蒋丙然《说晕》中的气象知识和史料

2018-05-14罗见今

咸阳师范学院学报 2018年2期

罗见今，王南

（内蒙古师范大学科学技术史研究院，内蒙古呼和浩特 010022）

气象现象在早期文明中即已引起普遍关注，而保留有观测记录的并不多见。晕（halo）是一种光学现象，冰晶产生的大气光效应。战国末《吕氏春秋·明理》中提出了“日……有晕珥”的论断。高诱注“晕珥，日旁之危气也。在上两旁，内向为珥，气围绕日周匝，有似军营相围守，故曰晕也”，描述了晕的形态，围绕太阳一圈（即为同心圆），由于古代军营多为圆形，所以按形态命名为“晕”；同时记载了两珥的现象。中国先人在出土简牍、古代史料中对晕就有较详细的观察和记载[1-2]，但在近代光学出现之前，对晕的成因多为联想或猜测。

在两次西学东渐中，近代西方气象学知识陆续传入中国。有研究表明，明末高一志（Alfonso Vagnone，1566—1640）和清初南怀仁（Ferdinand Verbiest，1623—1688）等介绍过近代气象学知识[3]。但这些工作基本上是零星的、局部的。

辛亥革命之后，国民政府成立中央观象台，蒋丙然（图1）被聘为首任气象科长，1915年他在《观象丛报》分三次发表《说晕》12千字，首次系统讲解近代气象学中关于“晕”的光学知识。

1蒋丙然是中国现代气象事业的奠基人

图1蒋丙然（1883—1966）

蒋丙然（1883—1966），原名幼聪，字右沧，福建闽侯人，气象学家，天文学家，中国现代气象事业奠基人，中国气象学会创建人之一。父蒋仁，光绪癸巳年（1893）举人，曾任福建大学堂教务长，提倡西学，注重实业。蒋丙然自幼聪颖，刻苦学习，入上海震旦大学物理科，受教于马相伯，1908年毕业，赴比利时双卜罗大学留学，获农业气象学博士学位。

1913年蒋丙然应北京中央观象台高鲁台长之邀任气象科长兼管航空气象，开我国现代气象观测之先河，并在北京大学和北京师范大学等校讲授气象学。1914年蒋丙然创办《气象丛报》，翌年增天文、地磁、地震、历象等栏目，扩充为《观象丛报》。《说晕》[4]3部分就发表在第1卷第1、2、5期中①本文记出处为《观象丛报》第1卷的期数-页数，例如“1-61”指第1期61页。。

1924年蒋丙然任青岛观象台台长（原青岛测候所，日本管理），注重天文仪器引进，在我国现代天文、气象、地震、地磁的研究中均有开创性贡献。后历任中国气象学会1～5届会长、6～13届副会长，中央研究院气象研究所及天文研究所特约研究员，中国海洋研究所筹备组常委等。1932年为国际天文联合会委员，并被意大利气象学会聘为名誉副会长。1928年在青岛观象台内设海洋科，进行大量海洋观测研究，为我国海洋学奠定基础。1938年任沦陷区“北京大学”农学院农艺系主任、教授。1946年赴台至去世，任台湾大学农学院教授，讲授气象学。1958年台湾气象学会和天文学会成立，蒋丙然被选为首届理事长。著作有《气象器械及其观测法》[5]、《应用气象学》[6]、《农业气象》[7]、《气候学》[8]（图2）等，另有译著《生与死》行世。

2《说晕》中晕的类型和名称

蒋丙然在《说晕》第一部分开宗明义，说：“考今之科学界所记载之晕不仅种类未详，即其性质亦未备。”晕的现象非常复杂，许多人都见过其中一部分，但要列举全部不同形态的晕，就十分困难，因观察者地理位置、气象条件、观察时间之不同，光晕会出现多种形态，例如46°晕的旁切弧，其切点依太阳高度而随时改变，须据原有记录、按照目击者的记述进行补充，对学者亦属不易。

各种晕之间差异细微，要用不同的术语准确表达，并译成现代汉语，困难重重；对晕的专题研究更是罕见，故蒋丙然的《说晕》是非常难得的专题著作。

该文列出21个条目，用法文（以下除个别印刷错误外照录）注明，并逐一解说。这21个条目是：

（1）二十二度之常晕；（2）二十二度巴厄力：parhélie ordinaire de 22°；（3）二十二度晕能切弧：arcs tangents du halo de 22°；（4）四十六度晕：halo de 46°；（5）天顶切弧：arc circumzenital；（6）地平切弧：arc circumhorizontal；（7）四十六度晕下端旁切弧：arcs tangents infralateraux de halo de 46°；（8）下端双切弧：arc bitangent inférieur；（9）上端双切弧：arc bitangent supérieur；（10）四十六度巴厄力：parhélie de 46°；（11）巴厄力克光环：cercle de parhelique；（12）恩得力及恩得力斜弧：anthélie et arc oblique de anthélie；（13）巴郎得力：paranthélie；（14）光柱及光十字：colonne lumieux et croix；（15）白玺得力及假太阳：pseudhèlie et faux soleil；（16）特别半径诸晕：halos de royon anormal；（17）二十二度晕上下端之特别切弧：arcs tangents xetraordinaire supérieur ou inférieur de halos de 22°；（18）二十二度晕上下侧切弧：arcsinfra et supra-lateraux du halosde 22°；（19）巴厄力克斜曲线：courbes parheliques obliques；（20）特别天顶切弧：arcs circum zérnitaux extraordinaire；（21）第二重光线：lueux secondaire。

另有以日、月为中心的“小椭圆形晕”“五彩巴厄力”等5种，由于仅有一次记录，仅列出名称、观察者、时间，未及详论。

图2蒋丙然著《气候学》

近代西方对晕研究较多，对晕的命名多样化。例如1895年荷兰人科恩（Kern H FA，原译格纳）在乐农（Lonen）观察地平切弧，即命名为“科恩弧”。不排除同一事物有不同名称。因此，研究晕，“必先正名欤”，要厘清《说晕》引用法文所指的气象现象究为何物。

3《说晕》晕图中的各种晕

在汉语中，“晕”“幻日”“假日”为等价的命名方式，译成英文，“晕”为 halo，“假日”为parhelion，“假日环”为white horizontal circle；“幻日”为parhelion，sun dog，mock sun，false sun，“幻日环”为 parhelic ring（circle）。说明在中、英语中，同一事物均有多种术语来定义，保留了不同民族不同时代的命名习惯。同样的现象也出现在法语中。

在《说晕》第一部分第61页中，蒋丙然绘有上下两幅“晕图”（图3）。半球大圆为地平线，图中除O为观测点、S为太阳外，各种晕的名目见表1。

表1中列出晕的15种名目，相比而言是较为常见，也是较主要的，其中有10条在《说晕》中给予详细的说明。由于原文中不少用法文音译，需要找出对应的英译，本文依据现在使用的《英汉汉英大气科学词汇》[9]，查出相应的汉译，以便增进对《说晕》的理解。

图3 蒋丙然《说晕》1-61插图

表1中有的条目尚不能确定，例如“光柱”，只是据法文之意转译成英文（the light like a column），至于它是否是大气光现象中的“日柱”（sun pillar），即在地面上观测到的太阳正上方或正下方的一种间断或连续的白色、橙色或红色的光柱，作者尚不能断定；另外像“卢维藉弧”，遍查工具书而不得其解，需要求教于大方。

本文关注类似术语的鉴别。例如在《说晕》文中，“二十二度之常晕”与“二十二度巴厄力”是两个有区别的基本概念，但法文中所使用的词语均为parhélie，翻译成中文为“22°常晕”或“22°幻日”，字面上虽有区别，但“晕”和“幻日”实际上是同一事物的两个名称，这就需要考虑在汉语术语中如何将两者区别开来。

4《说晕》描述的几类晕的形态

本文列举《说晕》对几类晕的解说，以加深对蒋丙然所译术语的理解。

（1）22°常晕（parhélie ordinaire de 22°）：22°常晕是以日、月为圆心，视角半径约为22°的一种内圈呈淡红色的白色光环。这是一种常见的气象现象，色序内紫外红，与虹相反，也称小晕或内晕。一般红色清晰，紫色不明显。22°晕是日光水平入射六棱柱冰晶经过折射和反射形成的（图4）。

图4六棱柱冰晶光路图（最小偏向角D为22°的折射）

《说晕》指出它的形态：“诸晕之中以是为最常见……大抵日晕最多之时，必天空遍布卷层云，形如细幕，而甚透明……二十二度之晕，形如圆环，以日或月为心，此环色相之分配，大类于虹，但不及其明晰耳。内缘最亮，系属红色……若光线不甚明亮，则所见者仅一白色圆环，内缘带褐色，月光所成，多属此类。至于环内之天色，则微黯焉。”（《说晕》1-60）

（2）22°巴厄力（parhélie ordinaire de 22°）：当日晕环出现时，真太阳的两侧（即位于与太阳同一高度角）常可看到环上两个耀眼的彩色或白色光斑，并有通过太阳的圆弧相连，在北方如中国内蒙古（图5）、俄罗斯所见，这两个光斑变大、非常明显，通常被称为三个太阳，“假日”或“幻日”的名称由此而来。

表1蒋丙然《说晕》1-61插图中各种晕名对照表

图5 内蒙古赤峰幻日（可见22°晕、46°晕、22°晕上切弧、环天顶弧及穿日的圆弧）

《说晕》指出：“巴厄力为两点，生于太阳之左右，而与之等高。……日月上升，环亦逐渐增高；若巴厄力与晕同现，当在太阳初升或将入时。两点照耀于环上，太阳渐高，则离于环外。惟太阳高入二十五度或三十度时，其分离之点，始瞭然也。巴厄力之色相，较之晕为明显，其层叠晕次序则相同。”（《说晕》1-62）“太阳愈高，巴厄力光彩愈减。……太阳高时，巴厄力有时成钩曲之形，其在右者，形如（ノ），在左者形如（乀）。……实测所得，太阳仅至五十度或五十一度，已不能见之矣。”（《说晕》1-63）该文对巴厄力还有长篇论述。

由此可知，在蒋丙然看来，“22°常晕”与“22°巴厄力”有区别：前者主要指围绕日月的圆环，后者特指晕环上的亮斑；这提醒人们，幻日有“晕环”和“假日”两个要点，“巴厄力”在这里理解为“假日”最恰当。

（3）天顶切弧（arc circumzenital）：今称环天顶弧（circumzenithal arc），又称“日载”，系由以天顶为中心，位于一水平面上的发光圆弧构成的大气光学现象，其位置高于太阳约46°，是低太阳高度角（一般小于32°）时的大气光象，在高纬度地带容易见到。

太阳丽空时，有光弧现于其上，色相鲜明，光彩纯净，凡分光仪所得之太阳光线，此弧无不具备。其距离太阳，等于四十六度，有时而强，弧线平横，以天顶为心点，测其原形，系一圆环；但目力所见者，仅四分之一，至多亦只有三分之一耳。（《说晕》2-63）

《说晕》称其为天顶切弧（法文亦作un arc tangent au zénith，英文an arc tangent to the zenith），即因一般看不到全圆。我们在图5中清楚看到天顶约有三分之一的彩弧，它与46°晕相切，故名“切弧”。

在《说晕》5-49有一详图（图6），描绘天顶切弧（环天顶弧）与22°晕及其外切晕、46°晕及若干切弧、下文所提到的恩得力（反日）的位置关系。在前文中提到的22°常晕中的“巴厄力”即两假日，在图3中表现为太阳S两旁标以e和e'的两点；而在图6中则绘成两小圆圈，标以L。

图6《说晕》5-49中 22˚晕、46˚晕及若干切弧

（4）恩得力（anthélie）：今称“反日”（anthelion），是太阳所在高度上，与太阳相对处出现的彩色或白色光斑。“恩得力常现于距太阳百八十度，形为圆光点，色纯白，然有时亦光彩混茫，而绕以光环。”（《说晕》5-44）《说晕》指出：常见太阳反向适与眼光线成一直线处，现一光环，盖系对日光环，而非反日；另有太阳出入地平时往往于与太阳对向现霞光，亦非反日，不得混而为一。“反日”现象的要点一是与日相对，二是与日等高。

“有时有斜弧贯恩得力，形如斜十字，即所谓‘恩得力斜弧’（arc obligue de l’authélie），此现象至为稀少，而学说尚未确定。”（图6天顶两旁标以g，h的两支斜弧）

（5）巴郎得力（paranthélie）：今称为“远幻日”（paranthelion）是与太阳高度角相同但方位角相差等于或大于90°的白色光点，其直径稍大于太阳的视直径。普通的远幻日位于太阳120°方位角处，而特殊的位于90°方位角处。《说晕》指出：“巴郎得力，有谓之寻常或一百二十度巴郎得力者，现于太阳两旁，距度各百二十度；而距恩得力则六十度，其色常为纯白。有时亦见巴郎得力方向线，与太阳方向线成一直角。其距太阳顶点之度，适为九十度。然其距太阳弧度，为定数抑为变数，尚属一大疑问，盖无精确之测量也。”（《说晕》5-44）

对于学术界尚未确认的现象，蒋丙然重复前人的记录，很谨慎地指出存在的疑问。

此外还有一批名词术语：黑弗留晕：halo de Hévèliu，科恩弧：arc de Kern等；以下三项是月晕中相应的术语：（a）巴拉色勒尼克光环：cercle parasélènigue，（b）恩得色勒尼：antisélène，（c）巴郎得色勒尼：parantisélène，都需要研究。

5 16世纪以来西方气象学者对晕的研究

《说晕》一文介绍几十位西方气象研究者的工作，按照该书提供的线索，回顾16世纪以来的几位科学家对大气研究的简况，可以粗现气象学这部分历史的轮廓。

16世纪，第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601），丹麦天文学家和占星学家。他在望远镜使用前观察天象最为详尽，成就卓著，在天文史上占有重要地位。《说晕》没有详述关于他对大气现象的研究，一般天文史著作也未见这方面的介绍，尚为缺憾。

17世纪，马略特（Edme Mariotte，1602—1684，《说晕》作“马利奥特”），法国植物学家、物理学家，以波义耳-马略特定理著称于世。他深入研究光现象，著《论颜色的本性》，提出角半径23°晕（即现在说的22°晕）产生的原因，基本上为今天学界所公认，解释日晕、月晕、虹、幻日、幻月、衍射等现象，对大气光学做出了贡献。

18世纪，奥古斯特·布拉维（Auguste Bravais，1811—1863），法国物理学家，《说晕》作“帕渭”，主要从事晶体结构几何理论方面的研究。对日晕、月晕的变化及特征，有详尽的说明。现在人们知道，晕的产生，是光线在七八千米高空六棱冰柱里折射的结果；而早期结晶体内光路图，布拉维有详细解释。

19～20世纪，奥地利物理学家朋特（Pernter J M），《说晕》译作“帕纳德”，说他“辟帕（渭）氏之说而独创新例”。作者从网上查出朋特1906年在《自然》上发表《显著的彩虹现象》[10]；对晕的研究，蒋丙然多次提及帕渭和帕纳德的成果。

《说晕》中还记有多位西方学者：“黑佛留（Heveliu）氏”（有“黑佛留晕”）、“卢维藉（Lomitz）”（有“卢维藉弧”）、“杨克（Yang）”、“加尔（Calle）”、“法国气象名家黑纳（Renou）氏”，所给姓氏尚难以确切指认学者之名，例如“杨克”可能是 James Young（1811—1883），需要进一步考证。

除此之外，《说晕》记录了以下多人的观察情况：1763年白克特尔（Beckerstedt）氏观察到上端双切弧，西瞿尔得（Shulte）看到晕之投影，波特林格（Bottlinger，原译蒲的林兹）见白玺得力（太阳之影）和假太阳，海军副提督加尔玛（Kalmar）氏观察到22°晕上下端之特别切弧，1898年吕意德（Ruijter）和1901年马纳华（Monois）见22°晕上下侧切弧。

1904年麦勒玛（Mellema）见到巴厄力克斜曲线。

《说晕》后篇在47页列出一表（表2），记载哈尔（Hall）、阿克托夫斯基（Actowski，原译“亚克讬西基”）、喜辛克（Hissink）等20余位气象学者观察“特别半径诸晕”，列有从1607—1907共300年间测得角度、观察时间、西文名、中译名，其中喜氏的记录就有4次。

各国民众和学者对晕的观察记述形成一部有趣的气象史话，也是各个文化中引人入胜的篇章，蒋丙然《说晕》提供了难得的史料，供后人研究参考。

6结语

“以光学原理解释晕、珥、虹、霓等现象的成因，自希腊天文学家亚里士多德（Aristotle）首创，后经17、18世纪牛顿、惠更斯（Huyghens）、菲涅尔（Fresnel）、哀里（Airy）和杨（Young）等物理学家的研究，其原理才逐渐清楚。”[11]

特别需要指出1637年法国哲学家、科学家、数学家笛卡尔（Rene Descartes，1596—1650）在他著名的《方法论》的一个附录《气象学》的第10章“太阳的幻影”中，提出了19个与幻日相关的问题，已有中译本《笛卡尔论气象》[12]，对于法国学者对晕的研究影响很大。

到20世纪，研究气象现象西方蔚成风气，主要是得益于光学的重大进步，例如英国著名物理学家丁铎尔（John Tyndall，1820—1893），解说了虹霓及晕的形成原理。

表2《说晕》所列300年间观察特别半径诸晕的记录

我国先民对晕的现象早有记载[13]，对于历史上的观察也很丰富。古人占卜，根据日光以分辨人妖，预测吉凶。《周礼·春官·眡祲》有“十辉”的提法，一种解释，“辉”就是“晕”：“眡祲掌十煇之灋，以观妖祥，辨吉凶，一曰祲，二曰象，三曰鑴，四曰监，五曰闇，六曰瞢，七曰弥，八曰叙，九曰隮，十曰想。”《晋书·天文志·十辉》中解释道：“《周礼》眡昆氏掌十辉之法……一曰祲，谓阴阳五色之气……如虹而短是也。二曰象，谓云气成形，象如赤鸟，夹日以飞之类是也。三曰鑴，日傍气，刺日……四曰监，谓云气临在日上也。五曰闇，谓日月浊，或曰脱光也。六曰瞢，谓瞢瞢不光明也。七曰弥，谓白虹弥天而贯日也。八曰叙，谓气若山而在日上。九曰隮，谓晕气也，或曰，虹也。十曰想，谓气五色有形想也……”

这里我们不去逐一分析这10种天象的具体意义，只是想要说明，《十辉》确切表明我国先民对天象——古时包括天文和气象现象——早有观察，关于晕的细微变化，应当包含在这“十辉”之中。应用于军事，两军对垒时，晕象逐渐改变，如何影响军情，亦有生动记述：

两军相当，顺抱击逆者胜。日抱且两珥，一虹贯抱至日，顺虹击者胜，杀将。

这里“两珥”即与晕环相切的左右两弧，并有通过太阳的圆弧相连，就是“22°常晕”。这段文字是说，当战场上出现日晕时，如果按照贯日白虹的方向出击，就会获得战斗的胜利。对天象的观察深深植根于中国传统文化，因此中国气象史不仅时代非常悠久，而且充满引人入胜的内容。

蒋丙然《说晕》提醒我们注意学习大气科学专业术语，深入理解气象名词，以便提高认知水平。其实，在这方面汉语里已经有不少积累，例如《晋书·天文志》中记有十九种晕的名称：头、戴、冠、缨、纽、负、戟、珥、抢、背、鐍、直、提、格、承、承福、履、破走、员晕[2]116，每一个名称究竟指哪一种晕，需要有专家讨论确定，然后将其与现代西文晕名建立对应，构建晕象中文术语体系，丰富气象文化，这也是气象史一项有益的研究工作。

近来对《观象丛报》研究增多[14]，主要是从天文学史[15-16]的角度，而该刊原系《气象丛报》，对气象史的研究理所当然应当成为重心之一。

蒋丙然写《说晕》的时代距今已有百余年，当时他说对晕的研究“种类未详，性质未备”。事实上，他对于晕的每种已知形态，都搜集了历史上的观察记录，指出观察的方法要点，包括测晕须知、弧度之计算以及六分仪使用法等，然后进行分类和科学的分析，详解成因，这就给后人指出了科学研究的方向和方法。时至今日，对晕的气象史研究仍然是既有学术价值，又饶有兴味的一项工作。

参考文献：

[1]王锦光，洪震寰.中国光学史[M].长沙：湖南教育出版社，1986.

[2]戴念祖，张旭敏.光学史[M].长沙：湖南教育出版社，2001.

[3]刘昭民.最早传入中国的西方气象学知识[J].中国科技史杂志，1993（2）：92-96.

[4]蒋丙然.说晕[J].观象丛报，1915，1（1）：59-66；1（2）：63-68；1（5）：43-52.

[5]蒋丙然.气象器械及其观测法[M].上海：大华书局，1945.

[6]蒋丙然.应用气象学[M].台北：台湾编译馆，1952.

[7]蒋丙然.农业气象[M].台北：中正书局，1954.

[8]蒋丙然.气候学[M].台北：中正书局，1960.

[9]周诗建，王存中，俞卫平.英汉汉英大气科学词汇[M].2版.北京：气象出版社，2012.

[10]SPENCE M.Remarkable rainbow phenomena[J].Nature，1906，74（1926）：516.

[11]万映秋.《观象丛报》与西方气象学知识的传播与普及[J].咸阳师范学院学报，2013，28（6）：69-74.