Du sagde "årstid"?

Som indledning

Ved at løse problemet med påskedatoens drift har den gregorianske reform samtidig låst årstiderne fast til de samme perioder fra år til år. Den gennemsnitlige længde af det gregorianske år er næsten identisk med længden af det tropiske år.

For bedre at forstå, hvad vi taler om, må vi dog vide præcist, hvad et tropisk år er, og hvad vi mener med årstid(er).

Taler vi om det samme, når vi siger „det er ikke årstidens vejr“ eller „jordbærsæson“? Værre endnu: når vi i en almanak læser for 2007 „sommer: 21. juni kl. 18.06“, kan man med rette spørge, hvad der helt konkret sker den dag og på det tidspunkt, siden man kan sige, at vi er gået fra forår til sommer.

Personligt kan jeg kigge alt det, jeg vil, omkring mig den 21. juni, uden at se nogen forskel fra dagen før. Der sker ikke mere mellem 20. og 21. juni, end der sker i en dåse ærter mellem dagen før og selve udløbsdatoen på låget.

I løbet af denne gennemgang vil vi prøve at finde ud af, hvad disse meget præcise datoer for de fire årstider i kalenderne svarer til, om de fire årstider faktisk definerer det tropiske år, hvad årstider betyder i hverdagen, og om de samme fire årstider overhovedet findes overalt på kloden.

Astronomiske årstider

Æren, hvor ære tilkommer. Da dette site handler om tid og kalendere, tager vi udgangspunkt i almanakken fra 2007. Her står der: 21. marts kl. 00.07 UT er forår, 21. juni kl. 18.06 UT er sommer, 23. september kl. 09.50 UT er efterår, og 22. december kl. 06.07 UT er vinter.

Og så melder spørgsmålene sig:

Astronomien hjælper os med at svare på de spørgsmål.

Nej, nej, løb ikke væk! Jeg er ikke mere astronom end dig. Vi holder det derfor enkelt, uden at drukne os i tung terminologi og komplicerede beregninger. Målet er bare at forstå de årstider, vores kalender taler om. Skal vi?

Velkommen til jer, der bliver hængende. Vi går frem trin for trin.

Lad os straks slå fast, at alle tegninger på denne side er ude af proportion.

Første trin: omløb og ekscentricitet

Jorden kredser om Solen i et plan, i direkte retning (mod uret), på ét år.

Den sætning kræver et par præciseringer.

1) I virkeligheden er det ikke Jordens geometriske centrum, der bevæger sig i ekliptikaplanet (den hvide stiplede linje), men tyngdepunktet for Jord-Måne-systemet.

Dette Jord-Måne-tyngdepunkt kaldes barycenteret og ligger cirka 4.700 km fra Jordens geometriske centrum på en tænkt linje mellem Jordens centrum og Månens centrum.

Det giver en frem-og-tilbage-vuggen i Jordens bevægelse under hver månecyklus (den gule, fuldt optrukne linje i venstre diagram).

Masseforholdet i Jord-Måne-systemet er 81:1, så systemets tyngdepunkt ligger 81 gange længere fra Månens centrum end fra Jordens centrum.

Bemærk, at man ofte antager, at Jordens centrum ligger i Jord-Måne-barycenteret. Den tilnærmelse kan i visse tilfælde have ikke ubetydelige konsekvenser for dato og klokkeslæt for bestemte astronomiske begivenheder. Det vender vi tilbage til lidt senere.

2) Jordens omløb om Solen er ikke en cirkel, men en ellipse.

Enhver ellipse har to brændpunkter på storaksen, den såkaldte apsidelinje. Solen befinder sig i det ene af de to brændpunkter.

Jo større afstanden er mellem brændpunkterne (fokalafstanden), desto mere fladtrykt bliver ellipsen. Forholdet mellem denne afstand og storaksens længde er ekscentricitetskoefficienten: e = fokalafstand / storaksens længde. Den varierer mellem 0 og 1, og ellipsen bliver mere fladtrykt, jo tættere e kommer på nul, som vist nedenfor.

For Jorden var banens ekscentricitet 0,0167086342 den 1. januar 2000 (den varierer mellem 0 og 0,07 i en cyklus på 95.000 år). Det siger noget om, hvor tæt den første figur på siden faktisk ligger på virkeligheden.

Uanset hvad betyder den elliptiske bane for Jord-Måne-barycenteret, at afstanden mellem Jorden og Solen har en minimumsværdi (perihelium) og en maksimumsværdi (aphelium). Disse afstande er i dag omtrent henholdsvis 147.100.000 km og 152.100.000 km.

Jorden passerer i dag perihelium i begyndelsen af januar og aphelium i begyndelsen af juli*. Nej, det er ikke en fejl: når dagene er varmest på vores halvkugle, er afstanden mellem Jorden og Solen størst.

3) I begyndelsen af dette trin sagde vi, at Jordens omløb om Solen tager ét år.

Det er rigtigt, men der findes flere typer år. Princippet er altid det samme: man vælger en markant referenceposition og måler tiden, til samme position gentager sig.

Ud fra det, vi allerede har set, kan vi definere to typer.

a) Det sideriske år: tidsrummet mellem to passager af Jorden i samme faste retning (i forhold til stjernerne). Varigheden er 365,2566 dage (altså 365 dage 6 t 9 min 10 s).

Vi bemærker dog:

b) Det anomalistiske år: her bruger vi passagen af Jord-Måne-barycenteret gennem perihelium som reference. Varigheden af det anomalistiske år er tiden mellem to sådanne passager. Hvor lang er den?

Den umiddelbare tanke er, at den skulle være den samme som det sideriske år.

Men Jorden er ikke alene i solsystemet; de andre planeter og Solens masse får apsidelinjen til langsomt at rotere i samme retning som Jordens omløb.

Konsekvensen er, at perihelium i ét år indtræffer lidt senere end i året før.

Derfor er det anomalistiske år længere end det sideriske. Det er i dag 365,2596 dage (365 dage 6 t 13 min 53 s).

Inden vi afslutter dette trin i vores gennemgang af de årstider, der står i almanakken fra 2007, tager vi en lille bonus med, som vi får brug for senere, og som vi allerede har nævnt på siden om astronomiske grundbegreber:

Ifølge Keplers anden lov er varigheden mellem P1 og P2 den samme som mellem P3 og P4. Med andre ord bevæger Jorden sig langsommere, når den er længere væk fra Solen.

Ved aphelium er hastigheden cirka 29,3 km/s mod 30,3 km/s ved perihel. Denne hastighedsvariation har betydning, når vi skal definere det tropiske år.

Andet trin: rotation og obliquitet

Det er ingen hemmelighed, at Jorden roterer om sig selv omkring en akse (polaksen) mod uret fra vest mod øst. Vi kan også definere Jordens ækvatorialplan som planet vinkelret på polaksen og gennem Jordens centrum. Skæringen med Jorden er den terrestriske ækvator.

Er polaksen vinkelret på ekliptikaplanet? Svaret er NEJ, og her nærmer vi os den astronomiske årstid, vi prøver at forstå.

Polaksen (og dermed Jordens ækvatorialplan) hælder i dag 23°26' (23,45°) i forhold til ekliptikaplanet: det er ekliptisk hældning eller obliquitet.

Hvis vi husker rumgeometrien, ved vi, at to planer, der skærer hinanden, danner en linje. For ekliptikaplanet og Jordens ækvatorialplan er denne linje jævndøgnslinjen.

Et indskud: præcession

Fordi vi i almanakken fandt fire datoer, der markerer årstiderne, fordi denne kalender følger et „tropisk år“, og fordi netop denne varighed tager højde for et bestemt fænomen, må vi sige lidt om det: præcession. Vi ser bort fra et andet fænomen, nutation (se siden astronomi for den del).

I figuren ovenfor ser vi den ekliptiske hældning mellem polaksen og normalen på ekliptikaplanet. Det man ikke ser, er at den første roterer rundt om den anden. Vi går ikke i detaljer om årsagen til denne meget langsomme rotation (26.000 år), som hænger sammen med Solen, Månen osv. Men vi noterer, at rotationen er med uret, at Polarstjernen en fjern dag ikke længere vil ligge i forlængelse af polaksen, og især (for vores emne), at jævndøgnslinjen langsomt roterer i ekliptikaplanet. Det kaldes netop jævndøgnenes præcession.

Tredje trin: de „astronomiske“ årstider

Inden vi glemmer det: det følgende om „årstider“ gælder den nordlige halvkugle. På den sydlige halvkugle skal man vende tingene om (daglængde, solindstråling).

Lad os et øjeblik se bort fra, uden stor betydning for formålet her, at Jord/Måne-barycenteret ikke ligger præcist i Jordens centrum, og antage at det gør. Af det foregående kan vi fastholde, at ekliptikaplanet (set fra Jordens centrum) og ækvatorialplanet skærer hinanden i jævndøgnslinjen på grund af obliquiteten.

Vi kan let udpege fire punkter på den ellipse, der er Jordens bane:

Når vi nu er i gang: septemberjævndøgn (eller efterårsjævndøgn) indtræffer, når jævndøgnslinjen passerer Solens centrum i retningen Solen - Jordens centrum - vernalpunktet.

Lad os skitsere det, vi netop har set:

Marts, juni, september, december - siger det dig noget? Ja, netop. Det er de måneder, vi fandt i almanakken. To datoer svarer altså til de to jævndøgn, og to til de to solhverv.

Nu mangler vi bare at spørge, hvad der sker på disse fire datoer og imellem dem, for at forstå, hvad astronomiske årstider er, og hvad kalenderen faktisk markerer.

Fjerde trin: kendetegn ved astronomiske årstider

Kendetegn 1

Se nærmere på de fire Jord-illustrationer ovenfor. Jeg ved godt, de er små, men da rumgeometri ikke har hemmeligheder for os, skal det nok gå. De nærsynede kan se nærmere på astronomisiden.

Alt dette er udførligt forklaret på astronomisiden. Vi kan derfor konkludere, at det første kendetegn ved astronomiske årstider er daglængden. Et kendetegn, der i grunden har begrænset betydning i forhold til vores emne „årstider“.

Kendetegn 2

Dette kendetegn er Solens maksimale højde over horisonten, med den direkte konsekvens at indstrålingen varierer gennem året. Alle har bemærket, at jo højere Solen står på himlen, desto mere bager den, og desto varmere bliver det.

Irradians er intensiteten af den energi, som solstrålingen tilfører et punkt på Jorden eller i atmosfæren. Den måles i W/m2.

Og jo lavere Solen står over horisonten, desto større bliver den overflade, som den samme lysstråle (altså med samme irradians) opvarmer. Og jo større overfladen er ... jo mindre bliver opvarmningen pr. arealenhed.

Vi må ikke glemme én ting: det er ikke daglængden, der bestemmer årstidernes energitilførsel. Det afgørende er solstrålernes indfaldsvinkel, og dermed Solens højde, som afhænger af polaksens obliquitet.

Som vi kan se, varierer fordelingen af det, man kan kalde „solflux“, med de astronomiske årstider og ligner det, der vises i figuren nedenfor (i den øvre atmosfære, så albedo og/eller atmosfærisk absorption ikke blandes ind).

Til sidst deler vi Jorden op (kun nordlige halvkugle; på sydlige halvkugle skal kurverne vendes), så opdelingen tager højde for obliquiteten, og tegner nogle kurver for hver zone med daglængde og Solhøjde gennem året i forhold til de sæsonmarkører, de astronomiske beregninger giver os. Endnu en gang: daglængde har ikke stor direkte betydning for årstiderne.

A) opdelingen

Ækvator ligger ved 0° breddegrad. Ved 23,27° breddegrad (som svarer til obliquiteten) ligger Krebsens vendekreds på positiv bredde og Stenbukkens vendekreds på negativ bredde.

Ved 90° bredde ligger polerne. Ved 90° - 23,27° = 66,32° nordlig eller sydlig bredde ligger henholdsvis polarcirklen i Arktis og polarcirklen i Antarktis.

B) zonerne
Nr. Placering Solhøjde Daglængde
1 Ved Nordpolen
2 Mellem polen og polarcirklen
3 Ved den arktiske polarcirkel
4 Mellem polarcirklen og Krebsens vendekreds
5 Ved Krebsens vendekreds
6 Mellem Krebsens vendekreds og ækvator.

Vi kan konstatere, at Solen ikke står højest ved sommersolhverv.
7 Ved ækvator.

Vi kan konstatere, at Solen ikke står højest ved sommersolhverv.

Vi kommenterer disse kurver, når vi ser på, hvorfor årstider bør fremgå af den kalender (det er trods alt kalendere, dette site handler om), som vi alle bruger hver dag.

Men inden da rejser der sig et spørgsmål om årets længde.

Femte trin: fire årstider udgør ét år

Varigheden af en årstidscyklus bestående af to jævndøgn og to solhverv kaldes det tropiske år og svarer til et kalenderår.

Lad os også notere, uden at gøre for stort et nummer ud af det, fordi det ikke betyder så meget i hverdagen, at årstiderne hverken har samme længde inden for det samme år eller fra år til år.

Hvor lang er et tropisk år? Vi taler naturligvis om gennemsnitslængden, ikke om den præcise længde i et konkret år.

Man kunne fristes til at sige, at længden er den samme som det sideriske år, altså 365,2566 dage. Men vi må huske jævndøgnenes præcession, som gør, at det tropiske år faktisk er kortere end det sideriske: ved epoken J2000 er det 365,2422 dage.

Et andet problem er selve definitionen af det tropiske år. At sige, at det er varigheden af en cyklus med fire årstider, er lidt for løst.

Man har ofte læst (og læser det stadig, også på IMCCE's site), at det tropiske år er tidsrummet mellem to på hinanden følgende passager af Solen gennem forårsjævndøgn (vernalpunktet).

Men som vi har set, er Jordens hastighed ikke ens langs hele banen på grund af Keplers anden lov. Derfor varierer længden af det tropiske år efter, hvilket referencepunkt man vælger. For eksempel:

Udgangspunkt Årets længde
Forårsjævndøgn 365,2424
Sommersolhverv 365,2416
Efterårsjævndøgn 365,2421
Vintersolhverv 365,2427
Gennemsnit 365,2422

Gennemsnittet svarer ganske rigtigt til den gennemsnitlige længde af det tropiske år. Men man kan ikke bruge en definition, der tager udgangspunkt i vernalpunktet, og samtidig give den en middelværdi.

Ifølge IMCCE er definitionen af det gennemsnitlige tropiske år "den tid Jorden bruger på ét omløb om Solen i et roterende referencesystem knyttet til jævndøgnslinjen; altså perioden knyttet til forskellen mellem Solens middel-længdegrad og jævndøgnenes præcession". Øhh ... ja ... meget klart.

Fra „astronomiske“ årstider til klimatiske årstider: punktum for de astronomiske årstider

Både i almanakker og i medierne (aviser, tv ...) fremstilles datoerne omkring 21. marts, 21. juni, 21. september og 21. december, som om de var officielle og universelle startdatoer for årstiderne. Prøv med kalenderen i hånden at forklare en Nuer i Afrika eller en inuit i Arktis, at der findes fire årstider, som starter på netop de datoer. Det er tvivlsomt, at de tager det alvorligt.

Bortset fra hvis man er astronomiinteresseret (og det er langt fra alle), hvorfor blive ved med at påstå, at sommer begynder den 21. juni, efterår den 21. september osv.? Det eneste, der faktisk findes på disse datoer, er to solhverv og to jævndøgn.

Vi har set, at det eneste kendetegn ved de astronomiske „årstider“ er Solens højde. Det er lige så reducerende som at prøve at forstå en bil ved kun at studere motoren. Det, der interesserer os, også hvis vi ikke er astronominørder, er år efter år at finde en vis homogenitet i vejrtendenserne samme sted (temperatur, nedbør, solskin) og derfor kalde perioderne forår, sommer osv.

Kort sagt: vores hverdag er indlejret i klimatiske årstider, mens vi konstant fodres med astronomiske.

Det er selvfølgelig nemmere kun at se på én parameter i årstidsfænomenet (Solhøjden) og lade de øvrige effekter af solaktivitet ude af billedet: atmosfærisk cirkulation og termiske kontraster, planetarisk albedo, atmosfærisk absorption og meget andet.

Det er også nemmere at sætte årstidsgrænser på minuttet, men hvad forhindrer os i at fastlægge stabile startdatoer for årstiderne i et givet område (eller land)?

Hvorfor er vores kalendere reduceret til ephemerider med astronomiske oplysninger som solopgang/solnedgang, måneopgang/månenedgang og dato/tid for solhverv og jævndøgn?

Det er på tide at give de klimatiske årstider den plads, de fortjener, og holde op med at overdosere rent teoretiske begreber.

Da vores kalender ikke siger noget om det, lad os sige et par ord om klimatiske årstider, som ligger tættere på vores daglige erfaring.

Ifølge Météo-France er "en årstid en del af året, hvor samspillet mellem astronomiske og miljømæssige faktorer sikrer en tydeligt genkendelig regelmæssighed i meteorologiske variable og fænomener i en given region, og frembringer biologiske, økonomiske og sociale processer, der afhænger af denne regelmæssighed."

Generelt fordeles de klimatiske årstider sådan: forår (nordlige halvkugle) = marts, april, maj; sommer = juni, juli, august; efterår = september, oktober, november; vinter = december, januar, februar.

Denne inddeling, som gælder i tempererede områder, er ikke nødvendigvis den mest relevante på andre breddegrader eller i kontinenternes indre. Det fik geografi-professor François Durand-Dastès (Paris VII) til at skrive, at "på hvert sted findes en rækkefølge af årstider, som udgør klimaet. Disse kombinationer kan klassificeres ud fra to kriterier: den dominerende modsætning mellem årstiderne (overvejende termiske årstider eller overvejende nedbørsårstider) og styrken af denne modsætning." © Encyclopaedia Universalis 2006.

Selv om vi netop søger perioder af året med nogenlunde homogene vejrtendenser, kan vi ikke undgå kort at nævne, uden at gå i detaljer, klimaklassifikationer, der netop bygger på nedbør og temperatur.

Köppen-klassifikation

Wladimir Köppen, vers le crépuscule de sa vie
Wladimir Köppen, vers le crépuscule de sa vie © St. Petersburg State University Library Marina Karpova

Mellem 1900 og 1936 udviklede og forbedrede Wladimir Peter Köppen (tysk meteorolog, klimatolog og botaniker, født i Sankt Petersborg den 25. september 1846 og død i Graz i Østrig den 22. juni 1940) sit klassifikationssystem. Efter hans død blev arbejdet videreført af Rudolf Geiger (1894-1981), som han havde samarbejdet med om det fem bind store værk Handbuch der Klimatologie.

Vil du vide mere om Wladimir Köppen, klik her; vil du vide næsten alt om klassifikationssystemet og kortene, klik her.

Systemet bruger fem bogstaver (et sjette blev tilføjet senere) til at opdele verden i fem (seks) store klimazoner ud fra gennemsnitlig årlig nedbør, gennemsnitlig månedlig nedbør og årlig middeltemperatur. Det første bogstav angiver klimatype.

Hver af disse fem (seks) typer underopdeles derefter i kategorier efter henholdsvis temperatur og nedbør.

En region i verden kan derfor klassificeres med to eller tre bogstaver. Her er en kort oversigt over de mulige kombinationer.

Nogle præciseringer til tabellen:

Kombinationerne:

Og et oversigtskort over verdens klimaklassifikation:

Fra klimaklassifikation til „økologiske årstider“

Selv hvis man kun ser på nedbør og temperatur, giver Köppen-klassifikationen et stort antal kombinationer. Lægger man andre faktorer til, som skydække eller vind, bliver det endnu mere komplekst.

Alligevel er det nok, at én af disse kombinationer gentager sig regelmæssigt over lange perioder, for at den kan blive en mulig „årstid“ for de lokale befolkninger.

Hvad skal der til, for at noget opfattes som en årstid? Lad os tage et skridt tilbage fra den moderne vane med at fokusere mere på sociale begivenheder end på naturens sekventielle tegn, og se på perioder, hvor nutidens kalender endnu ikke fandtes, men hvor man alligevel skulle kunne orientere sig gennem året.

Vi tager kun nogle få eksempler, selv om det kunne være interessant at lave en global opgørelse over årstider (navne og antal) og lægge den oven på klimaklassifikationerne.

Indtil en sådan opgørelse findes, kan vi i det mindste prøve at forstå, hvorfor antallet af årstidscyklusser varierer fra sted til sted.

Årstider rundt om i verden

De fleste eksempler nedenfor stammer fra Martin P. Nilssons Primitive Time-Reckoning, som, selv om bogen udkom i 1920, stadig er en guldgrube af oplysninger.

Vi er i dag vant til lange, regelmæssige årstider på tre måneder, pålagt af en rent astronomisk opfattelse. Men mange „korte årstider“ fandtes og findes stadig. De er meget vigtige, fordi de i fravær af kalendere, som vi har talt om, gjorde det muligt at orientere sig i tid i daglige aktiviteter (landbrug, jagt, fiskeri ...) og i sociale relationer (fødselsdatoer, fester ...).

Hidatsa-indianerne (øvre Missouri) bruger det samme ord om disse korte perioder som om længere årstidsperioder: kadu.

De, der har læst siden om Hesiods kalender, bliver ikke overraskede over disse kortere naturperioder. Tænk for eksempel på såtiden, markeret af tranens skrig. Eller på at visse landbrugsopgaver knyttes til astronomiske begivenheder, fx vindruehøst når Sirius og Orion står højest på himlen.

Denne tidsbestemmelse ud fra naturfænomener lever stadig i nutidig landlig praksis. I Skåne, for eksempel, sår man byg, når tjørnen blomstrer. Inuit siger, at nogen blev født, da man jagede sæler, eller da æggene fra en bestemt fugl klækkede.

Naturligvis skaber ikke alle naturfænomener en årstid. Men et fænomen kan få stor vægt, hvis det vender regelmæssigt tilbage, varer længe nok, hænger sammen med markante klimaforhold og er så betydningsfuldt, at det fanger de berørtes opmærksomhed. Så kan det bidrage til at opdele de „lange årstider“ i kortere perioder.

Som Nilsson skriver, "de naturfænomener, hvormed årstider defineres og navngives, varierer med breddegrad, landskabstype og levevis" (for eksempel om man lever af landbrug, jagt eller husdyrhold).

Hvis man skal tælle de mest grundlæggende årstider, er det sandsynligvis to, der dominerer: varm kontra kold årstid; tør (eller tør monsun) kontra våd (eller våd monsun); nogle steder endda storm-/vindperiode kontra rolig periode, som på Marshalløerne.

Naturligvis varierer disse grundperioder og giver overgangsperioder. Også identiske perioder (fx regntider) kan forekomme flere gange og må derfor skelnes fra hinanden.

Kombinerer man alle disse forhold, får man et stort antal mulige økologiske årstider, fra to til ... mindst ni. Lad os se på nogle eksempler.

To årstider

Tre årstider

Fire årstider

Selv når antallet svarer til de astronomiske årstider, adskiller de sig i startdato og varighed.

Fem årstider

Seks årstider

Otte årstider

Inuit (arktiske områder i Sibirien og Nordamerika - se siden om deres kalender for mere): Ukiuq (vinter); Upirngaksajaaq (mod første forår); Upirngaksaaq (første forår); Upirngaaq (forår); Aujaq (sommer); Ukiatsajaaq (mod efterår); Ukiaksaaq (efterår).

Ni årstider

Shilluk-stammen (Sudan): yey jeria (høst af rød dura); anwoch (slut på høst); agwero (høst af hvid dura); wudo (fortsat høst); leu (varm sæson); dodin (intet markarbejde); dokot (regnens begyndelse); shwer (såning af rød dura); doria (høstens begyndelse). Øhm ... hvad er dura egentlig?

Afslutning

Så, sagde du „fire årstider“? Cyrano ville have svaret: „Ah nej! Det er lidt kort, unge mand!“