上一版
■乔瑜
澳大利亚气象学史上的一则“冤案”
1887年，悉尼天文台台长和新南威尔士政府气象官（1870-1904）亨利·拉塞尔（Henry Russel）前往欧洲参加在巴黎举行的国际天文摄影大会。亨利·拉塞尔在欧洲期间，由他的助手天文台的绘图师查尔斯·艾吉森（Charles Egeson）作为代理气象官主持天文台的气象观测与研究。从当年的四月开始，查尔斯在悉尼当地的《晚报》发布多次天气预报。查尔斯基于太阳黑子运动和气候变化之间关系的研究，认为澳大利亚的降雨量变化存在三十三年左右的周期，他在《晚报》发表的天气预测正是以该周期为基础的。根据他的预测，澳大利亚会在1890年代发生一次严重程度堪比1827年至1830年的旱灾。亨利·拉塞尔回国后公开反对他在报纸媒体发表气象预测的行为，并试图阻止查尔斯继续在报纸发布天气预报，却遭到查尔斯与《晚报》的共同拒绝。两人的矛盾最终导致查尔斯被悉尼天文台解雇，失去了工作的查尔斯很快便消失在了公众视野中。而从1895年开始，查尔斯的预测被事实应验，澳大利亚东部经历了殖民以来持续时间最长、最为残酷的干旱期，即澳大利亚历史上的“联邦干旱”（Federation Droughts）。
亨利·拉塞尔本人曾在1870年代提出过十九年的天气周期论，二人的矛盾一度被媒体描述为气象学家的学术纷争，只不过最终位高权重的亨利·拉塞尔为了捍卫学术权威不惜打压异己。对此亨利·拉塞尔曾经表示，他阻拦查尔斯·艾吉森在报纸公开发表预测是因为这些预测在公众间制造了不必要的“恐慌”。而大量媒体对此事的报道也显示出当时天气周期论不仅是专业气象工作者、气象观察的爱好者也是普通人关心的公众议题。
你一定也好奇，为什么19世纪澳大利亚气象学如此流行周期理论？这个问题可以分解为互相关联的三个小问题：其一，这与殖民地的具体天气条件、社会经济状况有何关联？其二，这些看起来千差万别的周期论之间存在怎样的立场争执和内在联系？最后，周期论在气象学发展进程中又处于怎样的位置？厘清这些细节或许有助于我们理解这桩“冤案”的发生。
旱与涝的二重奏
澳大利亚殖民以来的历史资料提供了大量的气象史信息。对这些资料进行梳理，综合部分相关的研究成果，实际上也可以比较明确地看到殖民以来澳大利亚旱期与雨期的更迭，并对当时的生活、观念和情感有更感性的认识，这也正是周期论风靡殖民地的生态和社会基础。
自1788年欧洲人殖民以来，直至1890年末这100多年间，他们最早定居的新南威尔殖民地有50年都出现了不同程度的干旱。从1824年、1826年至1829年，新南威尔士和成长初期的昆士兰殖民地经历了殖民以来持续时间最久的干旱期。气象观察家威廉·杰文斯（William Jevons）和探险家查尔斯·斯图特（Charles Stuart）都分别在各自的记录中证实了这一点。正是这场旷日持久、涉及范围广泛的干旱使新南威尔士殖民地濒临饥荒，并引发最早关于气候周期性的讨论，后文将对此进一步论述。
1835年至1843年干旱笼罩了新南威尔士、塔斯马尼亚、昆士兰、南澳大利亚和维多利亚五个殖民地，尤以1835年至1839年的新南威尔士最为严重。威廉·杰文斯记载了新南威尔士内陆的巴瑟斯特和亨特地区缺水导致的农作物的普遍歉收。1838年1月开始，维多利亚州、昆士兰州、南澳大利亚出现干旱的报道，气象学者卡拉汉（Jeff Callaghan）和赫尔曼（Peter Helman）则将1838年列为昆士兰东南部的旱年。1845年至1850年期间，新南威尔士部分地区出现了短期的干旱。接下来的1857年、1858年新南威尔士再次出现旱情，随后1859年初南澳的干旱甚至导致了山火，造成两人死亡，多处房屋被烧毁。进入1880年代后，东部地区1883年至1885年以及1888年至1889年均出现了较为严重的干旱。而亨利·拉塞尔与查尔斯·艾吉森的恩怨也就发生在19世纪的最后一个旱期。
再来看相对湿润的年份：与整个19世纪的经历很不一样，欧洲人几乎是在最为潮湿的季节开始定居悉尼附近的植物湾的。1788年开始的数场暴雨不仅延误了房屋和基础设施建设，1793年12月的暴风雨甚至导致一艘船在码头搁浅。1796年、1797年、1799年粮食记录展示了丰收的年景，这种情况延续到19世纪初的数年。在此后的1806年、1809年，霍克斯伯里（Hawkesbury）河发生了洪水泛滥。当时的霍克斯伯里河流域农地是整个新南威尔士殖民地的粮仓。此后，在经历了19世纪20年代末漫长的旱期后，1829年至1841年间部分地区再次出现降雨量较高的年份。新南威尔士南部的干旱则延续了较长时间。1836年至1837年被认为是殖民以来最潮湿的年份。1837年的夏天“牧场郁郁葱葱，不再是常见的棕色”。这种情况一直持续到1840年代初。1863年至1875年是整个澳大利亚比较湿润的时期。
以现代气象学的观点来看，澳大利亚是世界上降雨量起伏最剧烈的国家之一，澳大利亚东南部也是世界上降雨量变化最大的地区。这就导致澳大利亚的气候表现为较为持续性的湿润期或者旱期的交替，有些时候旱季与雨季会在很短时间内急剧反转。而在当时，随着定居点的扩大以及农牧业的发展，欧洲定居者也慢慢形成了关于气候和天气的经验性知识。农牧场主、农业工人都需要了解当地气候的特征与天气的变化以备农时，期冀更精确了解气候的愿望日益迫切。
殖民地天气周期论的盛行
澳大利亚最早的专业气象机构成立于19世纪30年代末，此前并无系统的气象数据记录。因此早期的天气周期论并非来自于职业学者，而是气象观察爱好者。在短短的几十年里，人们依赖记忆和零散的天气状况记录开始对当地多变的气候有了更广泛的了解。其中比较具有代表性的有民间气候观察者史密斯·霍尔（Smith Hall）提出的七年周期论。尽管1830年代以前殖民地没有精确系统的降雨、温度记录，但是围绕雨水丰歉的周期性变化，悉尼当地可能存在着比较广泛的公共讨论，并产生了某种程度的共识。天气周期论都是各具地方特色的经验总结与预判：1850年代淘金热后墨尔本人口陡增，1865年《时代报》上一篇尝试总结墨尔本降雨规律的文章也认定当地处于七年为周期的干旱与潮湿交替中。除此之外，在开拓小桉树区殖民地时，当地流行过2-3年的周期说，维多利亚殖民地西北部的天鹅山（Swan Hill）则盛行另一种说法：“干旱的天气每10年1次。”在缺乏长期气象观测的情况下，民间周期理论的盛行展现了殖民地的居民是怎样理解天气的长期变化和反常气候现象的。围绕气候规律的公开讨论确认了澳大利亚气候的周期性特征，干旱不再被理解成反常现象或一次性的事件。
与此同时，姗姗来迟的官方气象学也开始逐步发展，主要表现为各地专业气象机构的建立，专业气象从业人员的招募与培训，气象设备的标准化使用以及气象观测网络的扩大。各地的专业气象工作者基于本地雨量、河流水量等数据也总结出跨度各异的周期理论。除了亨利与查尔斯的天气周期论外，比较有代表性的有塔斯马尼亚气象站、新南威尔士的温瑟（Windsor）气象站提出的2-3年的短周期理论以及威廉·朗肯（Wil⁃liam Ranken）提出的长周期理论。短周期理论大多完全基于数据的回溯，这与民间观察者的做法是类似的，不过气象学者使用的工具更规范，随着气象网络的建成，可供参考的数据也更丰富。长周期理论则将气候变化与更大尺度内的地球物理现象的周期性变化勾连，不仅停留于数理逻辑的归纳总结，而是尝试对气候变化的周期性提供更科学的阐释。
塔斯马尼亚气象学者根据1830年至1850年的数据，提出一年湿润一年潮湿的交替变化，即两年周期论。新南威尔士殖民地温瑟（Windsor）气象站的气象学家基于1860-1874年的观测数据，提出三年的周期论，这一理论也得到悉尼天文台1863-1875年监控数据的印证。詹姆斯·朗肯根据在澳大利亚内陆的观测提出了时长较为模糊的周期论。朗肯的理论不同于强调年际变化的短周期理论，而接近于后来的长周期理论，即干旱与潮湿的交替组合在较长时段内的反复出现，亨利·拉塞尔十九年周期论的提出也受此启发。
悉尼气象台是殖民地时代澳大利亚和整个大洋洲最重要的天文台，大量地方站点的数据都在此汇集，作为台长的亨利·拉塞尔理应掌握着最全面的气象数据。他认为总结每年天气的年度特征是很困难的，突发的天气（暴雨）会骤然改变气候曲线。但是摸索长时段的天气变化规律是可行的。
作为亨利·拉塞尔的助手，查尔斯·艾吉森也是天气周期论的研究者。他本人尤其热衷于气候变化与太阳黑子活动之间关系的研究，同样是根据悉尼天文台的数据，他发现了一个更长的周期：降雨、雷暴和盛行西风都以33-34年为周期规律性反复，而后两者的峰值都与太阳黑子的剧烈活动有着高度吻合。查尔斯·艾吉森预测：当时（1889年）处于低潮的太阳黑子活动将在1893—1894年达到峰值，而悉尼等地也将迎来降雨量最大的年份，这一判断实际上与亨利·拉塞尔是一致的，但更重要的是查尔斯·艾吉森认为1890年代末至1900年代初会出现重大旱灾。《晚报》的预测在坊间引起热议，甚至导致了所预测地区的牧场主开始低价抛售土地。业余的天气观察家、农牧民纷纷写信给查尔斯·艾吉森和殖民地的报纸、杂志，要求媒体提供更多预测信息。但是正如开篇所提到的，查尔斯·艾吉森的预测未得到同行的认可，不仅亨利·拉塞尔认为他对干旱的预测缺乏证据，维多利亚、南澳殖民地的气象官也都拒绝为查尔斯背书，昆士兰的气象官直接指出当时的气象和大气物理学研究不足以支撑他的论断。
显然，亨利·拉塞尔和查尔斯·艾吉森不仅存在学术上的分歧，两人的矛盾应该还和查尔斯发表天气预报的行为有更直接关系，下文将把这段故事置于国际气象学的发展史中来梳理，以尝试解释师徒分崩离析的更深层次原因。
国际气象学的转型与天气周期论
对于天气现象的研究与预测几乎是一种人类的本能。现存的天气观察和记录最早可以追溯至西亚的楔形文字泥板书，公元前4世纪亚里士多德著有《天象论》（Meteorologica），古希腊的公共日历（parapegmata）也是一种追踪天文和天气周期，从而预测天气并指导日常生活的历书。但是近代以前，人们关于气象的认识一直被神秘主义和迷信色彩所笼罩。
18世纪末开始气象学脱胎换骨：气象学彻底摆脱传统的定性和描述性方法，转向对经验数据的量化理解。工业的发展提供了标准基本统一的观测仪器来测量大气的温度、湿度、压力和风速，这使得人们能从大气的观测资料中进行总结、归纳、并能与物理学原理结合。但是，19世纪末的气象学家们无法准确预测天气。直至20世纪初，挪威大气科学家威廉·比耶克尼斯（Vilhelm Bjerknes）等人的工作才最终促成气象学在科学大厦站稳脚跟。他用流体动力学和热力学方程来描述地球大气的运动状态，这样就可以计算大气未来的状态。这一思路实际上就是今天数值天气预报的基本思想。
也正因为此，19世纪的气象学颇具争议。科学应该是精确明了的，但是此时的气象学却缺少绝对可靠的方法去验证，这也使得作为一个学术共同体的气象学界受到广泛的质疑。19世新旧大陆的公众也越来越推崇数字和推理量化的事实。1838年的《爱丁堡评论》宣称，只有基于观察和实验，直接从现实中得出或是运用数学推理得出的知识才可靠。因此，天气预报也是不被信任的。澳大利亚的特殊情况还在于气象学起步晚，与欧洲大陆相比缺少使用标准化仪器测获得的长时段数据。
另一方面，随着气象科学的发展，气象学知识的运用呈现更大的可能，其中前景最值得期待的亦是天气的预测，它要求在大范围同时进行观测且迅速交换讯息的天气观测系统。电报的成熟使用和天气图的广泛运用使之成为可能。气象学工作者通过电报来分享观测数据。他们不再因为地理的限制，而仅仅关注各自方圆数十里内的天空。亨利·拉塞尔与查尔斯·艾吉森的研究实际上都隶属于这一学术潮流。气象学者共同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准确的预测。
这些交相辉映的理论可以分为互为表里的周期理论和天体气象学理论。两者的区别在于：周期理论是富于实践意义的，它认为天气的变化是循环往返的，其特点是气候在数年后的可重复性，风暴、潮湿、干燥将以可预见的模式重复出现，一个周期的天气将与下一个周期类似。短天气周期论在民间的繁荣更加凸显了周期理论的功能性而非科学性。天体气象理论则是富有解释意义的，它认为天气是受月球或者行星的运行、太阳黑子运动、地表电流等因素控制的，即月球或者其它行星是气象变化的推动力。很显然，亨利·拉塞尔与查尔斯·艾吉森的长周期理论是企图融通两种学术传统的尝试。
而实践操作层面，亨利·拉塞尔作为澳大利亚本地专业气象机构的从业者和管理者，比较谨慎地遵守国际气象学的规则，决不越矩。理论上的突破与实践中的保守应该也和亨利·拉塞尔本人的职业经历及其在科学界的地位有关。亨利·拉塞尔1836年出生于新南威尔士殖民地，是悉尼大学最早期的学生，毕业后进入悉尼天文台从事恒星观测和气象研究。他是澳大利亚气象研究专业化过程的见证者，更是致力于气象学的规范与标准化建设的实践者。不同于以往在民间流行的周期论，查尔斯的预测来自于殖民地天文台的专业从业者，对于普通居民来说，更具有科学与权威性。在亨利·拉塞尔看来，《晚报》发布的天气预报，是第一次由专业人员将未有定论的气象研究成果呈现给了公众。他们供职于同一研究机构，极有可能使用高度雷同的气象数据，却得出了不一样的结果，这种做法不仅会引发他所说的“公众的恐慌”，而且还会危及成长中的气象科学本身的公信力。在这种情形下，查尔斯·艾吉森基于十九年周期论发表的预测，沦落为没有严谨理论支撑、缺少前期实验保证成功率、更得不到行政机构支持的公共科学实验，而他本人也在很长一段时间被澳大利亚气象学史除名。
结语
干旱与洪水的交替扰动是澳大利亚天气周期论最初形成的自然基础，天气周期论是居民们在陌生环境中创生的环境知识。欧洲人开始在这里定居时，整个国际学术界还未有完备的专业化术语来描述天气的变化过程。作为大自然的一部分，天空几乎成为人们最难定义的对象。在官方气象学诞生之前，天气周期论表现为一种半专业的民间智慧，继而在新大陆的特定气候条件与国际气象学的转型过程中迅速演变，从“预言”走向“预测”。但是现代气象学萌发的19世纪末，气象学家对繁复的理论争鸣并无基本共识，科学界更对于气象学是否是一门独立严谨的现代科学存在争议。亨利·拉塞尔与查尔斯·艾吉森之间的争端基于此爆发。从现代科学的角度来看，气象学是一门复杂的科学，它依赖于许多从属原理，需要将精确的理论与一系列精细多样的观测结合起来，才能慢慢走向完善。
缩小
全文复制