气象仪器的发明

我们每天都能从电台、电视台知道当天的天气情况和以后几天的天气预报，包括温度、风向和风力、雨情和雨量，有的还会告诉我们大气中的湿度。当然，这些“情报”全都来自气象台。

可是，你知道气家台是如何知道这些“情报”的吗？当然得靠仪器：用温度计测温度，用风速计测风速，用雨量筒测量雨量，用湿度计测湿度等。关于温度计的发明故事，我们已经作了介绍。这里，我们将谈谈其他几种气象仪器的发明故事。

地球上自从有了大气层，也就有了风，风伴随着人类在地球上经历了漫长的岁月——有时候微风轻拂，有时候暖风扑面，而有时候却狂风怒吼。

从感觉上，人们很容易知道风的大小和方向，但是，这是很粗糙的。能不能有一种测量风的仪器呢？

我国东汉时代科学家张衡，不仅设计制造了浑天仪和地动仪，而且他还是世界上第一个风信器的发明者呢！

所谓“风信器”就是用来指示风向的仪器，我们可以在一些较高的建筑物尖顶上看到它们在随风摆动。

当时，张衡在发明了浑天仪和地动仪以后，又对风产生了兴趣。“测天我有了浑天仪，测地我有了地动仪，而这天与地之间的风倒是一个难题。有没有办法制造一件测风的仪器呢？”张衡开始了对风的研究。

张衡感到，测风最主要的应该是测它的方向，“我制造的这件仪器，必须满足一个条件，就是能够随风转向，这样，将它安装在高处，抬头一看不就清清楚楚吗？”

对张衡来说，制造这样一件仪器并不是难事，不久他就制成了，并把它安在 5 丈高的杆顶上。

“嗨，这是什么玩意儿？大家快来看呀！”人们纷纷前来观看这个从未见过的东西。

只见杆顶上有一只铜铸的小鸟，鸟嘴里衔着一朵花。 “诸位，这是我刚刚制造成功的一件仪器，我叫它‘相风铜鸟’，这只

铜鸟的头总是对着风吹来的方向，有了它，我们可以随时知道东西南北风啦！”张衡兴致勃勃地对大伙说着。

“你们看，这只铜鸟真的在转动了！”人们发出了啧啧赞叹声。

这只“相风铜鸟”又叫作“候风仪”，也就是我们现在说的风信器。同样的仪器在欧洲直到 12 世纪才出现，比张衡要晚 1000 多年呢！

风速怎么测呢？这可不是一件容易的事。能测风速的“风速计”直到 17

世纪才出现，它的发明者便是罗伯特·胡克。

胡克的这项发明真是绝妙！原来，它的关键是一块很轻的木板，这块木板可以自由摆动，当风吹来时，这块木板就在一个分度标尺上移动，这样就记录下了风的速度。胡克的这项发明大约在 17 世纪末期。到了 18 世纪，风速计又有了许多新的设计。例如，皮克林在胡克的基础上增加了一个抓钩， 它可以防止木板在被风吹起后摆回去，这样就能观测到某段时间内的最大风力了。法国一位博学的教士于埃在一篇文章中记载了 U 形风速计。U 形管中有一些液体，当风吹人 U 形管的一个弯肢后，风的压力使一边的液体表面下降，另一边则上升，风力便由这两边的高度之差来表示。

以后，风速计虽然有了很大的改进，但是其基本原理却是相同的。现在， 在气象台的观测场地上，10 多米高的测风仪总是“高高在上”，它既能测风向，又能测风速，日日夜夜为我们提供着最新的风向风速资料。

下雨是最常见的一种自然现象。人们如何了解下雨的程度呢？仅仅用形容词来形容，显然是不够的，还得发明一种仪器来进行测量。雨量计便应运而生了，它是一种计量雨水量的仪器。

在雨量计的历史上，我们中国是走在前列的。早在宋代，数学家秦九韶， 在他撰写的《数书九章》中，就有一道关于计算雨量计容积的题目。

到了公元 1424 年，明永乐末年，当时的政府为了掌握全国各地的旱涝灾情，同时也为了测算农业的收成，责成有关人员统一制定了一种雨量计。发到全国各地，命令各州、县将记录到的降雨量向政府报告。其实，这种雨量计十分简陋，和我们今天常见到的量筒差不多，上面标有刻度，可以清楚地知道某一段时间内某一地区下了多大的雨。因为有了统一的标准，当时的政府就可以了解全国各地的下雨情况。如今，在北京文献馆内还存有北京、江宁、苏州、杭州等地的晴雨录，这可算是世界上最早的气候记录了。

在欧洲，雨量计的发明则要晚得多。英国最早的测量降雨量的仪器是克里斯多夫·雷恩爵士于 1662 年设计的。到了 1695 年，发明风速计的胡克也设计了一种雨量计，它是一个玻璃漏斗，安装在一个木架上，漏斗的下端伸进一个较大的容器内。在漏斗上，有 2 根绳子将它牢牢地固定在木架上，以防被风吹动。所收集的雨水用秤称量就可以了。

与现代雨量计相像的仪器是 1722 年由英国人霍斯利制造的，他用一个漏斗把雨水收集在一个玻璃量筒里，这样不就省去了称量雨水的麻烦了吗？

后来，经过人们的改进，又出现了许多种类的雨量计，而且向自动记录的方向发展。其中最常用的便是虹吸管雨量计：它有一个承雨筒，里面装一个浮筒，浮筒会随着承雨筒中水面的升降而上下移动；同时，它还有一个装时钟的钟筒，当时钟走动时，钟筒就会转动起来。这样，钟筒外面的一张自记纸上就会记录下一条降雨量曲线，雨量大，线条就上升，雨量小，它就下降。

有了这种仪器，人们就可以很方便地从这些曲线上了解任何一段时间的

总雨量和其他数据了。

我们常常用“冷热干湿”4 个字来说明周围大气的情况，“冷热”指的是温度，“干湿”指的便是湿度。

“能不能制造一种像温度计一样的制造一种湿度计呢？这样，一看上面的刻度不就知道大气干湿的程度了吗？”这一想法最早是德国人兰贝特在1774 年前后提出来的，但是兰贝特对此却无能为力。

兰贝特的想法却引起了另一个叫布兰德的德国人的注意，“这倒是个好主意！湿度计，一旦发明出来，肯定会受人欢迎的。”

于是，布兰德一头钻进了干和湿的世界里，每遇到一种东西，他首先就要看一看这种东西在干和湿的情况下会有什么变化。

功夫不负有心人。布兰德终于找到了一种东西，可以用来表示干和湿的变化。说来你也许不相信，这种东西便是最最普通的绳子。

布兰德发现，同样一根绳子，弄湿了要比干燥时略微长一点点，利用这种变化不就可以制造湿度计了吗？于是，世界上最早的湿度计诞生了，它其实就是一根下系重物、上端固定的绳子，绳子背后标了一些刻度，可以表示它长度的变化。我们可以想象，这种绳子湿度计的精确度是很小的，只有在大气干湿变化十分悬殊时，它才会有一点点变化。

真正具有应用价值的湿度计是由瑞士科学家索绪尔发明的，时间是 18

世纪 70 年代。

索绪尔对地质学、气象学和植物学具有浓厚的兴趣。他长期从事着阿尔卑斯山的科学研究，是冰川研究的先驱者之一，在他的一生中，曾多次登上了阿尔卑斯山，并将他的所见所闻都记录到了《阿尔卑斯山旅行记》一书中。

在研究阿尔卑斯山及其冰川的形成过程中，自然离不开对气候的研究。除了温度之外，湿度成了一个主要问题。当时，温度计已经达到一定水平， 但是湿度计却还不如人意。

“要是有一种像温度计那样的湿度计就好了，我可以随身携带，测量阿尔卑斯山上各处的湿度了，”索绪尔在撰写《阿尔卑斯山旅行记》一书时，常常闪出这样的念头，“我来设计制造湿度计，人家不会说我是越俎代庖吧！”于是，他开始了湿度计的研制。他首先去图书馆翻阅了所有关于湿度计

的论文资料，发现有人用野燕麦芒来制造湿度计，有人用羊肠线来制造湿度计，还有人索性用一根绳子来制造湿度计——周围空气的干湿变化会使绳子的长短相应发生变化⋯⋯然而，所有这些材料制造的湿度计都不理想。

“有没有可能找到一种更合适的材料来制造湿度计呢？”索绪尔开始了新的探索。

他把自己能收集到的材料都进行了干湿度方面的测试，希望找到一种在干和湿时长度发生较明显变化的材料。

索绪尔对湿度计的研制并不顺利，他遇到了种种困难而进展缓慢，而且他还要外出去阿尔卑斯山勘探。

1775 年的某一天，索绪尔对他妻子梳下的一堆长发发生了兴趣。“哎，我怎么就没有想到用头发试一试呢？”

索绪尔小心翼翼地挑选了几根较长的头发进行了干湿研究。他发现，一根绷紧的头发在受潮时伸长，干燥时缩短，这种长度的变化可达四十分之一左右。

“这种湿度计不妨称‘毛发湿度计’吧！”

索绪尔首先设计的一种毛发湿度计，毛发的下端由螺丝夹住，上端则夹在一个圆筒上，毛发的伸缩会使圆筒旋转，从而带动一个指针转动。

索绪尔发现，这种毛发湿度计太脆弱了，外出考察携带很不安全。因此， 他又设计了第二种毛发湿度计，这种新的湿度计虽然不及第一种灵敏，但却便于携带。

在这种湿度计上有一片金属制成的扇形指针，边上有 2 条槽，一条槽放毛发，另一条槽为丝线，当毛发长度发生变化时，指针便会显示出来。

在索绪尔之后，又出现了其他类型的湿度计。例如，利用木板吸湿变宽性质制成的“木板湿度计”，类似的还有“鲸骨湿度计”，另外还有利用某些材料吸湿后重量变化进行测量的“海绵湿度计’”、“岩石湿度计”等。以后，人们又相继发明了干湿球湿度计、电阻式湿度计、红外线吸收式

湿度计等，为现代科学技术的发展做出了积极的贡献。