时空“穿梭仪”——古代气象观测史纵览

发布日期:2019-09-17 23:14   来源:未知   阅读:

  全国发电侧储能技术研讨会银隆钛酸锂助力分布式清洁能什么是蒲草和艾叶,北京颐和园宜艺馆里清代皇室使用的19世纪西方气象仪器指南针(上)、温度表(中)和气压表(下)

  1971年,在河北省安平县逯家庄正在发掘的一座东汉古墓内,考古工作者发现了一幅东汉建筑群鸟瞰图。对于气象行业来说,最有历史意义的,要数图中的一座钟楼上站立着的相风铜乌——它完美地证明了相风铜乌是世界上最早出现并被使用的测风仪。

  观测天气气候的变化,是人类最早从事的科学活动之一。相传我国在黄帝时代,就设有专人从事气候观测。而在甲骨文中关于天气现象的知识就已十分丰富、细致,包括降水、天空状况、风、云雾、大气光象的许多项目。

  考古材料证明,我们的祖先很早就在辽阔的大地上创造了农耕文化。人们能够掌握季节变化,根据气象变化,做好晾晒、防雨、防潮,放牧、越冬。建设房屋,也能根据盛行风向设户。

  有的研究者认为,关于气候的一些基本的时间尺度,如日、月、季、年,这些概念的建立,首先是从认识昼夜开始的。日影观测,就是利用圭表的原理来测定季节的。《山海经》的故事说明,人们也注意到了日影观测:“夸父不量力,欲追日影,逮之于禺谷。”这禺谷是西方日入之山的总称,太阳具体落入哪座山,不同的季节是有变化的。有经验的人可以用这种办法来推断什么时候播种,什么时候天气大热、大雨或寒冷。用结绳的方法把这些知识记下来就形成《索》,用符号文字记下来的就是《典》。

  “上古时代的明堂,就是王者观天、候气、告朔、行政的地方,也是祭祀天地、祖宗的地方。”国家气候中心古气候学专家张德二说。夏商时代开始在明堂观测和记录春夏秋冬四时变化及燥湿、寒暑、雨、露之类的现象,但如何观测,并没有具体记载。

  张德二介绍说:“中国古人仰观俯察,最早关注的自然现象就包括了云的变化。”现在可以看到一些早期的云图,如长沙马王堆3号汉墓出土的《天文气象杂占》帛书的云图。

  按《后汉书·百官志》记载,具体负责气象工作的是太史令。在太史令的统属下,有明堂令和灵台令各一人,负责日常天文、气象的观测工作。观测的项目包括审听音乐的清浊以及是否和谐、测定日晷的影子是否准确、权衡土炭测定燥湿(阴阳)的情形、审查各项观测记录并推定阴阳之气的情况等。每一项工作,都有具体的要求。其中,音乐的清浊与阴阳对应,实际是一种湿度指标。空气干燥,音乐才轻扬;空气潮湿,音乐则会低沉。

  大约从汉代开始,中国的测风工具就有3种类型:一类是候风綄、伣和旗类,这类工具使用得最早,使用范围也是最广的;一类是铜凤凰、铁鸾,用于宫廷、寺院等处;一类是铜乌、相风木乌,由宫廷普及于民间。各种测风工具不仅用于陆地,也广泛用于江河和海上水路交通。

  降水,是一种与人类生产生活攸关的重要气象信息。如何对降水的多少进行量度,世界几大文明都经历了漫长的探索过程。秦九韶于1247年在《数书九章》中阐明“平地得雨之数”,所用的计算方法,在理论上是科学的、完备的。

  “史书中的降水记载,几千年未曾中断。但雨雪记载的详略因史书不同而有差别。最具科学价值的是钦天监和各地方上报朝廷的《晴雨录》,这是有组织的、连续的天气记录。” 张德二介绍说。

  中国有长期的上报雨泽的制度,也有观测和计算雨量的办法,却没有关于制作雨量器的记载。《中国气象史》中描述说,中国雨泽网的建立、对雨量意义的认识和计算,都是世界最早的。

  自1644年至1840年鸦片战争为止,在这将近200年的时间里,西方近代科学技术产生并迅速发展,不断有新的气象仪器被发明出来。

  黄履庄是清代很有作为的发明家,曾设计和制造了多种仪器和器械,最重要的有验冷热器、验燥湿器。西方的测温仪器,首先是由伽利略在1597年制成的;1714年,华伦海制造了水银温度表。

  对于测湿仪器的探索,中国也有2000多年的传统。汉代除了用律管候气,还经常用土碳、羽碳、铁碳和琴弦等来测定燥湿。在西方,1440年,德国人根据羊皮重量变化来估计湿度;16世纪,有人用鸟兽的肠作弦来测量湿度;直到1783年,索修尔才发明了测湿仪器——毛发湿度表。

  17世纪中叶,西方先后发明了温度表、气压表等仪器,并以耶稣传教的途径传入中国。

  “最早来到中国进行近代气象观测工作的传教士是法国天主教耶稣会的哥比。他于乾隆八年(1743年)开始在北京作气象观测记录。他用的温度表是法国科学家制作的酒精温度表。他一开始观测,就记录到了一次异常气候事件,即1743年夏,华北一次异常干旱炎热气候事件。”张德二说,“哥比的气象观测,从1743年7月持续到1746年3月,每天进行两次,分别在日出和午后3点半。继哥比之后,在北京作过气象观测的西方传教士是阿弥倭,中文名钱德明,从1755年初到1761年底,每天观测两次,包括温度、气压、云量、雨量和风向等项目。”

  在这期间,气象史上发生了两件大事:1783年,第一个载人的氢气球飞上了天,带着气压表、温度计等仪器对高空大气进行了第一次科学探测;1820年,用近代气象观测网资料绘制的第一张天气图诞生了。由于高空气象探测的出现,近代气象监测网的建立和天气图的发明,西方气象科学进入了迅速发展的时期。

  1911年,辛亥革命推翻了清王朝。1912年,民国政府在北京设立了我国自办的第一个气象台——中央观象台,观象台下设气象科。到1915年已能开展24小时观测,观测内容包括气压、气温、风、雨量、云量、云状、地温等项目。为了发展国内的气象事业,1920年中央观象台曾拟定一个《扩充全国测候所意见书》,1921年北洋政府内阁会通过了10个测候所的预算,但因经济枯竭,至1926年各地测候所都结束了工作。

  1927年,南京创立大学院,设立观象台筹委会,从1928年元旦零时起,开始南京地区每小时1次昼夜地面气象观测,并进行记录。1928年2月,在观象台筹委会的基础上成立了中央研究院气象研究所筹备处,后来竺可桢为第一任研究所所长,所址设在南京北极阁。

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