時區是怎麼劃分的?世界各時區的時間如何統一表達?GMT、UTC有什麼區別?

爲了搞懂數據庫的時區、UTC時間,查閱了很多資料,纔有了本文。希望能幫到更多朋友。

只想瞭解概念的朋友,直接走傳送門:時區GMTUTTAIUTC

時區

爲什麼需要時區

這個問題可以有另外一個問法:全世界的時間計量完全一致會有什麼問題?

古代人們習慣用日生日落計算一天,太陽最高的時候作爲正午,這就是地方時,是千百年來形成的一種習慣和文化。而地球自轉的原因,不同地區陽光照射的角度不同,因而導致地方時不同。
地球自轉是自西向東的,所以東邊比西邊先看到太陽。因爲上面的地方時特點,同一客觀時刻,東邊使用的時間也比西邊的早。
如果全世界時間計量完全一致,那原來正午是12點的地方,可能要變成正午是0點了,這是人們無法接受的。

所以在兼顧人們習慣的同時,還要有一個可以協調一致的方案,讓大家各自表達各自時間的同時,客觀上的時間可以對應上。

時區的設計就是爲了解決了這個問題。

時區的設計

爲了統一世界的時間,但也要兼顧各地區的使用方便、並且容易換算不同地區的時間,1884年在華盛頓的國際經度會議規定:將全球按經線從東到西劃分爲24個時區,其中東、西各12個時區,每個時區跨越經度15°,0區和12區跨越東西各7.5°)。規定相鄰區域的時間相差1小時(這樣24個時區剛好是24小時,地球自轉一週),這代表着在同一區域內的東端和西端的人看到太陽升起的時間最多相差不過1小時。

當人們跨過一個區域,就將自己的時鐘校正1小時(向西減1小時,向東加1小時),跨過幾個區域就加或減幾小時。這樣使用起來就很方便。
但這個方法也有個問題:如果連續跨越24個時區回到原點,那麼時間將會多出或少去一天。
爲了避免這種“日期錯亂”現象,國際上統一規定180°經線爲“國際日期變更線”。當你由西向東跨越國際日期變更線時,必須在你的計時系統中減去一天;反之,由東向西跨越國際日期變更線,就必須加上一天
在這裏插入圖片描述
圖片來自香港天文臺1
百度的時區圖片,更詳細,但有盜鏈不能引用。


確定時區規則後,會議還規定英國(格林尼治天文臺舊址)爲零時區。這就誕生了第一個世界時(Universal Time,縮寫爲UT)格林尼治標準時間(Greenwich Mean Time,縮寫爲GMT,又稱格林尼治平時)
GMT 12:00就是指格林尼治天文臺當地的中午12:00,而GMT+8 12:00,則是指的東八區的北京當地時間的12:00。

GMT最早只是英國的基準時間。
格林尼治天文臺建於1675年,當時,英國航海事業發展迅速,爲了解決在海上測定經度的需要,英國當局決定在倫敦東南郊距市中心約20多千米,泰晤士河畔的皇家格林尼治花園中建立天文臺。
1835年以後,格林尼治天文臺在傑出的天文學家埃裏的領導下,得到擴充並更新了設備。他首創利用“子午環”測定格林尼治平太陽時。該臺成爲當時世界上測時手段較先進的天文臺。
19實際上半葉,當時很多國家建立了自己的本初子午線,但隨着世界航海事業的發展,各地區同步時間變得很不方便。後來在1884年的的國際精度會議上,決定以通過當時格林尼治天文臺埃裏中星儀所在的經線,GMT也成爲了世界基準時間。
儘管1884年才確立這個時間系統概念,但實際上1924年開始,格林威治天文臺每小時就會向全世界播報時間。此後,GTM由英國倫敦的格林威治皇家天文臺計算並維護,並在往後的幾十年往歐陸其他國家擴散。

當然實際執行的時區和時間和標準略有出入。因爲有很多國家或地區同時跨越多個時區,爲了照顧到行政上的方便,常將1個國家或1個省份劃在一起時區裏。所以時區並不嚴格按南北直線來劃分,而是按自然條件來劃分。例如,中國幅員寬廣,差不多跨5個時區,但爲了使用方便簡單,實際上在只用東八時區的標準時即北京時間爲準。

時間的“長度”和“座標”

GMT的時間測量

在剛開始的幾十年,GMT 的測量方法非常簡單:觀測者隨時監控太陽在天空的位置,並且把每天太陽爬升到仰角最高的時候記錄下來,這個時間點稱呼爲“過中天”。一般人對於一天 24 小時的理解,大致上就相等於兩次太陽過中天的時間間隔。

但由於地球是以橢圓軌道繞着太陽,在軌道上的行進速率不一,導致一年之中會有“比較長的一天”與“比較短的一天”,所以格林威治的觀測者必須要至少連續觀測一年,然後求取 365 個長度不一的“天”,再把他們全部平均後,得到固定的一天長度,之後再細分成時、分、秒等單位。
因爲這些特性,實際上GMT是有秒級誤差的。

後來科學家發現了由於地軸擺動、不同地點測量的世界時會有差別,爲此制定了新的標準UT1,之前的GMT稱之爲UT0;再後來科學家發現由於地球自轉率的季節性變動,UT1具有週期性變化,修正上述影響後,得到了更均勻的UT2

國際原子時

在1960年以前,GMT儘管有些許不精確,但仍作爲基本時間計量系統被廣泛應用。
(中間短暫的被曆書時代替)
1967年第十三屆國際計量大會(CGPM)決定,把秒的定義改成原子鐘導出的原子時秒。

銫 -133 原子基態的兩個超精細能級間在零磁場下躍遷輻射9,192,631,770周所持續的時間

自此時間測量就與地球自轉脫節了。這個只利用原子鐘計算時間與日期的系統,稱作國際原子時 (International Atomic Time,簡稱TAI),這是一種只有“天”的系統,時分秒都以“天”的小數點零頭來表示。
國際原子時是一個連續性指標, 由1958年1月1日0時0分0秒起,以日、時、分、秒計算,準確度爲每日數納秒,而UT的準確度爲每日數毫秒。在確定原子時起點之後,由於地球自轉速度不均勻,UT與原子時之間的時差便逐年積累。

TAI的起點是這樣規定的:
取1958年1月1日0時0分0秒世界時(UT)的瞬間作爲同年同月同日0時0分0秒TAI。(事後發現,在該瞬間原子時與世界時的時刻之差爲0.0039秒。這一差值就作爲歷史事實而保留下來。

UTC的誕生

儘管獲得了更精確的時間測量,但許多應用部門要求時間系統接近世界時。

既要以國際原子時爲計算基準,但時間又要儘量接近UT、讓一般人都方便使用,1972年誕生了一個折衷方案:協調世界時(Universal Time Coordinated,縮寫爲UTC)UTC是當前的世界標準時間

協調世界時,即以我爲基準,向我看齊的意思。(英語:Coordinated Universal Time,法語:Temps Universel Coordonné,簡稱UTC)是最主要的世界時間標準,由於英文(CUT)和法文(TUC)的縮寫不同,作爲妥協,簡稱UTC

爲了確保UTC與GMT相差不會超過0.9秒,在有需要的情況下會在UTC內加上正或負閏秒。所以,UTC與GMT基本上等同,誤差不超過0.9秒。所以在實際上,UTC與GMT近乎相同。

  • 按國際無線電諮詢委員會(CCIR)通過的關於UTC的修正案,從1972年1月1日起UTC與UT1(在UT中加入極移改正得到)之間的差值最大可以達到±0.9s。位於巴黎的國際地球自轉事務中央局負責決定何時加入閏秒。一般會在每年的6月30日、12月31日的最後一秒進行調整。
  • UTC與TAI之間會出現若干整數秒的差別,但兩者頻率保持一致。

這樣UTC按原子時的頻率、保持了時間尺度的均勻性,又能近似地反映地球自轉的變化。

由於 UTC直接與國際度量衡標準相聯繫,所以目前所有的國際通訊系統,像是衛星、航空、GPS 等等,全部都協議採用UTC 時間。

中國大陸採用ISO 8601-1988的《數據元和交換格式信息交換日期和時間表示法》(GB/T 7408-1994)稱之爲國際協調時間,代替原來的GB/T 7408-1994;中國臺灣採用CNS 7648的《資料元及交換格式–資訊交換–日期及時間的表示法》,稱之爲世界統一時間

儘管世界時後來被曆書時和原子時所取代,但在日常生活、天文導航、大地測量和宇宙飛行等方面仍屬必需;同時,世界時反映地球自轉速率的變化,是地球自轉參數之一,仍爲天文學和地球物理學的基本資料

UTC的寫法如下:

  1. 2019-10-24T22:00:00.000+0800
  2. 2019-10-24T22:00:00.000+0800Z

UTC時間與本地時的差別,叫做UTC偏移量(上面的+0800,也可以寫時區名)。目前有39個UTC偏移量(當伊朗試行夏令時時只有38個)。

MySQL中的時區、日期和時間處理,可參考《MySQL日期與時間函數(日期/時間格式化、增減、對比、時區等)》
一個看時間的網站:https://time.is/


以上。感謝您的閱讀。


  1. 香港天文臺 - 世界時區圖:http://gb.weather.gov.hk/gts/time/clock/clockHc.htm# ↩︎

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