关于大气科学发展简史介绍

自人类文明史开始至16世纪的五、六千年间为古代气象知识的积累时期。其源地主要有两个：一个在亚洲，以中国和印度为主；一个在地中海东部，欧亚非三洲的交汇地带，即埃及文化、巴比伦文化和希腊文化的发祥地。

中国古代气象经验知识的积累

中国有关气象知识的记载，可追溯到公元前14世纪的殷代。在安阳殷墟出土的甲骨文上已记载了求雨的卜辞和风云、雨、雪、雹、虹、雷电等天气现象。如殷代文丁六年(公元前1217年)3月中旬曾作连续10天的气象记录，是甲骨卜辞中颇罕见的（图1）。其后，诸如天气现象和气候情况、天气谚语和天气经验、各种天气现象成因的探索、有关二十四节气和七十二候的论说，以及观测仪器的设计等在中国的史料中也都有极丰富的记载。它们反映了中国的先民们在气象经验知识的积累时期的卓越贡献。

殷代的甲骨文已有虹、晕等现象的记载。《周礼·春官》（约成书于战国）也载有观测大气光象的类别“十煇”(即祲、象、俋、监、、瞢、弥、叙、、想)，其中除（日、月蚀）、瞢（阴云迷雾）、（虹）、想（海市蜃楼）外，其他六种都是晕的特殊形式。唐代，李淳风（602～670）等所编的《晋书·天文志》，又把晕象观测的分类增至十九种。孔颖达(574～648)提出了虹的形成原因：“云薄漏日，日照雨滴则虹生。”宋代，范成大(1126～1193)在《峨眉山行纪》一文中详细地描述了峨眉宝光从出现到消散整个过程的各种现象，如：小现、大圆光、摄身光、清光、金桥、辟支、佛现等。关于极光，中国留存最早的记载见于《竹书纪年》（古本，约成书于战国），它是周懿王元年（公元前 909年）在陕西华县观测到的。大气光象的专书和图谱，在秦汉时期已流行。例如1973年在湖南长沙马王堆三号汉墓出土的帛书《天文气象杂占》就载有晕、虹等图谱。

《吕氏春秋·应同》(成书于战国末)中已有关于云的描述：如“山云草莽，水云鱼鳞，旱云烟火，雨云水波”。这是中国古籍中较早的云状分类的记载。《左传》则记有在春分、秋分、夏至、冬至、立春、立夏、立秋、立冬进行云物观测的规定。此外，从秦汉到清代，民间还流行有各种云的图谱，如《白猿献三光图书》等。关于云、降水、雾和霜的形成方面：《黄帝内经·素问》（约成书于战国）中的“地气上为云，天气下为雨。雨出地气，云出天气”，简述了云是由地面水汽蒸发而成，雨是由天空云气中下降而来的道理。宋徽宗时的蔡卞，在《毛诗·名物解》中记有“水气之在天成雾。雾，云之类也”。公元6世纪初，北魏贾思勰在《齐民要术》一书中所记“天雨新晴，北风寒切，是夜必霜”，则描述了寒潮过后形成霜的经验。关于降水强度和降水量方面：在甲骨文的卜辞中已有大雨、猛雨、疾雨、足雨、多雨、毛毛雨等各种雨强以及雨的来向的记载。自秦代开始，已推行各地都要测雨泽、并向朝廷或地方政府呈报的制度。至南宋，秦九韶(1202～1261)在《数书九章》中还叙述了将不同形状的器皿所测的雨雪换算为平地水深的方法。

关于风，远在殷代，就已有四方风名：东风称“帿”（xie协），南风称“伄”（kai凯），西风称“夷”，北风称“”（han寒）。汉代则有了24方位，自正北顺时针依次为：子、癸、丑、艮、寅、甲、卯、乙、辰、巽、巳、丙、午、丁、未、坤、申、庚、酉、辛、戌、乾、亥、壬。李淳风在《乙巳占》中即以此24方位判定风向。并将风分为动叶、鸣条、摇枝、堕叶、折小枝、折大枝、折木飞砂石或伐木、拔木树及根共 8级。中国风向器发明很早，西汉已盛行一种叫“伣”的风向器(见西汉《淮南子》)。汉代至晋代（公元前 3世纪末～公元 4世纪），测风所用的铜制或木制的相风乌(图2)，比欧洲使用的测风鸡约早一千多年。关于雷电现象，东汉，王充（公元27～约97）在《论衡·雷虚》篇中记有“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”，它描述了雷电现象的季节性特性。关于测温湿仪器，最早的记载见于《淮南子》：“悬羽与炭而知燥湿之气。”它描述了将羽毛和木炭放在天平两侧测量大气湿度的方法。这比欧洲发明的类似测湿仪器约早一千多年。王充在《论衡》中也记有利用琴弦变松来判断天要下雨的方法。清代康熙年间的《灵台仪象志》(1674)中曾记述了名为“验冷热器”和“验燥湿器”的仪器，这系比利时耶稣会士南怀仁（1659年来华）所设计制成。

关于物候现象及其规律的记载甚多，如《尚书·尧典》记有四季中鸟兽交配及皮毛稀丰的物候现象。《诗经·豳风·七月》中的“五月斯螽动股，六月莎鸡振羽。七月在野，八月在宇。九月在户，十月蟋蟀入我床下”。通过蟋蟀在不同时期的物候特征，反映了从春至秋气候的变化。此篇还记有葽草开花、蝉叫、稻熟、草木掉叶等物候现象。《夏小正》载有每月的物候，是先秦较早的物候专篇。《吕氏春秋》十二纪则已将物候现象同施政结合起来。关于节气候应的记载，在西汉初的《淮南子·天文训》中列有二十四节气的全部名称。《逸周书·时训解》（此篇约成书于汉代）列有全年的七十二候，每候5天的候应。到北魏时，曾将七十二候列于《正光历》历书中。这些气候物候的规律对农业生产起着指导作用。此后还有不少以物候现象描述气候特点的记载，如《齐民要术》中的“布谷鸣，收小蒜”。沈括(1031～1095)在《梦溪笔谈》中所叙“岭峤微草，凌冬不凋，并、汾乔木，望秋先陨，诸越则桃李冬实，朔漠则桃李夏荣，此地气之不同也”，则通过物候现象的地区差异说明了各地气候的不同。关于气候和天气反常的情况，《竹书纪年》、《春秋》和历代正史的《五行志》以及地方志中都有丰富的记载，如《汉书》中记有“惠帝五年（公元前190年）十月，桃李华”。

早在西周，《诗经·小雅·谷风》已载有“习习谷风，维风及雨”，指出东风往往带来降水天气。《诗经·鄘风·蝃蝀》所述的“朝于西，崇朝其雨”，是关于早晨西方出现彩虹，到中午将降雨的天气预报经验。至于梅雨和台风天气，晋代周处(240～299)所著《风土记》和刘宋时沈怀远所著《南越志》中都有描述。关于汇编天气经验的专著有：唐代黄子发的《相雨书》，收集了唐以前的一些天气经验。元末明初娄元礼的《田家五行》，汇录了当时太湖地区的天气谚语。明代罗洪先的《广舆图》收集了当时海上的天气谚语，按观天、观云、观风、观日、观虹、观雾、观电、观海等分类载录。其中《田家五行》的影响较大。

其他国家气象经验知识的积累

从考古发掘出的巴比伦兴盛时期 (公元前3000～前300年)的粘土片上发现有许多天气谚语。这些谚语用现代语义译出，有“月有黑晕，本月阴雨”、“云变黑，有风来”等。此外，还有关于八个方位风的记载。

在古希腊，阿那克西曼德（公元前610～前546）在一篇关于自然哲学的文章中，提出风是“空气的流动”。阿那克西米尼（公元前585～前528）认为组成世界的基本元素是空气。巴门尼德约在公元前500年，根据所接受的太阳热量的多少，把气候分为无冬区、中间区和无夏区，这是迄今所见记载最早的气候分类。阿那克萨哥拉（公元前500～前428）观察并解释了夏天产生冰雹的原因，他认为，夏天被晒热的地面可以使含有水汽的云上升到能冻结的高度，形成雹，然后降到地面。他还观察到空气温度是随高度的增加而下降的。他认为这是由于被地表反射的阳光强度随高度的增加而降低的缘故。在尚无温度和辐射观测仪器的古代，能推论出温度随高度的变化的规律，是很可贵的。德谟克利特（约公元前460～前370）在研究了尼罗河的年际泛滥之后指出，地中海季风是造成河水泛滥的原因。他认为在夏至时北方的冰雪融化，其水汽形成云，受地中海季风作用向南飘到埃及，因而引起风暴。他还研究了雷和闪电，认为雷和闪电是同时发生的，只是因为看到的比听到的快，人们才觉得它们是分开的。希波克拉底(约公元前460～前377)则在《论空气、水和环境》(英译On Airs，Waters andplaces) 的著作中探讨了不同气候对人体健康的影响；并研究了某些特定风向和疾病流行的关系。欧多克索斯（约公元前400～前350）在气象学方面，被认为是论文《恶劣天气之预测》（Ceimonos Prognostica）的作者。该文详细讨论了恶劣天气的预测问题和有关天气现象发生的周期性问题。

影响最大的古希腊学者是亚里士多德(公元前384～前322)。他将以前的各种气象知识作了系统的综合，大约在公元前340年写了《气象汇论》(Meteorologica)一书。这是世界上最早的气象学专著。《气象汇论》共四卷42集，其中前三卷论述气象问题，第四卷主要是有关化学的内容。第一卷阐述气象学在自然科学中的地位及其研究对象和范围，云、雨、雹和霾的形成，高层大气的现象，以及气候变化等；第二卷谈到风的成因、分布、各种风的名称和特点，以及雷电现象等；第三卷中论及飓风、焚风以及晕和虹等大气光象。

公元前 300年，亚里士多德的学生提奥弗拉斯图斯（约公元前372～前287）写了 《天气迹兆》（英译 On Weather Signs)一书，书中收集了大量的天气谚语，如：“冬季雨多、春季干旱，冬季干旱、春季湿润”，“牛舔前蹄狗打滚，将有暴风雨来临”，“月亮清亮、本月微风，月亮暗淡、潮湿多雨”，“日出红天必有雨”等。它是欧洲留存最早的一本天气谚语专辑。约在公元 2世纪，古希腊天文学家托勒密根据新月、满月和弦月前后三天的月面清淡、红淡、暗淡等现象来预报天气。他还将气候从赤道到北极划分为二十四个气候带。阿拉伯学者海桑（约965～1039）的主要著作 《光象理论》（Optice Thesaurus），给出了曙暮光的正确定义，证明了太阳在地平线到地平线下19°之间时可见曙暮光，并利用这个结果和几何学的证明得出大气的最大高度约95公里的结论。英国的圣比德(673～735)，被称为英国气象学的奠基人，他在703年著的《自然本质》（De Natura Rerum）一书，描述了大气、风、雷、闪电、 云和雪等。 他认为风是“扰动的空气如扇子造成的空气运动”，“空气中孕育的风使云碰撞产生雷”。英国教士阿德拉德(约12世纪)则认为雷是云中的冰碰撞破碎形成的，英国学者R.培根（约1220～1292）在《大气现象》(In Meteora)一书中强调了科学实验和观测的重要性。

从人类文明开始到16世纪，人类对于大气科学的知识正逐步由少到多，由浅入深地积累起来。但为当时生产力和科学水平所限，知识还是零碎的、片面的，有许多仅是推测性的，尚未被观测事实所证明，有的甚至是错误的，因此还不能形成系统的大气科学。

大气科学在物理学基础上开始建立的时期