圭表，是度量日影長度的一種天文儀器，由“圭”和“表”兩個(gè)部件組成。圭表和日晷一樣，也是利用日影進(jìn)行測量的古代天文儀器。所謂高表測影法，通俗的說，就是垂直于地面立一根桿，通過觀察記錄它正午時(shí)影子的長短變化來確定季節(jié)的變化。垂直于地面的直桿叫“表”，水平放置于地面上刻有刻度以測量影長的標(biāo)尺叫“圭”。

早在公元前20世紀(jì)，陶寺遺址時(shí)期，我國中原地區(qū)已使用圭表測影法。到了漢時(shí)期，學(xué)者還采用圭表日影長度確定“二十四節(jié)氣”，采用圭表測影法定出黃河流域的日短至（白晝最短）這天作為冬至日，以冬至日為“二十四節(jié)氣”的起點(diǎn)，將冬至到下一個(gè)冬至之間的時(shí)間段分割為24段（每段15日），每兩個(gè)節(jié)氣之間的天數(shù)平均。古人把這種方法叫“平氣法”（又稱“平均時(shí)間法”）。先測出冬至日因?yàn)槎習(xí)r影子最長，其相鄰幾天的影長變化最為明顯，更利于觀測記錄。

這樣，圭表不僅可以用來制定節(jié)令，而且還可以用來在歷書中排出未來的陽歷年以及二十四個(gè)節(jié)令的日期，作為指導(dǎo)漢族勞動(dòng)人民農(nóng)事活動(dòng)的重要依據(jù)。將表影的長度以一年為周期標(biāo)在一個(gè)圓上，圓心為表的立點(diǎn)，形成的圖就是中心不為零的太極圖，進(jìn)行消除零半徑的中心點(diǎn)，形成的太極圖就是常見的二十四節(jié)氣太極圖。

基本構(gòu)造

圭表直立于平地上測日影的標(biāo)桿和石柱，叫做表；正南正北方向平放的測定表影長度的刻板，叫做圭。當(dāng)太陽照著表的時(shí)候，圭上出現(xiàn)了表的影子，根據(jù)影子的方向和長度，就能讀出時(shí)間。

起源

據(jù)《國語·楚語》，擷項(xiàng)“命南正重司天以屬神，命火正黎司地以屬民?！敝睾屠枋莻髡f時(shí)代的天文官，南正，是指太陽到了南方中天，現(xiàn)在認(rèn)為，南正即指冬至。古人在長期的生產(chǎn)和生活中，由于定方向和定季節(jié)的需要，經(jīng)常觀測到樹木、房屋在太陽光照耀下投下的影子，漸漸地人們發(fā)現(xiàn)影子的變化是有規(guī)律的。人們就是在這種規(guī)律中產(chǎn)生了方向和時(shí)間的概念，“南正”即是這些規(guī)律發(fā)展的結(jié)果，這是一年當(dāng)中正午日影最長的一天。經(jīng)過長期觀測樹木等的影子之后，人們便會想到在平地上直立一根竿子或石柱。這根竿子或石柱便成了早期的“表”。

“圭”是什么？可以說人們還未解釋清楚。多數(shù)人都理解成是一件測量日影長的儀器。最初立桿測影肯定是在平整的土地上進(jìn)行，在影端畫一記號，如“X”形，再量影長，所以叫土圭。土圭源于周代，但直到漢代，它只被解釋為在地面作記號，如上文，漢代“銅表，高八尺，長一丈三尺，廣尺二寸”，從這里的長和廣，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。即然銅表可以被造，也可以造一石圭，兩者成為相稱的配套天文儀器。就其寬度（相當(dāng)于現(xiàn)代七八寸）來說，用石或金屬造的更合理一些。當(dāng)然用土造一較堅(jiān)硬的臺子也不是不可能。之后也有銅圭、玉圭。

演進(jìn)

據(jù)記載，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封縣設(shè)置過一種以測定日影長度來確定時(shí)間的儀器，稱為圭表。據(jù)說這是世界上最早的計(jì)時(shí)器。最早出現(xiàn)的圭表當(dāng)然都是表?xiàng)U與土圭彼此分離的簡易形制。目前所見這種圭表的最早實(shí)物出土于山西襄汾陶寺夏代或先夏時(shí)代的遺存，一支殘長214厘米，木質(zhì)髯紅色漆；另一支殘長171.8厘米，木質(zhì)髹青、紅、黑三色漆與之配合使用的土圭有陰陽兩件，知原始的計(jì)暑方法當(dāng)以陰陽二圭接續(xù)相重，從而體現(xiàn)揆度日影以效陰陽的傳統(tǒng)觀念。而古漢字“圭”字本做二圭相重的構(gòu)型，其實(shí)正是對先民立表計(jì)晷方法的客觀寫實(shí)。這種簡易的圭表至西周晚期已發(fā)展出表座，經(jīng)過進(jìn)一步的改進(jìn)到東周時(shí)期，形制已經(jīng)相當(dāng)完善。

至遲到到西漢時(shí)候，一種建置于露天的常設(shè)圭表開始出現(xiàn)。這類儀具以青銅制成，表高八尺，圭長一丈三尺。因其不能隨意拆裝，故而圭尺的長度可以延長到適合于在天地之中觀測到冬至正午的影長。顯然，在這樣的圭表上可以方便讀出一年中任何一天正午的影長數(shù)值。到了漢武帝時(shí)期，將“二十四節(jié)氣”吸收入《太初歷》作為指導(dǎo)農(nóng)事的歷法補(bǔ)充，采用圭表日影長度確定“二十四節(jié)氣”，用圭表測影法測出黃河流域的日短至（白晝最短）這天作為冬至日，以冬至日為“二十四節(jié)氣”的起點(diǎn)，將冬至到下一個(gè)冬至之間的時(shí)間段分割為24段（每段15日），每兩個(gè)節(jié)氣之間的天數(shù)平均。由于我國主要位于北回歸線以北，當(dāng)正午時(shí)，太陽始終位于正南方，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(jīng)過長期的反復(fù)觀測記錄正午日影，確定了一年中影子最長的位置，因此確立了冬至。而兩次冬至之間的時(shí)間間隔，就是一個(gè)回歸年。在確定了回歸年周期之后，人們把一年的時(shí)間再二十四等分，即得出了二十四節(jié)氣，古人把這種方法叫“平氣法”（平均時(shí)間法），于是“二十四節(jié)氣”誕生在黃河流域。圭表測影法先測出冬至日，是因?yàn)槎習(xí)r影子最長，其相鄰幾天的影長變化最為明顯，更利于觀測記錄。

1279年前后，元代杰出天文學(xué)家郭守敬在河南登封的告成鎮(zhèn)設(shè)計(jì)并建造了一座測景臺，即河南登封觀星臺，它是中國現(xiàn)存最早的古代天文臺。整個(gè)觀星臺相當(dāng)于一個(gè)測量日影的圭表。高聳的城樓式建筑相當(dāng)于一根豎在地面的桿子，稱為“表”，臺下有一個(gè)類似長堤的構(gòu)造，相當(dāng)于測量長度的尺子，稱為“圭”，也叫做量天尺。城樓式建筑上有一個(gè)高9.46米的平臺，上有兩間小屋，一間放漏壺，一間放渾儀，兩間屋子之間還有一根橫梁。地上的量天尺長31.19米，位于正北方向。每天正午，太陽光照在橫梁上的影子投射在量天尺上。通過測量一年當(dāng)中影子長度的變化，可以確定1年的長度。圭表測時(shí)的精度是與表的長度成正比的，這個(gè)碩大的“圭表”使測量精度大大提高。

出土實(shí)物

1977年，考古學(xué)家在安徽阜陽西漢汝陰侯夏侯灶墓（下葬年代為文帝十五年，公元前165年）中發(fā)掘出大量珍貴文物，其中一件漆器因功能不詳而被稱為“不知名漆器”。經(jīng)過多年的研究，石云里發(fā)現(xiàn)這件物品是古代用于測量正午日影長度的天文儀器“圭表”，是世界上現(xiàn)存的年代最早、且具有確定年代的圭表，比儀征出土的圭表還要早。與其他圭表不同，這件圭表適用的地理緯度是固定的，而我們的計(jì)算則表明，汝陰侯墓圭表的適用緯度恰恰就在漢代長安到汝陰侯國（今安徽阜陽）一帶。石云里說，這架圭表的精妙之處還在于，四個(gè)節(jié)氣日影所在的位置不是用刻度表示，而是暗含在木塊和漆器上的一些特殊圖案和位置中。

1965年在江蘇儀征石碑村1號東漢墓出土了一件袖珍銅圭表。圭長34.5厘米，合漢制1.5尺，邊緣上刻有尺寸單位；表高19.2厘米，合漢制8寸。圭、表間用樞軸連接，使之合為一體。使用時(shí)將表豎立與圭垂直；平時(shí)可將表折入圭體中留出的空檔內(nèi)，便于攜帶。是設(shè)計(jì)家和鑄造師密切配合的杰作。根據(jù)傳統(tǒng)的說法，表高為8尺；這一數(shù)值曾被長期沿用。該表的表高恰為8尺的1/10，說明它是一件便攜式的測影儀器，可證明當(dāng)時(shí)常設(shè)的天文臺用8尺的表進(jìn)行觀測的說法是可信的。

以圭表測時(shí)，一直延至明清，南京紫金山天文臺的一具圭表，是明代正統(tǒng)年間（1437－1442年）所造的。

作用

圭表是中國古代觀測天象的儀器。在不同季節(jié)，太陽的出沒方位和正午高度不同，并有周期變化的規(guī)律。于露天將圭平置于表北面，根據(jù)圭上表影，測量、比較和標(biāo)定日影的周日、周年變化，可以定方向、測時(shí)間、求出周年常數(shù)、劃分季節(jié)和制定歷法。所以圭表測影是中國古代天文學(xué)的主要觀測手段之一。

辨方正位

大約在新石器時(shí)代，古人便掌握了利用表來確定方位的方法。辨方正位的簡易方法見于戰(zhàn)國時(shí)代的《考工記》和《周髀算經(jīng)》，其具體做法是：先將地面修治水平，爾后將表豎直填埋，并自表頂引懸八繩，分置表的四方與四維，用它來校正表的垂直，當(dāng)八繩全部依附于表體可知這時(shí)表已經(jīng)處于垂直的狀態(tài)，于是可以開始測影。測影時(shí)需以表為圓心畫一個(gè)圓周，然后觀測同一天日出日落影子與圓周的交點(diǎn)，這樣連接兩個(gè)交點(diǎn)的直線就是正東西的方向。當(dāng)然為了方向盡量標(biāo)準(zhǔn)，還要參考白天正午時(shí)刻的表影方向和夜間北極星的方向。

揆氣定時(shí)

表最重要的當(dāng)然是測定節(jié)氣。由于地球的公轉(zhuǎn)，太陽在一年中的視高度變化顯著，夏至日行極北，日中時(shí)刻表影最短，冬至日行極南，日中時(shí)刻表影最長；春分和秋分太陽出沒于正東西，日中時(shí)刻表影適中。這四個(gè)時(shí)點(diǎn)不僅在觀測上具有特別重要的意義，同時(shí)更是建構(gòu)回歸年的四個(gè)時(shí)間標(biāo)記點(diǎn)。由于一年中只有夏至日正午的表影最短，驗(yàn)測相對方便，因此在早期先民的測影活動(dòng)中，挨度夏至日正午影長的工作格外重要。然而隨著歷法歲首的后移，以冬至作為一個(gè)天文年度起算點(diǎn)的傳統(tǒng)逐漸形成，這使利用圭表測定太陽到達(dá)冬至點(diǎn)的時(shí)刻成為求測回歸年長度的關(guān)健工作。然而冬至點(diǎn)并非總發(fā)生在日中，它可能出現(xiàn)在一天之中的任何時(shí)刻，因此，為求得準(zhǔn)確的冬至?xí)r刻，古人就必須對冬至日影進(jìn)行連續(xù)不斷的長期測算。

文化意義

古人之所以學(xué)會立表測影，很大程度是由于對于人自己在太陽下影子的觀察。原始的表為模仿人體測影而出現(xiàn)，所以支撐人體直立而完成測影的股骨便自然地移用作為表的名稱?！吨荀滤憬?jīng)》說：“周髀長八尺，髀者，股也。髀者，表也?！眰鹘y(tǒng)表的高度被規(guī)定為八尺，剛好相當(dāng)于人的身長，這同樣顯示了人體測影的遺俗。而古人立表必先校正表的垂直，這使得他們認(rèn)識到了直角三角形三邊的關(guān)系，并且以直立的表取于人的髀股而名“股”，晷影之長為“勾”，完成了對勾股定理的證明。體現(xiàn)了天文學(xué)對算學(xué)的促進(jìn)。

古人認(rèn)為“至信為時(shí)”，所以用來測度時(shí)間的圭表也被賦予了誠信的意義。東周時(shí)期，為臣為妻各自奉行著所謂的“男子之蘗”和“女子之蘗”，這種人們必須尊重的圭臬法則，其核心價(jià)值就是忠信。古代盟誓將盟辭書于石圭也是借圭所具有的信實(shí)內(nèi)涵體現(xiàn)盟誓見信的宗旨。很明顯，這種人文觀念與圭表致日充分反映了圭表對于中國傳統(tǒng)文化的深刻影響。

表還有一個(gè)更富有政治和哲學(xué)意義的名稱——“中”。中為立表測影與建旗取中的會意字。這些活動(dòng)則可引申出“中”所具有的中正和中央的雙重內(nèi)涵。中正的基本內(nèi)涵，對中國哲學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。陰陽哲學(xué)由此發(fā)展出中和的觀念，儒家哲學(xué)據(jù)此完善了中庸的思想，而道家則以此作為中道無為的表述形式。中央的內(nèi)涵，則發(fā)展出古代政治居中而治的政治傳統(tǒng)，這要求統(tǒng)治者找到天地的中央，也就是九州的中心建立國都。