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古代气象科技怎样照进现实

冯杰

2021年02月08日 06:47

陈正洪
光明日报( 2021年02月04日 16版)

2月3日是立春。从这天开始,新一年的春天拉开了序幕。二十四节气是我国古人的智慧结晶,其实也是科学观测的结果——它是人们对气候、气象、星象等自然界现象长期综合观测后得出的结论。从世界范围和历史长河来看,气象不仅是科学,也是一种文化乃至文明,反映了世界各地学者在不同历史时段的多样性认识。中国古代气象科技,显然形成了一个独特的文化传统和科技知识体系。那么,我国古代气象科学是怎样的?对今天的科学研究又有哪些启示?

中国古代气象科学技术曾大幅领先世界

中国先人在生活经验中逐渐发现节气在一年中的循环变化,从夏朝到周朝逐渐建立了二十四节气概念,《淮南子》中出现了中国最早最完整的二十四节气。科学性很强的二十四节气,既是古代天文、气象、物候重要研究成就,也是气候预测重要依据,后世逐渐形成通俗的二十四节气歌、二十四节气图表等,流传非常广泛乃至影响到泛汉字文化圈。二十四节气印刻到中国经济、生产和社会生活乃至战争中,一直为后人沿用至今,两千多年来没有改变。

二十四节气知识是中国古代气象科学技术发展的一个缩影。中国作为一个有着悠久历史的文明古国,在气象科学技术史上有着灿烂辉煌的历史。总体来讲,中国传统气象学是个完整的知识体系,其作用和价值有待进一步挖掘和提升。中国古代许多经典文化著作中,零散或是集中论述了对大气现象和理论的“整体论”式理解与阐述。从出土的甲骨文就可看出,早在新石器时代,中华先民就需要掌握农时,探索日照、雨量、气温、霜期等自然规律。随后进入文字时代的中国古代气象学记录很丰富。观测天象、望云占雨,掌握季节和农时,成了重要国家事务,并衍变成一些官名。甲骨卜辞中的气象记录,是世界上最早也是最完整的气象记录,具有很高的科学价值。殷商时期已有初步的气象变化经验规律,甚至能以预卜的形式进行某些气象预报。商代的古代气象学水平已居于当时世界最前列。

此类领先世界的气象科技成果在中国古代比比皆是。气象科技史研究表明,中国古代气象有多项大幅领先世界的重要科技成果,这是对中国古代的科技自信。例如,山西襄汾陶寺古观象台是迄今发现中国最早遗存的古观象台遗址,主要功能之一就是观日出、定节气。从气象学史研究来看,陶寺古观象台比著名的英国巨石阵观象台还要早500多年。先民对风的认识较早,商朝已经利用旗上飘带观测风向,秦汉通过旗幡测风,逐渐作出专门的测风仪器——“铜凤凰”和“相风铜乌”,这比西方类似仪器候风鸡要早1000多年。公元7世纪李淳风是世界上最早认识到安装测风仪器要注意高度和环境因素的科学家,更加重要的是李淳风对风力大小景象进行记载和详细描述,给出了风力等级,这比世界通用的蒲福风力等级早1000多年。《吕氏春秋》中出现“山云、水云、旱云”等中国历史上最早的云状分类法,也是世界上最早的比较科学的云分类法。汉朝时代已能运用类似天平衡重工具,即用羽毛和木炭等测验空气的干燥或潮湿,西方类似的观测和设计比中国人晚了1000多年。

唐朝盛世,《晋书》中较好记载了日晕前后及可能降雨的相关景象,相比欧洲科学家类似现象的详细记载早1000年。唐代出现了观云预测风雨的预报专书——《相雨书》,这也是领先世界很多年的古代气象科技成果。《开元占经》记载了对大量各种气象现象的认识早于世界。唐朝有医学家根据地域对中国的气候进行了区域划分,在世界上最早提出气温水平梯度概念,从北至南大体分为寒带-温带-热带,这比西方相同气候带思想早1000年。

中国古代气象学是中华文化的重要基因之一

二十四节气是中国古典气象的核心理论之一,也逐渐成为我国古代传统文化精髓的一部分,2016年列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。有很多地方至今还保存着与此相关的民俗,如广东的祈风仪式、云南少数民族霜降节等等。

中国独特的地理环境使得中国古代气象学的地域特色比较明显;古人重视从生产实践和日常生活中积累气象知识,形成完整知识体系后,非常重视气象知识的实际运用,比如对农学的应用,对航海的应用,对军事和日常生活的应用等等。

中国古代气象学的本土化产生发展、密切服务生产生活实际等特征,让其成为构成中华文化的重要的基因之一。在中国古代传统文化中,空气中的事情与天上的事情是对应联系的,所以可以理解为“天”与“气”同源,合称天气。这与西方传入的气象还是有差别的。近年来许多考古发现将中国天文气象学的发展推到8000多年以前,这点比西方同期古代气象学相比,有过之而无不及。先民“天人合一、人地和谐”的思想对中国古代气象学的发展影响很大。中国古代气象科学与天学共同发展,在观测天象的同时观测气象。“天”“气”同源使得中国传统气象学带有中国传统文化特色。

古代中国人很重视对气象的观察,中国是世界上气象观测记录持续时间最长的国家,也是保存气象记录资料最丰富的国家。中国古代文献浩如烟海,很多涉及大气现象的观察和推测,其中不乏科学道理和很有价值的原始记录。中国古代气象思想是一座宝库,需要专门的鸿篇大著论述,有助于支撑今天的文化自信。

我国古代对于“气”的理解和今天对于大气的理解不一样。中国古代哲学家,把“气”当作一种解释宇宙根源和万事变化的概念,这逐渐成为中华文化的组成部分,比如“气贯长虹”“精气神”等。中国古代重要的思想大家对气象都有论述:管子重视天气气候对农耕文明的重要性,老子运用气象现象显示朴素的唯物辩证思想、强调并重视自然规律,孔子鼓励弟子学习天文和气象知识,孙子最早较系统的把气象条件用于军事战争等。北魏贾思勰的著作《齐民要术》中详细阐述了借助气象因素促进农事。我国古代关于天气现象形成的理论较多,如西汉董仲舒在《雨雹对》提出雨雹成因。中国古代有无数的诗词歌赋,其中大量篇章用到或是直接描述天气现象,如《全唐诗》中诗歌有七千多处描写了“雨”,这种文化传承在世界上也是罕见的。

古人的气象文化和气象智慧有更重要的现实意义

今天扎实的天气预报体系是建立在巨量的包括历史和现实数据研究基础之上的。如果没有从历史的、现实的角度进行综合研究,是不会取得任何成效的。同样道理,没有对几千年大气科学历史的正确理解,对于今天的大气科学创新也是有一定影响的。

中国古代气象科学具有悠久的历史,气象科学技术史对于今天的大气科学研究无疑是很有价值的,包括具体的方法、内容分析、文化分析等对当今气象创新都有促进作用。这对于推动气象学科的创新与气象人才培养及探索未来大气科学的进展很有意义。长时段大尺度的历史视角可以在潜移默化中改变人的思想和行为。

大气科学是研究非确定性现象的学科,人们对大气本质认识会越来越深入,预报准确性也会越来越高,但是永远不会达到100%的确定性。这是大气科学和其他自然科学、工程科学的重要区别。大气科学未来的重大创新,需要哲学思维和历史思维等人文素养。比如对如下一个历史结论的理解。

大气科学因为研究对象是地球表面全球范围内流动的气层,所以大气科学的基本理论对应着全球性的理论,如大气长波理论反映了地球大气层的一般规律。然而与物理、化学等传统自然科学有所不同,大气科学研究的对象与局地下垫面和区域人群反应息息相关。这就是说大气科学的理论体系由全球性基本理论框架和区域性大气理论组成。

这样大气科学未来重大创新可以两路并进:一方面瞄准世界气象科技前沿,逐渐在世界性难题方面领先;另一方面,在中国本土气象学方面作出世界级的创新。从上面阐述中国古代气象科技成就来看,确实在这两个方面都作出领先世界的重大科技成就。气象学家、罗斯贝气象学派的传人谢义炳先生提出中国气象学派,实际是指把世界大气科学基本原理与中国本土区域下垫面结合起来,出现带有中国特色(也是中国气派)的大气科学知识体系。新中国成立后,中国气象学进入当代阶段,我国气象学家在天气动力、数值预报、东亚季风、青藏高原气象、气象卫星等等方面取得举世瞩目的成就。这也证明两路并进的科学性和可行性。

中国古代历史上大量的气象和气候记录文献,特别是不计其数的历史气象灾害,尤其是旱涝灾害的文献记录,成为当代气象科学发展不可或缺的宝贵历史资料。比如对于下雨的观察、测量和预测以及灾害记录成为中国古代气象学的重要内容。报雨泽是中国气象科学技术史上非常独特的制度,这是我国古代记录当地晴雨状况并报告上级机构的制度。从气象史研究来看,奏报雨泽从秦汉以来就已形成惯例,其后历朝历代都比较重视,汇总各地雨泽奏疏供皇帝御览。大概到15世纪,中国测雨技术和仪器就已经比较成熟,标准化程度较高。

今天气象科学和气象事业不是象牙塔中的工作,气象预报和气候变化几乎涉及每个人的日常生活,重视高深理论的应用和与实践符合的实际价值是当代世界大气科学的基本特征。我国古代气象的实用化倾向与今天气象为民服务的宗旨不谋而合,古人的气象文化和气象智慧,在今天建设世界气象强国和促进中华民族文化繁荣的征程中必能发出夺目光彩。

(作者系中国气象局气象干部培训学院气象科技史研究室主任、教授级高工)


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2021年02月08日 02:27
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