世界气象组织从1961年起,将每年的3月23日定为气象工作宣传日,旨在提醒人们重视气候和环境变化。其实,中国自古以来就非常重视气象问题,舜禹时期已发明了测风的“相风乌”;西汉时就用上了“悬土炭”的方法观测湿度;东汉时已开始用“天池盆”“圆罂”和“峻积”“竹器”分别测量降雨和降雪的多少,用“律琯”来预测节气的变化…… ▋据《北京晚报》
古人如何测定风向风力?
《淮南子》:“辟若綄之候风也,无须臾之间定矣。”
风,是古人早期最重视观察气象之一,在传说中的黄帝时代,已设“风后”专门测风。晋王嘉《拾遗记》中便有“帝使风后负书”的说法,“风后”就是原始的负责测风的“气象工作者”。古人最早使用的测风工具是一种候风旗,称为“旒”,其实就是有飘带的旗子。这种最原始的测风仪虽然简单,但方便实用,现代海军帽佩飘带就是受到候风旗的启发,方便观测海风。
为了增加测风的精确度,古人又发明了一种叫“綄”或“俔”的测风工具。綄[huán],楚人称为“五两”,西汉刘安《淮南子》记载:“辟若綄(俔)之候风也,无须臾之间定矣。”东汉学者高诱注称:“俔,候风者也,世所谓‘五两’。”为什么叫“五两”?就是用五两(也有用八两)重的鸡羽毛制成綄挂到旗上,即使一点点风,綄都会动。綄还是古代作战部队必备,《兵书》称:“凡候风法,以鸡羽重八两,建五丈旗,取羽系其巅,立军营中。”
候风旗,唐朝人称为“相风旗”,宋朝人称为“占风旗”,名虽有异,功能一样。宋朝时,有位名叫蒋颖叔的苏州人很擅长使用占风旗,宋李廌在《师友谈记》一书中记述,蒋颖叔“谙知风水,尝于所居公署前,立一旗,曰占风旗,使人日候之,置籍焉。”
除了候风旗,古人使用较广的测风器还有“相风乌”。“相风乌”也称“伺风乌”,有木制和铜制两种,传说发明于舜禹时代。汉武帝太初元年(公元前104年)建的建章宫上立有“凤阙”,此阙得名便因上立铜质相风乌——凤凰造型的测风仪,人称“铜凤凰”,俗称“铜雀”。
东汉时铜凤凰有了改进,称为“相风铜乌”。1971年从河北安平县逯家庄东汉墓中出土了一幅大型建筑壁画,画中钟楼上便立有相风乌和测风旗,这是迄今发现最早的测风器“相风乌”图形。
古人如何测量降水量?
《数书九章》:“州郡都有天池盆,以测雨水。”
早在东汉时,包括雨、雪在内的降水测量工具已有明确的要求。《后汉书·礼仪志(中)》记载:“自立春至立夏,尽立秋,郡国上雨泽。”古人测量降水分为测雨和测雪两部分,从南宋秦九韶《数书九章》中记载的数学题来看,分别有“天池测雨”“圆罂测雨”和“峻积验雪”“竹器验雪”等几种方式。其中“天池测雨”法,是用天池盆来收集雨水,通过计算获得准确的地面降水量:“问今州郡都有天池盆,以测雨水。但知以盆中之水为得雨之数,不知器形不同,则受雨多少亦异,未可以所测,便为平地得雨之数。假令盆口径二尺八寸,底径一尺二寸,深一尺八寸,接雨水深九寸,欲求平地雨降几何?”答案是:“平地雨降三寸。”
天池盆并不是专用工具,而是预防火灾、积蓄雨水用容器。圆罂则是一种小口大腹的积水(酒)器皿,先秦时的守城工具中就必备“罂”,用之盛水。《墨子·备城门》称:“用瓦木罂,容十升以上者,五十步而十,盛水且用之。”
“天池盆”“圆罂”“峻积”“竹器”都取自生活实用器,虽比较简陋,却是事实上的“雨(雪)量器”。到明朝时,则出现了较为标准的降水测量器。明永乐末年,朝廷备有全国统一的“雨量器”,供给地方州县使用,方便上报降水情况。正统七年(公元1442年)更出现了有标准的铜制雨量器,而欧洲在近两百年后方才有这样的雨量器。清朝的雨量器已接近现代,上面刻有标尺。康乾时期,清廷将这种改进后的雨量器发到地方各州县,连朝鲜都发了,至今朝鲜国家历史文献馆里还保存着清制雨量器。
值得一提的是,在配发标准雨量器的同时,明清两朝还要求地方认真记录气象数据。据清顾炎武《日知录》,洪武年间,朱元璋“令天下州县长吏,月奏雨泽”;明仁宗对地方上报的雨水奏章更是“亲阅焉。”清代还设计出专业气象观测簿《晴雨录》,阴、晴、雨、雪、雷电、风向等都在观测范围内,逐日记录,国家第一档案馆收藏了不少当年地方呈报给朝廷的《晴雨录》。
古人如何预测节气变化?
《续后汉书》:“置十二律琯” “气至则一律飞灰。”
古人除了通过自然变化和动物表现来判断节气外,还使用一种叫“律琯”的装置来测定节气变化。据宋赵师侠《朝中措》:“开随律琯度芳辰……休数岁时月季,仙家栏槛长春。”
琯[guǎn]古同“管”,律琯也写做律管,早期系用玉制成的笛子状乐器。用律琯来预测节气,古人称做“以管候气”,全称叫“律管吹灰候气法”。北齐天气学家信都芳“能以管候气,仰观云色”,每月预报无不准确。
据《隋书·律历志(上)》“候气”条,有一次信都芳对身边人说,“孟春之气至矣。”大家去看律琯,果然有了相应的反应。信都芳所制律琯上设有24片轮扇,可以预测二十四节气。使用时,将律琯埋进土中,“每一气感,则一扇自动,他扇并住,与管灰相应,若符契焉。”开皇九年(公元589年)隋文帝杨坚在灭了南朝陈后,指派毛爽等人测报节气,毛爽便“依古”采用律琯“以管候气”,获得了准确的结果。
律琯并不是北齐信都芳的发明,东汉已在使用。北宋沈括《梦溪笔谈·象数一》引司马彪《续后汉书》中“候气之法”:“于密室中以木为案,置十二律琯,各如其方。实以葭灰(芦苇茎中的薄膜所制成的灰,质极轻),覆以缇縠[ti hú],气至则一律飞灰。”所谓“飞灰”,就是放置在律琯内极轻的葭灰会飞出来。《梦溪笔谈》认为,这是“地下阳气”的作用。这里的“阳气”其实就是现代术语“地温”。土壤中温度在不同的季节变化不同,“以管候气”便利用了这一现象——律琯实际是一种“地温表”。这种通过地温变化来判断节气的做法,与现代通过气温来判断季节轮换的方法不同,但得到的结果却是一致的,充分显示出古人的智慧。