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观风测湿量雨的中国智慧
□霍寿喜
  在我国古代,气象学还不是一门成熟、独立的学科,但观测天气气候的变化,却是自古就有的人类科学活动之一。殷商时代的甲骨文里,就有文字记载气象方面的观测资料,殷墟甲骨文卜辞中也有天气预测和实况的记载。
  古代最原始的测风器主要用于测量风向。
  用布帛之类挂在竿上,后来改用鸡毛做成条形或扇形的羽葆,风吹羽葆扬,与羽葆指向相反的方向即为风向。条形鸡毛、扇形羽葆的重量不同,古人分别称作五两、八两,使用时可因地制宜,比如楚地风小,宜用五两;北方和沿海风力较大,宜用八两,等等。
  除观测水平方向的风外,古人也观测自下而上和自上而下的旋风,方向混乱的乱风。例如,把自上而下吹的风叫做“颓风”,也叫“焚轮风”;自下而上吹的风叫“飙风”,也叫“扶摇风”等,可见对风的观测非常细致。
  《左传》中还首次论述了“八风”(即八种风向),与现代气象观测学中的基本风向定义是一致的。
  世界上第一个给风定级的人,是我国唐代的李淳风。他官居太史令,集数学家、天文学家和气象学家为一身,公元645年就著《乙巳占·侯云法》,记载了测风环境、测风工具和测风办法,当时把风力分为八级:一级动叶,二级鸣条,三级摇枝,四级堕叶,五级折小枝,六级折大枝,七级折木飞砂石或伐木(折木),八级拔木树和根。这八级风,再加上“无风”和“和风”(指温和,尘埃不起的风)两个级,合为十级。这和现代气象观测学对风级的描述已经非常接近了,比英国的“蒲福风力等级”早了一千多年。
  最早的测雨器记载见于南宋数学家秦九韶所著的《数书九章》(1247年)。
  该书第二章为“天时类”,收录了有关降水量计算的四个例子,分别是“天池测雨”“圆罂测雨”“峻积验雪”和“竹器验雪”。其中“天池测雨”所描述的“天池盆”已经和现代气象观测所使用的雨量筒非常接近了,而方法上则采取“平地得雨之数”来度量雨水,堪称世界上最早的雨量计算方法,为后来的雨量测定奠定了理论基础。
  书中也把“降雪”纳入“降雨量”的范畴,只可惜,在降雪量测量方面,只实测降雪的厚度,并没进一步折算为降水量。
  到了明清时期,测风量雨有了集中的场所——观象台,不仅有气象观测,还有天文观测。各地州、县,也负责有观测任务,凡有灾异现象,特别是风灾、雨灾等气象灾害,都必须呈奏,诸如《晴雨录》《雨雪粮价》之类,各地官员也有大量的有关当地天气、气候及气象灾害的奏折。如今,在中国第一历史档案馆,还珍藏着大量的古代有关天文地理、黄河水文、气象灾害方面的资料。
  与现代测雨工具最接近的当属“乾隆测雨台”了,它以黄铜制造,为圆筒形,筒高一尺五寸,圆径七寸,置于测台之上,用于量雨,测台正面书有“测雨台”三个大字,旁边则是“清乾隆庚寅五月造”的字样。
  我们通常说的“空气湿度”一般都是指“相对湿度”,它是空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比,用百分数表示,百分数越大,表明空气湿度越大。
  古人当然不知道相对湿度的百分数,但大致的空气干湿概念还是有的:湿度越小表示空气越干燥,湿度越大表示空气越潮湿。早在西晋,傅玄就有一首《炎旱诗》问世,诗中的“河中飞尘起,野田无生草”,就写出了空气的干燥和旱情的严重。宋代梅尧臣的《梅雨》诗中就有“湿菌生枯篱,润气醭素裳”。其中的“润气”就是潮气、湿气。古人甚至还能根据空气湿度的大小进行天气预测,唐代黄子发著的《相雨书》里便有“壁上自然生水者,天将大雨”“石上津润出液,将雨数日”等记载。
  空气湿度肉眼是看不到的,怎样大致评估出空气湿度的大小,其实就涉及空气湿度的测量了。
  我国是最早发明测湿仪器的国家。东汉王充在《论衡·变动篇》中曾经谈到,琴弦变松,天就要下雨。琴弦变松,是天变潮湿、弦线伸长所造成的,表示空气湿度较大。可见,古代的弦琴也可当作原始的空气湿度测量仪器。现代毛发湿度计中的“毛发”,其实就是古代琴弦的微缩和精确的一种体现。
  元末明初娄元礼在《田家五行》一书中也说,如果质量很好的干洁弦线忽然自动变松宽了,那是因为琴床潮湿的缘故;出现这种现象,预示着天将阴雨。他还谈到,琴瑟的弦线所产生的音调如果调不好,也预兆有阴雨天气,这其实也是因为变松宽了的弦线,其音准敏感度降低了,合乎科学道理。
  在《史记·天官书》中曾提到一种把土和炭分别挂在天平两侧,以观测挂炭一端天平升降的仪器。这其实就是原始的“湿度计”。原理是:天气干燥了,炭就轻,天平就倾向于土;天气潮湿了,炭就重,天平就倾向于炭。也就是古人说的“燥故炭轻,湿故炭重”。《淮南子·泰族训》曰:“夫湿之至也,莫见其形,而炭已重矣。”翻译成现代汉语就是:湿气到来的时候,人是看不见的,但是炭已经表现出沉重了。这就进一步阐明了这个测湿仪器能测量出看不见的水汽多少。显然,这样的测湿仪器在测量方式和精确度上,比“琴弦测湿”又进了一步。
  清康熙年间,西方来华传教士南怀仁曾用小鹿的筋做成一个弦线湿度表,以验空气中的燥湿。其原理也是“鹿筋吸湿”,但如此制作仪器,取材太残忍也太昂贵了。
  最接近现代湿度计的测湿仪器的发明者,当数清代发明家黄履庄。1656年出生的黄履庄,发明或改进过许多光学仪器,也发明过许多“验器”,其中的验冷热器,就是现代“温度计”的雏形;而验燥湿器,就是现代“湿度计”的雏形,它利用弦线吸湿伸缩的原理,测量空气中的湿度,比瑞士人索修尔发明的毛发湿度计,早了一百多年。

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