天氣預報：一部科學探險史

譯者序 給自然以秩序
前言 跨越時代的氣象實驗

第1章 空中傳書
光電報計畫
早期的蒲福
埃奇沃思：迅捷而秘密的信使
了不起的科學傳承
蒲福：給風力定級

第2章 記錄自然
蒲福：航海日誌大有價值
康斯太勃爾：揣摩天空的光線
盧克·霍華德：劃分雲朵體系
福斯特：創立天氣簡述
康斯太勃爾：用繪畫記錄天氣

第3章 雨、風和極寒天氣
惡風帕姆佩羅
海軍學霸菲茨羅伊
“小獵犬號”南美探險
達爾文上船

第4章 追蹤風暴
颶風浩劫
上帝掌控著天氣？
調查風暴成因
雷德菲爾德：颶風是移動的旋風

第5章 上升的水汽vs 旋轉的風暴
埃斯皮：雲起雨落的奧秘
口誅筆伐：風暴成因之爭
裡德：風暴規律初探
埃斯皮：狂妄的造雨計畫

第6章 穿越時空的電報發明
羅密士：為大氣繪圖
撒母耳·莫爾斯：神奇的電報機誕生
莫爾斯電碼問世

第7章 慧眼識天
“小獵犬號”：了不起的全球航行
雹暴襲擊倫敦
格萊舍：組建氣象觀察員聯絡網
史上首份天氣報告

第8章 偉大征程
被精神病折磨的菲茨羅伊
馬修·莫里：繪製全球風圖
勒維耶：全球首創風暴預警系統
格萊舍：雪晶的隱秘世界
菲茨羅伊：志在繪製全球海圖
老一輩科學名宿相繼離世

第9章 危險之路
颶風抹殺“皇家憲章號”
菲茨羅伊：建立風暴圓錐預警系統
《物種起源》問世，達爾文、菲茨羅伊交惡
格萊舍：熱氣球升空實驗

第10章 舉世矚目
格萊舍：探索大氣層的奧秘
菲茨羅伊：全球第一份官方天氣預報
笑柄：“預報不可靠”

第11章 爭議四起
高爾頓：讓氣象圖走進千家萬戶
菲茨羅伊的預報缺乏理論支持？
誰殺死了天氣先驅？

第12章 如何講述真理
菲茨羅伊：從先驅到騙子
天氣預報淪為“英國禍害”
為預報正名
格萊舍：發現急流

後記 西風
 

前言 跨越時代的氣象實驗

天氣預報無處不在。對於一名普通的英國人而言，平均一天裡要接觸到五六種形式的天氣預報，通過電視、報刊、 廣播等，口口相傳。每天早晨，當聽到早餐時分天氣預報員的聲音時，你一定會立即清醒過來；到了晚上，你會在英國廣播公司（BBC）第四頻道的海洋預報那熟 悉的音樂《駛過》中安然入眠。不論通過何種媒介，天氣預報都已成為現代生活一個不可或缺的組成部分，人們總能隨時得知那變化多端的天氣又將向什麼方向演 變。天氣預報員們總是穿著簡潔而幹練的服裝，他們的眼睛炯炯有神。一旦有惡劣天氣來臨時，他們的話語中總是充滿了關懷和同情。得體的措詞、幹練的西服、優 雅的舉止以及對氣象預警的巧妙傳達，這些會讓觀眾認為他們是古典主義的典範。然而，事實並非如此。這些天氣預報員們其實是19世紀最大膽的科學實驗的產物 之一。

這樣說似乎會讓人感到奇怪，因為人們很難去想像，在天氣預報尚未出現的時代將會是怎樣的情形。例如，1703年11月24日下午，置身於 風和日麗天氣之下的人們不曾想到，英國有史以來最劇烈的大風暴正在狼奔豕突般朝英國的西海岸湧來。人們對於洶湧而至的風暴毫無防備。最後，大風刮落了教堂 屋頂的鉛制窗框，風車飛速旋轉，以致最終像巨大的轉輪煙花一樣燃燒起來。牛羊被刮得四散奔逃。哈爾威治港的船隻被吹得橫跨英國北部海域，一路漂到了瑞典。 還有大量船隻被吹上了古德溫暗沙，預計有2000多艘船被海浪吞沒。雖然沒有最終明確的傷亡記載，但事後人們預計，在短短的幾個小時裡，約有1萬人因這場 風暴遇難。在丹尼爾·笛福（Daniel Defoe）看來，這次大風暴造成的危害遠遠超過了英國倫敦的大火災。

笛福知道，新的風暴會隨時降 臨。又過了150多年，也就是到了19世紀60年代，最早的風暴預警和天氣預報才開始出現。在時間上的這種延遲恰恰反映出了問題的複雜性：在對天氣現象的 解讀和協調反應上存在巨大難度。而要想完全實現這一雄心壯志，將是對1800～1870年那段時期人力和物力的嚴峻考驗。這群人的背景各異，有航海家、畫 家、化學家、發明家、天文學家、水道測量專家、商人、數學家和冒險家等。他們創立了基礎理論，發明了實驗儀器，建立起觀測網，並說服政府部門，讓它們意識 到有義務去採取措施保護民眾。本書就是對這一段長達70餘年奮鬥歷史的記錄。書中探討了他們是如何為現代氣象學打下根基，並賦予我們窺見未來天氣的能力。

19世紀初，天氣仍然是一個神秘的存在。英國海軍將領霍雷肖·納爾遜（Horatio Nelson）站在位於特拉法加角的“勝利號”（the Victory）後甲板上，苦於沒有科學的方法來測量風速。當英勇無畏的氫氣球飛行員文森佐·盧納爾迪（Vincenzo Lunardi）乘坐他的氫氣球飛上高空時，卻無法解釋天空為何看起來是藍色的。作為一位著名的風景畫畫家，年輕的約瑟夫·馬婁德·威廉·透納 （J.M.W.Turner）找不到合適的詞彙來描述他所繪的雲，他也解釋不清雲為何能夠懸浮在空中。美國的開國元勳湯瑪斯·傑弗遜總統也是一位熱情的氣 象記錄者，他的家位於弗吉尼亞州蒙蒂塞洛（Monticello）的高山上，但他不知道地球大氣到底向上延伸了多遠。英國詩人瑪麗·雪萊（Mary Shelley）雖然對維克托·弗蘭肯斯坦（Victor Frankenstein）結婚之夜的暴風雨描繪得引人入勝，但她對風暴的本質卻缺乏科學的認識，也不知道它是如何運作或是從何而來的。

為了填 補這一空白，人們提出了各種理論。有些人認為天氣是循環往復的，在某一年的氣溫變化將會在其他年份中依次重複出現。有些人認為天氣是受月球或行星的運行、 太陽的脈衝、地球上的大地或天空中的電流等因素控制的。1823年，一個極端的理論家甚至寫道：“在這紛繁複雜的因果迷宮之中，理性邏輯似乎再無用武之 地。”對於大多數人而言，天氣是一種神力，是上帝彈奏的背景音樂，用來預示某種變化或懲治罪惡。正如《舊約·詩篇》第19章所宣稱的：“諸天述說神的榮 耀，穹蒼傳揚他的手段。”人們在大自然面前顯得如此渺小而無助，當風暴來臨時，基督徒會敲響教堂的鐘聲，希望以此來祛散惡劣的天氣。這些鐘往往會受到牧師 的祝福。巴黎天文臺的台長弗朗索瓦·阿拉果（François Arago）曾經對一則祝福語進行了簡單的記錄：“凡鐘聲所至，願其祛除惡靈、旋風、雷霆之災，願其祛除颶風和暴風之禍。”

人們能做的只有祈 禱。因為天空是上帝的原野，是一個獨立的所在，是神聖天國與罪惡塵世之間一道無法逾越的鴻溝。很多人都把這片空間稱為“天國”，它包羅萬象，容納著雲朵、 彩虹、流星和恒星。……。而天氣觀測者們卻沒有足夠豐富的語言來對天空進行科學的描述。1703年，烏斯特郡的一位元天氣日誌記錄者曾寫道：“我們的語言在 描述我對天氣的各種觀察時顯得如此貧乏和空洞，為了尋找恰當的詞彙和比喻來描述我的想法，真是讓人絞盡腦汁。”經過一番嘗試，他如此描述天上的景象：

那些膨脹、遲滯，像塗了漆一樣的雲，臃腫而低垂。我可以如此描述它們：就像是飄在天上的房子或奶牛乳房一樣的雲；它們呈鉛灰色，覆蓋和佔據了整個可見的天穹，像水蒸氣，像高高的濕壁畫屋頂，又像帶有大理石礦脈的岩穴。

通 過這種嘗試，作者希望給自然以秩序，而這種努力恰恰預示著即將到來的這個時代。催化時期發生在1735年，這一年卡爾·林奈（Carl Linnaeus）發表了他的作品《自然系統》。該書為那些後來被吉伯特·懷特（Gilbert White）稱為“觀察紳士”的人提供了一種簡便的方法，將各種自然事物進行分類。林奈的這一作品漸漸衍生成一種啟蒙思想，人們開始對世間萬物，包括植 物、動物、岩石、疾病等進行研究和分類，為它們賦予條理化的拉丁名稱，使其變得易於識別。

但當時天空不在人們的研究範疇之內。即使在烏斯特郡那 位元因氣象語言的“貧乏和空洞”而苦惱的天氣日誌記錄者之後100年，仍然沒有一套固定的術語來描述天氣的變化過程。作為大自然的一部分，天空成為人們最難 劃分的對象：它就像是神秘而混沌的世界裡的廢墟，一直延續到牛頓時期和技術革命。少數分散在各地、堅持對氣溫和氣壓進行觀測和記錄的研究者們，如蒙蒂塞洛 的湯瑪斯·傑弗遜、賽爾伯恩的吉伯特·懷特等，缺少的不僅僅是標準的科學用語，同時也缺乏一個用來分享其研究成果的埠或平臺。每個人所在的地域範圍都 是有限的，他們只能看到各自方圓10～20英里以內的天空，只能對各自地區的天氣特徵有所瞭解，卻對宏觀的天氣形勢缺乏總體認識。他們對鋒面、氣旋、積 雲、溫度垂直遞減率、輻射流等概念一無所知。直到1800年，這一情況才有所改變。在科學界，“大氣”（atmosphere）這個詞語的使用頻率越來越 高。該詞屬於希臘語的複合詞，表示的是四周的水汽。這種語言學上的轉變也反映了科學界立場的一種變化。與天堂不同，大氣和人的心臟、植物的花冠、砂礫岩一 樣，需要進行理性的分析。亨利·卡文迪許（Henry Cavendish）、約瑟夫·普裡斯特利（Joseph Priestley）和盧瑟福（D. Rutherford）分別發現了空氣的主要成分——氫氣、氧氣和氮氣，這使得人們對四周漂浮的空氣有了更深入的認識。詩人和哲學家們開始將空氣的流動想 象成天空中的河流：流淌的風、排山倒海的雲、奔湧的水汽。這是一片全新的天地，就像非洲的沙漠、亞洲的群巒，等待著人們去探索，它激發了人們無窮的想像。

盧克·霍華德（Luke Howard）因其在19世紀初期對雲的研究而舉世聞名，在他的一篇頗具感召力的文章中，我們可以感受到那個時代的精神風貌：

天 空也是風景的一部分：我們生活在空氣的海洋裡，雲是其中的大陸和島嶼，變化多端、永不停息的風是海上的浪潮，這是我們整個地球必要的組成部分。在這裡，萬 鈞雷霆得以迸發、瓢潑大雨得以凝結（在夏天甚至還能形成冰雹）。在這裡，由巨大石塊或金屬構成的隕石偶爾會從天而降，任何一個熱情的博物學家，都不會對這 些熟視無睹或覺得平淡無奇。

人們開始以全新的視角看待天空。1802年，霍華德發表了《論雲的形變》，首次以科學的名稱給雲命名。若 幹年後，法蘭西斯·蒲福（Francis Beaufort）提出了量化風級的觀點。1823年，約翰·弗雷德里克·丹尼爾（John Frederic Daniell）的《氣象學隨筆》問世，再次引發人們對這一學科的研究興趣。到19世紀30年代，氣象相關的文章和報告見諸各種科學雜誌，各 種氣象學會和天氣觀測者網路也紛紛建立。人們開始以前所未有的方式研究大氣現象。他們在家裡、海上、山頂和熱氣球上採集大氣資料。對於牛津大學基督教堂學 院的大學生約翰·拉斯金（John Ruskin）來說，氣象學再也不是冷門學科了，它儼然已經成為“初生的赫拉克勒斯”，“成為一切美好的化身”。

更 多成就隨之而來：出現了第一份天氣圖和最早的天氣報告，人們對露水、雪花、冰雹和風暴也有了新的認識。隨著知識的不斷積累，人們面臨著如何對這些知識進行 運用的問題。氣象學家們能否像牛頓發現萬有引力那樣，提出氣象學的普遍規律——控制天氣變化的規律呢？他們能否將所學到的知識付諸實際應用？約翰·拉斯金 在他的《論氣象學現狀》一文中發出了這樣的宣言：

（氣象學家們）需要對全球的風暴進行追蹤，指出其發生的地點，預告其衰退時間。當黑 夜隨著地球公轉變得越來越長時，他們要對地球的各個時刻進行記錄，感受海洋的脈動，探尋洋流的路徑和變化，對神秘且不可見的影響的力度、方向和持續時間進 行測量，對農作物的播種和收穫、寒來暑往、日出日落等循環往復的時間規律進行厘清，直到我們對世上的一切都瞭若指掌。

但在科學研究 上，必然會遇見一個矛盾，那就是：如果天氣是大自然變幻莫測的一面，那麼跨越海洋和陸地，對天氣變化進行追蹤和精確記錄將成為一項極其艱難的工作。而對天 氣進行預測也將變得遙不可及。1854年，英國下議院的一位議員在會上說，過不了多久，人們將能預知倫敦24小時之後的天氣，但所有議員聽完後卻哄堂大笑。

1861年，英國第一份全國性天氣預報正式發佈，當時人們採用了一個新詞：（天氣）“預報”（forecast）。但即便在當時，這項工作 也是困難重重。就在此時的兩年前，查理斯·達爾文發表了他的《物種起源》，使當時的教堂頓時陷入了生存危機中。如果說進化論是對過去的解讀，那麼這種氣象 預測則將是對未來的揭示。

或許是歷史的巧合，作出這些天氣預報的幕後英雄——羅伯特·菲茨羅伊，正是30年前達爾文進行著名的遠洋航行時乘坐的 “小獵犬號”（the Beagle）的船長。如今，達爾文的故事變得家喻戶曉，他本應成為一個教區牧師，卻成長為一個革命性的進化論理論家。然而，我們對菲茨羅伊卻不那麼熟 悉。他曾是英國皇家海軍中的明星，接受過良好的英國上層教育，是人道主義事業的堅定擁護者，而當他在19世紀50年代踏上天氣考察工作的道路後，他的人生 道路開始變得前途未蔔。

菲茨羅伊的性格複雜而矛盾，充滿了豪情壯志，但如今人們對他的印象僅僅停留在他曾是達爾文乘坐航船的船長之上。實際上， 他做出了很多光輝事蹟。他早期曾探訪過火地島，後來在英國政府任職，全心投入天氣研究。在同時代的人中，菲茨羅伊是一個佼佼者。他眼界開闊、品德高尚，迫 切地想通過自己的研究造福世人。他的這種立場得到社會大眾的歡迎，同時也給他四處樹敵，被指責為“魯莽、狂妄和盲目自大”。

菲茨羅伊相信，他是 在順應時代的發展。到19世紀50年代，氣象學家不再是受到孤立的群體。他們建立起越來越多的聯繫網，通過一項令人眼花繚亂的新技術——電報來分享觀測數 據。一個世紀前，電報還被認為是一種沒有實際用途的玩意兒，而到19世紀60年代，電報從最初的光學器械逐步發展，最終實現了完全的電氣化。正是這種發明 使天氣預報成為可能。
電報的發明、氣象理論的發展，以及這些進步背後堅持不懈的人物——法蘭西斯·蒲福、約翰·康斯太勃爾（John Constable）、威廉·雷德菲爾德（William C.Redfield）、詹姆斯·埃斯皮（James P.Espy）、威廉·裡德（William Reid）、詹姆斯·格萊舍（James Glaisher）、伊萊亞斯·羅密士（Elias Loomis）等，他們形成了強大的合力。他們前赴後繼，致力於完成一項跨越時代的實驗：證明地球大氣不是混亂而不可捉摸的，相反，人們可以研究它、理解 它，並且最終對它進行預測。如同一項科學實驗，本書所講的這個故事也被劃分為幾個階段：觀察、爭論、實驗和最為重要的——讓人信服。

這一行動像 春風一般，拂過萬水千山。它從愛爾蘭和英國中部刮到薩福克河谷，從紐約市刮到南美洲最南端的火地島。不論是在霜華滿地的冬日黎明，還是在沾滿晨露的潮濕草 甸，不論是在晚霞映天的夏日傍晚，還是在跨越大西洋的颶風刮過之後的一片狼藉當中，那些堅持探索的人越來越相信，他們有能力找到這一切背後的真理。