中国古代若干天文气象仪器

中国教育装备采购网2014-10-27 14:01围观1110次我要分享

  中国古代气象学中有很丰富的天象记录,这是通过天文气象仪器进行观测所取得的。天文气象仪器是人类感觉的延伸,亦是研究日、月、星、辰、云、雨、风、雷的重要工具和手段。天文气象仪器的研制,是天文气象学发展的基础。我国古代天文气象仪器有很多,比如圭表、晷仪、日晷、漏壶、更香、秤漏、浑象、假天等等。

  圭表和日晷

  很早以前,先民发现影子的变化有一定规律。于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化,逐渐形成圭与表,用来度量太阳照射表时所投影子长短。周朝时先民已能立表定向,实际上或可推至更早时期。

  圭表初期形式为木杆或为石柱,可以用来定方向、节气、时刻、地域等。以表影长度确定节气,是圭表在历法制定中的主要工作内容之一。

  圭表逐渐发展成日晷,又称“日规”,是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”,垂直地穿过圆盘中心,起着圭表中立竿的作用,因此,晷针又叫“表”。石制的圆盘叫做“晷面”,当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地移动。于是,移动着的晷针影子就好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。

  相风乌和铜凤凰

  我国风向器的发明很早,商朝时,人们已利用旗上的飘带来观测风向,同时已有四面风的概念。秦朝宫中的观台上有相风铜乌,汉朝承袭下来,汉初称为清台,后来改为灵台,相风铜乌一直使用。在汉、魏、晋这些朝代,相风乌不仅是宫廷用具,也流传到郡县、藩国和民间。晋代皇帝出行,有人举着相风乌走在仪仗队的前头。

  汉代的风向器也称“铜凤凰”或“铁鸾”,工艺逐渐成熟,仪器状态稳定。汉代建章宫的凤凰阙上装了两个铜凤凰,铜凤凰的下面有转枢。风来的时候,铜凤凰的头会向着风,好像要飞的样子,它类似于今日的风向标。当时尚未见有风级的区分,但是汉代的铜凤凰和相风乌实可认为是近世风速计的最早雏形。

  观测风不单要观测风向,也观测风力大小。这是因为风力大往往具有破坏性。在唐代,已经开始利用地面物体受风影响所表现的破坏程度来表示风力大小,根据《乙巳占》,当时把风力分为8级,再加上“无风”和“和风”两个级,可合为10级,比近代国际上著名的蒲福风力表早很多年。

  相风乌及各种测风仪器不仅用于我国陆地,也广泛用于江河和海上水路交通,还可能远播国外。欧洲人最早的候风鸡,是竖在教堂上的“圣彼得天鸡”,出现于公元12世纪。

  测湿仪器

  我国是最早发明测湿仪器的国家。古代典籍中早有记载。在《史记》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》中指出,这个仪器的挂炭一端升降的意义为:天气干燥了,炭就轻;天气潮湿了,炭就重。这算是我国最早的测量湿度的仪器。

  除了上面天平式的测湿仪器外,还有其他形式。汉代就有人利用琴弦感应湿度的原理预测晴雨。东汉王充在《论衡》中曾经谈到,琴弦变松,天就要下雨。琴弦变松,是天变潮湿、弦线伸长所造成的。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温度表,以验空气干湿。黄履庄也研制成功了“验燥湿器”,利用弦线随湿度伸缩的原理测量温度,这是毛发湿度计的前身。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、变宽了,那是因为琴床潮湿的缘故;出现这种现象,预示着天将阴雨。

  量雨器和降雪观测

  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”等记载。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统治阶级重视上报雨量。在秦代,我国已经有“报雨泽”制度。1975年考古发现《秦律十八种》的竹简,其中《田律》里规定,凡下得及时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。东汉政府也曾经要求所辖各郡国在从立春到立秋整个作物生长期间,向中央报告雨水情况。明代从洪武年间(公元14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。

  南宋秦九韶不但是一位伟大的数学家,而且是一位农业气象学家,首创精密测算一地雨量、雨水深、雪量、雪深方法。他在《数书九章》序文中明确说:农业生产的丰收与否,和雨量、雪量很有关系,所以其观测很重要。《数学九章》卷四中列有4道有关降水的算题,分别为“天池测雨”“圆罂测雨”“峻积验雪”“竹器验雪”,这四道题所问的,都是降水折算成平地的雨深或雪厚是多少。从这里可以看出,当时人们已经知道平地的降水量才有代表性。在宋代,每一省、每一都会城市皆有测雨器的设置,而且以尺、寸、分寸为雨量的单位,以测定雨量的多少,推算某地点的降水量和某地区的面积降水量。

  这些精巧的气象仪器,展现了我国古代科学家和劳动人民的聪明才智,反映了我国古代气象学的较高成就,其中有很多智慧和知识值得后人学习和研究。

来源:中国气象报社责任编辑:江平

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