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古代氣象科技怎樣照進現實

馮傑

2021年02月08日 06:47

陳正洪
光明日报( 2021年02月04日 16版)

2月3日是立春。從這天開始,新一年的春天拉開了序幕。二十四節氣是我國古人的智慧結晶,其實也是科學觀測的結果——它是人們對氣候、氣象、星象等自然界現象長期綜合觀測後得出的結論。從世界範圍和曆史長河來看,氣象不僅是科學,也是一種文化乃至文明,反映了世界各地學者在不同曆史時段的多樣性認識。中國古代氣象科技,顯然形成了一個獨特的文化傳統和科技知識體系。那麽,我國古代氣象科學是怎樣的?對今天的科學研究又有哪些啓示?

中國古代氣象科學技術曾大幅領先世界

中國先人在生活經驗中逐漸發現節氣在一年中的循環變化,從夏朝到周朝逐漸建立了二十四節氣概念,《淮南子》中出現了中國最早最完整的二十四節氣。科學性很強的二十四節氣,既是古代天文、氣象、物候重要研究成就,也是氣候預測重要依據,後世逐漸形成通俗的二十四節氣歌、二十四節氣圖表等,流傳非常廣泛乃至影響到泛漢字文化圈。二十四節氣印刻到中國經濟、生産和社會生活乃至戰爭中,一直爲後人沿用至今,兩千多年來沒有改變。

二十四節氣知識是中國古代氣象科學技術發展的一個縮影。中國作爲一個有著悠久曆史的文明古國,在氣象科學技術史上有著燦爛輝煌的曆史。總體來講,中國傳統氣象學是個完整的知識體系,其作用和價值有待進一步挖掘和提升。中國古代許多經典文化著作中,零散或是集中論述了對大氣現象和理論的“整體論”式理解與闡述。從出土的甲骨文就可看出,早在新石器時代,中華先民就需要掌握農時,探索日照、雨量、氣溫、霜期等自然規律。隨後進入文字時代的中國古代氣象學記錄很豐富。觀測天象、望雲占雨,掌握季節和農時,成了重要國家事務,並衍變成一些官名。甲骨蔔辭中的氣象記錄,是世界上最早也是最完整的氣象記錄,具有很高的科學價值。殷商時期已有初步的氣象變化經驗規律,甚至能以預蔔的形式進行某些氣象預報。商代的古代氣象學水平已居于當時世界最前列。

此類領先世界的氣象科技成果在中國古代比比皆是。氣象科技史研究表明,中國古代氣象有多項大幅領先世界的重要科技成果,這是對中國古代的科技自信。例如,山西襄汾陶寺古觀象台是迄今發現中國最早遺存的古觀象台遺址,主要功能之一就是觀日出、定節氣。從氣象學史研究來看,陶寺古觀象台比著名的英國巨石陣觀象台還要早500多年。先民對風的認識較早,商朝已經利用旗上飄帶觀測風向,秦漢通過旗幡測風,逐漸作出專門的測風儀器——“銅鳳凰”和“相風銅烏”,這比西方類似儀器候風雞要早1000多年。公元7世紀李淳風是世界上最早認識到安裝測風儀器要注意高度和環境因素的科學家,更加重要的是李淳風對風力大小景象進行記載和詳細描述,給出了風力等級,這比世界通用的蒲福風力等級早1000多年。《呂氏春秋》中出現“山雲、水雲、旱雲”等中國曆史上最早的雲狀分類法,也是世界上最早的比較科學的雲分類法。漢朝時代已能運用類似天平衡重工具,即用羽毛和木炭等測驗空氣的幹燥或潮濕,西方類似的觀測和設計比中國人晚了1000多年。

唐朝盛世,《晉書》中較好記載了日暈前後及可能降雨的相關景象,相比歐洲科學家類似現象的詳細記載早1000年。唐代出現了觀雲預測風雨的預報專書——《相雨書》,這也是領先世界很多年的古代氣象科技成果。《開元占經》記載了對大量各種氣象現象的認識早于世界。唐朝有醫學家根據地域對中國的氣候進行了區域劃分,在世界上最早提出氣溫水平梯度概念,從北至南大體分爲寒帶-溫帶-熱帶,這比西方相同氣候帶思想早1000年。

中國古代氣象學是中華文化的重要基因之一

二十四節氣是中國古典氣象的核心理論之一,也逐漸成爲我國古代傳統文化精髓的一部分,2016年列入聯合國教科文組織人類非物質文化遺産代表作名錄。有很多地方至今還保存著與此相關的民俗,如廣東的祈風儀式、雲南少數民族霜降節等等。

中國獨特的地理環境使得中國古代氣象學的地域特色比較明顯;古人重視從生産實踐和日常生活中積累氣象知識,形成完整知識體系後,非常重視氣象知識的實際運用,比如對農學的應用,對航海的應用,對軍事和日常生活的應用等等。

中國古代氣象學的本土化産生發展、密切服務生産生活實際等特征,讓其成爲構成中華文化的重要的基因之一。在中國古代傳統文化中,空氣中的事情與天上的事情是對應聯系的,所以可以理解爲“天”與“氣”同源,合稱天氣。這與西方傳入的氣象還是有差別的。近年來許多考古發現將中國天文氣象學的發展推到8000多年以前,這點比西方同期古代氣象學相比,有過之而無不及。先民“天人合一、人地和諧”的思想對中國古代氣象學的發展影響很大。中國古代氣象科學與天學共同發展,在觀測天象的同時觀測氣象。“天”“氣”同源使得中國傳統氣象學帶有中國傳統文化特色。

古代中國人很重視對氣象的觀察,中國是世界上氣象觀測記錄持續時間最長的國家,也是保存氣象記錄資料最豐富的國家。中國古代文獻浩如煙海,很多涉及大氣現象的觀察和推測,其中不乏科學道理和很有價值的原始記錄。中國古代氣象思想是一座寶庫,需要專門的鴻篇大著論述,有助于支撐今天的文化自信。

我國古代對于“氣”的理解和今天對于大氣的理解不一樣。中國古代哲學家,把“氣”當作一種解釋宇宙根源和萬事變化的概念,這逐漸成爲中華文化的組成部分,比如“氣貫長虹”“精氣神”等。中國古代重要的思想大家對氣象都有論述:管子重視天氣氣候對農耕文明的重要性,老子運用氣象現象顯示樸素的唯物辯證思想、強調並重視自然規律,孔子鼓勵弟子學習天文和氣象知識,孫子最早較系統的把氣象條件用于軍事戰爭等。北魏賈思勰的著作《齊民要術》中詳細闡述了借助氣象因素促進農事。我國古代關于天氣現象形成的理論較多,如西漢董仲舒在《雨雹對》提出雨雹成因。中國古代有無數的詩詞歌賦,其中大量篇章用到或是直接描述天氣現象,如《全唐詩》中詩歌有七千多處描寫了“雨”,這種文化傳承在世界上也是罕見的。

古人的氣象文化和氣象智慧有更重要的現實意義

今天紮實的天氣預報體系是建立在巨量的包括曆史和現實數據研究基礎之上的。如果沒有從曆史的、現實的角度進行綜合研究,是不會取得任何成效的。同樣道理,沒有對幾千年大氣科學曆史的正確理解,對于今天的大氣科學創新也是有一定影響的。

中國古代氣象科學具有悠久的曆史,氣象科學技術史對于今天的大氣科學研究無疑是很有價值的,包括具體的方法、內容分析、文化分析等對當今氣象創新都有促進作用。這對于推動氣象學科的創新與氣象人才培養及探索未來大氣科學的進展很有意義。長時段大尺度的曆史視角可以在潛移默化中改變人的思想和行爲。

大氣科學是研究非確定性現象的學科,人們對大氣本質認識會越來越深入,預報准確性也會越來越高,但是永遠不會達到100%的確定性。這是大氣科學和其他自然科學、工程科學的重要區別。大氣科學未來的重大創新,需要哲學思維和曆史思維等人文素養。比如對如下一個曆史結論的理解。

大氣科學因爲研究對象是地球表面全球範圍內流動的氣層,所以大氣科學的基本理論對應著全球性的理論,如大氣長波理論反映了地球大氣層的一般規律。然而與物理、化學等傳統自然科學有所不同,大氣科學研究的對象與局地下墊面和區域人群反應息息相關。這就是說大氣科學的理論體系由全球性基本理論框架和區域性大氣理論組成。

這樣大氣科學未來重大創新可以兩路並進:一方面瞄准世界氣象科技前沿,逐漸在世界性難題方面領先;另一方面,在中國本土氣象學方面作出世界級的創新。從上面闡述中國古代氣象科技成就來看,確實在這兩個方面都作出領先世界的重大科技成就。氣象學家、羅斯貝氣象學派的傳人謝義炳先生提出中國氣象學派,實際是指把世界大氣科學基本原理與中國本土區域下墊面結合起來,出現帶有中國特色(也是中國氣派)的大氣科學知識體系。新中國成立後,中國氣象學進入當代階段,我國氣象學家在天氣動力、數值預報、東亞季風、青藏高原氣象、氣象衛星等等方面取得舉世矚目的成就。這也證明兩路並進的科學性和可行性。

中國古代曆史上大量的氣象和氣候記錄文獻,特別是不計其數的曆史氣象災害,尤其是旱澇災害的文獻記錄,成爲當代氣象科學發展不可或缺的寶貴曆史資料。比如對于下雨的觀察、測量和預測以及災害記錄成爲中國古代氣象學的重要內容。報雨澤是中國氣象科學技術史上非常獨特的制度,這是我國古代記錄當地晴雨狀況並報告上級機構的制度。從氣象史研究來看,奏報雨澤從秦漢以來就已形成慣例,其後曆朝曆代都比較重視,彙總各地雨澤奏疏供皇帝禦覽。大概到15世紀,中國測雨技術和儀器就已經比較成熟,標准化程度較高。

今天氣象科學和氣象事業不是象牙塔中的工作,氣象預報和氣候變化幾乎涉及每個人的日常生活,重視高深理論的應用和與實踐符合的實際價值是當代世界大氣科學的基本特征。我國古代氣象的實用化傾向與今天氣象爲民服務的宗旨不謀而合,古人的氣象文化和氣象智慧,在今天建設世界氣象強國和促進中華民族文化繁榮的征程中必能發出奪目光彩。

(作者系中國氣象局氣象幹部培訓學院氣象科技史研究室主任、教授級高工)


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2021年02月08日 02:27
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