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一场跨越时代的气象实验,天气预报是如何诞生的?

曾梦龙2018-12-04 19:00:56

“如同一项科学实验,本书所讲的这个故事也被划分为几个阶段:观察、争论、实验和最为重要的——让人信服。”

作者简介:

彼得·穆尔(Peter Moore), 1983 年生于英国斯塔福德郡,入英国达勒姆大学修读历史及社会学。 2010 年起在伦敦城市大学讲授创意写作课程, 2017 年任牛津大学创意写作硕士研究生导师。此外,他还著有《恶有恶报》(Damn His Blood),获得各界广泛赞誉。

译者简介:

张朋亮,西南政法大学外国语学院翻译硕士。先后在出版公司、能源企业、政府机构担任过翻译,译有《全球化与澳门》《时间大劫案》等作品。

书籍摘录:

前言  跨越时代的气象实验

天气预报无处不在。对于一名普通的英国人而言,平均一天里要接触到五六种形式的天气预报,通过电视、报刊、广播等,口口相传。每天早晨,当听到早餐时分天气预报员的声音时,你一定会立即清醒过来;到了晚上,你会在英国广播公司(BBC)第四频道的海洋预报那熟悉的音乐《驶过》中安然入眠。不论通过何种媒介,天气预报都已成为现代生活一个不可或缺的组成部分,人们总能随时得知那变化多端的天气又将向什么方向演变。天气预报员们总是穿着简洁而干练的服装,他们的眼睛炯炯有神。一旦有恶劣天气来临时,他们的话语中总是充满了关怀和同情。得体的措词、干练的西服、优雅的举止以及对气象预警的巧妙传达,这些会让观众认为他们是古典主义的典范。然而,事实并非如此。这些天气预报员们其实是 19 世纪最大胆的科学实验的产物之一。

这样说似乎会让人感到奇怪,因为人们很难去想象,在天气预报尚未出现的时代将会是怎样的情形。例如, 1703 年 11 月 24 日下午,置身于风和日丽天气之下的人们不曾想到,英国有史以来最剧烈的大风暴正在狼奔豕突般朝英国的西海岸涌来。人们对于汹涌而至的风暴毫无防备。最后,大风刮落了教堂屋顶的铅制窗框,风车飞速旋转,以致最终像巨大的转轮烟花一样燃烧起来。牛羊被刮得四散奔逃。哈尔威治港的船只被吹得横跨英国北部海域,一路漂到了瑞典。还有大量船只被吹上了古德温暗沙,预计有 2000 多艘船被海浪吞没。虽然没有最终明确的伤亡记载,但事后人们预计,在短短的几个小时里,约有 1 万人因这场风暴遇难。在丹尼尔·笛福(Daniel Defoe)看来,这次大风暴造成的危害远远超过了英国伦敦的大火灾。

笛福知道,新的风暴会随时降临。又过了 150 多年,也就是到了 19 世纪 60 年代,最早的风暴预警和天气预报才开始出现。在时间上的这种延迟恰恰反映出了问题的复杂性:在对天气现象的解读和协调反应上存在巨大难度。而要想完全实现这一雄心壮志,将是对 1800 ~ 1870 年那段时期人力和物力的严峻考验。这群人的背景各异,有航海家、画家、化学家、发明家、天文学家、水道测量专家、商人、数学家和冒险家等。他们创立了基础理论,发明了实验仪器,建立起观测网,并说服政府部门,让它们意识到有义务去采取措施保护民众。本书就是对这一段长达 70 余年奋斗历史的记录。书中探讨了他们是如何为现代气象学打下根基,并赋予我们窥见未来天气的能力。

19 世纪初,天气仍然是一个神秘的存在。英国海军将领霍雷肖·纳尔逊(Horatio Nelson)站在位于特拉法加角的“胜利号”(the Victory)后甲板上,苦于没有科学的方法来测量风速。当英勇无畏的氢气球飞行员文森佐·卢纳尔迪(Vincenzo Lunardi)乘坐他的氢气球飞上高空时,却无法解释天空为何看起来是蓝色的。作为一位著名的风景画画家,年轻的约瑟夫·马洛德·威廉·透纳(J.M.W.Turner)找不到合适的词汇来描述他所绘的云,他也解释不清云为何能够悬浮在空中。美国的开国元勋托马斯·杰斐逊总统也是一位热情的气象记录者,他的家位于弗吉尼亚州蒙蒂塞洛(Monticello)的高山上,但他不知道地球大气到底向上延伸了多远。英国诗人玛丽·雪莱(Mary Shelley)虽然对维克托·弗兰肯斯坦(Victor Frankenstein)结婚之夜的暴风雨描绘得引人入胜,但她对风暴的本质却缺乏科学的认识,也不知道它是如何运作或是从何而来的。

为了填补这一空白,人们提出了各种理论。有些人认为天气是循环往复的,在某一年的气温变化将会在其他年份中依次重复出现。有些人认为天气是受月球或行星的运行、太阳的脉冲、地球上的大地或天空中的电流等因素控制的。 1823 年,一个极端的理论家甚至写道:“在这纷繁复杂的因果迷宫之中,理性逻辑似乎再无用武之地。”对于大多数人而言,天气是一种神力,是上帝弹奏的背景音乐,用来预示某种变化或惩治罪恶。正如《旧约·诗篇》第 19 章所宣称的:“诸天述说神的荣耀,穹苍传扬他的手段。”人们在大自然面前显得如此渺小而无助,当风暴来临时,基督徒会敲响教堂的钟声,希望以此来祛散恶劣的天气。这些钟往往会受到牧师的祝福。巴黎天文台的台长弗朗索瓦·阿拉果(François Arago)曾经对一则祝福语进行了简单的记录:“凡钟声所至,愿其祛除恶灵、旋风、雷霆之灾,愿其祛除飓风和暴风之祸。”

人们能做的只有祈祷。因为天空是上帝的原野,是一个独立的所在,是神圣天国与罪恶尘世之间一道无法逾越的鸿沟。很多人都把这片空间称为“天国”,它包罗万象,容纳着云朵、彩虹、流星和恒星。这种模糊而充满敬畏的词汇恰恰是对变化无常、如水银般明净的天空的最佳称谓:它看上去近在咫尺,却又遥不可及。而天气观测者们却没有足够丰富的语言来对天空进行科学的描述。 1703 年,伍斯特郡的一位天气日志记录者曾写道:“我们的语言在描述我对天气的各种观察时显得如此贫乏和空洞,为了寻找恰当的词汇和比喻来描述我的想法,真是让人绞尽脑汁。”经过一番尝试,他如此描述天上的景象:

那些膨胀、迟滞,像涂了漆一样的云,臃肿而低垂。我可以如此描述它们:就像是飘在天上的房子或奶牛乳房一样的云;它们呈铅灰色,覆盖和占据了整个可见的天穹,像水蒸气,像高高的湿壁画屋顶,又像带有大理石矿脉的岩穴。


通过这种尝试,作者希望给自然以秩序,而这种努力恰恰预示着即将到来的这个时代。催化时期发生在 1735 年,这一年卡尔·林奈(Carl Linnaeus)发表了他的作品《自然系统》。该书为那些后来被吉尔伯特·怀特(Gilbert White)称为“观察绅士”的人提供了一种简便的方法,将各种自然事物进行分类。林奈的这一作品渐渐衍生成一种启蒙思想,人们开始对世间万物,包括植物、动物、岩石、疾病等进行研究和分类,为它们赋予条理化的拉丁名称,使其变得易于识别。

但当时天空不在人们的研究范畴之内。即使在伍斯特郡那位因气象语言的“贫乏和空洞”而苦恼的天气日志记录者之后 100 年,仍然没有一套固定的术语来描述天气的变化过程。作为大自然的一部分,天空成为人们最难划分的对象:它就像是神秘而混沌的世界里的废墟,一直延续到牛顿时期和技术革命。少数分散在各地、坚持对气温和气压进行观测和记录的研究者们,如蒙蒂塞洛的托马斯·杰斐逊、赛尔伯恩的吉尔伯特·怀特等,缺少的不仅仅是标准的科学用语,同时也缺乏一个用来分享其研究成果的端口或平台。每个人所在的地域范围都是有限的,他们只能看到各自方圆 10 ~ 20 英里以内的天空,只能对各自地区的天气特征有所了解,却对宏观的天气形势缺乏总体认识。他们对锋面、气旋、积云、温度垂直递减率、辐射流等概念一无所知。直到 1800 年,这一情况才有所改变。在科学界,“大气”(atmosphere)这个词语的使用频率越来越高。该词属于希腊语的复合词,表示的是四周的水汽。这种语言学上的转变也反映了科学界立场的一种变化。与天堂不同,大气和人的心脏、植物的花冠、砂砾岩一样,需要进行理性的分析。亨利·卡文迪许(Henry Cavendish)、约瑟夫·普里斯特利(Joseph Priestley)和卢瑟福(D. Rutherford)分别发现了空气的主要成分——氢气、氧气和氮气,这使得人们对四周漂浮的空气有了更深入的认识。诗人和哲学家们开始将空气的流动想象成天空中的河流:流淌的风、排山倒海的云、奔涌的水汽。这是一片全新的天地,就像非洲的沙漠、亚洲的群峦,等待着人们去探索,它激发了人们无穷的想象。

卢克·霍华德(Luke Howard)因其在 19 世纪初期对云的研究而举世闻名,在他的一篇颇具感召力的文章中,我们可以感受到那个时代的精神风貌:

天空也是风景的一部分:我们生活在空气的海洋里,云是其中的大陆和岛屿,变化多端、永不停息的风是海上的浪潮,这是我们整个地球必要的组成部分。在这里,万钧雷霆得以迸发、瓢泼大雨得以凝结(在夏天甚至还能形成冰雹)。在这里,由巨大石块或金属构成的陨石偶尔会从天而降,任何一个热情的博物学家,都不会对这些熟视无睹或觉得平淡无奇。


人们开始以全新的视角看待天空。 1802 年,霍华德发表了《论云的形变》,首次以科学的名称给云命名。若干年后,弗朗西斯·蒲福(Francis Beaufort)提出了量化风级的观点。 1823 年,约翰·弗雷德里克·丹尼尔(John Frederic Daniell)的《气象学随笔》问世,再次引发人们对这一学科的研究兴趣。到 19 世纪 30 年代,气象相关的文章和报告见诸各种科学杂志,各种气象学会和天气观测者网络也纷纷建立。人们开始以前所未有的方式研究大气现象。他们在家里、海上、山顶和热气球上采集大气数据。对于牛津大学基督教堂学院的大学生约翰·拉斯金(John Ruskin)来说,气象学再也不是冷门学科了,它俨然已经成为“初生的赫拉克勒斯”,“成为一切美好的化身”。

更多成就随之而来:出现了第一份天气图和最早的天气报告,人们对露水、雪花、冰雹和风暴也有了新的认识。随着知识的不断积累,人们面临着如何对这些知识进行运用的问题。气象学家们能否像牛顿发现万有引力那样,提出气象学的普遍规律——控制天气变化的规律呢?他们能否将所学到的知识付诸实际应用?约翰·拉斯金在他的《论气象学现状》一文中发出了这样的宣言:

(气象学家们)需要对全球的风暴进行追踪,指出其发生的地点,预告其衰退时间。当黑夜随着地球公转变得越来越长时,他们要对地球的各个时刻进行记录,感受海洋的脉动,探寻洋流的路径和变化,对神秘且不可见的影响的力度、方向和持续时间进行测量,对农作物的播种和收获、寒来暑往、日出日落等循环往复的时间规律进行厘清,直到我们对世上的一切都了如指掌。


但在科学研究上,必然会遇见一个矛盾,那就是:如果天气是大自然变幻莫测的一面,那么跨越海洋和陆地,对天气变化进行追踪和精确记录将成为一项极其艰难的工作。而对天气进行预测也将变得遥不可及。 1854 年,英国下议院的一位议员在会上说,过不了多久,人们将能预知伦敦 24 小时之后的天气,但所有议员听完后却哄堂大笑。

1861 年,英国第一份全国性天气预报正式发布,当时人们采用了一个新词:(天气)“预报”(forecast)。但即便在当时,这项工作也是困难重重。就在此时的两年前,查尔斯·达尔文发表了他的《物种起源》,使当时的教堂顿时陷入了生存危机中。如果说进化论是对过去的解读,那么这种气象预测则将是对未来的揭示。

或许是历史的巧合,作出这些天气预报的幕后英雄——罗伯特·菲茨罗伊,正是30年前达尔文进行著名的远洋航行时乘坐的“小猎犬号”(the Beagle)的船长。如今,达尔文的故事变得家喻户晓,他本应成为一个教区牧师,却成长为一个革命性的进化论理论家。然而,我们对菲茨罗伊却不那么熟悉。他曾是英国皇家海军中的明星,接受过良好的英国上层教育,是人道主义事业的坚定拥护者,而当他在19世纪50年代踏上天气考察工作的道路后,他的人生道路开始变得前途未卜。

菲茨罗伊的性格复杂而矛盾,充满了豪情壮志,但如今人们对他的印象仅仅停留在他曾是达尔文乘坐航船的船长之上。实际上,他做出了很多光辉事迹。他早期曾探访过火地岛,后来在英国政府任职,全心投入天气研究。在同时代的人中,菲茨罗伊是一个佼佼者。他眼界开阔、品德高尚,迫切地想通过自己的研究造福世人。他的这种立场得到社会大众的欢迎,同时也给他四处树敌,被指责为“鲁莽、狂妄和盲目自大”。

菲茨罗伊相信,他是在顺应时代的发展。到 19 世纪 50 年代,气象学家不再是受到孤立的群体。他们建立起越来越多的联系网,通过一项令人眼花缭乱的新技术——电报来分享观测数据。一个世纪前,电报还被认为是一种没有实际用途的玩意儿,而到 19 世纪 60 年代,电报从最初的光学器械逐步发展,最终实现了完全的电气化。正是这种发明使天气预报成为可能。

电报的发明、气象理论的发展,以及这些进步背后坚持不懈的人物——弗朗西斯·蒲福、约翰·康斯太勃尔(John Constable)、威廉·雷德菲尔德(William C.Redfield)、詹姆斯·埃斯皮(James P.Espy)、威廉·里德(William Reid)、詹姆斯·格莱舍(James Glaisher)、伊莱亚斯·罗密士(Elias Loomis)等,他们形成了强大的合力。他们前赴后继,致力于完成一项跨越时代的实验:证明地球大气不是混乱而不可捉摸的,相反,人们可以研究它、理解它,并且最终对它进行预测。如同一项科学实验,本书所讲的这个故事也被划分为几个阶段:观察、争论、实验和最为重要的——让人信服。

这一行动像春风一般,拂过万水千山。它从爱尔兰和英国中部刮到萨福克河谷,从纽约市刮到南美洲最南端的火地岛。不论是在霜华满地的冬日黎明,还是在沾满晨露的潮湿草甸,不论是在晚霞映天的夏日傍晚,还是在跨越大西洋的飓风刮过之后的一片狼藉当中,那些坚持探索的人越来越相信,他们有能力找到这一切背后的真理。


题图来自:maxpixel

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