五 地 学

中国古代对天气现象的观测和理论

南京气象学院 王鹏飞

远在三千年前，我国殷代甲骨文中，就有关于天气实况的记录，卜辞中还反映出人们已经有预知天气状况的要求，这些都是和当时农业生产的需要相适应的。以后随着生产的发展，有关气象的知识不断积累和丰富， 取得很大成就。下面只就我国古代对风、云、湿度和降水的观测以及在天气现象理论和天气变化规律方面的成就，作一个简略的介绍。

风的观测和仪器

远在殷代，已经有四方风名：东风叫“劦”(xiá)；南风叫“■”(kǎ l)；西风叫“夷”；北风叫“■”(hán)。以后逐渐发展，到汉代已有二十四方位的称呼。唐代，李淳风《乙巳占》中有一张占风图，列出了二十四个风向名称，并且指出，这些方位是由八个天干、四个卦名、十二辰(地支)组合而成。“子”指北方，“午”指南方，“卯”指东方，“酉”指西方。还举例说明怎样判定风向说：凡风从戌(西北偏西)来的，须看吹向是否是辰(东南偏东)；风从辛(西偏北)来的，须看吹向是否是乙(东偏南)；风从乾(西北)来的，须看吹向是否是巽(东南)。这就是根据风的去向来决定来向。

我国风向器的发明很早。在西汉《淮南子》中，已经举出一种叫“伣” (xiàn)或“綄”的风向器。它很可能是由风杆上系了布帛或长条旗的最简单“示风器”演变过来的。《淮南子·齐俗训》中说：“伣”在风的作用下，没有一刻是平静的。(“伣之见风也，无须臾之间定矣。”)说明这种风向器还相当灵敏。

汉代的风向器除“伣”外还有“铜凤凰”和“相风铜乌”两种。这三种风向器，显示了当时风向器发展的三个方向。

铜凤凰主要安装在汉武帝于太初元年(公元前 104 年)所建的建章宫里。当时建章宫东的凤阙上装了两个铜凤凰，建章宫南的玉堂的璧门上装了一个铜凤凰，是装在屋顶上的。据《三辅黄图》说，铜凤凰的下面有转枢，所以风来的时候，铜凤凰的头会向着风，好像要飞的样子。此外在建章宫北的圆阙上也装了铜凤凰。铜凤凰既然“下有转枢，向风若翔”，它当然是风向器。但是这种风向器后来渐渐演变为装饰品，失去了作为风向器的作用。

相风铜乌是一种铜做的形状像乌鸦那样的风向器(“相风”就是观测风的意思)，它装在汉代观测天文气象的灵台上。这是专职观测天象单位所设置的仪器，最初造得比较笨重，《玉海》说要在千里风来的时候才动。但既然是作为仪器而设置的，自然要不断改进，所以以后就渐渐做得轻巧灵敏一些，使得受小风也能转动。例如在晋代，太史令就设有木制相风乌。以后相风木乌就渐渐普遍。在唐代李淳风《乙巳占》中，也描述了这种相

风木乌的构造。

但是从军事和交通等方面看，最好采用构造更加简单的风向器。《乙巳占》中就指出：“常住安居，宜用乌候；军旅权设，宜用羽占。”意思是说，相风乌只宜设在固定的地方，在军队中驻地经常变化，还是用鸡毛编成的风向器为好。

鸡毛编成的风向器，是由“伣”等发展而来的，所用的鸡毛重约五两到八两，编成羽片挂在高杆上，让它被风吹到平飘的状态，再进行观测， 这种羽毛风向器就称为“五两”。这种风向器，在唐代以前就有了，但是在唐代和唐代以后，变得十分普遍。以后“五两”就作为各种形式的简便风向器的通称了。

我国古代除观测水平各向的风外，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，说明对风的观测是细致的。

观测风不单要观测风向，也需要观测风力。这是因为风力大往往是风具有破坏性的重要原因。在唐代，已经采取地面物体受风影响所表现的破坏程度来表示风力大小，例如根据《乙巳占》，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”(风来清凉，温和，尘埃不起的，叫和风)两个级，可合为十级。

云的观测和古云图集

云的观测在预报天气中用处很大。这是因为预报天气的时候，重要的在于判断未来晴雨，而雨是从云中下降的。是不是会下雨？下什么样的雨？ 都和云的情况有关。

我国古代劳动人民很重视云的观测。例如在《诗经·小雅·信南山》中有“上天同云，雨雪雰雰”的话，意思是说：下雪的云，在天空中是均匀一色的。也有把“同云”写为“彤云”，意思是下雪的云，色彩微带红色。

在《管子·侈靡篇》中提到：云块比较平坦，雨不会下得很大。下雨的时候如没有供应水分的云伴存，雨下不长，很快雨就会下完。(“云平而雨不甚。无委云，雨则遬已。”)这个结论只有对云有过仔细观测，并且已经提高到一定的理性认识高度，才能得出。在《吕氏春秋·有始览·有始篇》中，已经把云按形状分为“山云”、“水云”、“旱云”、“雨云” 四种。

我国民间，很早就有许多有关云的天气谚语，作为观测云和预报天气的依据。例如唐代李肇《国史补》中，就有“暴风之候，有炮车云”的话。炮车云就是雷雨云，因为云顶呈砧状，很像炮车。唐代黄子发《相雨书》中，有“云若鱼鳞，次日风最大”的话。这是指一种由细鱼鳞状云块组成的云，就是卷积云。宋代孔平仲的《谈苑》中，有这样的天气谚语：“云向南，雨潭潭；云向北，老鹳寻河哭；云向西，雨没犁；云向东，尘埃没老翁。”把云向和晴雨联系起来，是很有意义的。

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。

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，《白猿献三光图书》中的雹云(絮状云)图。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。

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湿度表，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湿度。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。

古代天气现象理论

我国古代有关天气现象的理论是很多的，这里只能作简单的介绍。

《黄帝内经·素问》卷二中，提出了水分循环和云雨形成的理论。书中说云是地气上升所形成的，雨是天气下降所形成的。雨虽然是从天下降， 追它的根本，却来自地气上升所致；云虽然是地气上升而成，追它的根本， 却又是天气下降的雨所供应的。(“地气上为云，天气下为雨。雨出地气， 云出天气”。)东汉王充在《论衡·说日篇》中也有相似的见解：“雨从地

上不从天下，见雨从上集，则谓从天下矣，其实地上也。”

西汉董仲舒(约前 179－前 104)，在他所著《雨雹对》一文中，认为雨滴是由小云滴受风合并变重下降而成的。(“攒聚相合，其体稍重，故雨乘虚而坠。”)他说：风大使云滴合并得快，这就使下降的雨滴大而比较疏。风小使云滴合并得慢，这就使下降的雨滴细而比较密。(“风多则合速，故雨大而疏；风少则合迟，故雨细而密。”)这种从微观角度说明的雨滴形成过程，基本上和现代的暖云降雨理论是符合的。

在雪的形成方面，《春秋说题辞》中认为是水汽凝成的。(“盛阴之气， 凝滞为雪。”)西汉董仲舒，东汉许慎(约 65－约 147)、刘熙，宋代朱熹， 明代王逵等，认为是云滴或雨滴冷冻结成的。明代杨慎(1488－1559)认为是霰或米雪形成的。归纳起来，我国古代对雪的形成，有“气体形成说”、“液体形成说”和“固体形成说”三类。就现代世界上关于雪的形成理论看，依旧有这三类看法。

关于雾的形成，《尔雅》中说，地面水分向上扩散，但是无法充分扩散出去，就成为雾。(“地气发，天不应，曰雾。”)宋蔡卞在《毛诗名物解》中说，水汽在空中可形成雾，雾和云是同一类的东西。(“水气之在天成雾，雾，云之类也。”)

关于雷电现象，在我国古代也有两种理论：一种是“摩擦形成说”， 是战国时期慎到首先主张的。他说：“阳与阴夹持，则磨轧有光而为电。” 另一种是王充等所主张的“爆炸起电说”。

王充在《论衡·雷虚篇》中用“一斗水灌冶铸之火，气激■裂，若雷之音矣”来解释雷声是很有道理的。王充特别对雷电现象有季节性作了科学解释。他把雷电的季节性出现归结为太阳的热力作用发生变化，认为春季太阳热力作用渐强，所以有发生雷电的可能；夏季太阳热力作用强盛， 所以雷电也比较厉害；秋冬太阳热力作用已经衰弱，所以雷电现象也就很难出现了。(“雷者，太阳之激气也，何以明之？正月阳动，故正月始雷。五月阳盛，故五月雷迅。秋冬阳衰，故秋冬雷潜。”)

天气预报

历代劳动人民，在生产斗争中，了解到不少天气变化规律的知识，这些知识大量反映在天气谚语上。

例如《诗经·小雅·■弁》中说：下雪以前往往先会下霰。(“如彼雨雪，先集维霰。”)汉《焦氏易林》中说，蚂蚁把洞口封住，将会有大雨。(“蚁封穴户，大雨将至。”)《论衡·寒温篇》中说，早晨要是有很多的霜，必定夜间的星既多而亮。(“朝有繁霜，夕有列光。”)后魏《齐民要术》卷四《栽树第三十二》中说：天雨后刚晴，见到寒冷彻骨的北风袭来， 那天夜里必定会出现霜。(“天雨新晴，北风寒彻，是夜必霜。”)

随着劳动人民和天斗争经验的积累，天气谚语越来越丰富，而且往往需要汇集成书，便于集中参考。在唐代，民间天气经验的书籍中，最有名的是黄子发的《相雨书》。这本书收集了唐代以前的一些天气经验，有些还很有价值。例如书中说：云中出现黑色和红色，就会下冰雹。这个经验在现在各地进行人工抑雹作业的时候，仍旧用作判断雹云的依据。

由于农业的不断发展，观察天气的经验更加丰富，要求能用简短韵语

来表达这些丰富的经验，以便于记忆和应用。这种要求日渐迫切，于是到了元代，天气谚语已经绝大部分用韵语表达了。元末明初娄元礼《田家五行》就是大量集中当时流行在太湖流域的韵语和非韵语的天气经验的专集。这本天气经验集的流行影响很大，所录的天气谚语，不胫而走，在农村造成家喻户晓、世代相传的局面。

明末徐光启(1562－1633)《农政全书·占候》，进一步整理和补充了

《田家五行》的天气经验，并且大量删去了一些明显的迷信糟粕，在纯洁天气谚语上，起了一定作用。

元明两代还出现了海上天气预报的著作。当时人们曾经把水手和渔民的天气经验用五言和四言的韵语表达出来。在明代张燮《东西洋考》一书中就有这个内容。例如：“乌云接日，雨即倾滴”；“迎云对风行，风雨转时辰”；“断虹晚见，不明天变；断虹早挂，有风不怕”；等等。

还有一类预报天气的书，就是“古云图集”，一般古云图下面的说明， 大多分两部分：前一部分说明图中云的特征，后一部分说明出现这种特征的云的时候风雨或其他坏天气在什么时候将要到来，强烈程度大体怎样。

关于天气预报实践和理论解释方面，可以举北宋沈括的一个实例：有一年，天气久旱，农作物普遍缺水，人人望雨心切。不久出现了一连几天的阴天，看来必然要下雨了，可是并没有下雨。反而有一天，天气转为大晴天，太阳光很强烈。沈括那天正好去见宋神宗。宋神宗问他：“什么时候下雨？”沈括回答说：“下雨的条件具备了，明天就会下雨。”当时许多人认为连续几天阴天闷热，尚且不下雨，现在又晴又干，怎么会有下雨的可能呢？所以不相信沈括的话。但是到了第二天，果然下了雨。沈括对这次所以会下雨，提出了他的理由是：那时正是水汽充沛的季节，连日天阴，说明水汽的确已经多了，但是因为风比较大，云比较多，所以未能成雨；后来突然云散天晴，阳光可以烤热地面，使水汽有了充分发挥成雨作用的条件，因此，在第二天，水汽和地面热力作用两个条件都具备了，共同发挥了作用，必然会出现雨(见《梦溪笔谈》卷七)。这次，沈括在说明预报理由时，也采用了一些五运六气的术语，但仔细分析这一段叙述，可以看出沈括是反对当时医家用五运六气的死方法预报天气的。他在这一段文章中批判了五运六气说，强调要根据当时当地的特点来预报天气。他根据那次实际天气演变(就是“连日重阴，一日骤晴”)进行仔细分析，最后判断出要下雨，这种判断是科学的，所以这次预报也是成功的。