古人如何測濕度?

萬里賢才

空氣濕度，即空氣中水蒸氣的含量，用來表征大氣的干燥程度。在一定的溫度下，在一定體積的空氣里含有的水汽越少，空氣越干燥;水汽越多，則空氣越潮濕。在天氣預報中，更常用到相對濕度這個概念，它反映了降雨或有霧的可能性。在醫(yī)學上，空氣的濕度與呼吸之間的關系非常緊密：在一定的濕度下，氧氣比較容易通過肺泡進入血液。

人體感覺舒適的相對濕度在70%以下;在相對濕度達到45%～55%時，感覺最舒適。濕度過高，影響人調節(jié)體溫的排汗功能，人會感到悶熱。

那么，濕度又是如何測量出來的呢？

最早的測濕儀器

我國最早的測濕儀器出現于西漢時期，名為天平式濕度計，它比國外的測濕儀器早出現1600多年。這種濕度計的構造很簡單：用一根粗細均勻的木桿懸掛在立柱的中點處，兩端分別掛上吸濕能力不同的物品，它的樣子好像一架天平。

天平式濕度計

西漢淮南王劉安主持撰寫的《淮南子》一書曾對天平式濕度計有過記載，描述了當時人們用羽毛、木炭測濕，以預測降雨。

書中還指出了其中的測濕原理：因炭吸濕性強，也易變干燥，極易隨空氣濕度改變而產生質量變化，“燥，故炭輕;濕，故炭重”。這里用科學語言可以描述為，羽毛或炭的質量受溫度影響較小，基本保持不變。把羽毛或炭懸掛在天平的兩端，使之處于平衡狀態(tài)，當濕度發(fā)生變化時，炭隨濕度改變而產生質量變化，而羽毛不發(fā)生明顯變化，天平因此失去平衡。經過多次測量，由天平傾斜角度的大小可以大體知道濕度情況。

三國時期的孟康曾詳細記載過天平式濕度計的結構：把鐵和炭分別掛在天平的兩端，讓天平平衡。冬天時，空氣比較干燥，炭端上翹，鐵端低垂;夏天時，空氣比較潮濕，炭端低垂，鐵端上翹。

這兩處關于天平式濕度計的記載并非全部，歷代古書中類似的記載有不少，天平式濕度計另一端掛的東西也不盡相同，有用鐵和炭的，也有用羽毛和炭的，還有用土和炭的，總之都離不開炭。

由于這種天平式濕度計具有簡便、易制作的優(yōu)點，且靈敏度尚可，故而如今在一些農村地區(qū)仍有人使用。不過，這種濕度計也存在體積太大、精確度不高等缺陷。

到了明清時期，出現了一種鹿筋式測濕計：以2尺長的鹿腸線夾在架子頂端，下面設有指針圓盤，空氣的濕度變化會導致圓盤轉動，可以精確得出濕度。西方學者認為，這種鹿筋式濕度計就是現代濕度計的雛形。

在歐洲，到了16世紀中葉，才有人用鳥獸的腸子制成弦線來測知大氣的濕度。萬物中以鳥獸的筋皮對燥濕氣的效應最為明顯，所以人們用筋弦來制作儀器，如前面所提到的鹿筋式濕度計。

古人測濕有妙招

歸根結底，濕度計的發(fā)明源于古人對晴雨規(guī)律的觀察。民問流傳下來許多有關預知晴雨的諺語和土辦法，其中有不少都是科學經驗的結晶。

唐代有“壁上自然生水者，天將大雨”和“石上津潤出液，將雨數日”等記載。東北地區(qū)有“水缸穿裙，大雨傾盆”“食鹽化水，天將大水”之類的諺語。

古琴琴弦的長度會隨外界濕度變化而發(fā)生改變，從而引起古琴音調的明顯變化。古琴也因此成為濕度計的雛形。

明代科學家徐光啟在《農政全書》里引用了一條農諺：“檐頭插柳青，農人休望晴;檐頭插柳焦，農人好作嬌。”其中的“作嬌”是指釀酒。這句農諺翻譯為白話文是說：折下來插在檐頭的柳枝如果保持常青，說明空氣潮濕，柳葉中的水分不易蒸發(fā)，所以天氣不會放晴;若柳葉枯黃，那是因為空氣干燥，柳葉中的水分蒸發(fā)得快，天氣必將放晴，氣溫回升，正好可以釀酒。

元代以來，民間還有一種“稱水”的方法，可以用來預知晴雨。這種方法是在每天晚上盛滿一瓶水，翌日早晨稱一下，如果分量還是很重，說明水分蒸發(fā)較慢，天氣容易下雨;反之表明空氣非常干燥，不容易下雨。

人們發(fā)現，影響晴雨的最重要因素是大氣濕度，這一點在西漢時期的《淮南子》一書中有明確記載，即“濕易雨”。所以，古人很注意尋求受大氣濕度影響的現象，戰(zhàn)國古琴便是濕度計的雛形。

古琴琴弦的長度會隨外界濕度變化而發(fā)生改變，從而引起古琴音調的明顯變化。古琴也因此成為濕度計的雛形。

濕球布的正確包扎方式，右圖為剪斷后的濕球紗布。

通風干濕表

早在戰(zhàn)國時期，人們就知道“風雨之變可以音律知之”。后來的《淮南子》中也這么說。對此，東漢科學家王充在其所著的《論衡》中指出：“琴弦緩”是天雨的征兆。這是一條很正確的經驗。因為將要下雨時，空氣濕度顯著增大，拉緊的琴弦吸收了水分，就會變得長而松弛，所以其音調也就變低了。琴弦的長度隨大氣濕度的變化是很微小的，不易覺察，但因此引起的音調變化卻十分明顯。故而，通過音調的變化去預報天氣的晴雨是相當靈敏的，也是十分巧妙的，其中已孕育著懸弦式濕度計的原理。

所謂懸弦式濕度計，即根據某種“懸弦”的長度隨濕度而變化的原理制成的濕度計。如此說來，戰(zhàn)國時代的那張古琴就起到了這種濕度計的作用。

干濕球測濕法與“阿斯曼”

在遼寧省營口百年氣象陳列館中，有一支1939年日本產的通風干濕表。這種通風干濕表最早是由德國人R·阿斯曼于1887年制造的，因而統(tǒng)稱為“阿斯曼”。

“阿斯曼”適合于野外觀測時測量空氣的溫度和濕度，內裝兩支一樣的溫度表，溫度表球部處于雙層防輻射套管的中心，套管外表面有反射率良好的電鍍鉻層。套管內壁一面涂黑，以便吸收罩內層的輻射，使其不致反射至傳感器上。儀器上部是一個通風器，它以發(fā)條或微型電動機為動力，通風器扇葉旋轉時會將空氣從溫度表球部所處的套管口吸入，經叉管和主管流至扇葉，然后排出儀器。

顯球布的正確包扎方式，右圖為剪斷后的濕球紗布。

通風干濕表

其實，“阿斯曼”與百葉箱里的干濕球溫度表的測濕原理是一樣的。我們了解了干濕球溫度表的測濕原理，也就明白了“阿斯曼”的測濕原理。

如果有機會去氣象觀測場，往往能看到氣象百葉箱。百葉箱里垂直掛著兩支構造完全相同的溫度表：東邊的一支球部暴露在空氣中，用來測定氣溫，叫“干球溫度表”;西邊的一支，球部纏上用蒸餾水潤濕的紗布，被稱為“濕球溫度表”。這兩支溫度表合起來可以測定空氣相對濕度。

其工作原理是：濕球紗布中的水分不斷向周圍空氣中蒸發(fā)并帶走熱量，使該溫度表附近的溫度下降;且水分蒸發(fā)速率與周圍空氣的含水量有關——空氣相對濕度越低，水分蒸發(fā)越快，導致濕球溫度越低。可見，空氣濕度與干濕球溫差之間存在某種函數關系。干濕球溫度表就是利用這一關系，來測定空氣的相對濕度。

測定空氣濕度的準確度與濕球溫度示度是否準確有很大關系。要使?jié)袂驕囟仁径葴蚀_，濕球表面就要有良好的蒸發(fā)和熱量的交換。通常選用吸水性良好的紗布包住濕球溫度計，并注意保持紗布的清潔，而且要用純凈的蒸餾水潤濕紗布。

在氣象部門，濕球溫度表的球部統(tǒng)一使用配發(fā)的紗布按照規(guī)定的方式包扎。紗布一般每周更換一次，遇有風沙天氣紗布易臟時可以隨時更換。

天氣轉冷后，有的濕球紗布會結冰。這時候，要把水杯從百葉箱中拿回室內，以防凍裂。同時，將濕球上的紗布在球部以下兩三厘米處剪斷，直到天氣變暖、濕球不再結冰時再恢復紗布原本的長度。

濕球結冰期間，不能用水杯供水，每次觀測前必須潤濕濕球紗布，這一步驟叫“融冰”。融冰的目的是使?jié)袂蛏系募啿寄苡凶銐虻乃只虮拢３譂袂虮砻嬲舭l(fā)狀況良好，以獲得正確的濕球示度。需要注意的是，當氣溫（干球溫度表的示度）在-10℃以下時，要停止觀測濕球溫度，改用毛發(fā)濕度表或毛發(fā)濕度計測定濕度。

百葉箱里的干濕球溫度表測出的溫濕度固然準確，可如果我們想要到野外農田或者在大棚里觀測氣象要素，百葉箱是帶不走的。在這種情況下，“阿斯曼”可就大顯身手了。相對百葉箱，“阿斯曼”小巧玲瓏，攜帶方便，直到今天，人們依然在使用。