风暴瓶的历史及传播

本文来自微信公众号：科学杂志1915（ID：kexuemag），作者：王思琛、萨日娜，题图来自：《加勒比海盗》

风暴瓶，又名天气瓶，是一种用来预测天气的透明玻璃瓶。风暴瓶于18、19世纪已为欧洲人熟悉并使用。法国科幻小说《海底两万里》^[1]第12章中也提到风暴瓶：“当瓶中混合物分解就预告了暴风雨的来临”，并将其作为诺第留斯号航行必备的仪器。雨果在流亡海岛期间创作的小说《海上劳工》^[2]中，热尔特雷船长列举了许多预示风暴来临的物象征兆，其中即包含风暴瓶：“我有一根气候变化预测管，它显示的征兆也不妙。”据此推测雨果听闻甚至见过、使用过风暴瓶。

现有文献资料无法确定风暴瓶的第一发明者，由于其所含物质都是常用的炼金药品，故风暴瓶很可能是当时炼金术士的成果^[3]。但在较长一段时间里，它未被当作科学的天气预测仪器，许多人认为用它预测天气是荒谬的，仅将之视为有趣的工艺品。这种情况在菲茨罗伊(R. FitzRoy)主持英国贸易部下设的气象局工作期间得到改变，他将风暴瓶作为一种科学的风暴预测器在全英国范围内推广使用，可以说菲茨罗伊是风暴瓶发展史上至关重要的人物。

一、风暴瓶的理论基础

依据菲茨罗伊1863年出版的《天气学手册》^[4]，风暴瓶中只含有樟脑、水、酒精、硝酸钾、氯化铵五种物质。樟脑可溶于酒精，不溶于水；水与酒精可互溶，因而风暴瓶中的液体常有结晶。实验表明，风暴瓶中的结晶为樟脑晶体^[5]，即风暴瓶中硝酸钾、氯化铵、酒精和水都是影响樟脑结晶的辅助品，它们自身不会析出晶体。风暴瓶中的樟脑晶体变化主要受温度影响，人们可以根据瓶中晶体形态了解过去一段时间的温度变化，却很难预测未来的天气。但对当时难以获得精确仪器或接收天气预报的渔民来说，风暴瓶作为平民化仪器，仍有很高的实用价值。

风暴瓶于18、19世纪广为流传，当时人们尚未完全了解风暴瓶的工作原理，对风暴瓶的态度大致分为两类：

以菲茨罗伊、科学仪器制造商内格雷蒂(H. Negretti)和赞布拉(J. Zambra)为代表，认为温度并不是影响结晶的唯一原因，大气中的电也会影响瓶中结晶，故风暴瓶可以与气压计、温度计一起预测天气。菲茨罗伊坚信风暴瓶中的结晶变化由空气中的电压导致：“用精密的电流计反复实验，测量空气中的电压，已经证明了这些事实。”^[4]在当时，大气电理论在富兰克林、开尔文等人的发展下逐渐兴起，且人们通常认为雷暴天气与大气中电荷电场变化密切相关，因而菲茨罗伊认为风暴瓶中晶体变化受大气电的影响，故能预测天气。

菲茨罗伊还专门致信法拉第，同他讨论电对风暴瓶的影响，然而法拉第对菲茨罗伊的理论给予否定。1861年10月19日，法拉第在回信中写道：“我认为除了温度外，没有什么因素能够影响混合物的状态。”^[5]

以法拉第、汤姆林森(C. Tomlinson)为代表，认为风暴瓶中的结晶变化只受温度影响，不能预测天气。汤姆林森1863年在《伦敦、爱丁堡、都柏林哲学杂志和科学院杂志》上发表了题为《关于俗称风暴瓶的实验检验》的文章，详述他关于风暴瓶做的多组实验和结论，认为风暴瓶是一种粗糙的温度计，且效果不如温度计，因为它没有统一的标准，甚至在同一地区的两所不同房子中的风暴瓶，由于受到不同的辐射，瓶中的结晶状况也不相同。

即便几位科学家不认同风暴瓶准确预测天气的能力，菲茨罗伊仍致力于向民众推广，其原因在于虽然风暴瓶的效果不如某些精密仪器准确，但它作为粗糙温度计的作用已被科学家认可，适用于普通渔民、水手。

二、风暴瓶的词源和起源

1. 风暴甁词源探析

英文中对风暴瓶的称呼多种多样，一般称之为the storm glasses(风暴瓶)、FitzRoy’s storm barometers(菲茨罗伊风暴晴雨表)、chemical weather glass(化学天气瓶)、camphor glass(樟脑瓶)、the weather glass(天气瓶)、the camphor storm glass(樟脑风暴瓶)等。其中有两个关键词：barometer和glass，即风暴瓶的主体，它们的修饰词多变，chemical、camphor、storm和weather分别体现了风暴瓶所含物质、工作原理和应用方向的特点。

不过，在气象仪器发展历史中，weather glass一般是所有反映天气状况的玻璃仪器的统称，风暴瓶只是其中一种。《天气学手册》正文中对风暴瓶的称呼是camphor glass，以瓶中含有的特殊物质樟脑命名;在附录中，两次称为storm glass，且有so-called前缀。结合上下文，可推测当时storm glass是一种俗称，流传广泛却不正式，camphor glass是更为学术和正式的用语。而chemical weather glass一名出现在威克里布(Wiegleb)1791年的《近代化学发现发展史》^[6]一书中，chemical一词凸显了风暴瓶有别于基于其他物理性质制造的天气预报仪的特色。由于storm glass一名既能反映风暴瓶的特性，又是现今常用词语，故本文统一称为storm glass(风暴瓶)。

法语中对风暴瓶的称呼除baromètre de Fitzroy，bouteille tempête，verres-de-tempêtes三种英文名称的直译外，还有由法国律师、气象爱好者勒戈(P. Legaux)所起的特殊称呼“pronostic”，取“预测”之意。

风暴瓶在日语中常被称为：天気管(てんきかん)、嵐の壜(あらしのびん)、風雨計(ふううけい)、測候器(そっこうき)等。

汉语对风暴瓶的称呼更为丰富且皆译自英文，如天气瓶、风暴瓶、晴雨表、风雨表、风雨计、寒暑表、辨天时表等。这些名称繁多混乱，有的译名将风暴瓶与气压表、温度计混作一谈，经过岁月的淘炼，现已废弃不用。现在常用的“天气瓶”和“风暴瓶”都是英文名称的简单直译。西方气象学知识传入我国之际，“Barometers” “thermometers”分别被翻译成“风雨针/表”(今气压计)“寒暑针/表”(今温度计)等。

当时的“风雨表”通过测空气压力来预知风雨，即今天的气压表，因此将风暴瓶称为“风雨计/表”的译者认可风暴瓶预测天气的能力，甚至认为风暴瓶的原理与气压表的原理有相似之处。傅兰雅(J. Fryer)和江衡翻译的《测候器图说》^[7]中将风暴瓶创造性地翻译为“辨天时表”，既与其他仪器有所区分，又展现了风暴瓶的功用，遗憾的是这一名称未被时人广泛接受。从风暴瓶的形态来看，“瓶”比“表”更合适。然而包括傅兰雅在内的许多人都使用“表”而非“瓶”，可能是借鉴barometers译名的缘故。这些混乱的译名体现了当时人们对风暴瓶中结晶原理的理解及对风暴瓶用途的认识的不同。

2. 风暴瓶的起源

风暴瓶可能是中世纪炼金术士的成果，但具体起源已不可考。《天气学手册》中明确提出，一百多年前风暴瓶在英国被生产制造，但很难确定它的创造者^[4]。可以明确的是它曾被售卖于老伦敦桥上一家有“山羊和指南针”标志的店中。罗杰(K.Roger)在《老伦敦桥周围的标志和酒馆》一书中记载，在老伦敦桥上有一家以“山羊和指南针”为名的酒吧，可推测菲茨罗伊所指的风暴瓶可能就在这家酒吧售卖。

山羊和指南针  西方作家们对“山羊和指南针”的含义有多种解读。有一个从17世纪开始广为流传的说法，“Goat and Compasses”来自于“God encompass us”的谐音，山羊和指南针经常作为英国一些旅馆的招牌。

然而，菲茨罗伊于1861年记载，大约在40年前，一位叫马拉克雷迪(Malacredi)的意大利人将风暴瓶引入英国，这与他的《天气学手册》中所说的一百多年前风暴瓶在英国已经开始生产制造前后矛盾。意大利起源说并非菲茨罗伊的个人观点，法国也有许多支持者，如哈瓦那气象台台长波伊(A. Poëy)，他认为风暴瓶最初由不知名的意大利人制造。

此外，也有人提出风暴瓶由法国律师勒戈发明，勒戈利用名为“pronostic”的仪器，从1776-1781年进行观测并预测风暴的产生及相对大小。同菲茨罗伊一样，勒戈已被证实并非风暴瓶的创造者，比安奇(Bianchi)在1782年出版的小册子指出一位名叫菲奥罗尼(Fioroni)的意大利物理仪器制造者给出了风暴瓶的介绍和配方，同时表明风暴瓶的创造者不知为何人。^[8]

由此可见，即便在菲茨罗伊和勒戈生活的时期，也无法明确风暴瓶的发明者及创造时间，解开发明者之谜或许还有待新资料的发掘与研究。

三、菲茨罗伊的贡献

菲茨罗伊作为英国海军中将，在航海领域有诸多贡献。他是英国气象局的创始人，同时也是著名的“贝格尔号”(the beagle)的船长，他曾邀请达尔文远航，成为达尔文进化论的见证者。长期的海上航行经历让他对海上风暴预警产生浓厚的兴趣，意识到风暴预测对海上航行人员生命和财产的重要性。正如穆尔(P. Moore)的评价：“如果说《物种起源》是科学对过去的擅自闯入，那么天气预报就意味着对神圣未来的入侵。”^[9]

菲茨罗伊年轻时就读于皇家海军学校，他对当时最先进的气象学知识十分了解，在蒲福(F. Beaufort)的指挥下开始从事气象、水道的测量工作；此外，同海员、渔民的密切接触使他积累了许多天气预测的经验性知识。1856年成为气象局局长的菲茨罗伊“向60个港口发放气压计并附使用说明，以便他们了解气压变化与风的关系。他从1861年开始在气象局收集英国国内15个地方的天气电报，并通过巴黎收集欧洲各地的天气资料，每天向报纸(《泰晤士报》)提供天气图，在各个港口做出暴风标志，发布暴风警报”^[10]，并在一些地区雇佣专人维护保养，这一行为受到许多渔民的感激与赞誉。

然而，由于当时科学技术条件的限制，暴风警报的准确率较低，巨大的挑战和压力使他的精神状态愈发糟糕，最终选择自杀。1878年，国际气象组织成立，菲茨罗伊被正式确认为天气预报的创始人和气象学泰斗，这位气象预报事业的先驱者终于得到世界认可，获得了他应有的地位和名分。^[11]

菲茨罗伊不仅是一位船长，更是一名严谨的科学家，在当时他把风暴瓶这一并不被许多人认可其科学性的瓶子作为预测天气的仪器，并在英国推广，除了他认为风暴瓶在电理论中具有科学性外，更主要的原因在于其便捷性。

在菲茨罗伊所处的时代，社会底层的大部分海员和渔民并不具备读取复杂气象仪器和分析数据的能力，在英国《1870年初等教育法》颁布之前，许多同时代的人都不熟悉按尺度测量温度^[12]，读取温度计的数值是上流阶级的风尚。相较而言，风暴瓶只需观察瓶中结晶的多少与形态，更易于普通海员和渔民使用，因此，在一定程度上，风暴瓶在19世纪的推广比温度计有更大的实际意义。至今仍有人将风暴瓶称为“FithRoy’s storm barometers”，正是由于菲茨罗伊发放的气压计中不仅有温度计还包含风暴瓶。

菲茨罗伊气压表  左图为英国科学史博物馆（History of Science Museum）收藏的伦敦19世纪中叶的菲茨罗伊天气瓶（Admiral FitzRoy Weather Glass），由沃森兄弟（Watson Brothers）提供；中、右图为晴雨表世界（Barometer World）售卖的古董晴雨表。

四、风暴瓶向东方传播

1864年2月20日刊载于《科学美国人》上的一篇文章简单记载了风暴瓶的配方及使用方法，可见那时风暴瓶已漂洋过海，被作为预测风暴的仪器进行推广。风暴瓶于江户时期通过长崎的出岛传到日本。人们在北海道江差町发现3个风暴瓶。

中本泰任的研究表明^[13]，西川如见1708年出版的著作中记载的荷兰特产“升降图”正是风暴瓶：升降图长一尺，瓶中包含樟脑，可测四季天气变化。然而对此尚有争议，也有学者认为“升降图”是荷兰传入日本的温度计。在中国，傅兰雅和江衡于1879年的译著《测候器图说》是中国目前有文本可考的最早介绍风暴瓶的制作与使用方法的文献。可见风暴瓶在世界范围内广泛传播，尤其是在东亚地区。

江差町发现的风暴瓶

有关风暴瓶的记载首次出现在《测候器图说》中。该书于1880年在《格致汇编》1—4卷连载刊行，翻译自意大利裔英籍科学仪器制造商内格雷蒂和赞布拉1864年的著作^[14]。原书共16章，主要介绍风雨表、寒暑表、测湿表的使用方法与原理及对风、雨、电、电臭的测量。傅兰雅在译书中将16章整合为7部分，附74幅图，翻译基本详实准确。从前言可知，当时对气象学仪器的描述极少，即便非常详尽的科学记录中也只一笔带过，内格雷蒂和赞布拉在书中对每一种气象仪器都有详细介绍，希望大众和有专业需求的读者都能读懂、使用。在仪器的选择上他们也颇费心思，摒弃老旧仪器，选取虽没有很大实际意义却新颖灵巧的仪器；或是没有严格的科学原理，但作为简单的反映天气现象的仪器或贸易品来说很重要的仪器，风暴瓶属于后者。

在《测候器图说》中，风暴瓶以“辨天时表”一名出现在“杂器”章第一节，讲述了风暴瓶的历史、样式、内含物、工作原理及用之判断天气的方法。“费次来书中论此器云……”中“费次来”指的就是菲茨罗伊，“书”指的正是《天气学手册》，但文中没有配图。

近代报刊中对风暴瓶的记载较多，且不同文章对风暴瓶的称呼不同：《农工商报》在1907年创刊当年即刊载《新法：工业：辨天时表之发明》一文，内容与《测候器图说》大致相同。以“进步思想鼓励国人”为宗旨的综合性刊物《进步》，在1913年小制造厂栏目中的《风雨计》一文，简要介绍了风暴瓶的制作及使用方法。主要面向中小学师生及市民大众的《科学世界(南京)》于1936年刊载《晶体风雨表》的文章，除介绍制作及使用方法外，还提到风暴瓶常与寒暑表搭售。着重介绍各种小工艺的制造方法和配方，力求实用的半月刊《小工艺》在1939年的《家庭化学风雨表》一文中，简单描述了风暴瓶的配方及使用方法。

将以上4种报刊记载与《测候器图说》中关于风暴瓶配方的描述进行比较，可以看出，传至中国的配方大致分为两种，一种是以《测候器图说》和前两个文献为代表的以钱、分、釐为单位的配方；另一种是以后两种文献为代表的以克为单位的配方。虽然两种配方的计量单位不同，换算后各物质含量比大致相同。

据目前搜集到的资料来看，并没有找到风暴瓶传入中国的实物证据，这有待进一步考察挖掘。

风暴瓶在中国没有如在英国、日本流传广泛，一方面由于英国和日本作为岛国与海洋关系密切，更关注风暴的预测；另一方面由于当时西方传入中国的气象仪器和气象学理论已臻成熟，如英国医生合信(B. Hobson)的《博物新编》一书介绍了温度计和气压表，“风雨针”中水银的升降可以预测风雨，其功效与风暴瓶相同，故人们更多地选用便于携带的风雨针而不是需要固定于某一处的风暴瓶。此外，登州文会馆等学堂系统教授物理学、气象学等相关知识，天气预报也被逐渐推广，因而风暴瓶对于普通渔民的作用也趋衰微。

现如今，实验已证明风暴瓶中结晶变化只受温度影响，不再具有天气预报的实际功用，然而风暴瓶依旧凭借其赏玩性在市面上流行。鉴于风暴瓶内蕴含的结晶学理论，许多学校将之作为初中化学课本“溶解”的课外延伸实验，让学生更好地理解溶解理论。

虽经科学验证风暴瓶无法准确预测天气，但风暴瓶作为时代的产物，如实地反映了当时的科学认知水平与科学探索过程，且在气象学知识尚未普及、仪器标准化量度未被广泛接受学习的欧洲，甚至同期的日本，风暴瓶都作为普通渔民和底层海员预测风暴、规避风险的有效工具，广泛流传并使用。风暴瓶作为科学与经验交织的时代的缩影，从科学史的角度可以更好地理解科学与文化的关系;通过风暴瓶在中国和日本的传播，可以透视出东西方科技文化的交流。

[本文获上海交通大学文理交叉研究项目“中日历史上的测量术比较研究”(项目编号15JCMZ01)资助]

王思琛：博士研究生；萨日娜：教授，上海交通大学科学史与科学文化研究院，上海200240。

Wang Sicheng: Doctoral Candidate; Sa Rina: Professor， School of History and Culture of Science， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240.

参考资料：

[1]凡尔纳. 海底两万里. 邓月明， 郭丽娜， 译. 北京: 北京燕山出版社， 2000.

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[3]Vogel B M . Weather prediction in early modern England. [Order No.3071421]. Emory University， 2002.

[4]Fitzroy R. The Weather Book. Cambridge: Cambridge University Press， 2012.

[5]Kaempfe P， Molt K， Epple M . Sturm im Wetterglas : Admiral Fitzroys legendäres Sturmglas. Chemie in Unserer Zeit， 2012， 46(1): S. 26-31.

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[8]Mcconnell A， Collins P. Will the True Originator of the Storm Glass Please Own Up. Ambix， 2006， 53(1): 67-75.

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[10]宇田道隆. 海洋科学史. 金连缘， 译. 北京: 海洋出版社， 1984， 62.

[11]杨萍. 菲茨罗伊与《天气学手册》. 气象学报， 2016， 74(04):  646-652.

[12]Bolton H C， Rae I D. The admiral’s storm glass: Coffee-table renaissance of an old weather instrument. 1992， 47(3): 89-97.

[13]中本泰任， 广井正男. 天気管に関する資料と試作天気管による実験観測報告(I) 神戸商船大学紀要. 第2類， 商船·理工学篇(通号 38). 1990: 143-155.

[14]Negretti， Zambra. A Treatise on Meteorological Instruments.London: published and sold at Negretti & Zambra’s establishments， 1864.

本文刊载于2023年第75卷第3期《科学》杂志（P43-P47）

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