古人是如何掌握節氣與紀年的？

通過高表測影法古人發現了太陽高度變化造成的物體影長變化與歲月週期變化的相關性，進而確立了最早的幾個節氣——夏至、冬至、春分、秋分。而兩次冬至或夏至之間的時間間隔，就是一個迴歸年。在確定了迴歸年週期之後，人們把一年的時間再二十四等分，即得出了二十四節氣。

二十四節氣是中國古代勞動人民的經驗積累和智慧結晶，對指導古代勞動人民掌握農時，合理安排農事活動具有重要的意義。據史料記載，我國在秦漢時期已經總結出了完整的二十四節氣，而二十四節氣中的兩分、兩至日在更早的戰國時代已有記載。

二十四節氣是根據地球繞日公轉時在黃道（即公轉軌道面）上的位置確定的。把地球繞日軌道平均分為二十四份，每隔15°為一個節氣，始於立春，終於大寒，周而復始。

在沒有現代天文學知識及精密觀測儀器的情況下，古人是如何做到準確確定二十四節氣的日期呢？這就要從一種簡單易行的觀測方法和一種相應的觀測儀器説起。這種觀測方法稱為高表測影法，相應的儀器就是圭表。所謂高表測影法，通俗的説，就是垂直於地面立一根杆，通過觀察記錄它正午時影子的長短變化來確定季節的變化。垂直於地面的直杆叫表，水平放置於地面上刻有刻度以測量影長的標尺叫圭。

太陽每天東昇西落，正午時處於最高的位置。但季節不同，正午太陽的高度也不相同，夏季時太陽高一些，冬季時低一些。

因此，我國古代勞動人民發現了太陽高度變化造成的物體影長變化與歲月週期變化的相關性，進而確立了最早的幾個節氣——夏至、冬至、春分、秋分。由於我國主要位於北迴歸線以北，當正午時，太陽始終位於正南方，圭表中的圭尺朝南北方向放置，垂直的表因太陽照射形成的影子正好落在圭尺上。到了冬至日，正午太陽高度最低，影子最長；而到了夏至日，正午太陽高度最高，影子最短。經過長期的反覆觀測記錄正午日影，確定了一年中影子最長最短的位置，因此確立了夏至與冬至。

而兩次冬至或夏至之間的時間間隔，就是一個迴歸年。在確定了迴歸年週期之後，人們把一年的時間再二十四等分，即得出了二十四節氣，古人把這種方法叫“平氣法”。因為冬至時影子最長，其相鄰幾天的影長變化最為明顯，更利於觀測記錄。

我國古人利用冬至日間隔來計算迴歸年，所測量計算的結果十分精確。而且在很長的歷史時期內，我國所測定的迴歸年時間精度一直位居世界第一。由於圭表中表的高度與測量精度呈正比，所以，在我國有一部分的圭表設計的非常高大，比如河南的登封觀星台。