南宋杭州风观测机构及器具、动因考

2018-04-15张立峰

创意城市学刊 2018年4期

◎ 张立峰贾燕

提要：史料中保存有一批南宋时期杭州珍贵的风观测资料，是我国现存最早、最完整、持续时间最长的风观测资料，具有较高的史料和科学价值。本文回顾了南宋时期杭州风观测史料及价值，考证了南宋气象机构的基本情况及风观测史料的来源、观测目的和意义等，为南宋杭州古都史提供了有科学意义的一页。

南宋都城临安是杭州古都史的巅峰时期，高度发达的政治经济文化为后人留下了宝贵的历史遗产。这其中，就包括一批珍贵的南宋时期杭州的风观测资料，这些资料是目前我国历史气候资料中时间最早、持续时间最长、保存最完整和系统的风观测资料。然而，令人遗憾的是，上述史料并未引起学界的广泛关注。

与此同时，学界对于宋代的气象工作，特别是南宋时期杭州地区的气象观测活动等研究还很少。郭应彪对宋代天学机构的沿革变化进行了探讨，但详于北宋，略于南宋，气象则甚少涉及［1］。林正秋先生梳理了南宋太史局对日食、月食等天象的观测与记录情况，但未涉及气象工作［2］。程民生对于宋代的气象预报曾有详细论述，但少有提及南宋时期［3］。王鹏飞曾论述过我国古代测风史，但也未提及宋代的情况［4］。

有鉴于此，笔者不揣冒昧，试从这一批南宋时期杭州的风观测资料出发，对其基本情况、准确性验证和科学价值进行分析。在此基础上，对南宋时期杭州气象工作情况进行回顾，追索和探讨上述风观测史料的来源、其观测的目的和意义等，从而填补南宋古都史中气象历史文化和科技活动这一空白。

一南宋时期杭州长时间风观测史料与价值

据《宋会要辑稿》记载，南宋都城临安（今浙江杭州）曾进行过较长时期的风观测，并保留下来大量的观测记录［5］。这批风观测资料不仅具有较高的史料价值，对于研究我国历史气候变迁也具有较高的学术价值。

（一）风观测资料的基本情况

从时间序列上看，这批风观测资料从绍兴三十二年（1162年）立秋开始，到嘉定十七年（1224年）立秋结束，共持续62年之久。在每一年内，共有9次观测活动，其具体观测时间分别是元日（正月初一）、立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬和冬至九个日期。每次观测活动，以风向观测为主并有记录。风向的记录采用八卦方位，即 “艮、震、巽、离、坤、兑、乾、坎”八个方位，依次代表“东北、东、东南、南、西南、西、西北、北”八个风向（见表1）。有不少风向记录同时采用卦位及方位来表述，如 “绍熙元年二月九日春分，风从东南方巽位上来”，“绍熙五年八月二十三日甲寅其日秋分，风从东南方巽位上来”［6］。

表1 南宋时期杭州风向观测资料记录

此外，资料中还有12条大风记录，这些记录绝大多数都是《宋史·五行志》中缺载的。这些大风记录有按照时辰记载的，如 “戌风紧大”“丑风紧大”“午风紧大”等；也有按方位记载的，如 “乾风紧大” “艮风紧大”等。在 “元日”、“四立”、“二至”和 “二分”九个日期以外的时间里出现大风也有记录，如 “（嘉定十七年）五月二十六日壬戌其日夏至风从东南方巽位上来，三十日丙寅其夜风势暴大”［7］，这年夏至日进行风向观测后，在当月的三十日丙寅夜间出现大风天气，尽管该日不属于九个重要日期，但是由于出现大风也被记录在案。

由此可见，南宋杭州当时的风观测活动可分为定期和不定期两类。一是在 “元日”、“四立”、“二至”和 “二分”九个特定日期进行的风向观测；二是当有大风出现时进行的不定期观测。从保存下来的资料看，显然前者的执行情况好于后者。

这些风观测资料的记录方式也可以分两类。一是从绍兴三十二年（1162年）至乾道九年（1173年）、从淳熙十六年（1189年）至绍熙五年（1194年），是按照风向分类再逐年记录的；二是从淳熙元年（1174年）至淳熙十五年（1188年）、从庆元元年（1195年）至嘉定十七年（1224年），是以年为顺序按时记录的。在上述62年中共保存风观测资料286条，记录的完整率达到51%。这些资料的缺失可能包括史料散佚等很多原因，满志敏认为观测制度或资料管理制度不健全可能是主要原因［8］。换言之，在南宋时期杭州已经具有了风观测制度及观测资料管理制度等。

（二）风观测资料的准确性验证

那么，上述风观测资料的可靠性如何，风向的观测是否准确呢？南宋著名爱国诗人陆游曾写过《己酉元日》诗［9］，这首诗描写的正是淳熙十六年（1189年）正月初一，也就是所谓 “元日”的情景。当时陆游受诏入朝，担任军器少监一职，恰在临安（今浙江杭州）参加元日朝贺大典。其诗云：

夜雨解残雪，朝阳开积阴。

桃符呵笔写，椒酒过花斟。

巷柳摇风早，街泥溅马深。

行宫放朝贺，共识慕尧心。

诗中 “夜雨解残雪”是说元日前夜有降水天气过程。“桃符呵笔写”言明书写春联的墨水都冻结了，气温比较低。“朝阳开积阴”则是说元日这天天气转为晴好。

杭州地处我国中纬度沿海地区，属于季风气候区，冬、夏季风向变化显著。冬季受蒙古冷高压控制，盛行偏北风；夏季受副热带高压和低气压影响，盛行偏南风；春秋季节则是两种环流形势的交替时间。据此推断，元日当天是由阴雨转为晴冷天气，一般是冬季冷高压天气系统控制杭州当地，应当吹偏北风。查找表1，元日当天杭州的风向为 “艮”，即东北风，说明当时杭州可能处于冷高压前部控制，这与陆游在诗中描写的天气状况是吻合的。由此可见，上述风观测资料是比较准确可靠的。

（三）风观测史料的科学价值

满志敏曾对这些风观测史料分析，发现在庆元二年（1196年）之前的风向多是东北风，此后南风明显增多。以庆元二年（1196年）为界，将1162～1224年的风向资料分为1162～1196年和1197～1224年两段，其长度基本相等（见表2）。然后，统计两个时段内偏北风（东北、北、西北）和偏南风（东南、南、西南）的比例。风向来源很能表明受何种性质气团的影响，如冬季多南风说明影响杭州气温的气流多从南方偏暖气团中来，通常冬季温度较高；反之，冬季多北风，则说明气温通常比较低。

表2 1162～1196年和1197～1224年杭州北风和南风比例

从表2看，在1162～1196年和1197～1224年这两个时段中，杭州的北风和南风比例有着明显差异。这在元日、立春和春分三个日期中表现得最为明显。元日的北风比例从95%锐减至17%，立春则从89%减至56%，春分从65%减至25%。从总和的北风和南风比例看，也由67%减为41%。据此可以得出以下结论：1162～1196年间杭州地区北风比例较高，气候相对寒冷；1197～1224年间杭州地区北风比例减少，气候转暖。即在12世纪和13世纪之交，杭州地区可能出现了气候由冷向暖的转换。

这一结论，与史料对气候冷暖的记载是较为一致的。南宋史料记载，1195～1220年间杭州暖冬记录次数明显增加，连续多年冬春无冰雪记录。在此之前，则多次出现冰雪、严寒、西湖冻结以及果木冻害等情况，甚至出现了钱塘江封冻的记录。上述情况在进一步证明这些风观测资料准确性的同时，也说明这些资料对于杭州历史气候环境的研究具有重要的科学价值。

二南宋气象工作机构及风观测器具与动因

如此有系统的、持续62年之久的风观测活动及观测结果的记录行为，不可能是私人所为，只能是由南宋官方主持进行的。但是，史料对南宋时期的气象工作情况记载甚少，这一方面的研究也很少。追寻这些风观测资料的来源，弄清楚其观测目的，对于研究南宋杭州的历史文化和科技活动都是有意义的。

（一）太史局——南宋气象工作的机构

自古以来，我国对天象的观察、记录和研究工作就十分重视。其中，雨雪、风云等气象现象也被列入天象观测范畴。早在东汉时期，负责天象事宜的灵台丞就有42个助手，其中有12人测晴雨，3人测风向，此后历代王朝大体沿袭之［10］。到了北宋，负责天象事宜的官方机构以 “司天监”为主，元丰改制以后称为 “太史局”，并一直沿用到南宋。《宋史》记载：“太史局掌测验天文，考定历法。凡日月、星辰、风云、气候、祥眚之事。日具所占以闻。”［11］可见，太史局的职责主要包括天文、气象现象的观测，节气、历法的推算，以及对各类天文、气象现象的占验等。

北宋末年，宋室南渡，诸事草创。建炎三年（1129年），南宋政府撤并了大批官署，主要原因是 “皆用军兴并省也”。同年 “五月辛卯，诏太史局天文官许将带学生内中止宿，以备宣问天象”［12］，可见在南宋草创之际太史局仍然予以保留。绍兴元年（1131年），秘书省复置，太史局重新隶属于秘书省［13］。其人员也得到补充，达到50人［14］。此后，太史局始终是南宋王朝负责天象事宜的官方机构，其机构人员、建制沿革见表3［15］。

表3 南宋天文机构人员建制沿革

续表

在太史局诸多人员中，“保章正”是负责天象观测、占候风气云雨的技术官员。他们 “以五云之物，辨吉凶水旱降丰荒之祲”［16］，即观测不同方位的云，来判断那一区域会出现丰荒水旱。研究表明，“保章正”的另一项职责就是观测盛行风向是否和当时季节相合，以此来判断气候是否反常［17］。据此推断，南宋时期杭州的风观测资料应该是 “保章正”进行气象观测后的记录。

（二）天象台——南宋的气象观测平台

南宋太史局遗址位于今天杭州吴山北麓的宝月山［18］，此地相对高旷，利于进行天象观测活动。太史局在此建有浑仪台，是观测天象变化的专业平台。据《玉海》记载，庆元四年（1198年）所建成的浑仪台，“高二丈一尺”，折合米制至少高达6.3米。

古代天象台又称 “清台”。《三辅黄图》记载：“汉灵台，在长安西北八里，始曰清台，本为候者观阴阳天文灾变。”南宋诗人陆游有诗云：“清台占五行，此事实殊常。”［19］对南宋 “清台”的建筑布局及形制记载最为详细的当属数学家秦九韶，他把 “清台”作为建筑工程算题，写进著作《数书九章》中。“正高一十二丈，上广五丈，袤七丈。下广一十五丈，袤一十七丈。其袤当东西，广当南北。……台下铺石脚七层，先用砖包砌台身，次用砖叠砌转道，周围五带，并阔六尺。须令南北二平道，东西三峻道相间。”［20］这是一个南北略窄东西狭长、上下两层叠加的长方形建筑，配有5条坡度不同的转道。整座 “清台”极为宏大高敞，正高近38米，下层长近54米，宽约47米，上层长约22米，宽近16米，台顶建筑面积超过350平方米。

秦九韶的《数书九章》成书于1247年，采用古代算经应用问题集的形式，所选问题大多结合当时社会发展的需要，具有较高的参考价值。秦九韶青少年时随父移居杭州，其父曾任职工部郎中和秘书少监，工部郎中掌管营建，而太史局则为秘书省下属机构，故而秦九韶能获取详尽的清台营建或设计资料，并作为算题写入其著作中。《玉海》记载的浑仪台高仅二丈一尺，且建于庆元四年（1198年），据此推断《数书九章》所载之清台可能修筑于宁宗朝中后期或理宗朝中前期，即1198～1247年间。来自浑仪台或者更为高大的清台的测风资料，其风向受其他建筑扰动的可能性较小，在相当程度上代表了杭州当时的盛行风向。

（三）相风仪——风观测的技术器具

对于南宋时期杭州的风观测仪器，目前尚不完全清楚。但是，最迟到了唐代我国就已经出现木质或铜质相风乌，鸡羽毛制作的相风羽葆，以及丝制或布帛类的占风旗等测风器具和技术方法。

唐代瞿昙悉达的《开元占经》记载：“凡候风，必于高平畅达之地，立五丈竿，以鸡羽八两为葆，属竿上，候风吹羽葆平直则占。亦可竿首作盘，作三足乌于盘上，两足连上而外立，一足系下而内转，风来则乌转，回首向之乌口衔花，花旋则占之。”［21］唐代人一般选择 “高平畅达”的地方树立起五丈高的高竿，竿顶放置羽葆或相风乌来进行候风，这是唐代风观测的器具和方法。

到了北宋，“蒋颖叔之为江淮发运也……尝于所居公署前，立一旗曰占风旗，使人日候之，置籍焉。令诸漕纲日程亦各记风之便逆”［22］。可见，担任江淮发运使负责漕运工作的蒋颖叔，是利用占风旗来对风进行观测。在著名的《清明上河图》中，虹桥两端立有木柱四根，其上有木质白鹤振翼欲飞，有学者研究认为这是宋代版的相风乌［23］。

南宋开禧二年（1206年），方信儒在《番塔》诗中云 “绝顶五更铃共语，金鸡风转片帆归”，所写就是安置在广东番禺怀圣塔上的测风金鸡。在诗序中他还说来华的外国人每年会登塔礼拜，祈祷信风及时到来，“标以金鸡，随风南北。每岁五六月，夷人率以五鼓登其绝顶，以祈信风”［24］。据考证，此塔建于北宋初，南宋初金鸡被盗去一腿，仍以独脚金鸡运行200余年，于明洪武二十年（1387年）被台风吹落。怀圣塔金鸡是我国有详细记载的测风金鸡，也是我国南方最早建立的风信观测装置。

到了清代，《清会典》曾记载清代官方风观测情况，“于观象台上建相风竿，上置相风乌，元日寅时及二至（夏至、冬至）、二分（春分，秋分）、四立（立春、立夏、立秋、立冬），各以交节之时，验风起何方，按占三日后具题”［25］，这是官方风观测工作在清代延续的写照，其观测日期与南宋相同。虽然尚未发现对于南宋杭州风观测所用器具和技术方法的直接记载，但是可以肯定，当时仍然沿袭使用相风乌、占风旗或羽葆等相风仪的可能性比较大。借助梳理唐代以来我国风观测的基本情况，也可以大略推测南宋时期杭州风观测工作的基本图景。

（四）行八政——宋人风观测的动因分析

我们看到，即使到了清代古人仍然保持在上述九个重要日期进行风观测的传统。那么，为什么要选在这九个日期进行风观测，其中有什么重要的目的和意义呢？

古人认为从立春到冬至这八个节气里，从八个方向吹来的风的占卜结果对统治很重要。《淮南子·天文训》将八风与八个节气相对应，称之为 “八节风”：如春有条风（东北风）与明庶风（东风）；夏有清明风（东南风）与景风（南风）；秋有凉风（西南风）与闾阖风（西风）；冬有不周风（西北风）与广莫风（北风）。它们分别在立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬和冬至出现［26］。

宋人认为 “八风以时，则阴阳变化道成，万物得以育生，王当顺八风、行八政”［27］，这其中体现的是八风调顺则政通人和的政治思想。例如，“冬至，广莫风至，诛有罪、断大刑；立春，条风至，赦小罪、出稽留；春分，明庶风至，正封疆、修田畴……立冬，不周风至，修宫室、完边城”。加之，元日是辞旧迎新的重要时间节点，于是就形成古人选择上述九个重要日期进行风观测的传统。由此可见，“九风观测”的政治属性需求可能远高于其自然属性。尽管如此，这也在客观上促进了宋人对风的系统观测，有助于当时的人们对气象现象的进一步认识。

总之，这批800年前杭州的风观测资料，是今天我们能够见到的观测时间最早、持续时间最长、保存最为完整的风观测记录，是南宋时期杭州地区开展系统的气象观测活动的宝贵遗产。这些风观测信息，可以帮助我们了解南宋太史局技术官员在天气观测方面的一些基本情况，也证明了我国在宋代就已经形成了基本的气象观测体系。宋人建立的气象观测体系虽然远不能和今天相比，但考虑到当时低下的社会生产力和科技水平，已经难能可贵。应用这一历史气候信息，也证实了在南宋中期我国的气候出现了一次冷暖转换过程。因此，这些风观测资料不仅具有较高的史料价值，也具有重要的科学价值。

注释

［1］郭应彪：《宋代天学机构及天学灾异观研究》，硕士学位论文，湖南科技大学，2012。

［2］林正秋：《南宋杭州天文台对日蚀、月蚀的观察》，《杭州科技》2009年第3期。

［3］程民生：《宋代的气象预报》，《河北大学学报》（哲学社会科学版）2014年第4期。

［4］王鹏飞：《王鹏飞气象史文选》，气象出版社，2001，第86～90页。

［5］（清）徐松：《宋会要辑稿》卷二百九十 “运历二之二七至三六”。

［6］（清）徐松：《宋会要辑稿》卷二百九十 “运历二之三十”。

［7］（清）徐松：《宋会要辑稿》卷二百九十 “运历二之三六”。

［8］满志敏：《中国历史时期气候变化研究》，山东教育科技出版社，2009，第235～240页。

［9］（南宋）陆游：《剑南诗稿校注》卷二十。

［10］陈久金、杨怡：《中国古代的天文与历法》，商务印书馆，1998。

［11］（元）脱脱等：《宋史》卷一百六十四 “职官志·太史局”。