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中国古代对天气现象的观测和理论

[作者:王鹏飞]  [2007/8/3]
为了辨认云,需要云图。目前发现的最早云图是马王堆三号墓出土的《天文气象杂占》(那是西汉帛书)和敦煌所出唐天宝初年的《占云气书》。这两种云图都在1979年十月《中国文化》中刊出,它们都是为军事需要卜占吉凶而用的。至于文献中的云图,《汉书·艺文志》中著录有《泰壹杂子云雨》和《国章观霓云雨》等书,这些书很可能附有云图。宋代郑樵(1103—1162)《通志略·艺文略》、《宋史·艺文志》、《宋史新编·艺文志》等史籍中有《日月晕珥云气图占》一卷、《天文占云气图》一卷、《云气图》一卷、《占风云气图》一卷等云图。可惜都已经失传,无法考查。明代茅元仪《武备志·载度占》中的《玉帝亲机云气占候》,里面有五十一幅云图。道藏本《雨旸气候亲机》,里面有云图三十九幅。王重民《善本书籍经眼录》所录写本《观象玩占》中也有图配合。此外还有各种版本或手写本的《白猿经》,都是图文对照的古云图集。这些古云图集,现在还在流行。
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把现代流行的上述各种古云图集互相对照,发现它们都大同小异。看来明代以来的各种古云图集都有一些共同蓝本,这些蓝本应当是明代以前的各种古云图集。有些早期古云图集,表面上失传了,但是实际上却改用别的书名、补充或删去了某些内容而在下几个朝代出现。这些蓝本,可以追溯到什么时代,是还需要进一步研究的。但上面举出的西汉帛书《天文气象杂占》和唐代的《占云气书》,和以后留传的云图还是一脉相通的。
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湿度观测和仪器

我国是最早发明测湿仪器的国家。在《史记·天官书》中曾提到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。《淮南子·天文训》中指出这个仪器的挂炭一端升降的意义说:天气干燥了,炭就轻;天气潮湿了,炭就重。(“燥故炭轻,湿故炭重。”)《淮南子·泰族训》还说:湿气到来的时候,人是看不见的;但是炭已经表显出沉重了。(“夫湿之至也,莫见其形,而炭已重矣。”)这就进一步阐明了这个测湿仪器起到能测量看不见的水汽多少的作用。

宋代有一个叫赞宁的和尚,在他的《物类相感志》一书中提到,把土炭两件东西,放在天平两边,使它们平衡,然后悬挂在房间里。天将要下雨的时候,炭就会变重,天晴了,炭会变轻。这已经是把测湿仪器作为预报天气晴雨的仪器了。

除了上面天平式的测湿仪器外,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温度表,以验空气中的燥湿。几年以后,黄履庄(1656—?)也研制成功了“验燥湿器”,利用弦线随湿度伸缩的原理测量温度。这是毛发湿度计的前身。其实,远在汉代,就已经有利用琴弦感应的湿度原理预测晴雨的事例了。例如东汉王充在《论衡·变动篇》中曾经谈到,琴弦变松,天就要下雨。(“天且雨,……琴弦缓,……”)琴弦变松,是天变潮湿、弦线伸长所造成的。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。这句话已经明确点出了湿度一方面影响弦线的长度,一方面又联系着天气的晴雨。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,这也是合乎科学道理的。

降水观测和仪器

我国古代对雨水观测十分重视。甲骨卜辞中,对雨已经有“大雨”、“猛雨”、“疾雨”、“足雨”、“多雨”、“毛毛雨”等区别,而且还注意到雨的来向。

雨下的是否及时,以及雨量的分配和多少,直接影响着农业生产。这就迫使我国古代国家对上报雨量的重视。在秦代,我国已经有报雨泽的制度。1975年二月在湖北云梦睡虎地发掘的十一号秦墓中发现了《秦律十八种》的竹简,其中《田律》里规定,凡下及时的而且有利于谷物抽穗的雨,雨后应书面分别报告有抽穗谷物和未种谷物的受雨田亩数。庄稼生长后,如下了雨,也应报告雨泽多少和受益的田亩数。如有干旱、暴风雨、水潦等灾害,也要报告受灾田亩数。这些报告,就近的县要走得快的人递送,远处的县可由驿站传送,必须在八月底前送到。在东汉,也曾经要求所辖各郡国从立春到立秋整个作物生长期间向中央报告雨泽情况。

东汉以后,历代对降水都很关心。在南宋,数学家秦九韶曾在《数书九章》卷四中列有四道有关降水的算题,就是“天池测雨”、“圆罂测雨”、“峻积验雪”、“竹器验雪”。秦九韶在序中明确说:农业生产的丰收与否,和雨雪很有关系。主管农业的官员想知道雨雪下降量,但是如果盛雨雪的容器形状不同,容器里积的雨雪量就大有不同。怎样才能客观地从容器的雨雪量计算出有代表性的雨雪量呢?出这四道题目的目的就在于解决这个难题。因此这四道题最后所问的,都是合平地的雨深或雪厚是多少。从这里可以看出,当时已经知道换算为平地的量,才是有代表性的量。

从算题中还可以看出,当时还没有标准雨量器。天池是各地为了预防火灾积蓄雨水的容器,这在当时各州郡都有。它正是我国雨量器的前身,因为它本来就是积雨水的。只是由于是用于防止火灾的,所以形状就没有一定的标准。

我国雨量器的发明大约在明清时期。在朝鲜曾经发现黄铜雨量器,并且附有标尺。雨量器花岗石台基上刻有“测雨台”和“乾隆庚寅五月”等字样,可以作证明。这是公元1770年所制的一个雨量器。据研究,这还不是世界最早的雨量器。

明代从洪武年间(公元十四世纪后半叶)开始,就很重视测雨,要求全国州县的负责官吏按月向中央上报雨水情况。这种制度在清代还保持着,因此现在在故宫里还保留明清两代大量的各地上报雨泽的奏折。

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