一、天文历法
1.秦简中的历法信息
西周至春秋时期，楚国既使用周正历法，也使用夏正历法。前者可能与宗教或尊周从周有关，后者则从生产实际出发。关于历法的演变，《汉书·律历志》以来的历代正史，都有详细记载，可参考。秦朝时，全国都用颛顼历，以十月为岁首，闰月称为后九月。但是，由于科学发展水平有限，历法出现了错乱现象，以至于出现“朔晦月见，弦望满亏”的情况。
1975年，在云梦睡虎地11号墓出土的秦简《日书》，也是研究秦朝民间历法的重要依据。这套《日书》有甲、乙两个文本，内容大致相同。出土时，甲种置于墓主头部右侧，共166枚；乙种置于墓主足部，现存259枚。简文的主要内容是选吉凶日，如“成决光之日，利以起大事、祭、家(嫁)子，吉。居有食，行有得，生子美”。简文反映了一些社会情况，如“阴，先辱后庆。利居室，入货、人民、畜生。可取妇□”。这些内容与人们的趋吉观念有关，并且特别实用，因为它记载了楚地的习惯与秦地的习惯，有利民众采用。
简文载有秦与楚的记月之法的关系:秦“正月，楚刑夷”；秦“二月，楚夏杘”；秦“三月，楚纺月”；秦“四月，楚七月”；秦“五月，楚八月”；秦“六月，楚九月”；秦“七月，楚十月”；秦“八月，楚爨月”；秦“九月，楚献马”；秦“十月，楚冬夕”；秦“十一月，楚屈夕”；秦“十二月，楚援夕”。由此正好说明，秦在统一全国之后，各地在原来文化的基础上，有一个转型阶段，两种方式并用，逐渐过渡到全国统一的历法之中。
其中载录了秦、楚月份对照表(表4-1)。学者注意到秦、楚月份均以夏正十月作为年首，说明秦与楚不仅地域相连，而且在历法上也有共识，关系密切。
表4-1 秦、楚月份对照表
由表4-1可以见到两个不同点。
其一，楚历以一月为岁首，相当于秦历的十月；楚历二月为秦历十一月，楚历三月为秦历十二月，楚历四月为秦历正月，楚历五月为秦历二月，楚历六月为秦历三月，楚历七月为秦历四月，楚历八月为秦历五月，楚历九月为秦历六月，楚历十月为秦历七月，楚历十一月为秦历八月，楚历十二月为秦历九月。
其二，有些名称不一样，楚历的一月至六月依次为冬夕、屈夕、援夕、刑夷、夏杘、纺月，十一与十二月的名称为爨月、献马。楚人为什么用这样的名称?是因为语言问题，还是其他原因，尚不清楚。
夏历以十月为首，有一套专门的名称。这套历法的一月相当于秦历的十月。秦、楚两历，虽同以夏正十月为年首，但楚仍袭用周正历法部分的特殊月名，记月既用数字，也用月名，这在春秋及战国各国中，是个特别的习惯，也是独创。
楚官方颁行夏正十月为年首历法，民间则采用夏正历法，这也是楚国所特有的。不过，无论是夏正十月历法，还是夏正历法，都以干支纪日，这与中原各国是统一的。根据推测，秦朝时楚地采用的历法，应当与社会上流行的这套《日书》历法一致。
考古发现的《日书》，基本上是以天文历法为经，以生活事件为纬，共同交织成一幅日常社会的多彩画卷。在《日书》中，有一篇《玄戈》，依据玄戈、招摇等星每月在天空中的位置和指向，来占断人事的吉凶。当时的天象是否真有那些现象，现在无从考实，或许只是以天象作为话语符号而已。
1993年，在荆州沙市区周家台30号秦墓，发现竹简387枚，共计5300余字。内容有历谱、《日书》、病方。还发现一件大牍，共149字，内容为秦二世元年(前209年)的历谱。考古工作者注意到，30号墓第一组简，共130枚，记有秦始皇三十四年(前213年)、三十六年(前211年)的历谱；木牍一件，记有秦二世元年(前209年)的历谱，均为墓主生前的记事。30号墓的第二组秦简，计178枚，其内容为二十八宿占、五时段占、戒磨日占、五行占等，归为《日书》类。《日书》不仅是有关时间的书，还是择吉书。在科学知识极不发达的古代，民间对未来有许多担忧，于是流行占卜之类的历书。当代社会的科学已经相当发达，却也流行黄历，何况古代?(https://www.daowen.com)
2.汉代的天文历法
汉代学人不断猜想天体的结构，主要有3种观点:宣夜说(已失传)、盖天说(见《周髀算经》)、浑天说(见张衡的浑天仪)。汉代有丰富的天文记录，如《汉书·五行志下》记载了成帝河平元年(前28年)“日出黄，有黑气大如钱，居日中央”，这是世界上最早有关太阳黑子的正式记录。长沙马王堆汉墓出土的帛书《五星占》载录了五大行星的运行。
汉代重视历法的修订。汉武帝时，落下闳等作太初历。汉初用的是颛顼历，但误差太大。汉武帝元封年间，司马迁等进言修历，朝廷就选派了20多位历法专家参与此项活动，有历官邓平、天文学家唐都、大历数学家落下闳。由于人才云集，各有高见，故观点多有不合。朝廷让他们争鸣，后来，学者们基本上同意了邓平的意见，制定了太初历。太初历一塑望月时间为29又43/81日，共施行了188年，一直到东汉章帝元和二年(85年)。汉章帝时采用四分历，复用古法，每年为365又1/4日。到了安帝时，围绕四分历展开论战，有人认为四分历不合图谶，应恢复太初历，而李泓等40余人主张继续使用四分历，两军对垒，最后以天文观察为依据，论证了四分历的正确性，继续沿用四分历。
汉代，二十四节气已完全确立。公元前104年，由邓平等制定的太初历，正式把二十四节气订于历法，明确了二十四节气的天文位置。二十四节气名称首见于汉初的《淮南子·天文训》，时间在公元前131年。《史记·太史公自序》的“论六家之要指”中也有提到阴阳四时、八位、十二度、二十四节气等概念。
东汉出现了科学巨匠张衡(78—139)，字平子，汉族，南阳西鄂(今河南南阳市石桥镇)人。张衡的成就是多方面的，郭沫若称他为世界史上罕见的人物。张衡年轻时对宦途不感兴趣，“累召不应”。后来，“安帝雅闻衡善术学，公车特征拜郎中，再迁为太史令。遂乃研核阴阳，妙尽璇玑之正，作浑天仪，著灵宪、算罔论，言甚详明。顺帝初，再转，复为太史令”。张衡前后两次担任太史令，时间长达14年之久。据《后汉书·张衡列传》记载，张衡制作的地动仪十分精巧，外有八龙。“验之以事，合契若神。自书典所记，未之有也。尝一龙机发而地不觉动，京师学者咸怪其无征，后数日驿至，果地震陇西，于是皆服其妙。自此以后，乃令史官记地动所从方起。”
湖北大地虽然没有产生张衡这样的科技名人，但不可否认的是，河南的南阳与湖北的襄阳紧密相连，形成南襄文化圈。南襄的地域文化宽广厚重，熏陶出了张衡。汉代的南郡，从南阳到江汉平原，形成的这个文化圈。我们不能因为现在的行政区划而割裂历史，也不宜把历史名人据为本地区所独有。
1983年，在江陵张家山247号汉墓出土的竹简中有历谱。历谱是关于天文历法的知识，有二十八宿的记载。有的学者认为，汉墓出土历谱18枚简，简文除了各月朔日干支的内容外，只有关于墓主人主要经历的两条记录。残存的历谱中，无一例外不注节气。历谱对于了解西汉初年人们对时间的掌握是有益的。
2018年，在荆州胡家草场墓地出土一批西汉简牍，有竹简、木简、木牍三种，主要内容有历谱、编年记、律令、经方、遣册、日书等。历谱简有两种，分别在其首简的简背上书写有篇题历和日至。历简101枚，记载了从汉文帝后元元年(前163年)起，下推至公元前64年百年之间的每月朔日干支。日至简102枚，记载了从汉武帝建元元年(前140年)起，下推至公元前41年之间的冬至、立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬之日的干支。所见历简以十月为首，日至简以冬至为首，据此推测，这两种简的编订应在汉武帝颁行太初历(前104年)之前。
不过，实事求是地说，秦汉时期在湖北大地勇于探知天文历法的人少了许多，至少没有涌现像屈原这样特别突出的人物。之所以会出现这种情况，是因为在大一统的时代，国家在都城组织人才承担了相关的任务，而地方上的热情与活力必然大为减弱，势使然矣。
3.气候
秦汉时期中华大地的气候总体是较为暖和的，到东汉时开始变冷。气候变冷，就有可能给社会带来一些变数，这个因素在科技中是不可忽略的。不过，处于中国南北分界线——秦岭淮河以南的湖北大地，在秦汉之时属于亚热带季风气候，降水充沛，气温相对较高。
通常认为，从春秋到唐代，长江中游的气候比现在要湿热得多，降水量比现在大。吕思勉教授曾说:“故秦、汉之世，江、河之域，皆颇似后世之西南诸省，而江域拓殖较晚，荆楚犹称火耕水耨，而扬州无论矣。”[19]这就是说，秦汉时期荆楚的气候与温度大约相当于亚热带，荆楚的开发比中原要晚，其发展进程与后来西南诸省份相近。
对汉代的气候变化，东汉时的学人已有提及，说天气逐渐变冷。据《后汉书》卷六十一《黄琼传》记载，顺帝永建二年(127年)，因为连年灾异，黄琼上书说:“间者以来，卦位错谬，寒燠相干，蒙气数兴，日暗月散。” 第二年，即永建三年(128年)，黄琼又上书说:“自癸巳以来，仍西北风，甘泽不集，寒凉尚结。”由此可知在公元127年前，天气不正常，出现低温的现象，春夏气温偏低。黄琼(86—164)，字世英，东汉名臣，江夏(一说今湖北安陆)人，尚书令黄香之子，是个有学养的人。
湖北省曾经动员一批专家编写《中国气象灾害大典·湖北卷》，从中可知，秦汉时期的湖北，水灾多于旱灾。高后二年(前186年)，南郡大水。高后三年、五年、八年分别有水灾。东汉永寿元年(155年)，南阳大水。建安二年(197年)，郧县等地大水。建安二十四年(219年)，安陆大水。旱灾，仅记载一条:永元四年(92年)，德安府旱，蝗。雪灾两条:建昭二年(前37年)，楚大雪，五尺；建始二年(前31年)，长阳大雪，五尺。地质灾害三条:文帝元年(前179年)，当阳山崩；东汉永元十二年(100年)，秭归新滩崩填溪；建安三年(198年)宜昌太山崩，声闻五六十里。[20]由这些信息可知，汉代的气象灾害很多。这种灾害背景，是为了解当时的科技而值得考虑的因素。
