古代對天氣現(xiàn)象的觀測和理論

戴爾君

天氣氣候條件與人類的生存發(fā)展息息相關。中華大地上的原始居民，很早就有意識地觀察和認識風云雨霧、冷熱干濕等天氣現(xiàn)象。在原始種植業(yè)出現(xiàn)以后，人們更注意積累氣象條件對農業(yè)生產(chǎn)影響的知識。相傳，在黃帝時代，就已經(jīng)設有專人從事氣候觀察。帝堯設“百官”時，設立了專門掌管天文和氣象的官職。這一官職歷朝歷代相沿，雖然官職名稱不一，但從未空缺。到三千多年前的殷商時代，甲骨文中就有天氣實況的記錄，卜辭中還反映了人們有預知天氣狀況的愿望。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，我國古代有關氣象的知識不斷積累和豐富，取得了很大的成就。

一、 風的觀測

風的觀測首先是看風向。在殷墟甲骨文卜辭中已有“伣”字。伣就是用來觀察風向的。甲骨文中也有了四方的風名：東風叫“劦”，南風叫“屼”，西風叫“夷”，北風叫“寒”。以后逐漸發(fā)展，到漢代已有24個風向方位的稱謂。唐代科學家李淳風在他的名著《乙巳占》中，繪有一張占風圖，列舉了24個風向的名稱。他指出，這些方位是由八個天干、四個卦名、十二辰（地名）組合而成。“子”指北方，“午”指南方，“卯”指東方，“酉”指西方。還舉例說明怎樣判定風向：凡風從戌（西北偏西）來的，須看吹向是否是辰（東南偏東）；風從辛（西偏北）來的，須看吹向是否是乙（東偏南）；風從乾（西北）來的，須看吹向是否是巽（東南）。這就是根據(jù)風的去向來決定來向。

我國風向器的發(fā)明很早，甲骨文中的“伣”就是一種簡單的“示風器”，風桿上系鳥羽、布帛、茅草等，用來觀察風向。西漢《淮南子》中，已經(jīng)舉出一種叫“伣”（xiàn）或“綄”的風向器。它很可能就是殷商時的伣演變而來的。《淮南子》中說：“伣之見風也，無須臾之間定矣”。“伣”在風的作用下，沒有一刻是平靜的。說明這種風向器還相當靈敏。

銅鳳凰主要安裝在漢武帝于太初元年（公元前104年）所建的建章宮里。當時建章宮東的鳳闕上裝了兩個銅鳳凰，在宮南的玉堂和宮北的圓闕上也裝了一個銅鳳凰。據(jù)《三輔黃圖》說，銅鳳凰的下面有轉樞，所以風來的時候，銅鳳凰的頭會向著風，好像要飛的樣子，“向風若翔”很顯然這是一種風向器。但是這種風向器后來逐漸演變?yōu)檠b飾，失去了原有的作用。

相風銅烏是一種銅做的、形狀像烏鴉那樣的風向器。“相風”就是觀測風的意思。它裝在漢代觀測天文氣象的靈臺上。最初造得比較笨重，據(jù)《玉海》說要在千里風來的時候才動。后來經(jīng)過不斷改進，變得輕巧靈敏一些，使得受小風也能轉動。到晉代，出現(xiàn)了相風木烏，使用范圍擴大到城墻上、庭院中、舟船車輛上。李淳風在《乙巳占》中曾經(jīng)描述了這種相風木烏的構造。1971年河北省考古工作者在一座東漢古墓中出土了一幅群鳥鳥瞰圖，在主要建筑的后面有一座鐘鼓樓，其上繪有相風銅鳥。這是迄今為止我國所發(fā)現(xiàn)的最早的相風銅鳥圖形，繪于漢靈帝時期，距今1800年。

相風銅鳥、木鳥的缺點是構造復雜、移動不變，所以李淳風在《乙巳占》中就指出：“常住安居，宜用烏候；軍旅權設，宜用羽占。”意思是說，相風烏只宜設在固定的地方，在軍隊中駐地經(jīng)常變化，更適宜用雞毛編成的風向器。

雞毛編成的風向器，是由“伣”發(fā)展而來的，所用的雞毛重約五兩到八兩，編成羽片掛在高桿上，等它被風吹到平飄的狀態(tài)，再進行觀測，這種羽毛風向器就稱為“五兩”。李白《送崔氏昆弟之金陵》詩：“扁舟敬亭下，五兩先飄揚”。說明當時羽毛風向器的使用已很普遍。

我國古代除觀測水平各向的風外，也觀測自下而上和自上而下的旋風，方向混亂的亂風。例如，把自上而下吹的風叫做“頹風”，也叫“焚輪風”，自下而上吹的風叫“飆風”，也叫“扶搖風”等，說明對風的觀測是細致的。

觀測風不單要觀測風向，也需要觀測風力。在唐代，已經(jīng)采取地面物體受風影響所表現(xiàn)出的不同狀態(tài)來表示風力大小。李淳風在《乙巳占》，當時把風力分為八級：一級動葉，二級鳴條，三級搖枝，四級墮葉，五級折小枝，六級折大枝，七級折木飛砂石或伐木（折木），八級拔木樹和根。這八級風，再加上“無風”和“和風”（風來清涼，溫和，塵埃不起的，叫和風）兩個級，可合為十級。

這種利用目力觀測風力，并將風力分級的方法，與英國人蒲福所定的蒲氏風級劃分風力相近，但李淳風要早到1100年。

二、 云的觀測和古云圖集

云的觀測在預報天氣中用處很大。這是因為預報天氣的時候，重要的在于判斷未來晴雨，而雨是從云中下降的。是不是會下雨？下什么樣的雨？都和云的情況有關。

我國古代很重視云的觀測。例如在《詩經(jīng)·小雅·信南山》中有“上天同云，雨雪雰雰”的話，意思是說：下雪的云，在天空中是均勻一色的。也有把“同云”寫為“彤云”，意思是下雪的云，色彩微帶紅色。

在《管子·侈靡篇》中提到：“云平而雨不甚。無委云，雨則遬已。”意思是說，云塊比較平坦，雨不會下得很大。下雨的時候，如果沒有供應水分的云伴存，雨下不長，很快雨就會下完。這個結論只有對云有過長期、仔細觀測，并提高到一定的理性認識高度，才能得出。在《呂氏春秋·有始覽·有始篇》中，已經(jīng)把云按形狀分為“山云”“水云”“旱云”“雨云”四種。

我國民間，很早就有許多有關云的天氣諺語，作為觀測云和預報天氣的依據(jù)。例如唐代李肇《國史補》中，就有“暴風之候，有炮車云”的話。炮車云就是雷雨云，因為云頂呈砧狀，很像炮車。唐代黃子發(fā)《相雨書》中，有“云若魚鱗，次日風最大”的話。這是指一種由細魚鱗狀云塊組成的云，就是卷積云。宋代孔平仲的《談苑》中，有這樣的天氣諺語：“云向南，雨潭潭；云向北，老鸛尋河哭；云向西，雨沒犁；云向東，塵埃沒老翁。”把云向和晴雨聯(lián)系起來，是很有意義的。更多的天氣諺語存在于民間的口口相傳之中，在現(xiàn)代天氣預報出現(xiàn)之前，往往是老百姓判斷未來天氣的主要參考。

為了辨認云，需要云圖。目前發(fā)現(xiàn)的最早云圖是馬王堆三號墓出土的西漢帛書《天文氣象雜占》和敦煌所出唐天寶初年的《占云氣書》。這兩種云圖都是為軍事需要卜占吉兇而用的。至于文獻中的云圖，《漢書·藝文志》中著錄有《泰壹雜子云雨》和《國章觀霓云雨》等書很可能附有云圖。宋代鄭樵《通志略·藝文略》、《宋史·藝文志》、《宋史新編·藝文志》等史籍中有《日月暈珥云氣圖占》、《天文占云氣圖》、《云氣圖》、《占風云氣圖》等云圖。可惜都已經(jīng)失傳，無法考查。明代茅元儀《武備志·載度占》中的《玉帝親機云氣占候》，里面有51幅云圖。道藏本《雨旸氣候親機》，里面有云圖39幅。王重民《善本書籍經(jīng)眼錄》所錄寫本《觀象玩占》中也有云圖配合。此外，還有各種版本或手寫本的《白猿經(jīng)》，都是圖文對照的古云圖集。如果把明代以來的各種云圖集互相對照，可以發(fā)現(xiàn)它們大同小異。很可能它們都有一些共同藍本，這些藍本應當是明代以前的各種古云圖集。這些古云圖集，表面上失傳了，但是實際上都改用別的書名、補充、修改某些內容而在后世典籍中出現(xiàn)。

三、 濕度觀測和儀器

我國是最早發(fā)明測濕儀器的國家。在《史記·天官書》中，提到把土和炭分別掛在天平兩側，以觀測掛炭一端天平升降的儀器。《淮南子·天文訓》中指出這個儀器的掛炭一端升降的意義說：“燥故炭輕，濕故炭重。”就是說，天氣干燥了，炭就輕；天氣潮濕了，炭就重。《淮南子·泰族訓》還說：“夫濕之至也，莫見其形，而炭已重矣。”意思就是，濕氣到來的時候，人是看不見的；但是炭已經(jīng)表顯出沉重了。這就說明了這個測濕儀器起到能測量看不見的水汽多少的作用。

宋代有一個叫贊寧的和尚，在他的《物類相感志》中提到，把土炭兩件東西，放在天平兩邊，使它們平衡，然后懸掛在房間里。天將要下雨的時候，炭就會變重，天晴了，炭會變輕。這已經(jīng)是把測濕儀器作為預報天氣晴雨的儀器了。

除了天平式的測濕儀器外，還有利用琴弦感應的濕度的。如東漢王充在《論衡·變動篇》中說，“天且雨，……琴弦緩，”琴弦變松，天就要下雨。琴弦變松，是天變潮濕、弦線伸長所造成的。元末明初婁元禮在《田家五行》中說：如果質量很好的干潔弦線忽然自動變松寬了，那是因為琴床潮濕的緣故；出現(xiàn)這種現(xiàn)象，預示著天將陰雨。這句話已經(jīng)明確點出了濕度一方面影響弦線的長度，一方面又聯(lián)系著天氣的晴雨。他還談道，琴瑟的弦線所產(chǎn)生的音調如果調不好，也預兆有陰雨天氣，這也是合乎科學道理的。清康熙年間，西方來華傳教士南懷仁曾用小鹿的筋做成一個弦線溫度表，以驗空氣中的燥濕。幾年以后，也研制成功了“驗燥濕器”，利用弦線隨濕度伸縮的原理測量溫度。這是毛發(fā)濕度計的前身。

四、降水觀測和儀器我國古代對雨水觀測十分重視。甲骨卜辭中，對雨已經(jīng)有“大雨”“猛雨”“疾雨”“足雨”“多雨”“毛毛雨”等區(qū)別，而且還注意到雨的來向。

雨下的是否及時，以及雨量的分配和多少，直接影響著農業(yè)生產(chǎn)。這就迫使我國古代國家對上報雨量的重視。在秦代，我國已經(jīng)有報雨澤的制度。1975年2月在湖北云夢睡虎地秦墓中出土了《秦律十八種》的竹簡，其中《田律》里規(guī)定，凡下及時的而且有利于谷物抽穗的雨，雨后應書面分別報告有抽穗谷物和未種谷物的受雨田畝數(shù)。莊稼生長后，如下了雨，也應報告雨澤多少和受益的田畝數(shù)。如有干旱、暴風雨、水潦等災害，也要報告受災田畝數(shù)。這些報告，就近的縣要走得快的人遞送，遠處的縣可由驛站傳送，必須在八月底前送到。在東漢，也曾經(jīng)要求所轄各郡國從立春到立秋整個作物生長期間向中央報告雨澤情況。

東漢以后，歷代對降水都很關心。在南宋，數(shù)學家秦九韶曾在《數(shù)書九章》卷四中列有四道有關降水的算題，就是“天池測雨”、“圓罌測雨”、“峻積驗雪”、“竹器驗雪”。秦九韶在序中明確說：農業(yè)生產(chǎn)的豐收與否，和雨雪很有關系。主管農業(yè)的官員想知道雨雪下降量，但是如果盛雨雪的容器形狀不同，容器里積的雨雪量就大有不同。怎樣才能客觀地從容器的雨雪量計算出有代表性的雨雪量呢？出這四道題目的目的就在于解決這個難題。因此這四道題最后所問的，都是合平地的雨深或雪厚是多少。從這里可以看出，當時已經(jīng)知道換算為平地的量，才是有代表性的量。

從算題中還可以看出，當時還沒有標準雨量器。“天池”是各地為了預防火災積蓄雨水的容器，這在當時各州郡都有。它正是我國雨量器的前身，因為它本來就是積雨水的。只是由于是用于防止火災的，所以形狀、容積就沒有一定的標準。

明太祖和明仁宗時，政府明令全國各州縣要上報雨量，當時曾統(tǒng)一頒發(fā)雨量器。在朝鮮曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)黃銅雨量器，高一尺，廣八寸，并且附有標尺。雨量器的花崗石臺基上刻有“測雨臺”和“乾隆庚寅五月”等字樣。這個公元1770年所制的一個雨量器，應當不是最早的雨量器。

明清兩代，州縣向中央上報雨水情況的制度，一直保持著。因此現(xiàn)在在故宮里還保留明清兩代大量的各地上報雨澤的奏折。這是一筆寶貴的古代氣象資料。五、古代天氣現(xiàn)象理論？古代氣象學還沒有形成一門獨立的學科，古人的天氣現(xiàn)象理論，大多分散在農學、天文、地理甚至軍事、醫(yī)學著作中。

《黃帝內經(jīng)·素問》卷二中，提出了水分循環(huán)和云雨形成的理論。指出“地氣上為云，天氣下為雨。雨出地氣，云出天氣”。也就是說云是地氣上升所形成的，雨是天氣下降所形成的。雨雖然是從天下降，但它卻來自地氣上升所致；云雖然是地氣上升而成，卻是天氣下降的雨所供應的。東漢王充在《論衡·說日篇》中也有相似的見解：“雨從地上不從天下，見雨從上集，則謂從天下矣，其實地上也。”

西漢董仲舒在他所著《雨雹對》—文中，認為雨滴是由小云滴受風合并變重下降而成的。（“攢聚相合，其體稍重，故雨乘虛而墜。”）他說：“風多則合速，故雨大而疏；風少則合遲，故雨細而密。”意識是說，風大，云滴合并得快，下降的雨滴大而比較疏。風小，云滴合并得慢，使下降的雨滴細而比較密。這種觀點和現(xiàn)代的暖云降雨理論是符合的。在雪的形成方面，《春秋說題辭》中認為是水汽凝成的。（“盛陰之氣，凝滯為雪。”）董仲舒，東漢許慎、劉熙，宋代朱熹，明代王逵等，認為是云滴或雨滴冷凍結成的。明代楊慎認為是霰或米雪形成的。也就是說，我國古代對雪的形成，有“氣體形成說”、“液體形成說”和“固體形成說”三類。就現(xiàn)代氣象學關于雪的形成理論看，依舊有這三類看法。

關于霧的形成，《爾雅》中說，“地氣發(fā)，天不應，曰霧。”就是說，地面水分向上擴散，但是無法充分擴散出去，就成為霧。宋蔡卞在《毛詩名物解》中說，“水氣之在天成霧，霧，云之類也。”就是說，水汽在空中可形成霧，霧和云是同一類的東西。

關于雷電現(xiàn)象，在我國古代也有兩種理論：一種是“摩擦形成說”，是戰(zhàn)國時期慎到首先主張的。他說：“陽與陰夾持，則磨軋有光而為電。”另一種是王充等所主張的“爆炸起電說”。王充在《論衡，雷虛篇》中用“一斗水灌冶鑄之火，氣激裂，若雷之音矣”來解釋雷聲是很有道理的。王充對雷電有季節(jié)性作了科學解釋。他把雷電的季節(jié)性出現(xiàn)歸結為太陽的熱力作用發(fā)生變化而形成的：“雷者，太陽之激氣也，何以明之？正月陽動，故正月始雷。五月陽盛，故五月雷迅。