关于作者
朱钦士，四川省成都市人。1968年毕业于北京大学生物学系生物化学专业。1984年获得荷兰阿姆斯特丹大学生物化学博士学位。1984年至1986年在中国科学院生物物理研究所酶学和生物能学实验室工作，同时任硕士研究生导师。1986年到美国西弗吉尼亚大学医学院生物化学系做博士后研究。1987年到1991年在洛杉矶儿童医院从事基础医学研究。1991年至2009年在美国南加州大学从事研究工作。退休前为南加州大学医学院生物化学和分子生物学系副教授。
研究领域包括生物能，酶的结构和功能，蛋白质的合成与转运，癌症与染色体，神经递质，基因表达的调控机制，以及肝脏解毒系统。
为什么最热的天是在“三伏”，而不是在夏至？
朱钦士
2011年12月28日
我们有幸生活在生命的乐园---地球上面。这里不仅有适于生物生存和繁衍的条件，还有四季的变化。有春季的万紫千红，繁花似锦；又有秋季的红叶簇簇，硕果累累。夏天可以下水游泳，搏击浪花；冬天又能挑战严寒，溜冰滑雪。为什么在地球上的同一个地方，却可以感受一年之中温度周期性的变化呢？
地球围绕太阳运转的轨道不是正圆，而是椭圆形的。所以有的时候地球离太阳近一些，有的时候远一些。会不会是地球与太阳距离的变化造成四季的变化呢？地球离太阳最近的时候是在一月初，距离是一亿四千七百万公里。那可是北半球最冷的时候。地球离太阳最远是在七月初，距离是一亿五千二百万公里，反而是北半球很热的时候。所以地球和太之间的距离变化不是四季形成的原因。
地球上丰富多彩的四季变化，是地球的自转轴相对于围绕太阳公转的平面倾斜23.5度造成的。在夏天，北半球倾向太阳，太阳光的方向与地面近于垂直，我们看到太阳在天上很“高”。而在冬天，是南半球倾向太阳，北半球的人看太阳在天空中就很“低”。阳光很“斜”。
这一高一低，差别就出来了。如果你在晚上用手电筒照地面，就会发现，当手电筒垂直往下照的时候，被照亮的地方面积最小。越是斜着照，被照亮的区域面积越大。太阳位置“高”的时候，太阳光里面的热量都集中在一个小区域，自然这个区域的地面接收的热就多了。太阳光“斜”的时候，同样的热量要分散到更大的面积里面去，单位面积接收到的热量自然就少了。而且太阳“高”的时候，日照时间也长。太阳越“斜”，日照时间越短。这两个因素加起来，才是地球上四季的成因。不仅是地球，太阳系里的其它行星也有自转轴倾斜的，比如火星（25.2度）和土星（26.7度）。它们上面也有四季。
说到这里，好像一切都清楚了。不过仔细想想，问题又来了。在夏至这一天，太阳在天上最“高”，理应是最热的一天。但在实际上，最热的天不是夏至（大约在6月22号），而是在一个多月后的“三伏天”，大约是7月12号到8月27号。冬至这一天，太阳在北半球最“低”，应该是最冷的一天。但是这里最冷的一天也不是冬至（大约在12月22号），而是一个月以后的“三九天”，从第二年1月下旬才开始。这又是怎么回事呢？
主要的原因是地球被浓密的大气层所包裹。太阳光并不直接加热靠近地面的空气，而是先加热地面。地面再通过红外辐射、空气对流和水分蒸发把热带给空气。每平方米的地表上面，有大约10吨的空气，可以储存大量的热。这就使地表的温度不会太高。到了晚上，这些热量又使地表的温度不致过低。这样，地球上的昼夜温差只有几度到十几度。火星上空气稀薄，昼夜温差就可以超过100度。在太空中运行的人造卫星，被太阳照射到的地方温度可以到100到200度，而照射不到的部分温度又可以低到零下100到200度，就是因为周围没有空气的缓冲作用的缘故。
不过这样一来，每天的平均温度就不完全取决于从太阳得到多少热量了，而是每天得到的热量和散失的热量之间的差，是积累的热量的净变化。夏至那天北半球从太阳那里接收到的热量的确最多，但是在夏至过后的几十天中，虽然太阳的位置不是最高了，但还是相当高。日照不是最长了，但还是相当长。每天接收到的热量还是超过散失的热量，所以日平均温度继续升高，到“三伏”天升到最高。只有当太阳足够“低”，每天接收的热量少于散失的热量后，温度才开始降低。同理，冬至过后，虽然日照逐渐增加，但是每天接收的热量还不足以弥补散失的热量，所以“三九”天才最冷。只有当日照强到能超过每天的热量散失时，才到“五九、六九，沿河看柳”的春天。
这就像烧一锅水。用最大的火自然可以把水很快烧热，但是用稍微小一点的火，水温还是会上升，因为通过锅的外壁和水的表面散失的热量还是少于火带来的热量。只有火足够小（如果炉子能做到的话），锅里的水才会逐渐冷却。火最小时，水温自然会下降。但是比最小的火稍微大一点的火，也挡不住水温继续下降。
同样的道理，每天中午12点是太阳最“高”的时候，但是一天之中温度最高的时候不是中午，而是下午两点左右。
如果是在室内，又没有空调，由于房屋（墙壁加家具）能储存很多的热，温度的变化就更和太阳的高度不同步了。夏天室内感觉最热的时候不是中午，而是傍晚。那时尽管外面已经比较凉快了，但是墙壁和家具还在不断地把白天储存的热放出来，以红外辐射的方式“烤”我们，所以就是有穿堂风也不觉得凉快。靠近大江的地方，如中国的重庆，武汉，南京，由于江水在白天被太阳晒热，太阳“落山”以后这些热再散放出来，傍晚就分外的热，形成著名的“火炉”城市。
有趣的是，地下的温度也和地表的温度变化不同步。比如8月6号一般是地表日平均温度最高的时候。但是在地下60厘米处，要到8月20号温度才最高。在地下1.5米处，就要等到9月10号。在地下3.5处，要等到10月29号。到了地下9.4米处，夏季和冬季就和地表反过来了。窑洞冬暖夏凉，就是因为这个原因。而且由于地下的冬夏与地表相比在时间上可以相差很大，有些植物根部细胞的繁殖反而是在冬天进行，夏天停止。
火星上空气稀薄，不仅昼夜温差大，日平均气温与日照相比，也没有明显的滞后现象。金星上又是另一番景象了。由于大气过于浓密（是地球上大气压的90倍），又主要是温室气体二氧化碳，从太阳进来的热量很难“逃脱”，使得金星表面烫如炼狱，铅在上面都会融化。这样一比，我们生活在地球的大气中，真是很幸运的。
地球围绕太阳运转的轨道不是正圆，而是椭圆形的。所以有的时候地球离太阳近一些，有的时候远一些。会不会是地球与太阳距离的变化造成四季的变化呢？地球离太阳最近的时候是在一月初，距离是一亿四千七百万公里。那可是北半球最冷的时候。地球离太阳最远是在七月初，距离是一亿五千二百万公里，反而是北半球很热的时候。所以地球和太之间的距离变化不是四季形成的原因。
地球上丰富多彩的四季变化，是地球的自转轴相对于围绕太阳公转的平面倾斜23.5度造成的。在夏天，北半球倾向太阳，太阳光的方向与地面近于垂直，我们看到太阳在天上很“高”。而在冬天，是南半球倾向太阳，北半球的人看太阳在天空中就很“低”。阳光很“斜”。
这一高一低，差别就出来了。如果你在晚上用手电筒照地面，就会发现，当手电筒垂直往下照的时候，被照亮的地方面积最小。越是斜着照，被照亮的区域面积越大。太阳位置“高”的时候，太阳光里面的热量都集中在一个小区域，自然这个区域的地面接收的热就多了。太阳光“斜”的时候，同样的热量要分散到更大的面积里面去，单位面积接收到的热量自然就少了。而且太阳“高”的时候，日照时间也长。太阳越“斜”，日照时间越短。这两个因素加起来，才是地球上四季的成因。不仅是地球，太阳系里的其它行星也有自转轴倾斜的，比如火星（25.2度）和土星（26.7度）。它们上面也有四季。
说到这里，好像一切都清楚了。不过仔细想想，问题又来了。在夏至这一天，太阳在天上最“高”，理应是最热的一天。但在实际上，最热的天不是夏至（大约在6月22号），而是在一个多月后的“三伏天”，大约是7月12号到8月27号。冬至这一天，太阳在北半球最“低”，应该是最冷的一天。但是这里最冷的一天也不是冬至（大约在12月22号），而是一个月以后的“三九天”，从第二年1月下旬才开始。这又是怎么回事呢？
主要的原因是地球被浓密的大气层所包裹。太阳光并不直接加热靠近地面的空气，而是先加热地面。地面再通过红外辐射、空气对流和水分蒸发把热带给空气。每平方米的地表上面，有大约10吨的空气，可以储存大量的热。这就使地表的温度不会太高。到了晚上，这些热量又使地表的温度不致过低。这样，地球上的昼夜温差只有几度到十几度。火星上空气稀薄，昼夜温差就可以超过100度。在太空中运行的人造卫星，被太阳照射到的地方温度可以到100到200度，而照射不到的部分温度又可以低到零下100到200度，就是因为周围没有空气的缓冲作用的缘故。
不过这样一来，每天的平均温度就不完全取决于从太阳得到多少热量了，而是每天得到的热量和散失的热量之间的差，是积累的热量的净变化。夏至那天北半球从太阳那里接收到的热量的确最多，但是在夏至过后的几十天中，虽然太阳的位置不是最高了，但还是相当高。日照不是最长了，但还是相当长。每天接收到的热量还是超过散失的热量，所以日平均温度继续升高，到“三伏”天升到最高。只有当太阳足够“低”，每天接收的热量少于散失的热量后，温度才开始降低。同理，冬至过后，虽然日照逐渐增加，但是每天接收的热量还不足以弥补散失的热量，所以“三九”天才最冷。只有当日照强到能超过每天的热量散失时，才到“五九、六九，沿河看柳”的春天。
这就像烧一锅水。用最大的火自然可以把水很快烧热，但是用稍微小一点的火，水温还是会上升，因为通过锅的外壁和水的表面散失的热量还是少于火带来的热量。只有火足够小（如果炉子能做到的话），锅里的水才会逐渐冷却。火最小时，水温自然会下降。但是比最小的火稍微大一点的火，也挡不住水温继续下降。
同样的道理，每天中午12点是太阳最“高”的时候，但是一天之中温度最高的时候不是中午，而是下午两点左右。
如果是在室内，又没有空调，由于房屋（墙壁加家具）能储存很多的热，温度的变化就更和太阳的高度不同步了。夏天室内感觉最热的时候不是中午，而是傍晚。那时尽管外面已经比较凉快了，但是墙壁和家具还在不断地把白天储存的热放出来，以红外辐射的方式“烤”我们，所以就是有穿堂风也不觉得凉快。靠近大江的地方，如中国的重庆，武汉，南京，由于江水在白天被太阳晒热，太阳“落山”以后这些热再散放出来，傍晚就分外的热，形成著名的“火炉”城市。
有趣的是，地下的温度也和地表的温度变化不同步。比如8月6号一般是地表日平均温度最高的时候。但是在地下60厘米处，要到8月20号温度才最高。在地下1.5米处，就要等到9月10号。在地下3.5处，要等到10月29号。到了地下9.4米处，夏季和冬季就和地表反过来了。窑洞冬暖夏凉，就是因为这个原因。而且由于地下的冬夏与地表相比在时间上可以相差很大，有些植物根部细胞的繁殖反而是在冬天进行，夏天停止。
火星上空气稀薄，不仅昼夜温差大，日平均气温与日照相比，也没有明显的滞后现象。金星上又是另一番景象了。由于大气过于浓密（是地球上大气压的90倍），又主要是温室气体二氧化碳，从太阳进来的热量很难“逃脱”，使得金星表面烫如炼狱，铅在上面都会融化。这样一比，我们生活在地球的大气中，真是很幸运的。