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气象学史:19.上将之死

 科学声音 2022-04-10

上文书咱们讲到了高尔顿对天气预报产生了浓厚的兴趣,所以他就去找菲茨罗伊要数据。菲茨罗伊见到他脑仁儿都疼。因为他实在不想跟达尔文家族的人再打交道了,偏偏高尔顿是达尔文的表弟,所以他对高尔顿并没有提供什么支持。高尔顿只能靠自己了。

高尔顿首先就对报纸上发表的简单气象数据表示不满,他认为这些数字根本就没人看得懂,一点儿都不直观。既然是发表在报纸上,那也就意味着这是给公众看的。你弄上一大堆数字,谁看谁都头疼。在高尔顿的脑海之中,这一切都应该绘制成一张图。

其实这件事前人已经做过了。比如说罗密士在19世纪40年代就曾经搞过天气图,类似的图表气象学家们也没少画,1849年格莱舍就画过。埃斯皮在他的年度报告里面也画过。包括菲茨罗伊和勒维耶,他们也都画过。所以高尔顿的想法并不能说是一种创新,高尔顿以前的所有气象学家都没想着把这些图表发表在报纸上。

高尔顿使用的图标和符号

1861年高尔顿在哲学杂志上提出了他的设想,云朵就用比较暗的颜色来表示,用一组马蹄状的图形表示风的强度和方向,温度呢,那就直接写成数字算了。所以高尔顿很想把真实的天气数据绘制成这种图表。所以他才去找菲茨罗伊要数据,但是菲茨罗伊就是不给他。

那怎么办呢?高尔顿只能写信向其他人求助。主要是写信给欧洲的各大天文台和气象观测站。好在高尔顿会很多种语言,英语、法语、德语都算难不倒他。荷兰的气象学家白贝罗倒是很欣赏他,向他提供了很多数据。但是法国,瑞士,丹麦,瑞典,意大利和爱尔兰的气象学家大多数都没搭理他。那就没办法了,就只能天天从报纸上获得一点数据。最终高尔顿还是建立起了1861年12月的数据库。费劲巴拉的,刚凑出了一个月的数据。高尔顿就把这些数据画成了图表。

这一画不要紧,高尔顿从图表之中看到了新的现象。以往的气象学家们,对这个现象全都忽略了。

在高尔顿以前,雷德菲尔德提出了旋转风暴的概念,也就是说飓风或者台风是一个巨大的气旋。到了高尔顿时代,这已经成为一个不争的事实。费雷尔基于科里奥利力的原理对风的旋转做出了解释。埃斯皮的理论证明了,空气不仅有水平流动,还有垂直流动。气旋某种程度上就像是水池子向下漏水一样。

高尔顿和别人的通信提到反气旋和气旋的关系

对于这些理论,高尔顿都是很熟悉的。但是高尔顿看到了其他人没有看到的事情。在1861年12月2日的气象图上,高尔顿绘制出了一种运行方式与气旋完全相反的气象体系。高尔顿越看越不对劲。因为他发现,风不是向气旋那样,从外围向中心集中,而是从中心向外围吹。而且中心的气流也不是上升的,而是下降的。在1862年的圣诞节,高尔顿记录了自己的观测结果。把它写成一篇文章叫做《气旋理论的发展过程》,然后把这篇文章寄给了皇家学会。这种现象后来被称为“反气旋”。

高尔顿看到了大气中的一种宏观现象。气旋就像个吸尘器,把空气从周围向中心,然后向上吹。反气旋则是相反的,空气向下,朝地面移动。气旋和反气旋就像两个啮合在一起的齿轮,有进有出,循环往复。高尔顿用了不到一年的时间,就建立了自己的反气旋理论,而且他完全是独立完成的。

高尔顿只有他一个人,所以他进度就比较慢,他不像菲茨罗伊手下有一帮人呢。到了1863年,他的努力终于结出了果实,他写了一本书叫做《气象图绘制法》,其中包含了93张图表。展示了1861年12月,欧洲大陆每天早晨中午和晚上的天气状况。高尔顿使用了很多符号来代表阴晴雨雪。也包括云层厚度以及气压温度和风向。他这种图看起来就显得特别直观,也就为天气图日后走进千家万户奠定了基础。

当然了,后来高尔顿看到了勒维耶在法国绘制的天气图,他当时就被震撼到了。高尔顿费劲巴拉花了一年多时间,也不过就是把1861年12月份那一个月,欧洲所有的天气统计了一遍,画在图表上。人家法国人可是天天画,而且人家数据比他丰富,画的比他详细。

1865年的菲茨罗伊

高尔顿很快就跟菲茨罗伊杠上了,两个人的私人关系变得很差。因为高尔顿认为他的表达方式才是最优越的。菲茨罗伊提供的图表简直是不说人话。不仅如此,高尔顿还认为菲茨罗伊的天气预报根本就没有什么理论基础,完全靠人的主观判断。

其实高尔顿说的一点儿都不错,在1862~1863年这一段时间内,菲茨罗伊是过的挺苦的。一开始大家对天气预报这种新生事物还有一点新鲜感,但时间长了新鲜感也就消退了。随之而来的指责也就变得越来越多。说到底就是因为天气预报,不是每次都准。现在我们的天气预报已经可以做得比较精确,但是想当年天气预报初创的时候,表现真的不尽如人意。

那时候的很多报纸媒体和今天的微博有点儿像。有的时候刊登老百姓的来信,要是有人抱怨天气预报不准之类的。菲茨罗伊有时候也会写一封信去回复。反正诸如此类的事他没有少干,他的压力也很大。

压力不仅来自于公众,也来自于科学家团体内部。大家天天做的事情,就是把各个观测站的数据收集上来,然后绘制成图表提交给菲茨罗伊,然后由他去判断到底未来会出现什么样的天气,然后通过电报发送到各个气象站点。顺便抄送一份给报社,当作天气预报刊登出去。但是菲茨罗伊到底是基于什么样的方法和理论做出的判断呢?外界谁也不知道。其实就连菲茨罗伊自己也说不太清楚。

菲茨罗伊设立的渔业晴雨表98号,位于苏格兰最北端的奥克尼群岛斯特罗姆内斯

当时的气象学家对于理论依然没有形成什么共识。气象学界充斥着各种各样稀奇古怪的理论,比如说月球影响论,比如说反气旋论,还有什么天体气象学。反正诸如此类的理论都很多,究竟该选用哪一种理论作为基础理论呢?他自己也不知道。很多气象学家也在,吵来吵去,他们互相都没有办法说服对方,接受自己的意见,哪一派都占不了优势。因为天气系统实在是太复杂了,只能依靠观测数据,你又不能做实验。

菲特罗也很想提出自己的理论,但是他还是受到月球影响论非常大的影响。月球影响论大致是这么说的,月球可以引起地球上的潮涨潮落。既然水能够受到月球的影响,那么空气行不行呢?大气中也应该存在这种潮涨潮落的现象。菲茨罗伊把天气的变迁归结于这种大气层的潮汐运动。

为此他还专门写了一封信给约翰·赫歇尔。约翰·赫歇尔和菲茨罗伊可是有着长达25年的交情。所以约翰·赫歇尔也就不跟他客气了。赫歇尔在信里说菲茨罗伊有很多优点,比如说他很勤勉,很聪明,勇于开拓,而且很诚实,也勇于创新。在他自己负责的这一亩三分地里边,他是一个非常有天分的执行人员。而且他还很有人道主义精神。赫歇尔说的还都是好话,然后赫歇尔写了个“但是”,你要是一看见但是俩字你就明白,后面肯定不是什么好话了。菲茨罗伊看完以后,心里拔凉拔凉的。赫歇尔说他不是一个合格的理论家。

约翰·赫歇尔

那有人说啊,天下专家有的是,菲茨罗伊不找其他专家再给掌掌眼了?以约翰·赫歇尔在英国科学界的地位和学识,以他跟菲茨罗伊之间的交情。这就是对菲茨罗伊最权威的评价了。对于这样的评价,他也只能虚心接受。

菲茨罗伊还遇上了财务上的麻烦,现在电报的费用越来越高。从每年3000多磅暴涨到了每年7000多磅。这笔钱相当于现在的50多万英镑,也就是400多万人民币。这笔开支变得越来越大,菲茨罗伊全身心投入到了天气预报之中。可是天气预报在当时并不能为英国政府带来什么有效的收益。

1854年初,英国政府成立这个部门的初衷是想让菲茨罗伊好好的编制风图,也就是说把全世界的海洋划分成小格子,然后统计每个格子里,每天每一时刻的风向和风力。经过多年的统计,就可以总结出概率。这种风俗有利于海上的水手,优化自己的航线,最大限度的利用顺风。这样的话就可以为英国带来实实在在的利益。可是菲茨罗伊的主要精力都不在这,他一心扑在了天气预报上。

议会的议员

英国政府所有的预算都是要议会批准的。议会里面有很多议员开始挑菲斯罗伊的毛病,所以一来二去,菲茨罗伊就跟人家吵起来了,人家能给他好脸色看吗?部门的预算一定是卡着不批嘛。总之,他方方面面都承受着非常大的压力。其实菲茨罗伊自己的思想也存在着很多的矛盾之处。一方面他勇于探索,积极寻找着天气的奥秘。另一方面他又是一个虔诚的基督教徒,他相信上帝掌控着一切。

牛津的主教威尔伯福斯也相信上帝掌控的天气。1860年的时候,这位大主教曾经让手下的牧师对着上帝祈祷,祈求上帝在收获季节到来之前,给他们干燥和晴朗的天气。

但是祈祷这事儿到底有没有用呢?当时谁也不知道。这时候就轮到高尔顿出手了,你别忘了高尔顿的本职工作那是统计学家。他想到了一个验证的办法。不管是天主教还是新教,主教们经常都要为君主祈福。如果向上帝祈祷真的管用的话,一定能够使得历代国王和王后延年益寿。可是高尔顿去翻了一下社会统计学期刊,他就发现情况并非如此,大多数王室成员的平均寿命是64.04岁。而牧师,律师,医生以及贵族可以活到将近70岁。你别看大家生活条件都很好,大家都是锦衣玉食,不愁吃不愁喝。偏偏王室成员就是这帮贵族制中寿命最短。想想也是啊,当一个统治者他没有那么容易啊,他一天到晚要瞎操心的哦。所以高尔顿做了总结,祈祷这事儿吧,它不管用。你看,这就是统计学的威力啊。

维多利亚女王家族

不过高尔顿的这篇文章一直到1872年才发表。这种文章能发出来就算不错了,要是在300年前,这高尔顿八成会被烧死,要是200年前估计就会坐牢,要是100年前呢,估计高尔顿就会被送进精神病院,但是到了19世纪的60年代以后,高尔顿屁事都没有。你别忘了,达尔文的那本物种起源已经在欧洲风行开了,上帝的地位已经开始动摇了。所以他们这批人就处在这样一个新旧交替思想变革的年代,可惜菲茨罗伊偏偏就是一个虔诚的基督教徒,他的思想就是变不过去,你叫他怎么办?这人能不“拧巴”吗?

整个1863年,格莱舍都在做气球试验,他一次又一次飞上高空。当时的很多报纸杂志都对格莱舍的这种行为提出了质疑,这位先生到底想干什么?难道他就想没事创记录玩儿?他一次又一次飞那么高,还有什么意思呢?他每次飞行回来都扔出一大堆数据,这些数据到底是个啥意思?

实际上大家不知道的是,格莱舍一直在追踪着泰晤士河上空的云彩,他发现这些云彩从来也没有离开河太远,这实际上显示了对流的力量。当然,对格莱舍来说,他还顺便研究了一下高原反应。在1万英尺的高空他的心跳就变成了每分钟90次,现在更高的位置,每分钟心跳110,现在1.7万英尺的时候,他的嘴唇就变成了紫色,到1.9万英尺的时候,他的四肢就变成了深紫色。英尺换算成米,大概是乘个0.3,1.9万英尺大概就是5800多米。

对于格莱舍和菲茨罗伊这样的先驱,当时的老百姓普遍不能理解他们这些人到底在干些什么呢?再加上各种小报的恶毒攻击,这些人的形象就变得非常奇怪。格莱舍倒是不怎么在乎。他脸皮厚。但是菲茨罗伊就不行了,他脸皮薄,人家说他什么话,他都往心里去。

1864年这一年,他接二连三遭受打击。贸易委员会削减了他的预算,位于南部沿海地区以及威尔士和苏格兰的电报站,都得不到资金支持。没办法,他也只能裁掉了8个观测站。观测的数据少了吧,菲茨罗伊的天气预报已经变得更加不准。公众对他的指责也就变得越来越多。菲茨罗伊已经59岁了,他也已经是个老人,而且身体大不如前。想当年他是个棒小伙子,在火地岛的高山上爬上爬下一点都不觉得累,现在就不行了,整个人都已经显得很颓废。

到了1865年的3月份,他参加了皇家地理学会的一次会议,当时大家组织了一支北极探险队,请他对这个探险队发表一些见解,反正最后大家看他是怒气冲冲的离开了大会现场,据说是大会主席默奇森爵士对他有所怠慢,他不爽。

菲茨罗伊生前最后一份报告

菲茨罗伊的身体实在是撑不下去了,所以他把气象局的工作交给了别人,他自己回到家里休养一段时间。老婆孩子热炕头,他也可以享受一下天伦之乐。只要他不投入工作,经过一段时间的休息,就会让他精神焕发,但是他受到任何一丁点压力,他马上就会崩溃,这个人的精神仍然是处于一种非常脆弱的状态。

尽管菲茨罗伊也一直在家休养,但是他仍然关心世界大事,美国发生南北战争,他非常关心,因为马修·莫里是美国人,他到底是支持南方还是北方呢?他到底参加了哪一方?后来听说马修·莫里支持南方,但是南方战败了。他还挺为马修·莫里担心了一阵子。

后来马修·莫里到伦敦访问。菲茨罗伊本来没打算去拜访马修·莫里。结果这天下午出去遛弯,他突然心血来潮,甩下陪他遛弯儿的女儿,买了张车票就去了伦敦。一直到晚上8:00他才从伦敦回来,人显得非常兴奋,但是兴奋头一过马上又陷入了颓废的状态。他似乎完全没有办法理清他自己的思绪,也不能连贯回答问题。反正他的精神状态一直就不对。

到1865年的4月30号早晨。根据他夫人的回忆,这一天。他起得比夫人要早一些。但是他一直呆在更衣室里面没有出来。门没锁,仆人进去看的时候,发现这位海军上将已经用一把剃刀割断了自己的喉咙,他自杀了。

我们下回再说。

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