“气象学之父”是怎样炼成的

2015-01-04 14:40阅读：

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在最大的网络百科全书维基百科中，“气象学之父”这个荣耀的称号归属于英国人卢克·霍华德（Luke Howard，1772-1864年）。对许多现代气象工作者而言，这并不是一个特别熟悉的名字。事实上，这位业余气象学家的职业是药剂师和商人，使他在气象科技史上留名的成就，也是一项在如今看来较为基础且简单的工作：云的分类。那么，霍华德是如何成为“气象学之父”的呢？
据说霍华德对气象持续一生的爱好和痴迷源于11岁那年遇到的奇特天气现象。1783年是一个不平常的年份：意大利的墨西拿海峡在2月发生了多次地震；6月8日冰岛的拉基火山突然复活，熔岩喷发一直持续至1784年2月初，是有记录以来地球上最大的熔岩喷发；8月5日日本东京的浅见山也突然爆发。多起重大的自然灾害影响了全球气候，整个欧洲被厚厚的雾霾笼罩数月，夏季异常闷热，冬季漫长而寒冷，北半球平均温度较往常低5度以上。
在虔诚的基督教徒霍华德看来，他在这一年间所看到的因大雾而产生的日晕、变幻的云彩、绚烂的北极光、从北向南划过天空的流星 [1]

等等，都是上帝的杰作，使他无比惊叹和好奇，从此他成为了一个气象爱好者。1800年左右，霍华德时常去往英国汉普斯泰德原野，在草坪上铺一块油布，满怀虔敬地仰面观察天空 [2] 。当时，天空观测者们往往使用诸如朦胧的、羊毛状的或条纹状等词语来形容云，这些词语本身就是含糊不清的。霍华德听说了当时盛行的林奈的动植物分类法，那么能否用同样的方法来为云分类命名呢？
在霍华德的《云的分类》发表前两年，以提出生物进化论而闻名的博物学家拉马克（Lamarck，1744-1829）也花了大量精力来研究气象，并率先将云分为了12类，然而却没有引起当时学者们的关注。霍华德对拉马克的研究并不知情，和拉马克分类方法相比，霍华德的分类命名方式有三个优点：一是他使用了林奈的双名法命名，在大类中细分出小类；二是在命名时他采用了大部分有欧洲学者都能够理解的拉丁文，而拉马克用的是法文；三是他命名了云的复合形态和变种，在不同的类别之间可以有交叉。
1802年，霍华德在《英国哲学杂志》（Philosophical Magazine）上发表“云的种类”（On the modifications of clouds）一文，提出了今天被世界气象人员所熟悉的云分类法。霍华德认为有3种主要类型的云，即积云、卷云、层云，进而分成7个类别，即卷云、积云、层云、卷积云、卷层云、积层云、雨云。他还设计了一套记录云的变种的速记法，即卷云\、积云∧、层云_，综合运用这3种符号，可以表示出所有7种云的变种。霍华德的分类法被很快就不胫而走，引起各国气象学家的关注 [3] 。

“气象学之父”是怎样炼成的

图《云的分类》一书中的插图

霍华德认为，云在气象学研究中是十分重要的，由于云的形成过程是依靠类似温度、湿度和气压这样的物理属性的自然过程，所以云的形状是可以预测的，他们是判断天气的最直观指标，就如同你可以通过表情和气色来判断一个人的心情或健康状况一样。从对云的观察出发，霍华德在长达四十年的时间里（1801年-1841年）连续记录伦敦附近的天气，1818年出版了《伦敦气候》一文，成为了城市气象学领域的开拓者之一。1837年，他在伦敦北部的托特纳姆（Tottenham）所作的7课时的演讲被结集成册，出版成为了历史上第一本气象学教材——《气象学七讲》，霍华德首先看出暖湿和干冷两种不同气团之间，必有一个不连续的界限，而且干冷气团可迫使不连续面向前移动，这隐约启示当时霍华德已有了冷锋的概念。在气象这个新兴学科的贡献使1821年成为了英国皇家学会的院士，霍华德也被后人称为“气象学之父”。
虽然“气象学之父”的知识主要来源于直观观察，主要的研究方法是描述和分类，然而现代气象学的建立却是基于与这种博物学传统完全相异的数理传统：相比较对复杂现象的观察，更加强调其背后的物理机制，主要的研究方法是数学。这就是为什么霍华德在气象科技史中只有寥寥数笔，历史记载的多是他孜孜不倦的观测和准确细腻的描述，而并没有什么气象学理论。今天虔诚的气象爱好者即使重走霍华德的成长之路，也难以仅仅凭借个人兴趣和持久的毅力成为气象学家。相反，要想成为一个优秀的气象工作者，更多的数学、物理、计算机知识，要比对云及其他天气现象的持久观察重要得多。
然而，观测天气、记录天气却是普通公众了解大气科学知识的直接途径，也是众多气象爱好者乐于参与的科学活动，还是青年学生形成科学思维、科学世界观的有效方法。例如“赏云会”（Cloud Appreciation Society） [4] 是一个国际气象爱好者组织，至今已有数十万会员，在互联网上分享拍摄的云等，德国天文学家开普勒、英国化学家道尔顿等人都有保存了数十年的天气观测日记，我国气象学家竺可桢也有常年记录物候的习惯。公众对气象的观测不仅在历史上为气象学的研究提供了宝贵的素材，而且当今的防灾减灾和公共气象服务中也具有重要的意义。例如香港政府就组织社区和学校建立了“香港社区天气咨询网络”，开展“香港物候观测奖励计划”，鼓励市民用手机拍摄云的照片、记录天气数据并上传到网络平台。
有趣的是，霍华德将云分类命名的工作在艺术领域也产生了深远的影响。1822年，霍华德收到了一封来自德国诗人歌德的信，歌德称学习了一些他的气象学著作，并对他的个人经历产生了极大的兴趣 [5] ，在霍华德回信后，已经年迈的歌德专门为此写了一系列诗作来赞美为云命名的这项工作 [6] ，他认为霍华德开启了“人类的全新课程”、“抓住了转瞬即逝的不确定”；同样受到启发的还有雪莱，他创作了长诗《云》；英国写实风景画家约翰·康斯太勃尔（John Constable）在写生的时候直接使用了霍华德的分类；艺术评论家约翰·拉斯金也借用霍华德的理论评价当时的风景画作 [7] ；当代法国小说家史蒂芬‧奧德纪（Stéphane Audeguy）在其处女座《云的理论》中重构了霍华德的故事，并以此获得了2005年法兰西学院文学大奖。
事实上，自古以来，艺术家们在观察云、描述云上花的心血甚至要多于气象学家。无论是中国古代传统装饰纹样中的云雷纹、卷云纹、云气纹、朵云纹，还是西方油画中古典主义夸张神圣的云或现实主义逼真细腻的云，都将云的形态和内涵挖掘得淋漓尽致。不仅如此，云也是启发哲学思考的灵感之源，幻化无常的云也是帮助公众理解大气科学不确定性和复杂性的最直观例子。若果现代人能在生活的紧张节奏中缓步驻足，在城市灰霾散去时抬头仰望，将科学观察自然、记录自然的传统延续下去，重建对自然的亲密和敬畏，也许有助于在科学技术与艺术自然中取得和谐与平衡。

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