个半月。

从天文学上讲，中国用四立来划分四季更科学。

春秋两季，世界各地的昼夜长短和太阳高度与年平均相等，具有由最大值(或最小值)向最小值(或最大值)过渡的典型特征。所以，把春分作为春天的中点，秋分作为秋天的中点，是非常合理的。在夏季，白天最长，夜晚最短，太阳高度最高的一天是夏季至日，地表获得的太阳能最多。因此，夏季至日作为夏季的中点是非常合理的。同样，冬季至日作为冬季的中点也是非常科学的。

然而，从实际气候来看，夏季的至日并不是最热的时候，冬季的至日也不是最冷的时候。气温极值应分别延迟1 ~ 2个月。在中国，有一句话叫“三伏天里热，三伏天里冷”。因此，将夏季至日和冬季至日分别安排为夏季和冬季的开始日期，可以更好地对应实际气候。所以西方的四季是分的。

无论是中国具有天文意义的四季划分，还是西方具有气候意义的四季划分，都是一种天文划分方法。这是因为二分法、二分法和四分法在天文学上有确切的含义，都是把一年分为四个大致相等的季节。每个季节持续三个月，太阳在黄道上运行90度。它们不能反映各地气候的实际情况。用这种方法划分的季节就是天文上的四季。

天文季节在半球上是统一的。在半球内，每个季节都有一个统一的起止时刻，在半球内，每个地方都有四个季节，每个季节都是等长的。

为了准确反映各地的实际气候情况，常采用气候方法来划分四季。例如，用季节平均温度来划分四季。还规定季节平均气温大于等于22℃的时期为夏季，小于等于10℃的时期为冬季，10℃至22℃之间的时期为春季或秋季。按照这个标准，四季被划分为中纬度地区。低纬度地区和极地附近的春夏秋冬气温变化不明显。同时，在中纬度地区，每个季节的长度是不同的。这是四个气候季节。比如北京，春季55天，夏季103天，秋季50天，冬季157天。

天文季节具有理论意义，气候季节具有实用价值。天文季节是划分气候季节的依据。天文季节在半球上是统一的。北半球是夏天，南半球是冬天。局部地区(中纬度地区)气候四季统一。天文季节的划分取决于天象的变化，气候季节的划分取决于气温的变化。无论在任何半球的任何地方，都有等长的天文季节。四个气候季节在同一个地方不一定长度相等，这是天文季节和气候季节的主要区别。