雨量計的發(fā)展歷程
早在遠古時期,人們是以狩獵為主,用自制的木頭和石材武器,捕捉動物,養(yǎng)育后代。慢慢的,他們循矩天色、風向、風速和地上各種動物的腳印、痕跡來尋找獵物。
到了農耕時期,飼養(yǎng)動物以及糧食作物的種植,逐漸替代了大部分的野外狩獵。風調雨順的時候,總是糧谷滿倉,牛羊成群。而到了暴風雨等洪澇天氣時,人民饑寒交迫,只能背井離鄉(xiāng)。人們開始特別關注雨水和洪澇的天氣變化。生活中,他們體會到了降水對他們生活的重大影響。為了能夠提前躲避大自然的災害,一部分人開始嘗試觀察風云變化。用*原始的方法測量雨量的大小,了解天氣,積累經驗。公元前1000年的周朝初年,史書“小史掌邦國之志”之中,就有記載天下的旱澇情況。公元前7世紀,春秋時期杰出的政治家,有名的**家管仲,在輔佐齊桓公治理國家的時候,曾經用地下水位來確定旱澇等級。公元前3世紀的秦王朝,朝廷為了掌握各地的旱澇情況,制定了要求國內各地上報雨澤的制度。規(guī)定郡縣必須向上上報雨情。史書《睡虎山秦墓竹筒 秦律十八種 田律》,對此有詳細的記載。
秦朝之后,暴雨制在各個朝代得以延續(xù),并逐步規(guī)范為按雨水不足,雨水過多,雨水事宜三個等級,到了1247年,宋代有名數學家秦九韶,開始研究雨量的計算。在他撰寫的《數書九章》中,列舉了“天池測雨”“圓翟測雨”等。2道計算雨量的數學題,根據測雨器的多少來計算。 地面的降雨量,題曰“圓瞿”“天池”都是當時的量雨工具。雖然這些量雨器只是一般的盛水容器,不盡完善,但它可以算得上是雨量器的雛形。秦九韶在計算“天池測雨”時,用了“平地得雨之數”來度量雨水,在算題中肯定了要計算的單位是將雨水折合成平地雨量,這是很有價值的思想,非常符合現(xiàn)代的雨量概念。他的計算方法可以算得上是世界上*早的雨量計算方法。為今后的雨量測定奠定了理論的基礎。
中國具有長期上報雨澤的實踐,有完備的觀測,計算雨量的理論。但是,測雨所用的都是些日常使用的一般容器,沒有制造出專用的統(tǒng)一的雨量器。氣象歷史上*早的雨量定量測量儀器-雨量計,卻是由當時弱小的朝鮮國發(fā)明的,朝鮮王朝的第四位國王世宗,是一位熱愛科學的君主。對農民的生產生活非常關心。據史記載,朝鮮引進了中國上雨澤,測雨量的方法,并下令研制雨量器。公元1441年,朝鮮發(fā)明了世界*早的圓筒形雨量器。在朝鮮《世宗實錄》卷九三,卷九六上。記有1441年申報制作雨量器的文件。當年他們試制雨量器長二尺,徑八寸,鐵質,安置在書云觀臺上受雨,后來推廣到了國內。并要求各地以直尺測量雨的深淺,上報世宗國王。1442年,他們正是制造了同意規(guī)格的銅制雨量器,高一尺五寸,圓徑七寸。分發(fā)到雨澤網使用。這也是世界*早使用統(tǒng)一雨量器的降水監(jiān)測網。同年,陣雨標準規(guī)格也在朝鮮頒布。
西方*早關注雨水測量的是意大利數學家。伽斯托利,他是伽利略的好朋友。1639年在羅馬大學任教時,他寫信給伽利略,說他曾經用一個圓筒形玻璃容器來接雨水??粗晁谄鲀壬仙?。而真正推動雨量計發(fā)展的是英國人,大約在1691年,英國有名建筑設計師格瑞斯?jié)h.列恩設計制作了利用標準稱錘來度量手機雨水的儀器。它的原理與我們今天使用的翻斗式雨量計非常相象??上覀儧]能找到它的原始圖片。1695年,有名的英國物理學家胡克.羅伯特,成功設計了翻斗式自記雨量計。它是一個玻璃漏斗,安裝在一個木架上,漏斗的下端伸進一個較大的容器內。在漏斗上,有2根繩子將它牢牢地固定在木架上。以防被風吹動,所收集到的雨水用秤稱量。翻斗式雨量計一直沿用至今,它的設計理念也體現(xiàn)在當今的自動雨量計上。在較長的一段時間內,人們很難尋找到18世紀之前的雨量資料,但年是誰用什么標準在測量雨量以及關于雨量的詳細記錄。直到人們發(fā)現(xiàn)了美國科學家,本杰明.富蘭克林的氣象記錄手稿,有名的科學家本杰明.富蘭克林不僅以諸多的發(fā)明聞名于世,而且他從1726年開始對反映天氣的溫度,雨量,風等要素進行了詳細**的記錄,一直持續(xù)了60多年,給后來的研究者們留下了珍貴的歷史記錄。
與現(xiàn)代雨量計*相像的儀器是1722年,由英國人霍斯利制造的,他用一個漏斗把雨水收集在一個玻璃量筒中,只有觀看量筒上的刻度,雨量一目了然,省去了稱量雨水的麻煩?;羲估蛔u為是現(xiàn)代雨量計之父,他確立的雨量計標準一直沿用至今。1723年,英國**學會秘書朱林,組織國內外的一些地方按照規(guī)定的雨量筒進行觀測,并將資料集中到英國,繪制成雨量直線。這是西方的**個雨澤網。也是世界**個國際雨量網。后來,經過幾個世紀科學家的不斷改進,又出現(xiàn)了許多其他種類的雨量計,并且逐步向雨量自動記錄的方向發(fā)展。其中*常用的便是虹吸管雨量計,它又一個承雨筒,里面裝一個浮筒,浮筒會隨著承雨筒中水面的升降而上下移動。同時,它還有一個裝時鐘的鐘筒,當時鐘走動時,鐘筒就會轉動起來。這樣,按在中筒外面的一張自記紙上。就會記錄下一條降雨量曲線。雨量大,線條就上升。雨量小,它就下降。有了這種儀器,人們就可以很方便地從這些曲線上了解任何一段時間內的總雨量和其他數據了。
目前,現(xiàn)在的雨量計生產廠家都在盡量將雨量計做得更小巧,操作更簡單、方便。翻斗式雨量計漸漸也浮現(xiàn)出了無線數據傳輸,顯示器和翻斗杯分體式的。比較有代表性的是德國生產的雨量計36010,體積小巧,分體式無線傳輸,具有記錄功能,并且?guī)в惺覂仁彝鉁囟扔涗浌δ堋?br />雨量計的發(fā)明和完善,傾注了先輩們的大量智慧和心血。在氣象學的發(fā)展史中經歷了一個漫長而艱苦的過程。從遠古時期的“天地測雨”,到現(xiàn)代化的全自動的降水測量,每一個進步,都是為氣象學的發(fā)展,帶來了不可磨滅的貢獻。