气候变化问题的核心是什么理论_气候变化的主要问题

1.气候变化的因素和影响是怎么样的？

2.盖天说详细资料大全

研究气候变化影响的方法，通常有三类。（1）实验室模拟或现场观测实验方法；（2）历史相似或类比法；（3）在计算机上进行的数值模拟和预测的方法。以下将分别介绍（1）和（3）两类方法的进展。

3.1实验室及现场观测实验研究

为进行实验研究，首先建立和发展了各种实验模拟装置和技术，其中包括生物遗传控制技术、控制环境装置和技术，开顶式气候室、天然CO2场等，近年来得到迅速发展(刘世荣等，1996)。借助这些装置可以在人工模拟CO2增加的大气环境中对植物或作物的生理、生长的变化进行研究，或者在一定的控制条件下，在实验室或野外进行实验，或观测，以研究种群生长与竞争，群落结构与生产力，甚至生态系统的功能等。比如，在开顶式CO2浓度倍增的培养室中，对植物的生态、生理、生化及形态变化进行研究，分析植物对CO2倍增的反应机理等。

为了在野外进行实验研究，已发展了各种野外观测技术，如用红外分析方法并配置附加气路、电路系统，同步进行农田小气候观测和作物生长发育观测(于沪宁等，1993，于沪宁，1993)。已初步建立了测定土壤—植被系统温室气体排放通量的方法，对中国典型的陆地生态系统(包括农田、森林、草地等)的温室气体排放通量和扩散规律进行了长期的野外定位观测，对CO2通量进行了细致的观测研究。为了探讨CO2浓度增加对作物生产力的直接效应，在不同地力的农田，于冬小麦和夏玉米旺盛生长期放CO2气体，使作用群体冠层中保持空气CO2浓度倍增，用红外CO2分析系统监测CO2浓度，设置CO2释放系统以调节控制试验小区的CO2浓度，同时观测作物生长发育与产量效应。此外，为了解生态系统或生命带对CO2浓度变化的响应，近年来，许多单位还开展了不同波段的遥感观测，正在建立CO2监测网络。

3.2模式研究

使用计算机进行数值模拟和预测研究，近年来得到了迅速发展，这类方法为气候变化及其影响研究的定量化提供了最科学最有效和最理想的方法。目前，研究农业、林业、水或自然生态系统对全球气候变化响应的模式可概括为静态的，或经验统计模式，和动态的或过程模式两种类型。?

3.2.1经验—统计模式

该模式是建立在气候与植被、作物、水等暴露单位之间非动态的经验或统计关系基础上的数学模型。为研究对暴露单位的影响，需选择当前和未来气候、环境和社会经济基准，并进行比较而得。其中，对未来气候情景或构想的选择有三种方式，一种是综合构想，即给出未来增暖(如1.0℃-4.0℃)或降水变化的统一定，这是一种最简单或有些主观的方式；第二种方式为相似(包括时间和空间)构想；第三种方式为全球环流(又包括平衡和瞬变)模式构想,这是目前模拟全球气候物理过程唯一较可靠的工具，但鉴于模式有许多不确定性，各类模式间模拟或预测结果仍有很大差别，理所当然所得结果也必然千差万别，因此，这种方式只能说是有发展前途的方式。在我国早期的研究多用综合构想法，近年来，利用我国历史气候的优势与特色，相似构想法以及利用全球环流或区域气候平衡模式构想法，已取得许多系统成果。此外，各种暴露单位或专业的经验—统计模式，如植被、农业、林业、水等模式得到了迅速发展。 在生态环境方面，张新时，周广胜等(1993)引进了Holdridge生命带模型，利用综合构想法研究了未来气候条件下中国及青藏高原植被的演变趋势。同时建立了植被第一性生产力模型(周广胜等，1995)。陈育峰、李克让(1996)在GIS的支持下用9个综合性气候参数并将土壤作为气候—植被响应关系的限制性因素，建立了中国气候—植被响应模式，提高了模式精度，同时用全球环境平衡模式构想法提供的网格点上的估算值，研究了对中国主要植被类型的面积、水平和垂直分布的影响。?

在农业方面，我国许多科学家利用综合构想法及各类作物模式研究了气候变化对作物和农业的影响。近年来，林而达等(1996)研制了中国随机天气模拟模型，可根据GCMs提供的年、季或月值生成作物模型及主要草地类型的模型所需的气候情景下逐日最高最低气温、太阳辐射和降水量，从而研究了全球气候变化对中国未来主要农作物和畜产量的影响。?

在林业方面，徐德应、刘世荣、郭泉水等(19)通过构建的各树种地理分布的生态气候信息库、应用生态信息系统软件及森林生产力与气候环境变量的相关模型，用全球环流平衡模式构想法研究了气候变化对中国主要造林树种和森林生产力的影响。?

在水方面，刘春蓁等(19)研制了三类不同的随机天气模型、不同气候区的流域水文模型和水供需综合评价模型，利用7个平衡GCMs输出的未来气候情景评价了气候变化对我国主要流域水文和水的影响。

3.2.2过程模式

过程或动力学模式是指以过程为基础，使用已确定的物理定律和理论来表达气候和一个暴露单位之间相互作用的动力学。过程模式考虑的因素较多，较细微。通常，用过程模式进行影响和预测研究比经验—统计模式的基础更扎实。但主要问题是对模式的检验或模拟未来的影响所需输入的资料要求较高，目前的过程模式只限于一些小范围的空间点，有待向更大范围或区域发展。在我国，已经引进或发展了许多过程或动力学模式，并取得初步成果。?

CERES、SPUR林窗动态模型是分析森林群落对气候变化敏感性的一种有效工具，它能够揭示气候变化过程中森林群落的组织和生物量的变化及演替，模型考虑了光照、温度、水分对树木生长的影响，包含了从发芽、生长到死亡的全过程(陈育峰，李克让，1996)。林窗模型在机制上符合逻辑，在结构上修改灵活，在建立上参数估计容易，在输出上有多样化选择，林窗动态模拟的结果可以用来揭示森林生态系统漫长而又复杂的动态过程，可用来试验人为干拢对森林结构及其变化的影响，检验森林演替理论或说(邵国凡等，1995。)在我国先后由延晓东、赵士洞(1995)建立了长白山森林的林窗模型、邵国凡、赵士洞等(1995)和吴正方、邓慧平(1996)构建了东北阔叶红松林林窗模型,陈育峰、李克让(1996)建立了四川紫果云杉林窗模型，取得了初步成果。值得指出的是，林窗模型本来只是为模拟森林树木动态过程而建立的，近年来已被推广应用到草原和灌丛动态模拟上，在模拟草原动态过程时，特别强调了地下竞争过程(邵国凡等，1996)?

项斌等(1996)在研究紫花苜蓿在CO2倍增下的光合作用、蒸腾作用、气孔导度、水分利用效率的生态生理变化，并在此基础上对紫花苜蓿进行了生态生理过程模型化的研究。肖向明等(1996)应用Century生态系统过程模型模拟了内蒙古草原在1980-1989年的生物量动态，估算了物候变化和CO2倍增对典型草原初级生产力和土壤有机质含量的影响。高琼等(1996)运用空间仿真的方法对东北松嫩平原碱化草地景观动态进行了模拟，在当前的气候条件下，模型的输出结果与观测到的1989-1993年在Ihm2样地内的班块分布动态非常吻合。?

潘学标等(1996)构建了一个棉花生长发肓动态模型(COTGROW)，该模型是应用作物模型的理论与方法，融气候土壤环境条件和栽培管理措施为一体的模型，它以逐日气候条件为驱动变量，以土壤条件为基础，以栽培措施为影响因素，以碳素平衡为核心，综合考虑土壤、植株的水分和矿质营养平衡共同对棉株生长发肓、形态发生与脱落和产量、品质形成的影响，该模型亦可模拟CO2浓度变化对产量的影响。?

值得指出的是上述动态模型，多数并未考虑过程的反馈机制和相互作用。季劲钧(1996)把陆地表面大气、植被与土壤之间的物理过程和植物的生理生态过程结合起来，建立了一个植被与大气之间双向的相互作用的过程模式。其中，大气一植被相互作用模式是将植物生长机理性模型与大气—植被土壤物理传输模型(即陆面过程模式)相耦合而构成。陆面过程模式包含了发生在大气、植被与土壤之间的能量和水分输送过程，它们将随着植物生长的年变化而改变其强度和分配。植物生长模型中有光合、呼吸过程、干物质在各组织中的分配和凋落物的分解等。这些过程随大气与植被土壤温湿状况、光合有效辐射和大气中的CO2浓度而变化。应用该模型已模拟了温带针阔混交林生物量、CO2、能量和水分通量的年变化，具有较强的模拟能力。如与区域气候模式相嵌套，亦可预测气候变化的区域影响。这是一类具有发展前景的动力学耦合模型。

气候变化的因素和影响是怎么样的？

物理学地球观是指基于物理学的原理和方法，对地球及其物理现象进行观察和解释的一种理论框架。这种观点认为地球是由物理规律支配的，包括地球的构造、地球内部的物理过程、大气运动、天气、气候变化等等。

物理学地球观的核心理论包括牛顿力学、热力学、电磁学、量子力学等，这些理论为我们解释了地球上的很多自然现象。例如，地球上的运动可以通过牛顿力学中的运动定律来解释；地球的能量来源可以通过热力学中的能量守恒定律来解释；大气运动可以通过气体动力学和热力学来解释。

总之，物理学地球观是一种基于物理学理论的地球科学理论框架，可以用来解释和预测地球上的各种物理现象。

盖天说详细资料大全

气候系统是一个由大气、海洋、冰和陆地构成的复杂系统。气候系统内的各个组成部分均能相互作用。比如海洋表面的温度分布是大气环流的主要驱动力之一，而大气运动产生的风又能驱动海洋的上层环流，大气能够输运水汽，从而影响陆地的植被分布和表面径流状况，而植被的覆盖情况又能反过来影响地表的辐射收支，进而影响大气的温度场分布。

尽管气候系统是如此的复杂，但通过气候学、大气科学、海洋学等各个领域内专家的努力，我们对于导致气候变化的因素已经基本了解。这些因素，按照人类对其的贡献，可以分为2大类：自然因素和人为因素。

（1）自然因素：

太阳是地球气候系统能量的最终来源①首先应该提到的是太阳辐射。太阳是地球气候系统能量的最终来源(忽略地热的作用)，其辐射强度的变化对于气候系统有很强的作用。但是由于对于太阳辐射的观测历史较短，人们大多是用历史记录中的黑子大爆发来估计辐射的强弱。太阳辐射的变化曾被用来解释欧洲历史上的小冰河期。

②地球轨道的变化。因为地球公转轨道和自转状态的变化，也能导致接受的太阳辐射多少和分布的变化。并且对应这几个量，古气候的资料也发现了对应的气候周期。相应的理论称之为“米兰科维奇理论”。

③板块运动。地球表面是由很多的板块组成的，而且板块是运动的。板块的运动会改变海陆的分布，从而改变地球表面辐射的分布，大洋环流和大气环流也会发生相应的变化，这些都会引起气候的变化。因为板块运动的速度非常非常慢，这种影响的尺度应该是百万年级的。

(2)人为因素：

①温室气体。温室气体在空气中含量的变化通过温室效应可以导致大气温度发生相应的变化，再通过各种反馈过程，从而引起整个气候系统的变化。主要的温室气体有二氧化碳、二氧化氮、甲烷和氟利昂。

②气溶胶。人类燃烧化石燃料还会排放大量的气溶胶，比如烟尘、硫化物等等。气溶胶对于气候的作用主要有2种：1)直接影响太阳辐射；2)形成云影响太阳辐射。因为云对于辐射的影响比较复杂，所以对其第二种作用的估计还不是很准确。有报告显示人类排放的气溶胶对气候的整体作用是降低温度，也就是说，空气污染反而缓解了全球变暖的趋势。如果我们将来把污染治理好了，就相当于又对全球变暖作出“贡献”了。

地表状况的改变对气候有影响③地表状况的改变。地表状况的改变会影响到达地表的太阳辐射的反射强度，因此也会对气候有相应的影响。

当这些自然因素或者人为因素发生变化之后，气候系统内部的反馈机制就开始起作用。这些反馈机制主要包括对地球辐射、水蒸气、冰、云和大气海洋环流的作用。这些因素的共同作用就导致了我们看到的气候变化。

气候变化使珊瑚岛礁被破坏

气候变化的影响是多尺度、全方位、多层次的，正面和负面影响并存，但它的负面影响更受关注。全球气候变暖对全球许多地区的自然生态系统已经产生了影响。自然生态系统由于适应能力有限，容易受到严重的，甚至不可恢复的破坏。正面临这种危险的系统包括冰川、珊瑚礁岛、红树林、热带雨林、极地和高山生态系统、草原湿地、残余天然草地和海岸带生态系统等。随着气候变化频率和幅度的增加，遭受破坏的自然生态系统在数目上会有所增加，其地理范围也将增加。

气候变化使鱼类的多样性锐减

气候变化还引起海平面上升，沿海地区遭受洪涝、风暴等自然灾害影响更为严重，小岛屿国家和沿海低洼地带甚至面临被淹没的威胁。气候变化对农、林、牧、渔等经济社会活动都会产生不利影响，加剧疾病传播，威胁社会经济发展和人类的身体健康。据间气候变化专门委员会报告，如果温度升高超过2.5℃，全球所有区域都可能遭受不利影响，发展中国家所受损失尤为严重；如果升温4℃，则可能对全球生态系统带来不可逆的损害，造成全球经济重大损失。据2006年我国发布的《气候变化国家评估报告》，气候变化对我国的影响主要集中在农业、水、自然生态系统和海岸带等方面，可能导致农业生产不稳定性增加、南方地区洪涝灾害加重、北方地区水供需矛盾加剧、森林和草原等生态系统退化、生物灾害频发、生物多样性锐减、台风和风暴潮频发、沿海地带灾害加剧、有关重大工程建设和运营安全受到影响。

由于生态系统和人类社会已经适应今天以及最近过去的气候，因此，如果这些变化太快使得生态系统和人类社会不能适应的话，人们将很难应付这些变化。对于许多发展中国家，这可能会对基本的人类生活标准(居住、食物、饮水、健康）产生非常有害的影响。对于所有的国家，极端天气气候发生频率的增加将会增大天气灾害的风险。气候变化对我国经济社会的影响有正面的，也有负面的影响，其中一些变化实际上是不可逆转的，因此我们更要关注的是负面影响。据统计，1950~2000年，特别是1990年以后气象灾害造成的经济损失急剧增加。原因有2个，①极端天气的增多，②我国总体经济体量增加，因此经济损失绝对值大幅升高。

气候变化对国民经济的影响也以负面为主。农业可能是对气候变化反应最为敏感的部门之一。气候变化将使我国未来农业生产的不稳定性增加，产量波动大；农业生产部门布局和结构将出现变动；农业生产条件改变，农业成本和投资大幅度增加。气候变暖将导致地表径流、旱涝灾害频率和一些地区的水质等发生变化，特别是水供需矛盾将更为突出。对气候变化敏感的传染性疾病（如疟疾和登革热）的传播范围可能增加；与高温热浪天气有关的疾病和死亡率增加。气候变化将影响人类居住环境，尤其是江河流域和海岸带低地地区以及迅速发展的城镇，最直接的威胁是洪涝和山体滑坡。人类目前所面临的水和能源短缺、垃圾处理和交通等环境问题，也可能因高温多雨而加剧。

由于全球增暖将导致地球气候系统的深刻变化，使人类与生态环境系统之间业已建立起来的相互适应关系受到显著影响和扰动，因此全球变化特别是气候变化问题得到各国与公众的极大关注。全球气候变化问题，不仅是科学问题、环境问题，而且是能源问题、经济问题和政治问题。

气候变化对玉米也有影响

气候变化对农业的影响是负面的。预计到2030年，我国3大作物，即稻米、玉米、小麦，除了浇灌冬小麦以外，均以减产为主。气候变化对水的影响也很大，全球变暖使水循环的过程速度加快，降水的空间不均匀性增加。气候变化对重大工程也有影响，如长江上游降水量的增加，导致地质灾害的频率会增加，对三峡水库的安全运营会造成一定的影响。另外气候变化也会影响青藏铁路和公路，大大增加铁路和公路运行维护的投资。

同全球一样，我国的气候与环境已经发生了巨大的变化。气候变暖远远超出一般意义上的气候问题和环境问题，对我国经济社会发展已经带来十分严峻的威胁，这种威胁仍将持续并不断加剧。科技界应当特别关注气候变化问题，积极取适应和减缓措施，不断提升气候系统、生态、环境保护的层次和水平，这是全面落实科学发展观，建立社会主义和谐社会的重要内容，是、公众和科学家的共同愿望。

盖天说，是古代汉民族的宇宙学说。这一学说可能起源于殷末周初，它在发展过程中也有几种不同的见解。早期的盖天说认为天圆地方，认为“天圆如张盖，地方如棋局”，穹隆状的天覆盖在呈正方形的平直大地上，但圆盖形的天与正方形的大地边缘无法吻合。于是又有人提出，天并不与地相接，而是像一把大伞一样高高悬在大地之上，地的周边有八根柱子支撑著，天和地的形状犹如一座顶部为圆穹形的凉亭。共工怒触不周山和女娲氏炼石补天的神话正是以持这种见解的盖天说为依据的。

还有一种形成较晚的盖天说提出天是球穹状的，地也是球穹状的，两者间的间距是8万里，北极位于天穹的中央，日月星辰绕之旋转不息，盖天说通常把日月星辰的出没解释为它们运行时远近距离变化所致，离远了就看不见，离近了就看见它们照耀。

基本介绍 中文名 ：盖天说 释义 ：先秦时期的一种宇宙结构学说 地区 ：中国 最早出处 ：《晋书》 套用 ：天文计算 学科 ：天文学 简介,形成原因,解释一,解释二,解释归纳,古人理解,历史,详述,盖天说套用,绘制天文图,天文计算,天文大地测量, 简介 据《晋书·天文志》中记载：“其言天似盖笠，地法覆盘，天地各中高外下。北极之下为天地之中，其地最高，而滂沲四聩，三光隐映，以为昼夜。天中高于外衡冬至日之所在六万里。北极下地高于外衡下地亦六万里，外衡高于北极下地二万里。天地隆高相从，日去地恒八万里。” 按照这个宇宙图式，天是一个穹形，地也是一个穹形，就如同心球穹，两个穹形的间距是八万里。北极是“盖笠”状的天穹的中央，日月星辰绕之旋转不息。盖天说认为，日月星辰的出没，并非真的出没，而只是离远了就看不见，离得近了，就看见它们照耀。 据东汉学者王充解释：“今试使一人把大炬火，夜行于平地，去人十里，火光灭矣；非灭也，远使然耳。今，日西转不复见，是火灭之类也。” 形成原因 解释一 盖天说宇宙结构理论力图说明太阳运行的轨道，持此论者设计了一个七衡六间图，图中有七个同心圆。每年冬至，太阳沿最外一个圆，即“外衡”运行；因此，太阳出于东南没于西南，日中时地平高度最低。每年夏至，太阳沿最内一圆，即“内衡”运行；因此，太阳出于东北没于西北，日中时地平高度最高。春、秋分时太阳沿当中一个圆，即“中衡”运行；因此，太阳出于正东没于正西，日中时地平高度适中。 各个不同节令太阳都沿不同的“衡”运动。这个七衡六间图是力图定量地表述盖天说的宇宙体系，载于汉赵爽注《周髀算经》。因此，盖天说亦称周髀说。 又《晋书·天文志》亦载有：“周髀家云：‘天员（圆）如张盖，地方如棋局。’”这与《周髀算经》里所载的盖天说不同，实际上是较古的天圆地方说。 解释二 中国科学史家钱宝琮等认为，这是第一次盖天说，而《周髀算经》所记载的，则是第二次盖天说。南北朝时祖暅著《天文录》说：“盖天之说，又有三体：一云天如车盖，游乎八极之中；一云天形如笠，中央高而四边下；一云天如欹车盖，南高北下。” 解释归纳 由此可见，盖天说宇宙结构理论也有不同的学派，可能是不同时代里向不同方向的发展。大体上可以说，盖天说形成于周初，而到了《周髀算经》的写作年代，即公元前一世纪，已经形成一个完整的、定量化的体系。它反映了人们认识宇宙结构的一个阶段，在描述天体的视运动方面也有一定的历史意义。 古人理解 中医文化学者聂文涛则认为，完整盖天说远在《黄帝内经》成熟之前就已经存在。“天不足西北”，“地不满西南”，这种来自《素问》的说法是起源于“天塌西北、地陷东南”的盖天说。而在《黄帝内经》成熟的时候，同时有了更为科学的地心说，这就是浑天说。应该说，聂文涛先生的考证更有依据。因为浑天说显然出现在盖天说之后，人所共知的东汉科学家张衡就是浑天说的代表人物，这要比《晋书》早。 最早的关于天圆地方的盖天说记录出现在《大戴礼·曾子天圆》，孔子的弟子曾子对于大地的正正方方形状也有过困惑，当单居离问于曾子曰：天圆而地方，诚有之乎？曾子曰：天圆而地方，则是四角之不揜也。（《大戴礼·曾子天圆》） 但这只是文献记载的而已，在这个记录之前，盖天说已经广泛流行了。有人认为，良渚文化时期的代表器物“玉琮”就是盖天说的一种象征，“琮”的形制是外方内圆。 历史 盖天说，无疑是我国最古老的宇宙说之一。“天似穹庐，笼盖四野，天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊。”当你来到茫茫原野，举目四望，只见天空从四面八方将你包围，有如巨大的半球形天盖笼罩在大地之上，而无垠的大地在远处似与天相接，挡住了你的视线，使一切景色都消失在天地相接的地方。这一景象无疑会使人们产生天在上，地在下，天盖地的宇宙结构观念。盖天说正是以此作为其基本观点的。盖天说的出现大约可以追溯到商周之际，当时有“天圆如地盖，地方如棋局”的说法。到了汉代盖天说形成了较为成熟的理论，西汉中期成书的《周髀算经》是盖天说的代表作。认为“天象盖笠，地法覆盘”，即：天地都是圆拱形状，互相平行，相距8万里，天总在地上。 盖天说为了解释天体的东升西落和日月行星在恒星间的位置变化，构想出一种蚁在磨上的模型。认为天体都附着在天盖上，天盖周日旋转不息，带着诸天体东升西落。但日月行星又在天盖上缓慢地东移，由于天盖转得快，日月行星运动慢，都仍被带着做周日旋转，这就如同磨盘上带着几个缓慢爬行的蚂蚁，虽然它们向东爬，但仍被磨盘带着向西转。太阳在天空的位置时高时低，冬天在南方低空中，一天之内绕一个大圈子；夏天在天顶附近，绕一个小圈子；春秋分则介于其中，盖天说认为，太阳于冬至日在天盖上的轨道很大，直径有47.6万华里，夏至日则只有23.8万华里。盖天说又认为人目所及范围为16.7万华里，再远就看不见了，所以白天的到来是因为太阳走近了，晚上是太阳走远了。这样就可以解释昼夜长短和日出入方向的周年变化。 盖天说的主要观测器是表（即髀），利用勾股定理做出定量计算，赋予盖天说以数学化的形式，使盖天说成为当时有影响的一个学派。 详述 我国古代关于天地结构的思想，主要有盖天、浑天和宣夜三家，其中盖天说的产生最为古老并最早形成体系，这个学说基本上是在战国时期走向成熟的，在《周髀算经》中记载和保留了这一学说。远在人类社会的早期，人们根据直观感觉，认为天在上旋转不已，地在下静止不动，由此逐渐产生了"天圆地方"的思想。到了商代后期或西周初期，在这个思想的基础上形成了“第一次盖天说”。 《周髀算经》卷上之一的开头，记载了周武王的弟弟周公和周朝大夫商高的对话，其中商高谈到“方属地，圆属天，天圆地方”。但是对于“天圆地方”的含义，后人却有不同的理解。据《晋书·天文志》所载“周髀家”的观点，“天员（圆）如张盖，地方如棋局”，把天看作平面圆形，如张开的车盖，就如一张伞面一样；把地看作正方形的平面，就如棋盘一样。这种观点受到了人们的怀疑。《大戴礼记·曾子·天员》篇就记述了曾子（公元前505年以后）的批评：“单居离问曾子曰：天员而地方，诚有之乎？曾子曰：如诚天员而地方，则是四角之不也。参尝闻之夫子曰：天道曰员，地道曰方。”这里“员”同“圆”，即“掩”，曾参指出圆形的天遮盖不住方形大地的四角；所以他根据孔子的看法，把“天圆地方”解释成为天道圆，地道方。 《吕氏春秋·圆道》篇进一步阐释道：“何以说天道之圆也？精气一上一下，圆周复杂，无所稽留，故曰天道圆。何以说地道之方也？万物殊类殊形，皆有分职，不能相为，故曰地道方。”这里认为“圆”是指天体的循环运动，“方”是指地上万物特性各异，不能改变和替代。所以“圆”和“方”并非指天和地的形状。为《周髀算经》作注的东汉后期人赵爽注称：“物有圆方，数有奇偶。天动为圆，其数奇；地静为方，其数偶。此配阴阳之义，非实天地之体也。天不可穷而见，地不可尽而观，岂能定其方圆乎？”这又把“天圆地方”说成是“天动地静”之意了。 正是在对“天圆地方”说的否定过程中，产生了“第二次盖天说”。《周髀算经》卷下中把“天圆地方”改述为“天象盖笠，地法覆”。《晋书·天文志》进一步阐述曰：“天地各中高外下。北极之下，为天地之中，其地最高，而滂沲四。三光隐映，以为昼夜。”这是说地和天一样都是拱形的。天穹有如一个扣在上面的斗笠，大地像一个倒扣于下的盘子；北极为最高的天地之中央，四面倾斜下垂；日月星辰在天穹上交替出没形成大地上的昼夜变化。 在更为精确的数量关系方面，《周髀算经》卷下中根据一些设和圭表测影的数据，利用勾股弦定理进行推算，得出“极下者，其地高人所居六万里，滂沲四而下。天之中央，亦高四旁六万里”；“天离地八万里，冬至之日，虽在外衡，常出极下地上二万里”。所谓“外衡”，就是冬至时太阳运行的轨道，即“冬至日道”。这里说明北极天中比冬至日道高出6万里。由于天恒高于地8万里，所以冬至日道仍高出极下地面2万里。《周髀算经》还根据圭影得出“冬至日道下”（即冬至时地面上“直日下”的地方，也即现今所说的南回归线）到极下地中的距离为23.8万里；“夏至日道下”（即北回归线）到极下地中为11.9万里；以周地为代表的“人居处”（黄河流域一带）到夏至日道下为1.6万里，所以人居处距极下地中10.3万里，距冬至日道下13.5万里。根据这些数据，盖天说设计出了“七衡六间图”，以说明日月星辰的周日运动，昼夜的长短变化和四季二十四节气的循环交替。 盖天说认为，太阳在天盖上的周日（视）运动在不同的节气是沿不同的轨道进行的。以北极为中心，在天盖上间隔相等地画出大小不同的同心圆，这就是太阳运行的七条轨道，称为“七衡”，七衡之间的6个间隔称为“六间”。最内的第一衡为“内衡”，为夏至日太阳的运行轨道，即“夏至日道”；最外的第七衡为“外衡”，是冬至日太阳运行的轨道，即“冬至日道”。内衡和外衡之间涂以**，称为“黄图画”，即所谓“黄道”，太阳只在黄道内运行。从《周髀算经》卷下所载二十四节气，可知太阳在七衡六间上的运行与二十四节气的关系是：七衡相应于十二个月的中气，六间相应于十二个月的节气。具体的对应关系如后页图所示。这样，太阳在365日内，极于内衡、外衡各一次，完成一个循环，即“岁一内极，一外极”。 由于内衡、外衡分别与地面上的北回归线、南回归线上下相对应，所以内衡的半径为11.9万里，外衡的半径为23.8万里，其间相距11.9万里，共六个间隔，因而相邻各衡之间相距11.9万里÷6，即19833里。盖天说认为，日光可照到的距离为16.7万里，人也只能看第一衡（内衡）　夏至第一间　芒种　小暑第二衡　小满　大暑第二间　立夏　立秋第三衡　谷雨　外暑第三间　清明　白露第四衡（中衡）　春分　秋分第四间　惊蛰　寒露第五衡　雨水　霜降第五间　立春　立冬第六衡　大寒　小雪第六间　小寒　大雪第七衡（外衡）　冬至到这么远的光源射来的光，因此以周地为中心，以16.7万里为半径所画出的圆，就是居住在周地的人所能看到的天体范围，这个部分被涂以青色，称为“青图画”。盖天说以此解释了若干常见的自然变化。如盖天说能够大体上说明四季常见的天象和气候变化，这在2000多年以前的科学发展状况下，可以说是相当了不起的。 《周髀算经》还包含了一些令人极感兴趣的其他论述。例如，盖天说的七衡六间与现今地球上的五带划分存在着对应关系，中衡对应于地球上的赤道，内衡与外衡对应于北回归线与南回归线；盖天说所说的“极下”，即现今所说地球的北极。所以，盖天说对地球上各地气候差异所作出的准确解释，也就不难理解了。《周髀算经》卷下之一称：“璇玑径二万三千里，周六万九千里，此阳绝阴极放不生万物”；“极下不生万物。北极左右，夏有不释之冰”。这是说北极径二万三千里的范围内，常年结冰，万物不生。 《周髀算经》的这个结论，是有定量根据的，因为即使在夏至之日，太阳距北极仍有11.9万里远；而冬至时太阳离夏至日道也为11.9万里，这时“夏至日道下”（北回归线）的“万物尽死”，由此可知即使太阳移至内衡（夏至）时，北极下也不生万物，何况其他季节？《周髀算经》还进一步得出：“凡北极之左右，物有朝生暮获。”这是指北极地带，一年中6个月为长昼，6个月为长夜，1年1个昼夜，所以作物也在长昼生长，日没前就可收获了。同样，“中衡左右，冬有不死之草，夏长之类；此阳彰阴微，故万物不死，五谷一岁再熟”。这是对赤道南北热带地区的气候和作物情况的精确说明。这些论述的巧妙正确，确实令人惊叹不已。 《周髀算经》在关于七衡六间的叙述中，引用过《吕氏春秋》的文句，但这不表明七衡六间是在秦吕不韦之后才产生的。用七衡六间方法说明四季与太阳位置的变化，是在春秋未、战国初之间已经产生了的，这是比较公认的看法。 盖天说虽然在汉代以前一直在天文学界起著主导作用，但终因其自身有着不可克服的困难，而在汉代以后逐渐被“浑天说”所代替。但是，不论是“浑天说”还是另一种“宣夜说”，都可以从春秋战国时期找到它们的思想渊源。如公元前4世纪的慎到（公元前395-前315年）在《慎子》中说：“天体如弹丸，其势斜倚。”《庄子·天下》篇中引述的名家大师惠施（约公元前370-前310年）所提出的辩题：“南方无穷而有穷，今日适越而昔来，连环可解也。 我知天下之中央，燕之北，越之南是也。”都提出了大地是球形的思想。惠施的前一句话提出一直向南走可以周而复始，无穷无尽，但若认为北极的正下方为南极，则南方又“有穷”；后一句话指出无限的大地是没有中央的，或者说任何地点都可看作是中央；如果将北极和南极分别看作是北半球和南半球的中央，则天下的中央在“燕之北”、“越之南”。这段论述，被认为包含了浑天说的大地是球形的思想。另外，对于惠施的命题“天与地卑，山与泽平”，如果从浑天说的地球居于天的中央的观点来看，就很容易理解了。因为既然大地的四面八方皆为天，那么有天高于地之处，也有地高于天之处，它们无分高下；同样，此处的水面与它处的山顶也可以处在同一个高度上。当然，对这些论题的理解，也有不同的意见。①关于主张宇宙无限、天是由元气组成的宣夜说，战国时代也出现了一些有价值的先期思想。 《庄子·逍遥游》中有：“天之苍苍其正色邪？其远而无所至极邪？认为天其色青青，深邃幽远，是辽阔无边的。惠施所说"至大无外，谓之大一。”②也将宇宙看作是尺度无穷大的“大一”。《庄子·天运》篇中，对大地静止不动的传统说法也提出了质疑：“天其运乎？地其处乎？日月其争于所乎？孰主张是？孰维纲是？孰居无事推而行是？意者其有机缄而不得已邪？意者其运转而不能自止邪？”这是说天是运动的吗？地是静止的吗？日月都在争觅着它们的处所吗？什么力量主宰着它们的张斥？什么力量维持着它们的制引？什么力量会无缘无故地推动着它们运动？莫非其中有什么机制使它们不得不如此？莫非它们运转起来以后就无法自己停止下来？ 《庄子》在这里虽然只是提出了疑问而没有给出答案，但在这些疑问中所隐含的天地在某种吸引和排斥的作用下运动不止的思想，却是清晰的。战国末期的李斯在《仓颉篇》中也提出：“地日行一度，风轮扶之。”这里明确提出了大地运动且“日行一度”的思想，而且说明大地是在“风”的作用下运动的。这个“风”字当与宋尹学派的元气学说有关。 盖天说套用 盖天说之所以未被挤出历史舞台而长期存在,是因为它有用场。讲述盖天说的经典著作《周髀算经》包括有比浑天说著作丰富得多的内涵,为天文学研究提供了较多的方便,得到了各种套用。盖天说的套用,主要有以下几方面： 绘制天文图 天文学研究离不开天文图,而绘制天文图总要有一种参照系,使图上所反映的天文实际有条理、有次序。盖天说提供了这种参照系。盖天说以北极为中心,与二十八宿、三垣相结合,形成了一个现成的天文图构架,特别是这种天文图与秦汉以来中国以皇权为中心的社会政治相吻合。这就是“盖天图”。中国的天文图出现于何时,虽尚难断定,但无论如何在汉代已有多幅。 据《汉书》称：“凡天文在图籍昭昭可知者,经星常宿中外官凡百一十八名,积数七百八十三星,皆有州国官宫物类之象。”图虽早佚,但书上记录的次序是从“中宫天极星”天始,无疑是配有分野的盖天图。书中还留下《海中二十八宿国分》二十八卷和《海中二十八宿臣分》二十八卷两个书名,和昭昭可知的天文图籍是一致的。如果这两书有天文图配合,那么天文图也必是盖天图,不可能是其他画法。就是说,天文图在中国西汉一开始就是盖天图。汉代以后的中国天文图,基本上都是盖天图。这种图的一个特点是：处于北极附近的恒星非常密集,而处于赤道或再往南的恒星则特别稀疏。 于是在隋代出现了高文洪绘制的《天文横图》一卷,可能和后来“敦煌星图”以及苏颂所载天文图相类。它们是按二十八宿分界线垂直于赤道的方向展开,这样不仅把三垣拆散,而且北极的位置也不复存在,因而不得不再加一幅盖天图来弥补这个严重不足。在隋代有《浑天图》两种和《浑天图记》一种,因都已失传,详情不得而知。但是不能因“浑天”二字而受到迷惑,以为是用浑天说绘制的天文图。实际上,这是不对的，只要画出图形就必须是平面的,因而一定要用盖天图的画法,说到底还是盖天图。所谓“浑天图”只是名称而已。盖天图在中国被长期用,直到西方天文图传入中国仍未立即退出历史舞台。例如乾隆间上石、由“钦天监绘制”的呼和浩特石刻蒙文天文图仍是一幅典型的盖天图。通过这些事实,可以看出：盖天图在中国天文学史上占有牢固的位置。 天文计算 在《周髀算经》中与盖天说相伴的计算法主要是相似勾股形理论,其核心是勾股定理。虽然在书中并不是处处使用勾股定理和相似勾股形,可是离开这种计算法却不可能。笔者认为,正是由于天文(还可能有水利工程)计算首先使用了勾股定理,而勾股定理才进入数学领域,成为数学的组成部分。 盖天说给勾股定理的建立提供了理论基础,即大地为平面。“从髀至日下六万里”是一条在地平面上的直线,这才能够使用勾股定理。后来在天文历法研究中广泛套用了这一定理,就连被认为是浑天家的一些天文学家也是如此。不管套用者是怎样理解和认识的,只要在较大的地面上利用勾股定理或相似勾股形等进行天文计算,就已经是站在盖天说的立场上了。 天文大地测量 天文测量在《周髀算经》中占有重要地位,用八尺高的表进行观测或测量是盖天说的主要组成部分。施行测影的基础必须有个大地,就是天盖之下的大地。太阳在天上远行,而八尺表的影子投在地面上。这种测量,历代天文学家都在进行。赵君卿说：“夫高而大者,莫大于天;厚而广者,莫广于地。体恢洪而廓落,形修广而幽清。可以玄象课其进退,然而宏达不可指掌也;可以晷仪验其短长，然其巨阔不可度量也。”晷仪中当然包括表,它可以解决某些人身不能到达的度量问题。祖冲之曾用八尺表“考影弥年”;张遂领导了全国大规模实测：“测候日影,回日奏闻,数年伺候。及还京,僧一行一时校之。”表也是这次测量的最主要仪器;宋元时代的天文学家莫不如是,郭守敬指出：“历之本在于测验;而测验莫先仪表”,于是他设计了四丈的高表。 由《周髀算经》中的“日高图”和表的使用,导出了数学上有名的“重差术”。刘徽的重差术研究即从测日开始,他说：“凡望极高测绝深而兼知其远者,必用重差。勾股则必以重差为率,故曰重差也。立两表于洛阳之城，令高八尺,南北各尽平地,同日度其正中之时,以景差为法,表高乘表间为实,实如法而一,所得加表高,即日去地也。以南表之景乘表间为实,实如法而一,即为从南表至南戴日下也。以南戴日下及日去地为勾、股,为之求弦,即日去人也。”他在开头所讲的一段话,说明他把重差术的作用已推广到一般性,其《重差》一书(即《海岛算经》)就是这样诞生的。 这里要指出的是，八尺表测影也好，重差术也好，使用的人并不考虑大地的形状是否符合数学上所要求的条件。以重差术来说，有人对刘徽的重差问题进行了精度估计。在距离不太大的情况下，误差是有的,但对结果影响不大，尤其是对长度影响没多大，对高程的影响也不显著，像测海岛高的问题误差就太大了。对于“北极出地高度”的测量也是从同样的思想出发的。尽管这种高度在南北两点的明显差别另有原因，可是测量者并没有考虑。总之，不管上述的哪种测量，都是盖天说的套用，或者说是在盖天说指导下进行的。