中国古代人们是如何测气压的

对于大气光现象的观测，是我国古代光学最有成就的领域之一，有任务明确、组织严密的官方观测机构，积累了太阳的10种不同光气等大量天象资料。

古代对视差与蒙气差、虹、海市蜃楼等太阳的光气现象多有研究，其中不乏有价值的光学史资料。

孔子到东方游学，途中遇见两个小孩在争辩，便问他们争辩的原因。其中一个小孩说：“我认为太阳刚升起来时离人近，而到中午时离人远。”另一个小孩则认为：“太阳刚升起时离人远，而到中午时离人近。”一个小孩说：“太阳刚升起时大得像一个车盖，到了中午时小得像一个盘盂，这不是远小近大的道理吗？”另一个小孩说：“太阳刚出来时清凉而略带寒意，到了中午时就像把手伸进热水里一样热，这不是近热远凉的道理吗？”孔子听了两个小孩的话，一时也不能判定他们谁对谁错。著名的“两小儿辩日”的故事，是战国时期列御寇所作《列子》中的一篇文章。此书多取材于周秦时期的事实，所以我们可以相信这个故事发生在2000多年之前。其实，“两小儿”提出了一个复杂的光学问题，它涉及光的折射、吸收、消光、视差以及一些生理上、心理上的问题。对于“小儿辩日”问题，从西汉时期开始就有人进行研究，很多人都发表过意见。其中说得最全面的大概算是晋代的文献学家束晳，他很明确地提出：视距离的变化与视像变化，都是由于“人目之惑”，“物有惑心”与“形有乱目”。

应当说，这不但已经相当圆满地解决了“小儿辩日”的问题，而且在大气光学中有一定的普遍意义，可以说是我国古代光学上的一项成就。

对于这个问题，后来也还有不少议论，其中后秦精通天文术数的姜岌又有新的创见，他用“地有游气以厌日光”去解释晨昏的太阳色红，中午的太阳色白。这实质上是一种大气吸收与消光现象。

后来还有人提出“浊氛”、“烟气”、“尘氛”等词，都是指空气中悬浮着的水气、尘埃等微粒所构成的一种雾霾，认为这些是太阳颜色变红的原因。

除了对视差的研究，古人对虹格外关注。我国在殷代甲骨文里就把“虹”字形象地写成了弯弯的杠的样子。在周代的上半期，我国劳动人民已经有了这样一条经验：早晨太阳升起时，如西方出现了彩虹，天就要下雨了。

《诗经•蝃蝀》记载：“蝃蝀在东，莫之敢指。”“朝隮于西，崇朝其雨。”意思是说，一条彩虹出东方，没人胆敢将它指。朝虹出现在西方，整个早晨都是蒙蒙雨。

战国时期的《楚辞》，记载虹的颜色为“五色”。东汉文学家蔡邕在《月令章句》一书中，也说到虹的生成条件及其位置规律。

他说：虹是生成于和太阳相对方向的云气之中，没有云就不会见到虹，但阴沉天气也不会形成虹。这些说法，尽管是十分表面的，但基本上是正确的。

先秦时期，还有人企图以当时的阴阳哲学理论去解释虹的生成。

《庄子》说道：“阳炙阴为虹。”在阴阳理论里，太阳属阳，水属阴，把阳光照射水滴，说是“阳炙阴”，是能够自圆其说的。当然，这并没有说到色散的本质上来。不过也可以看到，古人对待科学问题具有独特的思想方法。

至唐代，人们对于虹的认识就大大前进了一步。当时已经知道虹是太阳光照射雨滴而生成的。

唐代学者孔颖达写的《礼记注疏》中，在《月令》“虹始见”条目下就记载：“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”这里已粗略地揭示出虹的成因。

孔颖达的说法跟现代严密而完整的解释相比，尚有较大的距离。但在1300多年前就能提出这样的解释，实在是足以自豪的。

还应特别提到的是，我们祖先非但最早对虹的成因做出了解释，而且创造过一个“人造虹”的实验。

当山间瀑布下泄，水珠四溅，日光照射，即成七彩，犹似虹霓之状，这是人们所容易发现的。在这种现象启发之下，使人们想到了能否人为地造成虹霓之状。

唐代著名道士、词人和诗人张志和写的《玄真子》一书中记载：“背日喷乎水成虹霓之状。”意思是说，背着太阳向空中喷水，就可以看到虹霓现象。

这个实验确实是很有意义的。这是人们有意识进行的一次白光色散实验，它直接模拟了虹霓现象，不但可以验证关于虹的成因的解释，而且给了历史上关于虹的种种迷信邪说以毁灭性打击。

除了虹霓以外，古人还注意到许多色散现象，在唐宋时期前后不断被发现并记载下来。这不但丰富了人们对色散的认识，而且有助于对虹霓成因的解释。

人们深入观察了单独一个水滴的色散现象。南宋时期学者程大昌在《演繁露》一书中记载着一个很有趣的现象：当雨过天晴或露水未干的时候，沾于树枝草木之端的水滴，由于表面张力的作用，总是结为亮晶晶的圆珠之状。

仔细观察其中一个小水珠，在日光照射之下，可以显出五颜六色，这就是白光经过水珠折射反射之后的色散现象。

程大昌能够仔细地深入观察这种现象，是很难得的。更重要的是，他从中得出的结论是很科学的。他说这种颜色，不是水珠本身所有，而是“日之光品着色于水”。这就指出了太阳光之中包含有数种色光，经过水珠的作用可以显出五色来。这可以说接触到了色散的本质问题。

应当指出，搞清楚单个水滴的色散现象，为解释水滴映日成虹现象提供了更扎实的基础，其意义显然是很大的。从南北朝时期开始，就发现了某些结晶体的色散现象。梁元帝萧绎撰写的《金楼子》里记载着一种叫君王盐或玉华盐的透明自然晶体，“及其映日，光似琥珀”。“琥珀”颜色呈红、黄、褐色，就是说白光通过晶体折射后呈现出几种色光来。这是关于晶体色散的最早记录。

明代科学家方以智在《物理小识》里，对这些知识作了总结性记载。他不但全面罗列了各种各样的色散现象，包括自然晶体的色散，人造透明体的色散，水滴群的色散；更重要的是能够指出虹霓现象和日月晕、云彩等现象是相同的道理，都是白光的色散。

明代中期以后，朝廷对于色散的研究，又是一番情况。西方近代科学家渐渐输入，比如意大利传教士利玛窦来华，就带有棱镜片，并做过色散表演。

我国最早正确介绍近代色散知识的人，是清代翻译家张福僖翻译的《光论》。

这本书对于棱镜的分光、折光、光的合成和色盘等均有所阐述，并以白光在水滴中的折射、反射发生色散的道理，去解释虹的成因，书中又以虹为实例来证明白光可分为七色。这样，使得人们的色散知识更加完整了。

从上面简单的介绍可以看到，我国古代对于虹的色散本质有相当深刻的认识，对于色散的现象有很多发现。

古人还注意到海市蜃楼的现象。海市蜃楼，也称“蜃景”，是光线经过上下差异很大的空气层，发生显著折射与全反射时，把远处景物显示在空中或地面的奇异幻景，它常发生在海边与沙漠。

古代对于海边的蜃景记载较多也较早，在汉晋时期的书上，把它说成是蛟龙吐气的结果，即所谓“蜃气”。

北宋时期文学家苏轼指出，海市蜃楼都只是一种幻景。沈括也对山东登州经常出现的海市蜃楼进行了忠实记录，但不曾解释成因。

明代政治家陈霆在《两山漫谈》中探讨了这个问题，他说：“城郭人马之状，疑塘水浩漫时，为阳焰与地气蒸郁，偶尔变幻。”这个见解是很有价值的。

在这些基础上，清代的学者用“气映”来说明蜃景的原理：水面既能反射成像，上升的气的界面也可以像镜子那样反射成像，以此说明蜃景的生成，是明确的。

气象学家用气压表测量大气压力，大气压是地球引力将仪器上方的大气团向下拉动，在每单位面积所形成的力。典型的无液气压表测量直接作用于有一定真空的空管上的压力。现在更先进的气压表叫压电电阻表，它测量由大气作用在矽薄膜上的反作用力的变化。位于海拔1英里(1.6千米)的气象站可承受约85％的海平面大气压。这是由于它上空空气稀薄的原因。为摆脱因这种海拔高度造成的影响，气压表常读作一个海拔高度。这种转化是假定一个臆造的但又合理的实际高度同海平面之间的标准大气。

气压曾以水银柱高度(英寸)为单位。对水银气压表而言，由于大气压作用在水银管的周围，液体可在真空管内上升。海平面标准大气压为29.92英寸水银柱高或以米制换算，约为1.013毫巴(如果在经典气压表内加的是水而不是水银，那么该仪器需加长到三层楼那么高)。空气中的湿度用湿度计测定。它是一种利用头发、干羊肠筋或细金属丝根据相对湿度的变化而拉长或收缩的测湿仪。

另一种测湿法是用干湿球温度表，来测量露点温度。风向是主要的气象变量，利用它作为即将到来的天气征兆并将它记录下来。风向的一些记录可追溯到2000多年前，水平方向的风向可用罗盘刻度记录，360°代表北方，90°代表东方，180°代表南方，270°代表西方。用近似十进位制的方法记录或描述风吹来的方向。如东风转东南风或转西北风。

气象上常用的测定仪器有液体（如水银）气压表和固体（如金属空盒）气压表两种。气压记录是由安装在温度少变，光线充足的气压室内的气压表或气压计测量的，有定时气压记录和气压连续记录。人工目测的定时气压记录是采用动槽式或定槽式水银气压表测量的，基本站每日观测4次，基准站每日观测24次。气压连续记录和遥测自动观测的定时气压记录采用的是金属弹性膜盒作为感应器而记录的，可获得任意时刻的气压记录。采用这些仪器测量的是本站气压，根据本站拔海高度和本站气压、气柱温度等参数可以计算出海平面气压。
气压以百帕为单位，取小数一位；有的也以毫米水银柱高度为单位，取小数两位。毫米与百帕的换算关系是
1百帕=0.750069毫米（水银柱高度）≈3/4毫米（水银柱高度）
1毫米=1.333224百帕≈4/3百帕
我国的气压观测在1953年及以前采用的是以毫米水银柱高度记录的，1954年及以后是以百帕记录的，两种记录合并使用时，须换算为同一种单位。