氣象科學(xué)的發(fā)展與時間觀變革的初步探索

葉夢姝

（中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081）

氣象科學(xué)的發(fā)展與時間觀變革的初步探索

葉夢姝

（中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081）

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展往往受到特定社會環(huán)境與觀念的影響。從科學(xué)社會學(xué)的角度來看，氣象科技史的發(fā)展和時間觀念變革關(guān)系密切。通過分析古代社會的循環(huán)時間觀、工業(yè)社會的線性時間觀中，人類對天氣、氣候現(xiàn)象不同的認(rèn)識規(guī)律，將歷史不同時期的時間觀念與大氣科學(xué)發(fā)展特點(diǎn)、氣象業(yè)務(wù)開展情況對應(yīng)起來；以19世紀(jì)天氣圖的繪制、氣候內(nèi)涵的演變、現(xiàn)代社會對天氣預(yù)報的強(qiáng)烈需求、人類對待天氣和氣候的態(tài)度這四個事件為例，闡述氣象科技內(nèi)史及其背后所隱含的時間觀；分析了20世紀(jì)之后大氣科學(xué)研究中對時間性的強(qiáng)調(diào)，以及對時間性問題的處理方式。

科學(xué)史，科學(xué)哲學(xué)，氣象，時間觀

1 引言

科學(xué)知識社會學(xué)的基本問題是科學(xué)是如何發(fā)展起來的。毋庸置疑，人類對科學(xué)知識的探索和對技術(shù)的應(yīng)用在本質(zhì)上都是社會行為，受到生產(chǎn)力發(fā)展水平及社會文化觀念等的影響。關(guān)于在這其中哪些因素起決定性作用，又在多大程度上影響了科學(xué)發(fā)展的速度和方向，科學(xué)社會學(xué)者的觀念有所差異[1]。以美國社會學(xué)家索羅金（Pitirim A. Sorokin）為代表的文化學(xué)派認(rèn)為“觀念”等文化因素是包括科學(xué)發(fā)展在內(nèi)的社會變遷的基本源泉和結(jié)果[2]，與之相對，以馬克思為代表的持唯物史觀者認(rèn)為“生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系”是制約整個社會生活和精神生活的“現(xiàn)實基礎(chǔ)”。

對于大氣科學(xué)來說，影響其發(fā)展的物質(zhì)因素主要有觀測技術(shù)、信息與計算技術(shù)、觀測站網(wǎng)的建立等，影響其發(fā)展的文化因素主要有時間、空間的概念，人與自然的關(guān)系，知識的用途等。簡而言之，前者決定了大氣科學(xué)能不能發(fā)展起來，后者決定了要不要發(fā)展大氣科學(xué)，而溝通兩者的重要因素就是多元化、層次復(fù)雜的社會需求。本文擬就不同歷史時期人類對天氣氣候現(xiàn)象的認(rèn)識規(guī)律與時間觀念變革的對應(yīng)關(guān)系做初步探討。

時間是最重要的哲學(xué)概念之一，對于大氣科學(xué)來說，對時間的認(rèn)識是所有研究無法回避的前提。首先，接連發(fā)生的天氣現(xiàn)象表現(xiàn)出明顯的時滯相關(guān)，無法和其發(fā)生的時間割裂開來認(rèn)知，雨過天晴等相繼出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象是人類對時間流逝最直觀的認(rèn)識途徑；第二，逐日、逐年、年代際和長期的天氣氣候現(xiàn)象差異巨大，決定不同時間尺度天氣氣候現(xiàn)象的物理規(guī)律也不盡相同，人們所能夠認(rèn)知的時間尺度影響著其所

關(guān)注的天氣氣候現(xiàn)象，認(rèn)為時間的歷史只有幾百年的人自然不會對千年以上的氣候變化產(chǎn)生認(rèn)知；第三，天氣變化、氣候變遷和人類活動共存于一個時空，人類可以遷徙，或設(shè)計、建造空間，但是卻不能擺脫或控制時間；第四，從人類文明發(fā)源之始，未知的天氣變化就是人類必須面對的挑戰(zhàn)和威脅之一，也是關(guān)于未來的眾多不確定性中最常見的一個，因此對于處于任何發(fā)展階段的社會，天氣預(yù)報都有巨大的社會價值。

從以上四點(diǎn)可以看出，時間觀從很多方面影響著人類如何定義、研究、使用和傳播氣象相關(guān)知識和信息。以下三個部分將分別從古代社會、近代社會和現(xiàn)代工業(yè)社會人類的時間觀念出發(fā)，探討不同時間觀主導(dǎo)下的大氣科學(xué)發(fā)展特點(diǎn)和方向，以及大氣科學(xué)的研究成果對社會時間觀的反向影響，嘗試對科學(xué)發(fā)展與社會觀念、技術(shù)水平等之間的復(fù)雜互動關(guān)系進(jìn)行初步描述。

2 循環(huán)時間觀與古代氣象研究

以四大文明古國為代表的古代人類文明中，最早得到清晰闡述的是時間循環(huán)往復(fù)的特征，其時間觀念以循環(huán)觀為主。循環(huán)時間觀強(qiáng)調(diào)時間的周期性、穩(wěn)恒性和無限性。古希臘人是循環(huán)觀的最典型代表，他們認(rèn)為，時間是一個周而復(fù)始、循環(huán)往復(fù)的圓圈，過去的事情以后還會繼續(xù)發(fā)生，過去、今天和未來在時間上沒有本質(zhì)區(qū)別；古埃及人在天狼星的運(yùn)動和尼羅河的漲落中，發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定循環(huán)的周期年，并最早進(jìn)行了季節(jié)的劃分；古代印度將時間的循環(huán)由自然世界擴(kuò)展到了人類社會，他們認(rèn)為社會生活也是反復(fù)進(jìn)行的，當(dāng)下、歷史和未來沒有什么分別，因此也不需要記錄已經(jīng)發(fā)生的事情[3]；古代中國文明很少深入探究時間的本質(zhì)，其時間觀念中既包含線性時間觀，也有循環(huán)時間觀的影子，中國古代認(rèn)為變化是萬事萬物的本質(zhì)屬性，中國人尋求的是內(nèi)心的永恒。

可以說，古代人類對天氣現(xiàn)象的記錄、傳播和研究都十分有限，這一方面受限于古代文明的生產(chǎn)力水平，一方面也受到了循環(huán)時間觀的影響。

首先，持循環(huán)觀者相信并珍視永恒，而對瞬息萬變的天氣現(xiàn)象相對關(guān)注度不高。和永恒相比，天氣變化可能被看作是較為低級的現(xiàn)象，例如荷馬史詩《奧德賽》中曾這樣贊美奧林波斯：“奧林波斯，人們說那是諸神之家，永遠(yuǎn)安全和牢固；沒狂風(fēng)襲擊，無暴雨淋澆，雪不飄落在附近，烏云全無”。此外，和自然的歷史相比，人類的歷史都很短暫，人的一生更是須臾，在萬千氣象能被研究透徹之前，人類個體甚至整個種族可能已經(jīng)消亡和毀滅了。

第二，持循環(huán)觀者傾向于認(rèn)為自然界的變化是自給自足的，且不會受到人類活動的影響，因此缺乏氣候變化這一概念。例如亞里士多德在《氣象學(xué)》精確描述了地球上的水循環(huán)，他認(rèn)為降雨和海水蒸發(fā)構(gòu)成了一種平衡，海陸的交替會在淤積和海水侵蝕中不斷進(jìn)行，這種觀念和現(xiàn)代人對于河流干涸、湖水枯竭以及氣候變化的恐懼形成鮮明對比。

第三，古代循環(huán)觀傾向于定性認(rèn)識時間，限制了對天氣現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展過程的詳細(xì)觀察和定量描述。古代文明中的時間測量多是以天文現(xiàn)象為載體，人們尚沒有把時間和表征其存在的天文現(xiàn)象分離開來，因此沒有把天氣現(xiàn)象和獨(dú)立的時間軸相結(jié)合。例如，亞里士多德認(rèn)為時間是質(zhì)的范疇，只意味著從A到B的一種變化，而變化過程和變化量并不在亞氏的關(guān)注范圍內(nèi)。因此，《氣象學(xué)》研究主要是基于一些淺顯的觀察，通過邏輯推理，對天氣現(xiàn)象的形式因和目的因做出定性的描述，雖然邏輯上能夠自洽，實際上卻謬之千里[4]。

第四，循環(huán)觀主導(dǎo)下人們對片段記錄可能擁有的巨大價值的認(rèn)識往往不夠充分。例如，古希臘人認(rèn)為準(zhǔn)確的歷史學(xué)是不可能的，因為在變化著的世界之中，事物不斷地出現(xiàn)和消滅，很難被清楚認(rèn)知[5]，因此無論是歷法、紀(jì)年還是重大歷史事件，希臘人都記錄甚少，更不用說氣候、物候的變化了。雖然在古代中國，官方和民間都有詳盡的氣候和物候記錄，但除了一些表征統(tǒng)計規(guī)律的天氣諺語外，很少有從天氣的記錄中總結(jié)出的天氣變化的因果規(guī)律。

晝夜更替、四季循環(huán)塑造了人類的循環(huán)時間觀，同時，日月變化的周期性和天氣變化的非周期性，是古代人類面對天氣現(xiàn)象時的最大困惑。天文氣象學(xué)傳統(tǒng)試圖將天氣現(xiàn)象和規(guī)律的天文現(xiàn)象直接關(guān)聯(lián)，即是循環(huán)時間觀下人類試圖理解天氣現(xiàn)象的一種努力。

3 線性時間觀與近代氣象科學(xué)的建立

顧名思義，線性時間觀與循環(huán)時間觀相對，線性時間觀強(qiáng)調(diào)時間流逝的單向性，往往還伴隨著測度時間的均勻和有限性。西方文明在繼承了古代印度—希臘文明的循環(huán)時間觀的傳統(tǒng)之后，又受到了猶太—基督的線性時間觀的強(qiáng)烈影響。文藝復(fù)興和啟蒙運(yùn)動之后，科學(xué)知識和人類社會“與時俱進(jìn)”的發(fā)展觀念深入人心，精確的時間測度被工業(yè)社會的需求推向了極致。19世紀(jì)以來，線性觀逐漸壓倒了循環(huán)觀，成為了表征現(xiàn)代文化的時間觀念[6]。

科學(xué)革命早期的科學(xué)研究中就可以看到線性時間觀的影響。伽利略的運(yùn)動定律把時間看成實數(shù)一樣的連續(xù)統(tǒng)（Continuum），即產(chǎn)生了“時間軸”的概念，把物體的運(yùn)動過程放到時間軸上去研究，繼而定義了勻速運(yùn)動、加速運(yùn)動等；化石研究和地理深時（Deep Time）的發(fā)現(xiàn)，把人們對時間尺度的認(rèn)識從幾千年、幾萬年擴(kuò)展到了數(shù)十億年[7]，進(jìn)化論把生物進(jìn)化史放到了數(shù)十億年的時間坐標(biāo)中，并規(guī)定了嚴(yán)格的時間方向：人由猿進(jìn)化而來，不可能再循環(huán)回去。雖然有很多著名的科學(xué)家如牛頓、維柯、尼采等都是堅定的循環(huán)論者，但至少在19世紀(jì)初，線性時間觀作為一種新的社會思想已經(jīng)得到了廣泛傳播。

線性時間觀為天氣現(xiàn)象的觀察和理解提供了一個全新的視角。首先，有了可以精確度量的時間軸后，天氣現(xiàn)象也可以看成一種運(yùn)動形式，同一時刻的天氣可以繪制成天氣圖，不同時刻的天氣演變則可以在時間軸上進(jìn)行深入研究，天氣的變化過程有了實在的意義；第二，隨著人類對不同時間尺度的認(rèn)識，氣候概念的內(nèi)涵也隨之豐富，氣候?qū)W的研究面貌為之一新；第三，精確度量的時間和準(zhǔn)確安排的社會生活，帶來了對天氣預(yù)報的強(qiáng)烈需求，極大地促進(jìn)了大氣科學(xué)的發(fā)展；第四，線性觀粉碎了循環(huán)觀者穩(wěn)固永恒的世界觀念，帶來了不確定的未來。自此人類只能依靠過去來定義“正?！?，對未來則交替出現(xiàn)樂觀主義和悲觀主義情緒，或堅信未來能夠控制天氣、制造天氣，或擔(dān)憂某一天會被極端氣候事件所毀滅。

3.1 四維時空與天氣圖

工業(yè)革命之前，人們通過模糊和單一的方式確定自身的存在：對定居的民族而言，地點(diǎn)的確定使時間的流逝成為標(biāo)注存在的唯一方式；對于猶太人以及其他游牧民族而言，沒有穩(wěn)定的住所，四處漂泊，他們的生活不是通過空間得以開展的，而是通過《圣經(jīng)》、《古蘭經(jīng)》等傳世千年的著作在歷史的綿延中展開的。在這樣松散的生產(chǎn)生活方式中，時間或空間是天氣變化的單獨(dú)變量，天氣系統(tǒng)展開所需要的宏大時空坐標(biāo)系在古代人腦海中并不存在，人類無法在動態(tài)的四維時空中全面認(rèn)識天氣現(xiàn)象及天氣系統(tǒng)。

19世紀(jì)中葉天氣圖的問世大大延伸了人類認(rèn)識世界、觀察天氣的視野，刷新了人類對大氣科學(xué)的認(rèn)知。一般認(rèn)為，電報的發(fā)明是促使天氣圖產(chǎn)生的重要因素，但值得注意的是，電報并不是制作天氣圖的必要條件，制作天氣圖的必要條件是統(tǒng)一的時間度量、準(zhǔn)確的地圖和規(guī)范量化的氣象要素記錄。歐洲大部分地區(qū)在16世紀(jì)宗教改革之后使用了統(tǒng)一的新歷，亞洲則在幾千年里一直使用農(nóng)歷規(guī)范的紀(jì)年，13世紀(jì)24等分晝夜的機(jī)械鐘已經(jīng)在歐洲被制造出來，并逐漸由阿拉伯傳至東方；16世紀(jì)關(guān)于世界上大部分地區(qū)的地圖對于制作天氣圖來講已經(jīng)足夠精確；而溫度、濕度、氣壓等基本氣象要素在18世紀(jì)之前也已經(jīng)有儀器進(jìn)行規(guī)范測量。然而最早的天氣圖卻是1854年法國天文臺長勒弗里埃為研究英法聯(lián)軍在克里米亞戰(zhàn)爭中的失利而繪制的，比它可能產(chǎn)生的年份至少推遲了百年之久。

究其原因，一個可能合理的解釋是，天氣圖誕生的決定性因素是社會需求而非科學(xué)技術(shù)。19世紀(jì)航海貿(mào)易和軍事行動對天氣預(yù)報的強(qiáng)烈需求，極大地推動了對天氣現(xiàn)象的觀測和研究，歐洲建立了最早的觀測站網(wǎng)。勒弗里埃使用書信收集的各地天氣信息，天氣信息無法趕在天氣系統(tǒng)發(fā)展之前匯集到一起。19世紀(jì)中葉，人類駕馭了以光速傳播的電磁波，電報可在幾秒之間聯(lián)通歐洲和美洲。電報的發(fā)明徹底解決了這個問題，電報立刻被用在了天氣信息的傳播中，制作天氣地圖是電報發(fā)明之后首要和最重要的應(yīng)用之一。此時繪制天氣圖的目的非常明確，了解天氣系統(tǒng)的發(fā)展情況，用來預(yù)報未來的天氣。

天氣圖相當(dāng)于表征空間大氣運(yùn)動的氣象要素的變化在時間軸上的截面，電報的發(fā)明幫助人類用更少的時間換取了更多的空間，連續(xù)時間段的天氣圖擴(kuò)展了人類認(rèn)識大氣運(yùn)動的時間尺度和空間尺度，是現(xiàn)代天氣學(xué)誕生的必要條件。

3.2 氣候概念內(nèi)涵的演變

現(xiàn)代氣候描述的是一段時間內(nèi)氣象要素和天氣現(xiàn)象的平均或統(tǒng)計狀態(tài)，其中一段時間可以是月、季、年、百年、萬年以至數(shù)億年以上，可以說，明確的時間尺度是所有氣候研究的前提。隨著人類對自然認(rèn)識的不斷深化和時間觀念的不斷豐富，氣候本身的概念和氣候?qū)W的研究對象也在一直變化。首先，氣候研究由關(guān)注不同地區(qū)同一時間段的氣候，轉(zhuǎn)而關(guān)注同一地區(qū)不同時期的氣候，氣候的時間性不斷凸顯，氣候變化的概念逐漸得到認(rèn)同；第二，從最早關(guān)注的日循環(huán)的逐時氣候變化和年循環(huán)的逐日氣候變化，逐漸向更短的時間尺度和更長的時間尺度擴(kuò)展，氣候研究的時間尺度不斷豐富；第三，氣候研究對自然和社會的各類型歷史信息的極為重視，氣候?qū)W的實證主義研究比動力學(xué)研究更容易受到廣泛關(guān)注；第四，人們對氣候影響因子的關(guān)注由周期性的外強(qiáng)迫逐漸擴(kuò)大到非周期性的外強(qiáng)迫，循環(huán)時間觀的影子更加弱化。

英語中“氣候（Climate）”一詞源自希臘語中的

Klima，意為傾斜，意指太陽光線傾斜的角度。古希臘人已經(jīng)知道氣候的冷暖與太陽的入射傾角有關(guān)，極地入射傾角小則冷，赤道上入射傾角大則暖?？梢钥闯?，以古希臘人為代表的早期氣候者在循環(huán)時間觀的背景下，假設(shè)一地的氣候是平穩(wěn)不變的，關(guān)注的是不同地區(qū)的氣候差異，包括氣候分類和氣候帶劃分等。而現(xiàn)代氣候?qū)W體現(xiàn)出強(qiáng)烈的線性觀，強(qiáng)調(diào)的是某個特定地區(qū)氣候的變化，并在此基礎(chǔ)上提出了氣候變化和氣候異常等概念，年平均氣溫的波動曲線不僅是氣候?qū)W家的研究對象，也成為了社會關(guān)注熱點(diǎn)。

對人類來說，相對較容易察覺到的是氣溫等要素的日變化和年變化的速率。隨著地質(zhì)學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展，人們有能力研究更長時間段的氣候變化，并形成了更為全面系統(tǒng)的認(rèn)識。例如氣候?qū)W家發(fā)現(xiàn)，氣溫變化的速率是形成大氣變量異常波動和異常天氣現(xiàn)象的根本原因；在日、年、年際、年代際、世紀(jì)幾個時間尺度的周期性循環(huán)中，時間尺度越小，氣溫等氣象要素的平均變化速率越大[8]，時間尺度越長，氣候變化的影響越顯著；越大的變化速率，非線性效應(yīng)也越大，在微觀世界溫度測量的代表性將完全失效，量子尺度的氣溫波動規(guī)律還有待進(jìn)一步的科學(xué)研究。

線性觀影響下的氣候變化研究，導(dǎo)致人類必須求助于歷史資料，來為“正?！焙汀捌骄睔夂驙顟B(tài)下定義。和“天氣預(yù)報”相反，很多氣候?qū)W研究者致力于“天氣回報（Weather Retro-Cast）”，從冰芯、黏土沉積物、花粉、樹木年輪等各類型的地球檔案，以及物候資料、文學(xué)作品、私人日記等各類型社會檔案中，盡可能地恢復(fù)古代氣候[9]。雖然這些信息存在了數(shù)百年，但在機(jī)械論哲學(xué)主導(dǎo)自然科學(xué)研究的18、19世紀(jì)，歷史“是知識的最低形式”，是數(shù)學(xué)推理和邏輯分析的婢女[10]，而現(xiàn)今，這些信息受到了前所未有的重視。

在氣候動力學(xué)方面，最初氣候?qū)W者關(guān)注了氣候的周期性循環(huán)變化，并把它們歸因于周期性外強(qiáng)迫，規(guī)則性變化是太陽輻射多時間尺度變化以及地球軌道參數(shù)變化的結(jié)果。當(dāng)氣候?qū)W者以“氣候變化”的視角思考問題時，必然需要求助準(zhǔn)周期性或非周期性的外強(qiáng)迫，例如海氣相互作用，以及人類活動等。各種周期性、準(zhǔn)周期性、非周期性的外強(qiáng)迫疊加到一起，影響氣候的動力機(jī)制變得更加復(fù)雜，單一的、循環(huán)的時間軸已經(jīng)不能滿足研究需要。

3.3 精確時間與天氣預(yù)報

在工業(yè)社會之前，所有人類社會的勞動和休息時間都基本沒有規(guī)律，也沒有明確的劃分，沒有人會為某項活動安排確切的時間和地點(diǎn)。工業(yè)社會后，單向流動和精確計量的時間被植入日常生活，工作時間和休閑時間被明顯地區(qū)分開來，一切都有了固定時間和特殊的場所，人們在活動的時間安排上更有計劃性。在16世紀(jì)就被制造出來的較為準(zhǔn)確的機(jī)械鐘表到了20世紀(jì)初終于普及到了社會公眾，它暴露了現(xiàn)代社會追求效率的本質(zhì)和對單調(diào)線性增長的依賴。

公共時間的精確度量催生了大眾對于天氣預(yù)報的強(qiáng)烈需求。機(jī)械化、每日重復(fù)的生產(chǎn)方式和生活方式，迫使天氣——現(xiàn)代生活無法逃避的唯一的外界自然因素——也需要按照技術(shù)時代的觀念被認(rèn)知。為了一切工作的開展都能“準(zhǔn)時”，保證工作效率，天氣這個不可控因素的影響需要減小到最低，人們對天氣信息的需求越發(fā)強(qiáng)烈和細(xì)致。鐘表創(chuàng)造了一個客觀的、數(shù)學(xué)的、純粹量的世界概念，全世界都被放在了一個共同的、單向流逝的時間軸上，“過去”和“未來”被“當(dāng)下”清晰的分割開來，當(dāng)下的意義在于奔向未來，過去只代表曾經(jīng)存在，人們需要實時更新的天氣預(yù)報，預(yù)報的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于實況，而當(dāng)未來成為歷史，預(yù)報變成了記錄，就完全不重要了。在普通百姓看來，昨日的天氣或歷史天氣資料幾乎完全沒有價值。

3.4 關(guān)于天氣與氣候的樂觀與恐慌

循環(huán)時間觀代表著永恒和安全，而線性觀意味著未來的不確定性。在這里，“一切堅固的事物都煙消云散了”，“自然界不是‘存在著’，而是‘生成著’并‘消逝著’”[11]，在公眾對大氣科學(xué)的理解中，樂觀主義和悲觀主義的情緒往往交替出現(xiàn)。

20世紀(jì)初盛行的未來主義是對單向線性時間觀的樂觀回應(yīng)，它使天氣信息很快在大眾媒體上站穩(wěn)腳跟，成為現(xiàn)代科技服務(wù)日常生活的典范。未來成為了先驗的，可以給人無窮無盡的承諾，雖然大氣科學(xué)在天氣預(yù)報上的應(yīng)用屬于“猜測的科學(xué)（Guessing Science）”①加州理工大學(xué)Guggenheim Aeronautical實驗室的Theodore von Karman命名。[12]，但是沒有人懷疑這種基于科學(xué)的猜測準(zhǔn)確率會與日俱增。一向嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹都~約時報》以《用電子計算機(jī)預(yù)報乃至控制天氣的新計劃》為題報道了1946年1月9日計算機(jī)之父馮?諾依曼對美國國家氣象局具有重大意義的訪問②原文：Startling but Noteworthy Proposal to Use Von Neumann’s Planned Electronic Digital Computer to Forecast and Ultimately to Control the Weather, New York Times, 1946.。氣象部門和科學(xué)共同

體當(dāng)時也曾向大眾傳遞過這種樂觀、野心勃勃的科學(xué)主義信念：“氣象工作者正在傾注全力向天氣進(jìn)行斗爭，要了解它、研究它、掌握它直至利用它，使它按照人類的意圖馴服地為我們服務(wù)，人工造雨、人工消霧、人工消雹終究要先后實現(xiàn)的”[12]。

然而，人們對資本主義發(fā)展過程中“美好的速度”的夸贊并沒有持續(xù)很久，資本主義經(jīng)濟(jì)危機(jī)后未來主義破滅引發(fā)的擔(dān)憂也同樣反映到了對天氣信息的態(tài)度上。在19世紀(jì)，人們還覺得地球是年輕的；到了20世紀(jì)中期，人們就覺得地球已經(jīng)要?dú)缌?。對天氣信息報道的時間從過去逐漸轉(zhuǎn)向未來，時間段也越來越精細(xì)：過去的信息的所有價值就是用來界定什么是“正?！保源_保明日依舊安全。美國天氣頻道2006年推出了“明天可能發(fā)生（It Could Happen Tomorrow）”系列節(jié)目，關(guān)于未來大災(zāi)難的幻想呼吁觀眾在“后911時代”為可能的災(zāi)難做好準(zhǔn)備，學(xué)會面對生活中越來越多的風(fēng)險。

4 科學(xué)中的時間性與20世紀(jì)后的大氣科學(xué)

按照對時間的處理方式，可以把科學(xué)理論劃分成強(qiáng)時間性科學(xué)和弱時間性科學(xué)。在以牛頓力學(xué)為代表的古典自然科學(xué)，在機(jī)械決定論的指導(dǎo)下尋求對力學(xué)現(xiàn)象的解釋，其動力學(xué)方程中時間參數(shù)都是在平方項中出現(xiàn)的，描述或可逆或平衡的過程和狀態(tài)，其自然概念中并不包括“時間性”這個維度[13-14]。愛因斯坦的相對論雖然取消了絕對時空的假設(shè)，但并沒有引入對時間性的強(qiáng)調(diào)，相對論強(qiáng)調(diào)的是時間的廣延概念，把時間和空間對等，宇宙是在引力和斥力的作用下呈現(xiàn)出一個恒定狀態(tài)的，他也認(rèn)為“時間性”對于物理并沒有本質(zhì)的意義①愛因斯坦悼念青年時代好友貝索時說：“對于我們有信仰的物理家來說，過去、現(xiàn)在和未來之間的分別只不過有一種幻覺的意義而已，盡管這幻覺很頑強(qiáng)?！盵15]。它們都屬于古典自然哲學(xué)的范疇，在其指導(dǎo)下的科學(xué)理論屬于弱時間性的科學(xué)。

與其相對應(yīng)的是強(qiáng)時間性的科學(xué)。對時間性的強(qiáng)調(diào)是20世紀(jì)以來自然哲學(xué)和科學(xué)哲學(xué)最重要的主題之一[15]，時間性的引入不僅是實驗觀測所要求的解決方案，更是觀念轉(zhuǎn)變的結(jié)果。將時間的不可逆性作為一個基本事實，是一種哲學(xué)信念的表達(dá)，具有強(qiáng)烈的方法論特征[16]。熱力學(xué)第二定律是客觀世界的強(qiáng)時間性向古典自然科學(xué)體系發(fā)出的第一次沖擊。雖然熱力學(xué)第二定律本身并不涉及時間變量，但它描述了一個不可逆的、有明確方向的過程，其他內(nèi)部蘊(yùn)含著一個時間之矢[17]。洛倫茲的混沌理論描述了計算數(shù)學(xué)中初值誤差隨時間的增長情況，揭示了非決定論的普遍性[18]。普里戈金的耗散結(jié)構(gòu)理論將時間性較為系統(tǒng)地引入到了物理世界。

大氣科學(xué)的研究對象具有很強(qiáng)的時間性。天氣變化是永不重復(fù)的，大氣運(yùn)動時刻伴隨著能量的補(bǔ)充和耗散，包括摩擦、輻射、湍流等非絕熱的物理過程，具有內(nèi)在隨機(jī)性。20世紀(jì)，隨著大氣科學(xué)的理論體系不斷成熟，其內(nèi)部的時間性問題也逐漸凸現(xiàn)出來。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的大氣運(yùn)動基本方程組中，只有理想氣體狀態(tài)方程是診斷方程，其他的方程都有時間導(dǎo)數(shù)項。這就決定了大氣科學(xué)在理論上是一門十分復(fù)雜的科學(xué)[19]。雖然早在17世紀(jì)，科學(xué)革命的先驅(qū)笛卡爾就已經(jīng)開始關(guān)注了氣象這個領(lǐng)域，并把氣象學(xué)研究作為推廣他實證主義科學(xué)新方法的范例，但是氣象學(xué)的革命并未隨著天文學(xué)、物理學(xué)革命一并到來，也晚于之后的生物學(xué)、化學(xué)革命。這一方面是由于缺少用于研究的觀測資料，從本質(zhì)上來說，也是由于大氣運(yùn)動的種種現(xiàn)象，皆是由大氣回歸平衡態(tài)前后暫時的波動造成，不在經(jīng)典物理學(xué)的研究范疇內(nèi)。

在天氣預(yù)報的實用主義需求推動下，大氣科學(xué)研究者采取了各種技術(shù)方法來削弱大氣運(yùn)動中的時間性帶來的復(fù)雜影響。例如在現(xiàn)代數(shù)值預(yù)報中，就是通過地轉(zhuǎn)平衡、靜力平衡等前提假設(shè)在物理上對大氣運(yùn)動過程進(jìn)行簡化，再通過尺度分析等方法在數(shù)學(xué)上去掉時間導(dǎo)數(shù)項，以及縮小資料的時間尺度等技術(shù)方法，把非線性偏微分方程組變成一個常系數(shù)的線性方程組而進(jìn)行求解的。這種弱化時間性、求助于決定論的方法在實踐中取得了相當(dāng)大的成功，但也面臨著一個兩難：如果完全取消時間性，大氣運(yùn)動變成完全地轉(zhuǎn)平衡的、靜力平衡的、絕熱無輻散的，那就意味著所有的天氣現(xiàn)象就不存在了。歸根結(jié)底，這個無法回避之矛盾的根源在于，目前氣象業(yè)務(wù)的核心預(yù)報業(yè)務(wù)所追求的可預(yù)報性，其本質(zhì)就是要和大氣運(yùn)動的時間性、混沌、非線性相抗衡。

5 初步結(jié)論

縱向看歷史變遷，從循環(huán)的時間到線性的時間、從無限時間到有限時間、從隨意流逝的時間到精確度量的時間、從松散的時間到嚴(yán)格安排的時間、從單一尺度的時間到各種尺度時間的綜合，隨著人類文明的進(jìn)步，人類對時間的認(rèn)識也在不斷豐富。從本質(zhì)上來說，時間觀的變化是近代人和世界關(guān)系的變化的一個具體體現(xiàn)。在現(xiàn)代社會，人類一方面深刻認(rèn)識到，自

然先于人類存在，并在自足的獨(dú)立中運(yùn)轉(zhuǎn)，人的命運(yùn)取決于自然[20]，另一方面更加強(qiáng)烈地向自然索取，利用自然、控制自然。在公眾對大氣科學(xué)的理解和應(yīng)用上，這種態(tài)度表現(xiàn)為面對氣候變化和極端天氣事件時的無力和恐慌，與對天氣預(yù)報的強(qiáng)烈依賴和在時間和空間上對天氣預(yù)報更加精細(xì)化的需求。

氣象科技史和氣象事業(yè)發(fā)展中的多次重要轉(zhuǎn)向和重大進(jìn)步，都是基于特定的時間觀念而完成的，大氣科學(xué)在19世紀(jì)后半葉至20世紀(jì)的迅速發(fā)展，以及現(xiàn)代社會中氣象部門以天氣預(yù)報和氣候預(yù)測、災(zāi)害性天氣預(yù)警、天氣信息服務(wù)為主的業(yè)務(wù)格局，正是在線性的、單向的、有限的、精確測量的、多尺度的時間觀念中逐漸發(fā)展成形。當(dāng)下，細(xì)化觀測場等資料的時間維度是以數(shù)值預(yù)報資料同化技術(shù)為代表的大氣科學(xué)前沿研究的一個重要的突破方向，未來，大氣科學(xué)的發(fā)展將繼續(xù)從時間觀念的革新與對時間性的強(qiáng)調(diào)中獲得關(guān)鍵性推動。

橫向看社會因素的復(fù)雜互動，在大氣科學(xué)發(fā)展史上，社會觀念等文化因素曾經(jīng)是其發(fā)展的主要動力源泉。時間觀等社會觀念或者直接作用于自然科學(xué)研究，主導(dǎo)其研究問題；或者通過催生強(qiáng)烈的社會需求，引發(fā)技術(shù)變革，提高生產(chǎn)力水平，而反作用于科學(xué)發(fā)展。理清觀念與科學(xué)的互動關(guān)系，對于理解氣象科學(xué)的發(fā)展，乃至所有自然科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，都有著深刻的啟示意義。

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On Relationship Between History of Meteorology and Ideas of Time

Ye Mengshu
(CMA Training Centre, China Meteorological Administration, Beijing 100081)

As we know, scientif i c knowledge of a certain discipline developes in corresponding with social ideas. This paper tries to fi gure out the relationship between the development of Meteorology and the ideas of Time from a historical perspective of Sociology of Science. It compared the differential weather cognition with weather service under cyclical time conception and linear time conception; the paper analyzed how revolution of social ideas interacted with the scientif i c progress by recalling four iconic events in the history of meteorology, including the graphing of fi rst weather map, the emergence of modern climatology, booming demand of weather forecast, and the rotational appearance of optimistic/pessimistic attitude among the general public; the essay fi nally elucidates the emphasis of timeliness in both physics and meteorology in 20th century and how the scientists delt with the nonlinearity and complexity when they attempted to imitate the motion in the physical world.

history of science, philosophy of science, meteorology, ideas of time

10.3969/j.issn.2095-1973.2014.06.007

2013年8月5日；

2014年5月12日

作者：葉夢姝（1987—），Email：yems@cma.gov.cn

資助信息：中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院“氣象科技史研究”項目