古代氣象觀測科技含量驚人

中國是世界上最早進行“觀云測天”的國家之一。早在3000多年前的殷代甲骨文中，已有表達風、云、虹、雨、雪、雨夾雪等大氣現象的文字記載。中國古代氣象觀測的科學和技術一直處在世界領先水平，對世界氣象科學的形成與技術的發展做出過歷史性的重大貢獻。

“二十四節氣”之外還有各種“神器”

“二十四節氣”是古人通過觀察太陽周年運動，認知一年中時令、物候等方面變化規律形成的知識體系和社會實踐的一種表現形式。《淮南子》中有關于二十四節氣的完整記載。

“二十四節氣”有的反映四季變化，如立春、秋分；有的反映溫度變化，如小暑、大暑；有的反映天氣現象，如雨水、白露；有的反映物候現象，如驚蟄、清明。

2016年，中國申報的“二十四節氣—中國人通過觀察太陽周年運動而形成的時間知識體系及其實踐”，被正式列入聯合國教科文組織人類非物質文化遺產代表作名錄。2022年北京冬奧會開幕式上“二十四節氣”的呈現，更是驚艷世人。

作為中國人，除了“二十四節氣”，還應該知道，我們的歷史上還有許多與天象有關的記載。諸如最早的風向標“候風之羽”、測風神器“相風銅烏”，測量雨量的工具天池盆、圓罌，以及從“琴弦測濕”到“掛炭天平”，再到“鹿筋吸濕”等各種觀測和測量風、雨、雷電、溫度、濕度等的裝置和氣象觀測科技手段。

公元前1050年前后，西周周文王在豐京（今西安市長安區西南灃河以西）附近的靈囿（中國最早的皇家園林）內修筑靈臺，用于祭祀、觀天象等。這一處遺址也被認為是最古老的天文遺址之一。靈臺就是中國最早的國家天文、氣象觀測機構的統稱，又稱為“司天臺”。

如今，在世界各地，我們都可以看到古代天文和氣象觀測的遺址。中國國家級文化遺址之一的北京古觀象臺被認為是世界上現存最古老的天文臺之一，是古代集天文、氣象于一體的最后一處觀象臺，自此之后天文和氣象才逐漸分為兩支。

最早的風向標

在殷商時期甲骨文的碎片上，可見到“風”字假借為“鳳”字。先民認為，風是讓鵬鳥展翅的來自天空的力量。到戰國時期，古人對風的認知發生了變化，《莊子·齊物論》里就有“夫大塊噫氣，其名為風”的描述。篆文里的“風”已沒有了甲骨文中鳥的形態，卻強調天宇中與云、氣相似的物質狀態，這已經無限接近現代科學對風的注解了。古人常以占卜測風決定出行、戰爭等事宜的時機，正是這些對風的流動特性的認識，促成了風向標的發明和使用。

風向標被稱為候風或相風。研究人員在殷墟卜辭中發現了“伣”字，也有人認為是“綄”字，其實就是指長桿上系以帛條或烏羽的簡單風向標。許慎的《淮南鴻烈間詁》曰：“綄，候風也，楚人謂之五兩也。”“五兩”指的就是用五兩（或八兩）重的雞羽毛制成綄掛到旗桿上，有一點點風動，綄也會動，所以后來就有了“候風之羽”的說法。北周庾季才編撰的《靈臺秘苑》一書講了“候風之羽”的原理，證明它就是一種簡易的風向標。

但古代風向標的真正主角，還是對后世氣象儀器有深遠影響的相風銅烏。這是一種改進式的相風木鳥，即把木制相風鳥胸部連接轉樞，轉樞插入一用空心木管頂著的圓盤中心。有風時，木鳥轉動就會帶動轉樞在圓盤下的空木管內轉動，便能測風向、氣候動向。英國著名科學史學家李約瑟指出，相風鳥“可能是現代四轉杯風向風速儀的先驅”。

中國現存最早的風向標，是隱于山西省大同市渾源縣圓覺寺內一座磚塔頂部的鐵質鸞鳳風向標，存世800年仍未生銹。它并不帶動轉樞，而是繞固定的塔桿回轉，風吹鸞鳳，鳳頭所指方向即可看出風向。其設計之獨創性，古今罕見。據專家考證，鸞鳳風向標是現存最早、全國唯一的古塔風向標實物，極為珍貴。

現存最早的標準制式雨量器

漢語中有不少詞語形容雨量的大小，瓢潑大雨、傾盆大雨等，都能佐證古代有過各種雨量器。《漢書·東方朔傳》中有“以瓢為海”“以蠡為海”字樣，這里的瓢是指剖開葫蘆做成的舀水、盛酒的容器；蠡是指蠡升，指容量為一升的瓢。研究者普遍認為，這些詞語中的瓢、盆皆在當時起到雨量器的作用。

雨量器起什么作用呢？“水旱，天時也”，雨水即是“天時”中最重要的內容。古人祭祀時最喜歡祈禱的就是“風調雨順”，因為雨水可澆灌農作物，雨量多少制約著農業生產發展水平，所以需要“占雨”。這時，統一制式的雨量器成為迫切需求。

世界上現存最早的標準制式雨量器，是乾隆年間頒發出去的，韓國大邱、仁川等地仍有保存，其中一個安置于一塊刻有“乾隆庚寅年五月造”的石臺上，圓筒用黃銅鑄造，外壁上刻有“錦營測雨器，高一尺五寸，徑七寸，重十一斤”。這種雨量器與現存氣象臺站使用的雨量器相仿。

中國還發現一本摘自古書看天經驗的專輯書冊《相雨書》，它被稱為中國古代第一部預測類氣象典籍，也是迄今為止人們見到的、世界氣象科學史上早期總結天氣經驗的書籍。可惜的是，這本書我們不能確定其真正的作者，只能推斷它可能是隋末唐初年間，一個叫黃子發的人編撰的。但其中記載的很多“看天經驗”，至今仍很有參考價值。其中還首次將通過“二十四節氣”預測天氣的氣象理論述諸筆端。

避雷針的雛形是“魚尾銅瓦”

大多數人都知道避雷針的發明者是本杰明·富蘭克林，但可能不知道中國古代有一種“魚尾銅瓦”，也可以防止雷電引起的“天火”。

漢武帝時期，柏梁殿因雷電引起火災。重修后，漢武帝擔心再次發生雷災，于是聽取建議，將一塊魚尾形狀的銅瓦放在屋頂上，以防止雷災。這個魚尾銅瓦就是以鴟尾為形的避雷針的雛形。在已經出土的文獻與一些漢代泥塑中可以看到，漢代建筑已普遍使用鳥形、魚形的鴟吻裝飾物，后來還在不斷變化造型。但它們的共同特點是，有幾條鐵制的尖銳物刺向天空，都可以用以避雷、防雷。

1688年，法國旅行家卡勃里歐別·戴馬甘蘭的《中國新事》中，就提到過一個細節：“中國屋脊兩頭，都有一個仰起的龍頭，龍口吐出曲折的金屬舌頭，與其相連的鐵絲導入地下，從而避免雷電擊毀建筑物。”這樣的表述與演變，讓鴟尾與現代避雷針有了連接。

在宋、元、明、清的建筑物中，更為廣泛使用的避雷神器卻是“雷公柱”。它也是中國古代應用最為廣泛的避雷裝置。它是用在廡殿頂和攢尖頂兩種建筑中的一根形體較短小的柱子，通常是用一些特殊的木材，如有較好導電性的楠木、松、柏等制成，也有金屬的。

有兩個例子堪稱中國建筑史上的奇跡：一是廣東肇慶的德慶學宮，它打破了傳統廳堂那種“八柱撐空”的木梁架結構，采用了“四柱不頂”的獨特設計，那4根不到頂的圓木柱就是“雷公柱”的一種用法；另一個是廣西容縣“四柱不地”的經略臺真武閣，它采用全木質結構，歷經400余年無數次雷電洗禮，還有5次大地震、3次臺風等，依然與初建時無差，甚至至今都沒有做任何大的修繕。最令人驚訝的就是經略臺真武閣二樓的4根懸空立柱，利用杠桿式斗拱平衡閣樓整體結構，一能抗震、抗臺風，二是完美消除“跨步電壓”的風險，也實現了避雷的功能。

（摘自《羊城晚報》2022年4月25日，曉潼薦）