祖衝之(429-500年)，字文遠，是南北朝著名的數學家和天文學家。他一生有許多科學貢獻，其中之一是從理論和實踐上對傳統冬至測量方法做了重大改進。傳統上用立表測影的方法測定冬至，一般選擇在冬至前後幾天，測量影子的變化，以之推算冬至。但是冬至前後日中影長的變化非常微小，加之受到太陽半影和大氣分子、塵埃等對日光散射等因素的影響，使得人們很難準確測定表影長度，如若再碰到陰雨雪天，就更無法測了。而且，冬至時刻很難正巧發生在正午，而立表測影又隻能在正午進行。這諸多因素的限製，使得傳統立表測影方法得到的冬至時刻，難免要包含較大誤差。對此，祖衝之提出了一種新的具有比較嚴格數學意義的測定冬至時刻的方法。他運用對稱思想，分別在冬至前若幹天和冬至後若幹天測量影子長度，由之推算出冬至的準確發生時刻。祖衝之跟當時另一天文學家戴法興曾經有過一場關於曆法問題的辯論。辯論中，祖衝之介紹了他測定大明五年(461年)十一月冬至時刻的方法。《宋書·曆誌》詳細記述了他的測量數據和方法，原文為：“大明五年十月十日影一二丈七寸七分半，十一月二十五日一丈八寸一分太，二十六日一丈七寸五分強，折取其中，則中天冬至應在十一月三日。求其蚤(早)晚，令後二日影相減，則一日差率也，倍之為法；前二日減，以百刻乘之為實。以法除實，得冬至加時在夜半後三十一刻，在元嘉曆後一日，天數之正也。”這段話用白話文講就是：大明五年十月十日測得影子長度為10.7750尺，十一月二十五日測得影子長度為10.8175尺(“太”是古代記數法中的一個符號，代表所記數的最小單位的3／4)，二十六日測得影長為10.7508尺(“強”也是古代一種記數符號，代表最小單位的1／12)。冬至應在十月十日和十一月二十五日之間正中的那一天，即十一月三日。求冬至在十一月三日的具體發生時刻，令後麵兩個日影長度相減，就得到了一天之內影長的變化(即一日差率=10.8175-10.7508=0.0667)，讓這個數值乘以2做除數(即“法”=0.0667×2=0.1334)，再讓前兩個日影長度相減，用其差乘以100刻做被除數(Rq“實”二100刻X(10.8175-10.7750)二4.25刻)，用除數去除被除數，得到冬至準確時間在十一月三日子夜31刻，這個數據比起《元嘉曆》的冬至日落後二天，但它卻是正確的。
祖衝之的測量方法與傳統方法相比，具有明顯的優越性。首先，它不受冬至日氣候的影響，隻要在冬至前後若幹天測量日影就行了。其次，它也提高了測量的準確性，因為冬至前後影長變化非常緩慢，而祖衝之選取的是冬至前後20多天對影長進行觀測，這時影長變化已比較顯著，測、算都比較容易。更重要的是，利用祖衝之的方法可以測得比較準確的冬至時刻。因為冬至時刻不恰好是在中午，用圭表不能直接觀測到，而用這種方法則可以推算出來。所以，利用祖衝之的方法求得冬至時刻，對於曆法推算來說，有非常重要的實際意義。
另一方麵，祖衝之的方法也並非完美無缺。在他的方法中包含了兩條假設：①冬至前後影長變化是對稱的，即在冬至前、後離開冬至時間間隔相同的兩個時刻，它們的影長相等。②影長的變化在一天之內是均勻的。這裏所說的一天之內的影長變化，不是指的太陽東升西落運動造成的表影長度在一天之內的變化，而是一種想象：今天日中影長和明天日中影長不同，則可以認為這整日內日中影長是在不斷變化的。這雖然是一種設想，但卻具有一定的天文學內涵，因為它反映了一天之內太陽視赤緯的變化，所以，做這種設想是允許的。嚴格說來，祖衝之的這兩條假說都有誤差，但誤差不大。冬至前後影長的變化並不對稱，但接近於對稱；至於一天內影長的變化，雖然不能說是均勻的，但把它當做均勻的來處理，誤差也不大。因此，祖衝之的這一方法，能夠實現對冬至時刻的比較準確的測定。這一發明，是中國古代冬至時刻測定發展過程中的一個裏程碑，它被後世天文學家所接受，是理所當然的。
祖衝之這一成就的取得，是他細心實踐、潛心思考的結果。他描述說，為了得到準確的冬至時刻，他曾經“親量圭尺，躬察儀漏，目盡毫厘，心窮籌策”(《宋書·曆誌》)，精心進行測算。他的努力不僅導致了新的測算方法的產生，而且在回歸年長度測定上也取得了重大成就。根據他的測算，一個回歸年的長度是365.2428日。這一數據非常精密，一直到700多年後，才出現更精密的數據。而在歐洲，直到16世紀以前都在實行的儒略曆，其回歸年長度的數值是365.25日，這是難以望祖衝之之項背的。
郭守敬高表測影
祖衝之改進了傳統的冬至時刻測定方法以後，曆代都有人對測影驗氣進行探討。例如北宋姚舜輔就曾采用多組觀測的方法，通過求平均值定出冬至時刻。這種方法符合誤差理論，是科學的。