发展历程

起源

据《国语·楚语》，撷项“命南正重司天以属神，命火正黎司地以属民。”重和黎是传说时代的天文官，南正，是指太阳到了南方中天，现在认为，南正即指冬至。古人在长期的生产和生活中，由于定方向和定季节的需要，经常观测到树木、房屋在太阳光照耀下投下的影子，渐渐地人们发现影子的变化是有规律的。人们就是在这种规律中产生了方向和时间的概念，“南正”即是这些规律发展的结果，这是一年当中正午日影最长的一天。经过长期观测树木等的影子之后，人们便会想到在平地上直立一根竿子或石柱。这根竿子或石柱便成了早期的“表”。 [2] 

“圭”是什么?可以说人们还未解释清楚。多数人都理解成是一件测量日影长的仪器。最初立杆测影肯定是在平整的土地上进行，在影端画一记号，如“X”形，再量影长，所以叫土圭。土圭源于周代，但直到汉代，它只被解释为在地面作记号，如上文，汉代“铜表，高八尺，长一丈三尺，广尺二寸”，从这里的长和广，可以看出土圭的存在和使用，但是，它是什么材料制成尚不清楚。即然铜表可以被造，也可以造一石圭，两者成为相称的配套天文仪器。就其宽度(相当于现代七八寸)来说，用石或金属造的更合理一些。当然用土造一较坚硬的台子也不是不可能。之后也有铜圭、玉圭。 [

演进

据记载，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器，称为圭表。据说这是世界上最早的计时器。最早出现的圭表当然都是表杆与土圭彼此分离的简易形制。目前所见这种圭表的最早实物出土于山西襄汾陶寺夏代或先夏时代的遗存，一支残长214厘米，木质髯红色漆;另一支残长171. 8厘米，木质髹青、红、黑三色漆与之配合使用的土圭有阴阳两件，知原始的计暑方法当以阴阳二圭接续相重，从而体现揆度日影以效阴阳的传统观念。而古汉字“圭”字本做二圭相重的构型，其实正是对先民立表计晷方法的客观写实。这种简易的圭表至西周晚期已发展出表座，经过进一步的改进到东周时期，形制已经相当完善。

至迟到到西汉时候，一种建置于露天的常设圭表开始出现。这类仪具以青铜制成，表高八尺，圭长一丈三尺。因其不能随意拆装，故而圭尺的长度可以延长到适合于在天地之中观测到冬至正午的影长。显然，在这样的圭表上可以方便读出一年中任何一天正午的影长数值。到了汉武帝时期，将“二十四节气”吸收入《太初历》作为指导农事的历法补充，采用圭表日影长度确定“二十四节气”，用圭表测影法测出黄河流域的日短至（白昼最短）这天作为冬至日，以冬至日为“二十四节气”的起点，将冬至到下一个冬至之间的时间段分割为24段（每段15日），每两个节气之间的天数平均。由于我国主要位于北回归线以北，当正午时，太阳始终位于正南方，圭表中的圭尺朝南北方向放置，垂直的表因太阳照射形成的影子正好落在圭尺上。到了冬至日，正午太阳高度最低，影子最长；而到了夏至日，正午太阳高度最高，影子最短。经过长期的反复观测记录正午日影，确定了一年中影子最长的位置，因此确立了冬至。而两次冬至之间的时间间隔，就是一个回归年。在确定了回归年周期之后，人们把一年的时间再二十四等分，即得出了二十四节气，古人把这种方法叫“平气法”（平均时间法），于是“二十四节气”诞生在黄河流域。圭表测影法先测出冬至日，是因为冬至时影子最长，其相邻几天的影长变化最为明显，更利于观测记录。

1279年前后，元代杰出天文学家郭守敬在河南登封的告成镇设计并建造了一座测景台，即河南登封观星台，它是中国现存最早的古代天文台。整个观星台相当于一个测量日影的圭表。高耸的城楼式建筑相当于一根竖在地面的杆子，称为“表”，台下有一个类似长堤的构造，相当于测量长度的尺子，称为“圭”，也叫做量天尺。城楼式建筑上有一个高9.46米的平台，上有两间小屋，一间放漏壶，一间放浑仪，两间屋子之间还有一根横梁。地上的量天尺长31.19米，位于正北方向。每天正午，太阳光照在横梁上的影子投射在量天尺上。通过测量一年当中影子长度的变化，可以确定1年的长度。圭表测时的精度是与表的长度成正比的，这个硕大的“圭表”使测量精度大大提高。

结构参数

中国现存最早的圭表 。1965年在江苏仪征石碑村1号东汉墓出土。圭表是中国古代观测天象的仪器。在不同季节 ，太阳的出没方位和正午高度不同，并有周期变化的规律。于露天将圭平置于表北面，根据圭上表影，测量、比较和标定日影的周日、周年变化，可以定方向、测时间、求出周年常数、划分季节和制定历法。所以圭表测影是中国古代天文学的主要观测手段之一。仪征铜圭表长34.5厘米 ，合汉制1.5尺，边缘上刻有尺寸单位 ；表高19.2厘米，合汉制8寸。圭、表间用枢轴连接，使之合为一体。使用时将表竖立与圭垂直；平时可将表折入圭体中留出的空档内，便于携带。根据传统的说法 ，表高为8尺 ；这一数值曾被长期沿用。该表的表高恰为8尺的1/10，说明它是一件便携式的测影仪器 ，可证明当时常设的天文台用8尺的表进行观测的说法是可信的。圭表由圭和表两部份组成：圭是平放的有刻度的尺，表是直立的标竿，置于圭的两端且与圭垂直。当太阳照着表的时候，圭上出现了表的影子，根据影子和方向和长度，就能读出时间。春秋时代已经使用圭表测量连续两次日影最长和最短之间所经历的时间，并计算出回归年的长度。

圭表多以铜制。一九六五年在江苏仪征的一座东汉中叶墓葬中出土了一件袖珍铜圭表，它由19.2厘米的表和34.39 厘米长的圭构成，圭表之间有枢轴相连，可将表平放于匣内，圭表合装一体，启合自如，携带方便，是设计家和铸造师密切配合的杰作。

圭表测时的精度是与表的长度成正比的。元代杰出的天文学家郭守敬在周公测时的地方设计并建造了一座测景台。它由一座9.46米高的高台和从台体北壁凹槽里向北平铺的长长的建筑组成，这个高台相当于坚固的表，平铺台北地面的是“量天尺”即石圭。这个硕大的“圭表”使测量精度大大提高。

以圭表测时，一直延至明清，现在南京紫金山天文台的一具圭表，是明代正统年间（1437－1442年）所造的。

远古时的人们，日出而作，日没而息，从太阳每天有规律地东升西落，直观地感觉到了太阳与时间的关系，开始以太阳在天空中的位置来确定时间。但这很难精确。据记载，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器，称为圭表。这当为世界上最早的计时器。

功能用途

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圭表是我国古代度量日影长度的一种天文仪器，由“圭”和“表”两个部件组成。直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫做表；正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做圭。

圭表直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫做表；正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做圭。当太阳照着表的时候，圭上出现了表的影子，根据影子的方向和长度，就能读出时间。

圭表是中国古代观测天象的仪器。在不同季节 ，太阳的出没方位和正午高度不同，并有周期变化的规律。于露天将圭平置于表北面，根据圭上表影，测量、比较和标定日影的周日、周年变化，可以定方向、测时间、求出周年常数、划分季节和制定历法。所以圭表测影是中国古代天文学的主要观测手段之一。