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古人是怎样预报天气的?

 三泰书斋 2018-08-25

通过天气预报了解天气变化,为出行活动提供参考,已经成为人们日常生活中重要的一部分。天气预报的时效性和准确性的提高,得益于科学技术的进步和发展。那么在漫长的没有现代文明与科学技术的时代里,人们又是怎样观云识天,进行天气预报的呢?几千年来,人类怀着好奇心探索着自然界不同的天气现象,通过感性认识和经验总结试图发现其中的特点和规律,始终不懈地在尝试着理解并预报天气。



在古代西方,公元前650年,巴比伦人根据云的形态和利用占星术进行天气预报。

第一位建立气象学的人是古希腊哲学家亚里士多德(Aristotle),在公元前350年左右,他就对气象学中的天气形态进行了描述,根据对气象的认识撰写了《气象汇论》(Meteorologica),该书也是迄今为止发现的世界上最早的气象学书籍。

亚里士多德将先前所有的各种气象学思想和经验进行了系统地整理,提出了自己对各种天气现象的见解和理论,使之成为一门有系统的科学——古代气象学,成为古代天气预报的思想基础。

此后,古希腊哲学家、自然科学家泰奥弗拉斯托斯(Theophrastus)编写了一本名为the Book of Signs的关于天气预报的书籍。

亚里士多德与《气象汇论》

古代天气预报方法通常是基于观察到的天气特点进行的经验总结。

在新约时代,基督提到自己如何解读和理解当地的天气时说道:


傍晚来临时你会说‘天气将会晴朗,因为天空是红色的’,在早上则是‘今天将会有风雨来袭,因为天空是红色的,阴云密布’。你知道该如何解读天空的模样,但你无法解读时代的迹象。

这与我们熟知的气象谚语

朝霞不出门,晚霞行千里

有着异曲同工之处。




事实上,这其中的确包含着一定的科学道理。

早上太阳从东方升起,如果此时西方天空已有云层存在,短波被散射后剩下的红色长波会在天空中形成红色的朝霞,随着云层的东移,未来很有可能将会出现阴雨天气;傍晚太阳西下,如果出现晚霞,预示着云层将会离当地越来越远,晴朗的天空将会逐渐移来,当地很有可能将会天睛。这种日常生活的经验总结,通过一代又一代累积,从而产生了许多的天气谚语。当然,并非所有气象谚语都是可靠的,其中的许多在后来已被证明无法通过严格的统计检验。



我国的天气预报最早可追溯到商代

从这个时期开始人们就非常重视天气变化对人类活动的影响,祭祀、农业生产、战争等重大活动都需要预知天气,由于当时人们对自然和世界的认识不足,因此天气预报为算卦和占卜等具有非科学因素的形式。在商代的甲骨文中已有对天气现象完整、细致的记录,研究甲骨文的学者将卜问的内容进行了分类,其中有关气象的包括卜年、卜雨(含风、雪、雾、霜、雹等)、卜霁、卜旬,对天气现象的记录就在其中,包括降水、天空状况、风、云雾、雷鸣电闪等许多方面,气象的雏形已经形成。


甲骨文里的气象常用字

管理占卜的人员会将占卜的事由、卜兆的吉凶以及应验与否等信息均刻记在卜甲卜骨上,通常会记录十天的实际天气情况,在发掘出的甲骨文中,往往就可以发现这些气象实况记录,这也是世界上目前已知的最早的十天天气实况资料。在出土的一片占卜商王外出田猎是否会遇上大雨的甲骨上,记录下了当时的一次天气预报。

骨片记录的“远古天气预报”


【叙辞】中日,昃不雨。(问:商王外出下午有没有雨)


【命辞】食日,至中,日不雨。(令占卜上午会不会有雨)


【占辞】自旦至,食日,不雨。(占卜的结论是当天没有雨)


【验辞】弜田,其遘,大雨。(商王狩猎时遇上了大雨)

我国古代气象学中有丰富的通过天文气象仪器进行观测所取得的记录。天文气象仪器是人类感觉的延伸,也是研究日、月、星、辰、云、雨、风、雷的重要工具和手段。人们从感受风雨寒暑,到努力去认识这些发生在大气中的自然现象,历朝历代都发明了很多仪器来进行观测。

我国很早就对风向有了认识和了解。

  • 商朝时,人们已利用旗上的飘带来观测风向,同时已有四面风的概念。

  • 汉武帝时期(据《三辅黄图》中引《汉书》说,张衡发明了相风铜鸟,在一根5丈(约16m)高的直杆上放置一只衔着花的铜鸟,“下有转枢,向风若翔”,依据铜鸟的转动方向,鸟头所指即为风向。这比欧洲在12世纪发明的候风鸡早一千年。

  • 晋代的人们将张衡的铜鸟改为木鸟,这比铜鸟更加轻盈,可以预测更微小的风,多设置在城墙上以及天文、交通等部门。

 

左:山西省浑源县圆觉寺塔顶的鸾凤形相风鸟

右:1958年发行的《气象》特种邮票“古仪器·相风铜鸟”

欧洲屋顶上的候风鸡

《后汉书·礼仪志第五》中记载东汉时“自立春至立夏,尽立秋,郡国上雨泽”,要求各郡国官署每年从立春到立秋末的雨季期间,向中央政府上报降雨量,说明当时对雨量记录已经有了一定的重视。南宋数学家秦九韶的《数学九章》中出现的四道计算降雨量和降水量的数学问题,“天池测雨”、“圆罂测雨”、“峻积验雪”、“竹器验雪”,实际上就是计算量雨器和量雪器的容积。除此之外,我国古代人民很早就开始尝试观测温度、湿度等气象要素,创造发明了许多相关观测方法和观测仪器

宋代量雨器——圆罂

清代测雨台(中国北极阁气象博物馆仿朝鲜藏品建)



在古代,人们对自然现象的了解有限,常把天体现象和大气现象一概而论,因此在当时天气与星象密不可分,气象机构与天文机构是相结合的。为了观天候气、治历明时,早在黄帝时期便建有合宫,是华夏历史上最早的天文气象台。颛顼时期改叫玄宫,尧舜时又称总章,夏代称为世室,到了商代称为重屋,通常由太史令掌管。河南商丘的阏伯台就是一处总章或者世室,距今约有4500年,应是中国现存最早的天文与气象台。

位于河南商丘的阏伯台

春秋战国时代古代气象科学体系开始逐步形成,在秦汉时代臻于完善,尤其是在汉代花费了大量财力物力进行天文气象设施建设。三国到明代时期,中国处在农业社会封建制度曲折发展的盛期,农业对气象的要求更为迫切,气象记载更加丰富,元代时国家观象台更是拥有当时世界最强的天文气象学家队伍。

清乾隆年间编写的《历代职官表》中的第三十五卷《钦天监》中,广泛引用各有关古籍,详细说明了各朝代的天文、气象机构情况。当时的钦天监负责观察天象、推算节气、制定历法,其中就包含气象的相关工作。据《清会典》记载:“钦天监掌观天象,设观象台于京城东南隅,凡晴雨风云雷霓晕珥流星异星皆察而记之。晴明风雨按日记注,汇录于册,为《晴明风雨录》。”文中观象台即今北京建国门立交桥西南的古观象台。《晴明风雨录》积累了从清雍正二年(1724年)至清光绪二十九年(1903年)180年的观测记录,成为中国现存档案中年代连续最长的雨量观测资料,是中国气象定量化的一个标志。

北京古观象台的观象仪器

康熙皇帝的科学启蒙老师,比利时人南怀仁(Ferdinand Verbiest),精通天文历法,曾任职于钦天监,在观象台制造和安装了许多观象仪器


气象学发展与人类文明历史进程息息相关,从远古时代对气象的朦胧认识,到商代利用甲骨对天气进行占卜和记录,天气及其预报最初被蒙上了神秘的色彩。农业的不断发展丰富着天气经验,西汉的魏鲜在我国首先利用关键日多气象要素综合观测预报作物收成,天气谚语的产生和流行方便了天气经验的记忆和应用,元末明初娄元礼所书《田家五行》中就收录了大量天气谚语,明末徐光启在《农政全书·占候》中对天气谚语进一步进行了整理和补充。大量的古籍中同样也留下了古人对水分循环、云雨形成、雷电等天气现象和规律的理论认识。

徐光启与《农政全书》

在漫长的没有现代文明与科学技术的时代里,人们通过对天象的观测和对长期记录的考量,逐渐得出了天气预报方法。古代的天气预报,尽管并不像现在的天气预报那样科学准确,但还是有较为行之有效的方法,为气象学的发展奠定了基础。《三国演义》中草船借箭和火烧赤壁的故事,正是诸葛亮基于对长江流域的气候和异常天气变化特点的长期认识,根据经验做出的短期天气预报在军事上的应用。

随着科学的气象观测仪器的出现和发展,尤其是数学物理等近现代科学知识为气象学的发展奠定了坚实的理论基础,人们对气象的认识不断深入,气象学摆脱了定性描述阶段,进入到定量试验阶段。全球观测网络和数值模式的建立与发展,更是加快了人们从认识天气,向预测天气甚至是控制天气的方向发展的脚步,这又是另一段故事了。

从古人在几千年前抬头凝望的那一眼和低头沉思的那一刻开始,对自然的好奇就使得科学的思想在脑海中萌出了芽。一代又一代,无数次从0到1,进行着思考和创造,又无数次从1到无穷,进行着深入探索和研究,从未停止,才使得今天的我们能够站在巨人的肩膀上,继续探索和认识神秘而美好的自然。



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