氣候?qū)W發(fā)展歷程的回顧與若干啟示

楊萍 許小峰 王志強(qiáng)

1 中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081

2 中國氣象局，北京 100081

1 引言

氣候作為一種復(fù)雜的自然狀態(tài)，影響著整個地球的生態(tài)和環(huán)境，影響著人類生產(chǎn)和生活。因此，人類對氣候的探索與認(rèn)識從未停止過。盡管從學(xué)科發(fā)展角度來看，與天文學(xué)、數(shù)學(xué)等古老的學(xué)科相比，氣候?qū)W非常年輕，但任何學(xué)科的發(fā)展都是人類長期的思考結(jié)果。對氣候的認(rèn)識可以追溯到數(shù)千年之前，早在二千多年前的中國古代，人們就已經(jīng)有了氣候概念，古代中國人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中總結(jié)出來的二十四節(jié)氣和七十二候，就是對氣候規(guī)律認(rèn)識的集中表現(xiàn)（竺可楨, 1972）。隨著人類對氣候現(xiàn)象相關(guān)的大氣過程和自然地理過程的逐漸深入了解，現(xiàn)在人們已經(jīng)認(rèn)識到，氣候的形成和變化不僅僅反映了大氣內(nèi)部狀態(tài)和過程，而且還與海洋圈、冰雪圈、巖石圈、生物圈等密切相關(guān)，是非常復(fù)雜的相互作用過程（曾慶存等, 2003）。

氣候?qū)W發(fā)展到今天，從古人對氣候的樸素認(rèn)識到現(xiàn)代氣候系統(tǒng)概念的形成，人類一直在從不同角度、利用不同方法來認(rèn)知?dú)夂蚝徒忉寶夂蜓葑円?guī)律。這一發(fā)展歷程中，既有理性思辨，又有實踐積累，既有需求驅(qū)動，又有對自然變化的好奇與探究，既伴隨著歷史車輪向縱深延伸，其間也不乏中西方認(rèn)識的差異與交融。可以說，解釋氣候現(xiàn)象、探索氣候演變規(guī)律并開展不同時間尺度的科學(xué)分析與預(yù)測，是人類為了自身生存而認(rèn)識規(guī)律、趨利避害的必然選擇。

人類認(rèn)知?dú)夂虻穆L過程涉及學(xué)科之廣、貢獻(xiàn)人物之多、關(guān)鍵事件之復(fù)雜都超出了我們的想象，因此，對氣候?qū)W發(fā)展脈絡(luò)的梳理極為困難。盡管如此，仍然有很多學(xué)者圍繞氣候?qū)W發(fā)展展開了大量卓有成效的研究（Leighly, 1949; 竺可楨, 1972; 柳又春, 1977; 王紹武, 2000; 丁一匯和王會軍, 2016）。本文試圖在前人大量研究成果的基礎(chǔ)上，通過回顧氣候?qū)W發(fā)展歷程中的關(guān)鍵事件，勾畫出人類認(rèn)識氣候的大致輪廓，并在此基礎(chǔ)上探討其對當(dāng)代氣候?qū)W發(fā)展的啟示，以供借鑒和討論。

2 氣候?qū)W發(fā)展歷程的若干回顧

2.1 人類對氣候的初步認(rèn)識

有學(xué)者提出，古代科學(xué)中心有兩個，一為中國，另一為地中海歐洲（王曉文和王樹恩, 2007）。對于生活在東西方兩個截然不同地域的人們而言，盡管他們對氣候的認(rèn)知不盡相同，各具特質(zhì)，但認(rèn)識氣候的原動力卻大體一致，即對所處環(huán)境的探究、適應(yīng)和利用（王乃昂, 1998）。古埃及作為一個歷史悠久的文明國度，擁有典型的地中海氣候，幾千年以前西方人對氣候的認(rèn)知大多來自古埃及人。公元前3300 年左右，古埃及人利用物體影子的方向變化發(fā)明日晷用來計時；300 年之后，古埃及人又根據(jù)尼羅河泛濫的周期，制定出太陽歷；公元前1600 年左右，他們開始使用水鐘，成為最早將一天劃分為24 小時的國家（趙克仁, 1999）。古埃及人對時間周期性的理解為科學(xué)劃分時間做出了巨大貢獻(xiàn)，也為古人更深入地認(rèn)識氣候奠定了基礎(chǔ)。到了公元前5～6 世紀(jì)，歐洲南部的希臘孕育出璀璨的文化，大師輩出、學(xué)派林立，如著名的米利都學(xué)派、畢達(dá)哥拉斯學(xué)派、愛菲斯學(xué)派、愛利亞學(xué)派和元素派等諸多哲學(xué)學(xué)派都大放異彩。早期哲學(xué)家們通過深入觀察自然，試圖回答什么才是萬物的本源，并在認(rèn)識自然追求萬物本源的過程中，開始逐漸形成對氣候的認(rèn)知（陳嘉映, 2007a，2007b）。古希臘人認(rèn)為，由于受到太陽光線傾斜角度的不同，地球上的氣候狀況出現(xiàn)差別，可以被分成若干個平行地帶，稱為“climata”，與現(xiàn)代氣候（climate）相比，希臘人所創(chuàng)建的氣候概念意為“傾斜角”，更多包含的是地理學(xué)和天文學(xué)的含義（王乃昂,1998）。例如，最早提出地圓說的愛利亞學(xué)派代表巴門尼德（Parmenides of Elea），根據(jù)地球接受太陽熱量的多少，首次對氣候進(jìn)行分類，將氣候分為了無冬區(qū)、中間區(qū)和無夏區(qū)；阿那克薩戈拉（Anaksagoras）、希波克拉底（Hippocrates）等人陸續(xù)提出溫和氣候更適宜居住的觀點(diǎn)（王乃昂,1998），這些觀點(diǎn)為后來亞里士多德全面總結(jié)氣候規(guī)律奠定了重要的基礎(chǔ)。

古代中國人對氣候的認(rèn)識也是從對自然現(xiàn)象的變化規(guī)律入手進(jìn)行系統(tǒng)的歸納總結(jié)，如在《周易》的十二辟卦中就已總結(jié)了一些氣候?qū)W理論（蕭放,2002），并通過觀星和占卜等方法對可能的變化進(jìn)行推測?！皻夂颉倍终w最早出現(xiàn)在《禮記·月令注》中“昔周公作時制、定二十四氣，分七十二候，則氣候之起”。這些文字記載說明中國很早就對氣候有了獨(dú)特的認(rèn)識。與西方氣候區(qū)域分類的概念不同，古代中國人對氣候的認(rèn)知側(cè)重于對氣候季節(jié)特征的認(rèn)識上，這一認(rèn)識伴隨著農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)過程而不斷深入。例如，中國古代最早的農(nóng)業(yè)出現(xiàn)在山區(qū)或者高地邊沿，而不是在河流平原和三角洲地帶，這是因為古人還無法抗?fàn)幤皆貐^(qū)的季節(jié)性大暴雨（即現(xiàn)在所說的汛期），在高處發(fā)展農(nóng)業(yè)恰恰體現(xiàn)了古人對氣候的適應(yīng)；后來，農(nóng)業(yè)發(fā)展到一定水平后，古人對水的知識得到提升，治水能力逐步加強(qiáng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得以向平原轉(zhuǎn)移（劉昭民, 1980）；隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的進(jìn)一步發(fā)展，農(nóng)時在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用，古人因此開始琢磨更加先進(jìn)的天文歷法，如《夏小正》中將陰歷一月作為歲首，商代時地球繞日一周被劃分為十二個月，《呂氏春秋》十二紀(jì)進(jìn)一步總結(jié)了每個月的正常天氣和異常天氣以及適宜從事的各項活動（張家誠, 1990,1991）。春秋戰(zhàn)國時期的《管子五行》把一年劃分為5 個72 日，依次配以木、火、土、金、水五行，用來解釋季節(jié)的更替（姜海如等, 2017）。中國古人對氣候的季節(jié)特征的認(rèn)知伴隨農(nóng)牧業(yè)發(fā)展而不斷提升，這些認(rèn)知為后來西漢時期形成了較為完備的知識體系奠定了不可或缺的基礎(chǔ)。

2.2 人類對氣候的經(jīng)驗積累

公元前3 世紀(jì)，古希臘出現(xiàn)了一位在自然科學(xué)、哲學(xué)等諸多學(xué)科發(fā)展中都做出卓越貢獻(xiàn)的重要人物亞里士多德（Aristotle），他在多個領(lǐng)域做出了影響久遠(yuǎn)的工作（劉昭民, 1981）。一方面，作為百科全書式的科學(xué)家，亞里士多德對很多學(xué)科都做出了杰出貢獻(xiàn)，對氣候?qū)W的認(rèn)識和發(fā)展也極具開創(chuàng)性，另一方面，由于亞里士多德的權(quán)威性，其影響不同程度地制約了西方人對氣候?qū)W進(jìn)一步的認(rèn)識，以至于在后續(xù)一千多年的中世紀(jì)缺少實質(zhì)性拓展。公元前340 年，亞里士多德首次以氣象學(xué)專著（《氣象通典》）的形式系統(tǒng)總結(jié)了古代人類對自然特別是對大氣現(xiàn)象的觀察和認(rèn)識（劉昭民, 1981）。例如，他對不同氣象要素的一般性規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，根據(jù)降水量的多少對降水事件進(jìn)行分類，對霜、露、風(fēng)等的形成原因和易發(fā)生季節(jié)進(jìn)行探討，討論了熱帶、溫帶、寒帶等氣候帶的劃分以及氣候宜居問題等（劉昭民, 1981；楊萍, 2016）。從亞里士多德為代表的古希臘人成就中能夠看到，由于古希臘處于特定的海洋開放性地理環(huán)境中，他們善于吸收外來思想，善于融合各種文明，天文學(xué)繼承了巴比倫人的精髓，醫(yī)學(xué)和幾何學(xué)則多來自于古埃及，這種繼承和融合為西方氣候?qū)W在地理學(xué)方向上能夠越走越遠(yuǎn)提供了必要的觀測手段和數(shù)理基礎(chǔ)（丹皮爾,1975）。例如，埃拉托色尼（Eratosthenes）繼承亞里士多德的地圓說觀點(diǎn)，并用測量黃道傾斜的方法，求出了地球周長及黃道交角，從而把地球劃分為五個氣候帶（熱帶、兩個溫帶、兩個寒帶）以及相應(yīng)的大致位置（中國大百科全書總編輯委員會《地理學(xué)》編輯委員會, 1990）。天文學(xué)之父希帕克斯（Hipparchus）熱愛儀器發(fā)明，建立觀測臺，自青年時期起持續(xù)觀察當(dāng)?shù)氐奶鞖庖?guī)律，并基于觀測事實嘗試探索季節(jié)性氣候和星體之間的關(guān)系（中山茂, 2017）。地心說的提出者托勒密（Claudius Ptolemaeus）在老師希帕克斯研究成果的基礎(chǔ)上，完成了西方古典天文學(xué)百科全書《天文學(xué)大成》，該書的主要觀點(diǎn)直到16 世紀(jì)中期才被哥白尼（Miko?aj Kopernik）的日心說推翻。托勒密在該書中，用天文學(xué)方法進(jìn)一步將地球氣候分為二十四個氣候帶。這一時期，古代西方人對氣候的認(rèn)識除了在氣候的地理特征上逐漸深入外，對氣候變化、氣候與社會、氣候與健康等認(rèn)識也在加深。亞里士多德的學(xué)生提奧弗拉斯特（Theophrastus）作為古希臘非常著名的植物學(xué)家，也很關(guān)心氣候問題，他發(fā)現(xiàn)植物可以調(diào)節(jié)氣候，人為因素導(dǎo)致的氣候變化會對植物生長產(chǎn)生影響（勞埃德, 2004）；波塞多紐（Posidonius）、龐波尼烏斯（Pomponius Mela）、巴斯洛繆（Bartholomaeus Anglicus）等人認(rèn)為氣候?qū)θ祟惿町a(chǎn)生重要影響，甚至是影響民族天性的重要原因（伊迪斯·霍爾, 2019）；肯迪（al Kindi）、托馬斯·阿奎那（Thomas Aquinas）等人提出極端氣候或者受污染的空氣無助于健康，人類的健康必然與氣候有著千絲萬縷的關(guān)系（克拉倫斯·格拉肯, 2017）。

同一時期，位于太平洋西岸的中國仍處在農(nóng)業(yè)社會早期，當(dāng)時的文化中心位于黃河流域，北部是遼闊的草原和森林，西部是崇山峻嶺和萬里沙漠，交通不便，這種相對封閉的地理環(huán)境讓古代中國人不太可能如古希臘人一般與鄰近國家產(chǎn)生有效的文化交流（江曉原, 2018）。但是，由于中國古代文明在世界歷史上處于十分先進(jìn)的水平，雖然沒有出現(xiàn)如亞里士多德這樣的集大成者編寫氣象領(lǐng)域的專著，但中國古人對氣候規(guī)律的認(rèn)識并不亞于同期西方學(xué)者的深度。西漢初期，在對前人農(nóng)時概念的基礎(chǔ)上，漢朝劉安編撰《淮南子》，書中提出的二十四節(jié)氣的所有名稱與現(xiàn)代已無差別，并流傳至今，一年的氣候被準(zhǔn)確和系統(tǒng)地進(jìn)行劃分，集中體現(xiàn)了中國古人對氣候的高水平認(rèn)知（姜海如等, 2017）。成書于公元前100 年左右的《周髀算經(jīng)》已經(jīng)載有地球寒暑五代的知識（江曉原, 1997），到了南北朝時代，廣泛使用的歷書中，不僅有節(jié)氣，還有物候，其對農(nóng)事生產(chǎn)的指導(dǎo)性更強(qiáng)。二十四節(jié)氣流傳兩千多年以來，對中國以及附近東南亞國家農(nóng)業(yè)社會的物質(zhì)文明發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，其意義不亞于聞名于世的“四大發(fā)明”（洪世年和陳文言, 1983），被稱為中國的“第五大發(fā)明”。除了對氣候周期性的認(rèn)知取得重大成就外，古代中國作為一個擁有先進(jìn)農(nóng)業(yè)水平的國家，服務(wù)于農(nóng)業(yè)的各類氣候知識如季風(fēng)、氣候災(zāi)害、物候變化等得到了更多關(guān)注。早在公元前2 世紀(jì)，《呂氏春秋》提出了春天更易吹暖和的東風(fēng)和東南風(fēng)，若季風(fēng)不能按時到，則花就不能盛開；公元3 世紀(jì)左右，《博物志》記載到風(fēng)向與當(dāng)?shù)氐那缬昃哂泻艽箨P(guān)系，公元5 世紀(jì)撰寫的《齊民要術(shù)》更是集當(dāng)時農(nóng)業(yè)氣象之大成，系統(tǒng)梳理了農(nóng)事與各類氣候條件的關(guān)系；公元11 世紀(jì)的《夢溪筆談》作為中國古代自然科學(xué)的巔峰之作，記載了中國最早的龍卷風(fēng)災(zāi)害調(diào)查報告，還首次提出了氣候變遷的概念等（姜海如等, 2017）。與西方側(cè)重氣候的地域特征相比，古代中國人更善于從時間維度來認(rèn)知?dú)夂?，發(fā)現(xiàn)其在不同時間尺度下的各種規(guī)律，從而有效地趨利避害，對具有鮮明農(nóng)耕文化特征的古代中國來說，其實用性和針對性更強(qiáng)。

2.3 氣候科學(xué)的萌芽與建立

進(jìn)入16 世紀(jì)后，尼古拉·哥白尼（Nikolaj Kopernik）提出日心說，打破了中世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的沉寂，觀測時代的到來讓氣候?qū)W進(jìn)入全新的發(fā)展階段。這一階段，人類對氣候?qū)W的認(rèn)知逐漸從思辨推論走向基于觀測事實。一般認(rèn)為，日心說是天文學(xué)發(fā)展史上的重大突破（劉昭民, 1981），事實上，該學(xué)說對氣候?qū)W發(fā)展的作用同樣不可忽視。首先，日心說第一次打破亞里士多德時代對自然科學(xué)的認(rèn)識體系，包括氣候?qū)W在內(nèi)的自然科學(xué)獲得新生；其次，日心說對伽利略（Galileo Galilei）和開普勒（Johannes Kepler）后來的工作是不可缺少的序幕，伽利略制造了第一架天文望遠(yuǎn)鏡，用實驗證明日心說的正確，開普勒利用第谷（Tycho Brahe）積累的大量天文觀測記錄提出了行星三大定律，包括氣候?qū)W在內(nèi)的自然科學(xué)從肉眼觀測進(jìn)入基于儀器觀測的時代。17 世紀(jì)后，隨著觀測儀器的大量發(fā)明，人類對氣候?qū)W的認(rèn)識逐漸從定性描述走向定量分析。1637 年，笛卡爾（René Descartes）出版《談?wù)劮椒ā芬粫?，《氣象學(xué)》作為該書附錄之一得以出版。該書中，笛卡爾貢獻(xiàn)了基于實際觀察和定量計算的研究理論，強(qiáng)調(diào)用“量”的范疇來描述自然現(xiàn)象時，就必須使用標(biāo)準(zhǔn)的觀測儀器、統(tǒng)一的度量單位和明確的記錄格式（Leighly, 1949）。觀測儀器發(fā)明的另一顯著功效是帶動了氣象觀測臺站的建立，并以點(diǎn)帶面，促成了氣象觀測網(wǎng)的形成。從17 世紀(jì)中期第一個氣象觀測站建立到18 世紀(jì)末，在全球氣象觀測站的陸續(xù)建立的過程中，正如笛卡爾所預(yù)計的那樣，建立標(biāo)準(zhǔn)化的氣象觀測記錄不僅急迫而且非常必須。1663 年，英國博物學(xué)家胡克（Robert Hooke）創(chuàng)立了標(biāo)準(zhǔn)化的氣象觀測記錄規(guī)格格式以及氣象報告程序，并進(jìn)行日常觀測作業(yè)，其觀測結(jié)果均刊登于英國皇家學(xué)會會報上，持續(xù)半個世紀(jì)之久，該事件被認(rèn)為是氣象觀測發(fā)展歷程中的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，為開展氣象科學(xué)的同步觀測提供基礎(chǔ)（劉昭民, 1981）。在氣象觀測網(wǎng)逐漸形成的同時，物候觀測、水文觀測等也悄然興起。例如，1750 年，瑞典著名植物學(xué)家林奈（Carolus Linnaeus）首創(chuàng)物候測站網(wǎng)，1787 年，英國科學(xué)家道爾頓（John Dalton）在英國西北部建立雨量站網(wǎng)，堪稱英國最早的水文氣象工作者（楊萍等, 2014）。在觀測站網(wǎng)逐漸壯大的過程中，國際合作的意識有了萌芽，對氣候定量化認(rèn)知的全球意識蓄勢待發(fā)。

16 世紀(jì)初至18 世紀(jì)末的300 年間，中國跨越明清兩朝，科學(xué)和技術(shù)發(fā)展整體處于相對停滯的階段，氣候?qū)W亦如此，但仍舊在繼承和發(fā)展前人認(rèn)知中有所進(jìn)展。1502 年刊印的《便民圖纂》反映了明朝蘇南太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的情況，其中第七卷“雜占類”，搜集了流行于江南地區(qū)的各類氣象預(yù)測農(nóng)諺；17 世紀(jì)30 年代出版的《農(nóng)政全書》作為這一時期的優(yōu)秀作品，是徐光啟（中國著名的徐家匯觀象臺正體現(xiàn)了對徐光啟的紀(jì)念）在調(diào)查研究和親自實踐的基礎(chǔ)上撰述而成，在“授時”、“占候”部分涉及了大量農(nóng)業(yè)與氣候的問題，包括各月農(nóng)事及農(nóng)業(yè)氣象、農(nóng)民測天經(jīng)驗等（陳國達(dá), 1992）。這一時期，人們對氣候的認(rèn)知除了繼承和發(fā)展古人思想外，也接受著外國傳教士帶來的西方的科技，其中最突出的體現(xiàn)是氣象觀測儀器的引入和氣候相關(guān)知識的傳入。1640 年，意大利傳教士潘國光司鐸（P. Franciscus Brancatin）于上?？h安仁里“敬一”天主堂內(nèi)筑觀象臺，設(shè)有日晷、舊沙漏、千里鏡、自鳴鐘等儀器；1743 年，法國傳教士戈比（Pater Gaubil）開始在北京建立測候所，后來耶穌教士阿彌倭（Jesuit Father Amiot）在北京開展氣溫、氣壓、云量、雨量、風(fēng)向等多個要素的觀測；1602 年，利瑪竇（Matteo Ricci）在北京刊刻《坤輿萬國全圖》；1674 年，南懷仁所著的《坤輿圖說》闡述了風(fēng)、雨等自然現(xiàn)象（徐宗澤, 2010）?？梢钥吹?，在世界對氣候認(rèn)識開始萌生全球意識的時代，中國也開始融入到全球氣象觀測的隊伍中，尤其是以北京為代表的觀測臺站建立打開了中國建立氣象觀測體系的天窗，氣候相關(guān)知識的傳入也讓中國人開始看到本國以外的世界。

2.4 近代氣候?qū)W的發(fā)展

隨著氣象觀測時代的到來，19 世紀(jì)開始的氣候?qū)W發(fā)展具有明顯的全球特征，各種氣象要素的全球分布圖在這個時代接踵而至。19 世紀(jì)初至19 世紀(jì)中下葉，全球等溫線圖（洪堡/Alexander von Humboldt，1817）、全球等壓線圖（布蘭德斯/H.W. Brandis，1819）、全球雨量分布圖（阿特金遜/Joseph Atkinson,1840）、全球風(fēng)場分布圖（毛利/Matthew Fortaine Maury，1848）、全球逐月云量分布圖（戴保德/Teisserence de Bort，1886）陸續(xù)被繪制出來（劉昭民, 1981），這些分布圖所體現(xiàn)的全球理念為氣候?qū)W開展更緊密的國際合作埋下了種子。

全球特征初顯的另一個表現(xiàn)是國際氣象會議、國際氣象組織、氣象雜志等新生事物的出現(xiàn)。1873 年，在維也納召開了第一屆國際氣象會議，共有來自20 個國家的32 位代表參加，同年，國際氣象組織成立；1891 年，第一屆國際氣象臺臺長會議在慕尼黑召開；1875 年，阿布貝（Cleveland Abbe）使用國際氣象組織會員國各氣象觀測站的觀測資料，逐日發(fā)布格林威治時間正午的世界觀測會報；1883 年，德奧氣象學(xué)會會刊由漢恩（Julius von Hann）著手編輯，德國氣象學(xué)家阿斯曼（Richard Assmann）創(chuàng)辦氣象雜志《天氣》。

此外，隨著人們對氣候認(rèn)識的逐步深入，這一階段氣候相關(guān)要素開始得到更加深入和精細(xì)的研究。1803 年，霍華德（Luke Howard）在英國的哲學(xué)雜志上發(fā)表關(guān)于云的種類（On the Modifications of Clouds）一文，將云的形態(tài)分為七類，被稱為云研究的鼻祖，此外，他對城市氣候的研究也頗有建樹，發(fā)現(xiàn)城市溫度高于郊區(qū)的事實（楊萍等, 2018）；1805 年，蒲福（Sir Brancis Beaufort）創(chuàng)設(shè)蒲福風(fēng)級，原分為13 級，后經(jīng)數(shù)次訂正，最終修正為18 級，并于1939 年為國際氣象組織（IMO）接受，作為世界各國廣泛使用標(biāo)準(zhǔn)（凱瑟林·庫倫, 2011）；1884 年，柯本（Wladimir Peter Koppen）首創(chuàng)氣候分類法，堪稱近現(xiàn)代氣候分類的鼻祖，對于各類要素的深入研究為20 世紀(jì)氣候理論的形成奠定了必要的基礎(chǔ)（劉昭民, 1981）。

這一時期的中國被全世界高速發(fā)展的科技潮流所裹挾，隨著外國傳教士在北京的建站和觀測工作的開啟以及近代氣象儀器在中國的大量應(yīng)用，中國各地陸續(xù)建站。1873 年，法國天主教會在上海建立的徐家匯天文臺是中國近代最具有代表性的功能最為齊全的觀象臺之一（吳增祥, 2007）。同一時期，海關(guān)氣象觀測臺站陸續(xù)建立，中國氣象發(fā)展進(jìn)入了長達(dá)近一個世紀(jì)的以海關(guān)氣象為烙印的時代。中國沿海沿江地區(qū)先后建立了氣象觀測站70 多個，其中40 多個氣象觀測站的記錄在30 年以上，如較早建站的寧波、佘山、廈門、福州等臺站，其觀測時間跨越半個多世紀(jì)（1880 年代至1940 年代）。總體而言，海關(guān)氣象臺站的觀測時間之長、覆蓋站點(diǎn)之廣、保存資料之完整，在中國近代氣象觀測史上是罕有的，中國氣象觀測網(wǎng)逐漸形成，這些長時間連續(xù)性的觀測資料為長時間序列的氣候?qū)W研究提供了非常珍貴的數(shù)據(jù)資料（吳增祥, 2007; 楊萍和王志強(qiáng), 2019）。這一時期，更多與氣候?qū)W相關(guān)的西方科技書籍被引入并被翻譯，與氣候?qū)W相關(guān)的科學(xué)理論開始得到傳播，其中，以江南制造局和墨海書館等譯書機(jī)構(gòu)翻譯出版的系列專著最為著名（劉昭民, 1980; 楊麗娟, 2016）。

回顧近代氣候?qū)W百年的發(fā)展歷程不難看出，世界氣象科學(xué)理論在中國的引入為中國本土氣候?qū)W的創(chuàng)立和發(fā)展提供了思想、人才和物質(zhì)基礎(chǔ)，氣象觀測體系的建立特別是近代海關(guān)氣象這一特定時期的特定存在，不僅為中國百年尺度的氣候?qū)W研究提供了很有價值的觀測數(shù)據(jù)，也為中國學(xué)者開展氣候?qū)W相關(guān)領(lǐng)域?qū)W科發(fā)展歷史的研究提供了彌為珍貴的原始素材。

2.5 現(xiàn)代氣候?qū)W的發(fā)展

如果說氣候?qū)W的發(fā)展在19 世紀(jì)還屬于全球化意識萌芽和生長階段，那么進(jìn)入20 世紀(jì)的氣候?qū)W則開啟了嶄新的快速發(fā)展時期。氣候系統(tǒng)概念在1974 年斯德哥爾摩召開的世界氣象組織和國際科學(xué)理事會（WMO-ICSU）聯(lián)席會上明確提出。人們認(rèn)識到，氣候的形成和變化不僅是大氣的獨(dú)立行為，而且是與大氣有明顯相互作用的海洋圈、冰雪圈、巖石圈以及生物圈等組成的復(fù)雜氣候系統(tǒng)的總體行為（World Meteorological Organization, 1975），這也標(biāo)志著人們對氣候概念的認(rèn)知進(jìn)入了新階段。

回顧現(xiàn)代氣候?qū)W的發(fā)展，無論從研究方法還是研究角度上都發(fā)生了根本性的變化。20 世紀(jì)30 年代，沃克（Sir Gilbert Walker）發(fā)現(xiàn)了大氣活動中心的變化，定義出三大濤動（NAO/NPO/SO），揭示了大氣環(huán)流變率的空間分布類型，為后來研究者們理解全球尺度的氣候現(xiàn)象提供了一個新的方向，他所提出的南方濤動被埋沒了50 多年之后，被皮耶克尼斯（Jacob Aall Bonnevie Bjerknes）發(fā)現(xiàn)，揭示出厄爾尼諾與南方濤動之間的關(guān)系，為此后持續(xù)幾十年的ENSO 研究建立了里程碑。為了紀(jì)念沃克的重大貢獻(xiàn)，穿過熱帶的海氣之間大尺度環(huán)流被皮耶克尼斯定義為沃克環(huán)流（Cox, 2002）。除了ENSO 這個氣候?qū)W領(lǐng)域經(jīng)久不衰的熱點(diǎn)科學(xué)問題外，認(rèn)識并定量預(yù)測未來氣候一直是20 世紀(jì)氣候?qū)W研究的重要方向之一。20 世紀(jì)50 年代，菲利普斯（Norman Alton Phillips）開展著名的大氣環(huán)流試驗，開創(chuàng)了氣候模擬這一方向。隨著全球氣候觀測系統(tǒng)的建設(shè)和更大型電子計算機(jī)的發(fā)展，氣候系統(tǒng)模式已經(jīng)初具規(guī)模，月、季平均環(huán)流預(yù)報都成為中長期數(shù)值預(yù)報的熱點(diǎn)，全球范圍內(nèi)依托世界氣候計劃，相繼提出和實施了多個國際計劃。自1980 年WMO-ICSU 聯(lián)合設(shè)立世界氣候研究計劃（WCRP）以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，圍繞WCRP 的兩個重要研究目標(biāo)（氣候的可預(yù)測性和人類活動對氣候的影響）形成了若干核心計劃，如熱帶海洋和全球大氣研究計劃（TOGA）、世界大洋環(huán)流試驗（WOCE）、全球能量與水循環(huán)試驗（GEWEX）、平流層過程及其在氣候中的作用（SPARC）、北極氣候系統(tǒng)研究（ACSYS）等（周天軍等, 2019; 許小峰, 2020）。由于氣候系統(tǒng)是極其復(fù)雜的強(qiáng)迫耗散非線性系統(tǒng)，最好的預(yù)報模式也只能逼近真實大氣，模式精度必然造成預(yù)測結(jié)果的不確定性，因此，氣候可預(yù)報性的理論研究至今仍舊是科學(xué)家們感興趣的重點(diǎn)（周秀驥, 2005）。全球氣候變化作為氣候?qū)W的重要方向，在20 世紀(jì)80 年代之前，并沒有得到足夠的關(guān)注，直至人們發(fā)現(xiàn)全球氣候變暖造成了嚴(yán)重的氣候災(zāi)害后，世界各國政府才開始高度重視?；仡櫄夂?qū)W發(fā)展歷史，早在18 世紀(jì)末富蘭克林（Benjamin Franklin）就曾經(jīng)思考過氣候具有明顯的增暖特征，而增暖的主要原因很可能是砍伐森林，但氣候變化研究被正式提上日程則是在將近200 年之后。20 世紀(jì)70 年代，第七次世界氣象大會首次通過了氣候變化決議，氣候變化的氣象和非氣象證據(jù)要求被審議，人類活動可能導(dǎo)致的氣候變化被納入了氣候?qū)W研究的范疇。1979 年，首屆世界氣候大會的主題便確定為“氣候與人類”，中心議題即為人類活動使溫室效應(yīng)加劇、全球氣候變化的問題；80 年代末，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署及世界氣象組織共同組建政府間氣候變化專業(yè)委員會（IPCC），以期為政府決策者提供氣候變化的科學(xué)基礎(chǔ)，讓決策者認(rèn)識人類對氣候系統(tǒng)造成的危害并采取對策（李克讓, 1996）。1990 年IPCC 發(fā)布第1 次評估報告以后，IPCC 每5～6 年發(fā)布一次評估報告。全球氣候變化不僅僅是國際上重要的科學(xué)問題，也是各國政府為促進(jìn)本國社會和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所必須考慮的一個重要政治問題、環(huán)境問題和政策問題。但是，由于氣候系統(tǒng)不同子系統(tǒng)在不同時間尺度上復(fù)雜且非線性的相互作用，人類活動對氣候變化究竟具有何種影響以及制約程度多大，一直是長期爭論的話題。 IPCC 第五次評估報告基于諸多科學(xué)研究結(jié)果指出，“極有可能的是，觀測到的1951～2010 年全球平均地表溫度升高的一半以上是由溫室氣體濃度的人為增加和其他人為強(qiáng)迫共同導(dǎo)致的，人類活動引起的變暖最佳估計值與這個時期觀測到的變暖相似”。

回顧20 世紀(jì)以來氣候?qū)W在中國的發(fā)展歷程，經(jīng)歷了從零起步、從無到有、逐步成型的建制化過程。從氣候?qū)W研究進(jìn)展來看，有兩個重要的時間節(jié)點(diǎn)，一個是1928 年由竺可楨牽頭，在南京成立了中央研究院氣象研究所，氣候?qū)W研究正式開啟，第二個節(jié)點(diǎn)是1952 年南京大學(xué)氣象系設(shè)立了中國第一個氣候?qū)W本科專業(yè)（么枕生, 1990）；此外，從聯(lián)合天氣預(yù)報中心和聯(lián)合氣候資料中心的組建（1953 年）到國家氣候中心（1995 年）的正式成立，標(biāo)志著氣候?qū)W科和氣候工作的建制化在中國得以完成，在某種意義上也可以說氣候?qū)W研究有了更佳的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用平臺。因此，不難看出，這是適應(yīng)了氣候?qū)W全球化發(fā)展的潮流。這一發(fā)展過程中，以竺可楨為代表的中國科學(xué)家在氣候形成、氣候變化、氣候預(yù)報、區(qū)域氣候、應(yīng)用氣候等方面做出了不懈探索和持續(xù)努力，在一般規(guī)律的總結(jié)上深入研究，在有明顯地域特點(diǎn)的領(lǐng)域里潛心鉆研，推動了氣候?qū)W在中國的發(fā)展，并讓中國的氣候?qū)W走向世界舞臺（徐淑英和鄭斯中, 1979; 么枕生, 1990）。

3 氣候?qū)W發(fā)展歷程的啟示

3.1 氣候?qū)W需要與時代發(fā)展共生共長

科學(xué)活動本質(zhì)上是一種社會活動，對科學(xué)理解至少可以包括兩種維度，一種從知識和學(xué)術(shù)層面來探討的科學(xué)，即內(nèi)部維度，一種是從社會、文化、思想等層面來探討的科學(xué)，即外部維度（孫俊等,2011）?？茖W(xué)活動的雙重維度很好地詮釋了氣候?qū)W發(fā)展的古往今來。在古代，西方人對氣候的認(rèn)識更側(cè)重于在觀察基礎(chǔ)上從思辨的角度認(rèn)識氣候，如歐多克斯（Eudoxus of Cnidus）在《惡劣天氣之預(yù)測》中提出天氣現(xiàn)象具有周期性，亞里士多德提出氣候宜居帶的設(shè)想等，而古代中國人對氣候的認(rèn)識則主要是源于農(nóng)業(yè)、軍事等現(xiàn)實生活的需求，中西方認(rèn)識的差異很大程度上來源于社會及文化的差異。西方古代哲學(xué)家與科學(xué)家是一體的，科學(xué)思想多數(shù)來源于哲學(xué)家，而中國作為農(nóng)耕文化的代表，實用性需求讓古代人更熱衷于探索對農(nóng)耕有效的氣候規(guī)律以實現(xiàn)趨利避害，如成型于漢代的二十四節(jié)氣；到了近代，隨著中世紀(jì)的逐漸衰落、科學(xué)革命的興起，西方人對氣候?qū)W的認(rèn)識從思辨轉(zhuǎn)向基于事實的認(rèn)識階段，氣候?qū)W逐漸開始發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，而此時中國深陷封建王朝的統(tǒng)治，拒斥外來文明，社會發(fā)展緩慢而又不得不面對西學(xué)東漸和近代科技的一次次沖擊，不得不應(yīng)對三千年未有之變局；現(xiàn)當(dāng)代，氣候?qū)W向著“全球化”方向演進(jìn)，氣候?qū)W的發(fā)展已經(jīng)離不開各個學(xué)科的相互交叉和各種社會力量的共同推動，可以說，氣候?qū)W的發(fā)展在某種程度上也是時代的產(chǎn)物。

3.2 氣候?qū)W需要與多學(xué)科交叉融合

氣候系統(tǒng)的概念代替?zhèn)鹘y(tǒng)氣候概念是不爭的事實，這種變化意味著人類對氣候的認(rèn)識已經(jīng)跨越單一學(xué)科的局限，而是向多學(xué)科交叉融合。在氣候系統(tǒng)概念提出以前，近代以來的氣候?qū)W一直與其他學(xué)科相互影響。十七、十八世紀(jì)，自然科學(xué)伴隨著工業(yè)革命的熱潮大幅度進(jìn)步，人類在自然科學(xué)上的建樹達(dá)到了前所未有的高度。在這個背景下，氣候?qū)W由于其他學(xué)科的促進(jìn)得到了快速的發(fā)展，如流體力學(xué)方程成為氣候動力學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ)，概率論的發(fā)展為氣候統(tǒng)計預(yù)報的發(fā)展奠定了發(fā)展基礎(chǔ)，偏微分理論為解釋大氣運(yùn)動和變化背后的微觀過程提供可能。氣候?qū)W發(fā)展除了依賴數(shù)學(xué)、物理學(xué)這些基礎(chǔ)學(xué)科的成果外，還離不開地理學(xué)、植物學(xué)、物候?qū)W等應(yīng)用類學(xué)科的高速發(fā)展，洪堡（劉昭民，1981）在開展地形地貌的考察中繪制出了全球等溫線圖，氣候?qū)W研究的全球化趨勢由此萌芽，林奈（Carl von Linné）在研究植物標(biāo)本的過程中，發(fā)現(xiàn)了植物與氣候存著千絲萬縷的聯(lián)系，并創(chuàng)建了物候觀測網(wǎng)；此外，雷達(dá)、衛(wèi)星和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給氣候?qū)W研究提供了大量的實況數(shù)據(jù)，極大促進(jìn)了氣候?qū)W的發(fā)展。另一方面，從1979 年召開第一次世界氣候大會，到IPCC 先后發(fā)表的5 次評估報告，現(xiàn)代氣候?qū)W對氣候的認(rèn)識已不再是不變的、地面的、局地的現(xiàn)象。對氣候的多維認(rèn)識不斷為其他學(xué)科開辟著新的方向和新的領(lǐng)域，如海氣相互作用的研究極大促進(jìn)了海洋學(xué)的進(jìn)步，氣候?qū)】档闹匾绊懲卣沽酸t(yī)學(xué)的研究方向，氣候與地理之間的緊密聯(lián)系衍生了地理氣候?qū)W學(xué)科，應(yīng)用氣候?qū)W的發(fā)展大大推動了農(nóng)學(xué)的進(jìn)步，全球變暖、氣候變化、霧霾等熱點(diǎn)問題促進(jìn)了社會學(xué)、環(huán)境科學(xué)的發(fā)展。氣候?qū)W與相關(guān)學(xué)科密不可分的交叉讓我們看到，只有更加注重學(xué)科之間的交叉融合，才能更好地推動各個獨(dú)立學(xué)科的發(fā)展，共同揭示復(fù)雜的氣候現(xiàn)象和氣候變化事實。

3.3 氣候?qū)W需要關(guān)鍵人物的催化加速

回顧氣候?qū)W的發(fā)展歷程可以看到，作為大氣科學(xué)的一個重要分支，氣候?qū)W的發(fā)展充滿了未知，在探索未知的過程中，需要有一批又一批的學(xué)者不斷積累和創(chuàng)新（許小峰和張萌, 2014）。在氣候?qū)W發(fā)展的縱向維度和時代背景這一橫向維度的交匯之處，往往會出現(xiàn)影響氣候?qū)W發(fā)展的關(guān)鍵人物，這些關(guān)鍵人物的共同特點(diǎn)是具有非凡的集大成之能力，正如牛頓（Isaac Newton）的名言，他們都站在了巨人的肩膀上。以亞里士多德為例，作為第一個完成氣象學(xué)領(lǐng)域?qū)Ｖ募蟪烧撸洹稓庀笸ǖ洹烦浞治樟讼惹白匀徽軐W(xué)家們對自然現(xiàn)象的各種見解，并對前人的觀點(diǎn)進(jìn)行更加深入的討論、反駁或者推論。亞里士多德繼承了柏拉圖“地球是圓形”這一論點(diǎn)，并尋找各種證據(jù)來證明這一結(jié)論的正確性。他在巴比倫人和希伯來人對風(fēng)進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，借助天文學(xué)方位特點(diǎn)，更詳細(xì)地區(qū)分了風(fēng)向，這種在繼承基礎(chǔ)上發(fā)展的方法使其成為了氣象學(xué)發(fā)展歷程中非常重要的關(guān)鍵人物，促進(jìn)了古代西方氣象學(xué)整體水平的提升。再如笛卡爾（René Descartes），在科學(xué)革命的時代背景下，基于實驗科學(xué)的諸多成果，第一次打破了《氣象通典》長達(dá)兩千年的束縛；又如皮耶克尼斯在沃克定義南方濤動的基礎(chǔ)上，提出了ENSO 的正反饋機(jī)制，引領(lǐng)了氣候研究的新方向。在中國，在氣候變化領(lǐng)域蜚聲國際科學(xué)界的科學(xué)家竺可楨非常重視對前人工作的總結(jié)和歸納，發(fā)表過《十年來氣象學(xué)之進(jìn)步》、《中國過去在氣象學(xué)上的成就》、《中國氣候之要素》、《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》、《歷史時代世界氣候的波動》和《為什么中國古代沒有產(chǎn)生自然科學(xué)》等一系列學(xué)術(shù)論文。此外，他還非常重視對氣候相關(guān)領(lǐng)域的人物研究，如《紀(jì)念德國地理學(xué)家和博物學(xué)家亞歷山大洪堡逝世100 周年》、《波蘭偉大科學(xué)家哥白尼的貢獻(xiàn)》等，這些工作都從側(cè)面展現(xiàn)竺可楨重視對前人工作繼承和發(fā)揚(yáng)的特質(zhì)。再如趙九章、葉篤正等氣象先輩，為新中國氣象事業(yè)發(fā)展和氣象人才的培養(yǎng)發(fā)揮了不可磨滅的重要作用。正是古今中外不斷涌現(xiàn)出來的關(guān)鍵人物，加速推動了人們對氣候的認(rèn)知經(jīng)過幾千年的發(fā)展后實現(xiàn)跨越式提升。

3.4 氣候?qū)W需要國際合作的助力推動

大氣無國界這一特性使得包括氣候?qū)W在內(nèi)的氣象相關(guān)學(xué)科發(fā)展必然伴隨著緊密和持續(xù)的國際合作。伴隨著氣象觀測儀器的發(fā)明和應(yīng)用，氣象觀測數(shù)據(jù)的獲取為更加客觀地認(rèn)識氣候規(guī)律提供了可能，不同地區(qū)氣象數(shù)據(jù)獲取的迫切需求加速了國際合作的進(jìn)程。19 世紀(jì)中期，來自歐美10 個國家參與的布魯塞爾會議上，達(dá)成了在各國船只上裝氣象觀測儀器的共識，從而可以獲得來自不同國家的氣象數(shù)據(jù)，這也可以看作是國際氣象合作的序章。此外，共同話語體系的建立對國際氣象合作起到了推波助瀾之效。19 世紀(jì)的科學(xué)家們在探索標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的進(jìn)程中，建立了一套相對客觀、理性的語言和符號系統(tǒng)，如蒲福對風(fēng)力進(jìn)行定級、霍華德對云進(jìn)行分類、菲茨羅伊開展異地同步觀測時對氣象數(shù)據(jù)記錄、氣象儀器校準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，前人的諸多努力讓全球氣象學(xué)者更加無障礙地進(jìn)行溝通和對話，為國際氣象合作提供了更堅實的基礎(chǔ)。19 世紀(jì)后半葉（1873 年），國際氣象組織（非政府間機(jī)構(gòu)）創(chuàng)建，這標(biāo)志著國際氣象合作的開始，這也推動了氣候?qū)W發(fā)展的邁入新的階段。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，氣候異常、全球氣候變暖等問題加速了不同國家、不同地區(qū)之間更加緊密的合作。1935 年國際氣象組織醞釀改組為政府間組織，1950 年世界氣象組織（WMO）正式誕生。WMO 作為聯(lián)合國的專門機(jī)構(gòu)，在實現(xiàn)氣候?qū)W領(lǐng)域的國際合作發(fā)揮了不可替代的巨大作用。20 世紀(jì)70 年代氣候系統(tǒng)概念提出，氣候領(lǐng)域的國際合作越來越多?！堵?lián)合國氣候變化框架公約》、《京都議定書》勾勒了全球不同國家在全球氣候問題上“共同但有區(qū)別的責(zé)任”，世界氣候計劃（WCRP）旨在回答氣候變化能否被預(yù)測等、人類活動是否負(fù)有一定程度的責(zé)任等關(guān)鍵科學(xué)問題，IPCC 的評估為各級政府制定與氣候相關(guān)的政策提供了科學(xué)依據(jù)。可以看到，在地球科學(xué)各個分支的發(fā)展歷史進(jìn)程中，很難再找到氣候?qū)W這樣的學(xué)科得到了如此廣泛的國際合作力量的推動。

4 結(jié)語

回顧人類對氣候的認(rèn)識可以看到，人類最初為適應(yīng)所處環(huán)境從而初步認(rèn)知?dú)夂?，以亞里士多德為代表的西方科學(xué)家和古代中國人通過觀察和認(rèn)識地域特征、時間維度逐步積累氣候知識，伴隨著近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對氣候?qū)W的認(rèn)知逐漸從思辨推論走向基于觀測事實，進(jìn)而繪制出各種氣象要素的全球分布圖，并依托國際氣象會議、國際氣象組織開始顯現(xiàn)氣候?qū)W發(fā)展的全球特征。在氣候?qū)W整個發(fā)展歷程中，隨著科技發(fā)展的沖擊和社會文化的差異，氣候?qū)W多學(xué)科、多種社會力量融入發(fā)展的本質(zhì)得到凸顯，需要一批又一批學(xué)者不斷集思廣益，繼承和創(chuàng)新，最終才能推動氣候?qū)W發(fā)展到一個新的高度。

20 世紀(jì)是氣候?qū)W快速發(fā)展的百年，氣候理論的突破、全球氣候資料的獲取、計算技術(shù)的提升對氣候?qū)W的發(fā)展起到了極為關(guān)鍵的作用。但是，與天氣學(xué)相比，氣候?qū)W涉及領(lǐng)域多，影響要素復(fù)雜，人類對氣候系統(tǒng)的認(rèn)識還處于起步階段，氣候系統(tǒng)各個要素的演變規(guī)律以及相互之間的影響究竟如何，不同圈層如何進(jìn)行相互作用，尚沒有系統(tǒng)和清晰的認(rèn)識，急需克服的難點(diǎn)問題依舊不少，氣候預(yù)測在機(jī)理性問題上的理論研究尚需要依靠基礎(chǔ)科學(xué)的支撐取得突破性進(jìn)展，人類活動對氣候變化的影響研究和認(rèn)識尚需要物理過程和機(jī)制的進(jìn)一步揭示，以及更加定量化的刻畫。本文僅僅回顧了人類認(rèn)識氣候漫長歷程中的冰山一角，期待通過粗線條輪廓的勾畫能夠?qū)ξ磥須夂驅(qū)W的發(fā)展有所啟示。

致謝 感謝兩位審稿專家提出的建設(shè)性意見，感謝青年學(xué)者鄧京勉、李攀、王婷波、李煥連、吳蓉、盧冰、張樸為本研究提供的基礎(chǔ)素材。