天道與人文 · 四 改造自然
中國古代在氣象學上的成就 (1)
氣象學是人類在生產鬥爭中最迫切、最需要、最基本的一種知識。人們若不能把握寒暑陰晴的規律，無論衣食住行都會發生問題的。遠在3000年以前，殷墟甲骨文中，許多卜辭，都為要知道陰晴雨雪而留傳下來。積了多年的經驗，到周代前半期，我們的祖先已經搜集了許多氣象學的經驗，播為詩歌，使婦孺統可以傳誦。如《詩經》里「相彼雨雪，先集繼霰」，就是說冬天下雪以前，必要先飛雪珠。又如「朝 於西，崇朝其雨」，意思是說早晨太陽東升時西方看見有虹，不久就要下雨了。到了春秋、戰國時期，鐵漸漸普遍應用，生產技術和交通工具大有改進，我們天文學和氣象學的知識也大大提高。如二十四節氣的確定，分至啟閉、定期風雲的記錄，桃李開花、候鳥來往的觀察，都在這個時期開始了。《呂氏春秋》、《夏小正》、《禮記·月令》是秦、漢時代的作品，但仍不失為世界上最早講物候的幾本書。從西漢以來我們氣候知識逐漸地累積，逐漸地增多，這廣大宏富的經驗留傳下來，在民間成為天氣歌詞，如「朝霞不出門，暮霞行千里」這類謠諺。到了文人手中，便引入詩章，像蘇東坡「三時已斷黃梅雨，萬里初來舶棹風」這類詩句。中國各地方天氣謠諺統是從了解自然現象得來，其數目的眾多是世界無雙的。過去朱炳海先生已搜集各地方天氣歌謠，成為專書，但他所搜集的還不過一部分而已。一般地來說，從西漢以來，我們的氣象知識從三方面發展著：（1）觀測範圍的推廣和深入。（2）氣象儀器的創造和應用。（3）天氣中各項現象的理論解釋。在這三方面，我們祖先統有了偉大成就，直到明初，即公元15世紀時代，我們在氣象學的認識，許多地方都是超越西洋各國的。
（1）在《史記·天官書》中，氣象和天文是混為一談的。從西漢以後，關於特殊的氣候，如大旱、大水、大寒、霜、雪、冰、雹等記載不但繼續增加，而且記錄的地域範圍也不斷擴大，這類記錄詳略很不一致。在各時代，凡是首都所在地的區域，總特別被重視，如東漢時代的河南，唐朝的關中，南宋時代的兩浙，氣候記載特別詳盡。要從這類記錄中來斷定東漢到明、清1800年氣候變遷是有好多問題的。但若加以適當的處理和選擇，仍可作為很有價值的資料。如南宋時代首都在杭州，從高宗紹興元年（1131）到理宗景定五年（1264）的133年間，有40次杭州晚春下雪的記載。從這記載和近來杭州春間終雪，即是春天最後一次降雪日期相比，我們可以推斷在南宋時代春天的降雪期，要比近來延遲兩個星期，卻和上海的終雪期相接近。這就是說，在12、13世紀的時候，杭州的春天要比現在冷到攝氏表1度之多。在我們的史書上和各地方方誌上，古代氣候記錄的豐富是世界各國所不能比擬的。到明、清二朝，天氣的記錄更要詳細些。北平故宮文獻館裡，原藏有北京、江寧、蘇州、杭州等地的晴雨錄，其中最悠久的是北京的記錄，從雍正二年（1724）起到光緒二十九年（1903）凡180年之久，每次下雨雪統記載有日月時辰，可惜沒有尺寸。
（2）在氣象儀器方面，雨量器和風信器統是中國人的發明，算年代要比西洋早得多。《後漢書·張衡傳》「陽嘉元年（132）張衡造候風地動儀」，後漢書單說地動儀的結構，沒有一字提及候風儀是如何樣子的。因此有人疑心候風地動儀是一個儀器，其實不然。《三輔黃圖》是後漢或魏晉人所著的，書中說：「長安宮南有靈台，高十五仞，上有天儀，張衡所制。又有相風銅烏，過風乃動。」是明明相風銅烏系另一儀器。其製法漢書雖不詳，但據《觀象玩占》書里說：「凡候風必於高平遠暢之地。立五丈竿。於竿首作盤，上作三足烏，兩足連上外立，一足系下內轉，風來則轉，回首向之，烏口銜花，花施則占之。」可知張衡的候風銅烏，和西洋屋頂上的候風雞相類。西洋的候風雞，到12世紀時始見於記載，要比張衡候風銅烏的記載遲到1000年。雨量器也是在中國最早應用的宋秦九韶著《數書九章》，其中有一算題，乃關於算雨量器之容積。到明永樂末年（1424），令全國各州縣報告雨量多少。當時各縣統頒發了雨量器，一直發到朝鮮，朝鮮的文選備考中，有一節講明朝雨量器的制度，計長1尺5寸，圓徑7寸。到清康熙、乾隆年間，陸續頒發雨量器到國內各縣和朝鮮。日本人和田雄治先後在大邱、仁川等地，發現乾隆庚寅年（1770）所頒發給朝鮮的雨量器。高1尺，廣8寸，並有標尺，以量雨之多少，均黃銅製。這是我們所知道的世界現存最早的雨量器，西洋到17世紀才用雨量器。
（3）天氣歌謠當是氣象學上一種感性認識。天氣現象要得到合理的解釋，必須從感性階段發展到理性階段。如毛主席《實踐論》所講的：「必須經過思考作用，將豐富的感覺材料加以去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里的改造製作功夫，造成概念及理論的系統」，這在古代的氣象知識上尤其重要。因為在中國古代的封建社會裡，皇帝的地位是代天行道的，所以一有水旱災荒，皇帝便想用祈禱或是旁的作為來改動天時。東漢王充第一個指出這種唯心論的不可靠。他的《論衡·明雩篇》里，舉了許多例子。他的結論是：「人不能以行感天，天亦不隨行而應人。」雷、電、冰、雹是空中最可恐怖的一種現象，許多人以為空中的雷神或龍王在作怪。王充《論衡》里龍虛、雷虛兩篇，完全把這類迷信說穿了，而且他把雷的起因亦說得合乎近代的理論。他說：「雷者太陽之激氣也，何以明之，正月陽動，故正月始雷。五月陽盛，故五月雷迅。秋冬陽里，故秋冬雷潛。」王充算是一位唯物主義者，他這種革命主張，應該對於中國科學上建立一種發酵作用，和西洋15世紀時代哥白尼的推翻太陽環繞地球學說一樣。可惜他的非難孔孟的議論，不但見忌於封建帝王，而且得罪了當時的士大夫。所以他的學說一直沒有被人重視。到了宋朝，氣象學上的理論稍稍受到注意。北宋沈括，是很留心天氣預告的人。據《夢溪筆談》里所講，他的預告天氣很精確，受到宋神宗的重視。他出外旅行五更即起，四望星月皎潔，天無片雲，才啟程前進。到中午以前，即便住下。如此辦法很少遇到風暴。到如今四川、貴州各村鎮的小客棧門前紙燈上家家寫有「未晚先投宿，雞鳴早看天」的對聯，猶是沈括的遺風。沈括解釋虹說：「虹，雨中日影也，日照雨，即有之。」可惜他那時不知道有折光反射之理。比沈括稍後，南宋朱熹很留心雲雨生成的道理。《朱子語錄》說：「氣蒸而為雨，如飯甑蓋之，其氣蒸郁而淋漓。氣蒸而為霧，如飯甑不蓋，其氣散而不收。」這是很淺近的譬喻。一經說破，便覺淺近易知。正如地球繞日，現在婦孺皆知，但以古代那個時候的知識水準，要創立起來這種解釋，是不容易的。
從明初以後我國知識分子受了八股文的劫難和束縛，對於氣象學理論上就再沒有什麼貢獻。西洋卻在明朝末年，因為伽利略和他的弟子發明了氣溫表與氣壓表，再加其他物理學上的重要發現，氣象學慢慢建立成為自然科學。
二十八宿與渾天儀 (2)
我國有二十八宿，印度也有二十八宿。我們若把中國二十八宿和印度二十八宿相比較，知道中國二十八宿距星和印度相同者有角、氐、室、壁、婁、胃、昴、觜、軫九宿。距星雖不同，而同在一個星座者有房、心、尾、箕、斗、危、畢、參、井、鬼、柳十一宿。其距星之不同屬於一個星座者，只有亢、牛、女、虛、奎、星、張、翼八個宿。而其中印度卻以織女代我們的女宿，河鼓即牛郎代我們的牛宿。從此可以知道，二者是同出於一源的。這二十八宿究竟起源於中國還是起源於印度，從19世紀初葉起，西洋人熱烈地辯論了100多年，不得結論。但從中國二十八宿以角宿為帶頸的和牛、女兩宿的變動看起來，二十八宿的發祥地無疑是在中國。
二十八宿的全部名稱，雖到秦漢時代的《呂氏春秋》、《禮記·月令》、《史記·天官書》、《淮南子》等書里才看到，可是《詩經》里已經有火、箕、斗、定、昴、畢、參、牽牛、織女諸宿之名。大概在周朝初年已經應用二十八宿。到戰國中期，楚人甘公、魏人石申，著有《甘石星經》。書中載有128個恆星黃道度數和距北極的度數。從這些數目，可以斷定這位置是戰國中葉，即公元前三百五六十年所測定。西方古代最著名的恆星表要算托勒玫的恆星表，在公元後2世紀所成，系抄錄公元前2世紀伊巴谷觀測的結果。其中載有1020個恆星的位置。《甘石星經》所載的星數雖然較少，但觀測年代卻早了200年，而且精密程度也不相上下。西洋最早的《恆星表》是希臘阿列士太婁和地莫切利司二人合著的，也在《甘石星經》之後七八十年，到了東漢和托勒玫同時的張衡，已知「到中外之宮，常明者百有二十四，可名者三百二十，為星二千五百，而海人占未存焉」。張衡創渾天學說；做渾天儀，立黃赤二道，相交成二十四度；分全球為三百六十五度四分度之一；立南北二極；布置二十八宿及日月五星，以漏水轉之。某星始出，某星方中，某星今沒，和實際完全一樣，其精巧為以前中外所未有。張衡不但對於天文有很好的成就，他還發明了候風地動儀。同時他也是有數的文學家和藝術家。他死後崔瑗為之撰碑說他「數術窮天地，製作侔造化」。無疑地像張衡這樣的人，在任何時代、任何國家，統可成為一個鳳毛麟角的人物。
我國東部雨澤下降之主動力 (3)
我國東南季風來自海洋，含充分之水汽，其為雨澤之源，可無疑義。唯此等水汽何由凝結而成雨澤，頗可資研討，推其原因，必有一種因素，使此氣流上升，體積膨脹，溫度低降，而所含之水汽乃得凝結為雲雨冰雪。上升愈高，速率愈大，則所降之雨澤亦愈多。所以致氣流上升之道凡三：曰地形，曰日光輻射，曰風暴；而風暴復有颶與台之別。我國東部各省無綿亘不絕之高山，雖據天台、廬山、泰山、嶗山諸測候所之記載，其雨量勝於平地，但此等孤立山峰所成之地形雨，均囿於局部小面積，無關宏旨。日光輻射於地面，使岩石泥土炎熱可炙，下層空氣與地面相接觸，則溫度升高，體積膨脹而上騰成對流。由對流作用而使近地面之潮濕空氣扶搖直上，因以行雲致雨者，是即夏季之熱雷雨，以陽曆7、8兩月為多。
北京、濟南之雷雨集中於夏季6、7、8三個月，至長江流域則春季3、4、5各月雷雨亦漸盛行，至廣州則春季雷雨之多，不亞於夏季矣。
風暴有颱風與溫帶風暴之別。颱風源於熱帶，故稱熱帶風暴，與溫帶風暴性質不盡相同。颱風初由東南趨向西北，入溫帶後改道由西南趨向東北。溫帶風暴則概自西向東，或自西南趨東北，或自西北趨東南，鮮有自東趨西者。此二者皆能使地面附近之空氣上升，因以騰雲致雨，而其種因則不同。溫帶風暴由於來源不同，溫度、速度懸殊之兩種空氣相遇於一處，結果遂成所謂不連續面，熱氣流受冷氣流之襲擊而上升，遂以造成雲雨。我國冷氣流，冬季來自西伯利亞與蒙古，夏季則取給於東北太平洋。暖氣流則淵源於南海，東南季風即挾載暖氣流至中國之最重要工具也。閩、粵一帶地處南陲，冷氣流至此已成強弩之末，故溫帶風暴鮮有蒞止者。長江流域在冬春之交為冷暖氣流互相消長之地，故3、4、5、6各月長江流域颶之數亦特多。華北與東北則春、冬、秋各季風暴之數遠在長江流域之後，但一交夏令，則颶風反多於長江流域。蓋當6、7月之交，東南季風盛行於我國，長驅直入以至蒙古邊境，此時冷熱空氣流交錯之處北移，不連續面亦隨之以北，華北、東北之雨量乃因以激增。
颱風或熱帶風暴則起源於赤道左近，北半球之東北信風與南半球之東南信風相匯集而成旋流。此二種氣流溫度不相上下，故無不連續面存在其間。但因二者風速、風向不相同，故捲成渦流；渦流既生，氣壓降低，而四方氣流群趨之，使中心之氣流上升遂成旋風。太平洋中菲律賓群島之東部，於夏、秋之交，為南北兩半球信風交錯之處，故是處最易產生颱風。颱風成立而後，漸向西北移動，由呂宋、琉球、台灣而侵閩、粵、江、浙之沿海。凡其所至吸引附近空氣捲入漩渦，而使之上升，釀成滂沱大雨。
綜上所述，足知降於我國各部之雨澤，乃由東南季風自南海挈載而來。然東南季風所含水汽非使其上升則不能釀成雲雨。而上升之道或由於山嶺之梗阻，或由於日光輻射之吸收，或由於不連續面，或由空中之旋流，因是而有地形雨、雷雨、颶風雨與颱風雨之別。在我國東部連綿不絕、嶙峋巍峨之山嶺，尚只限於局部，故地形雨不占重要位置。雷雨除華南而外，只限於夏季6、7、8各月。颱風雨影響於閩、粵沿海最大，而集中於7、8、9各月。颶風雨則各月皆有，唯華北在冬季因空氣乾燥，故雖有颶風而無雨；華南則冷氣流已成強弩之末，故終年颶風甚鮮；長江流域所受於颶風雨賜者獨多，此所以長江流域各月雨量之分配亦較華南、華北為平均也。
論祈雨禁屠與旱災 (4)
本年（1926）自入春以來，長江、黃河之下游，以及東北沿海一帶，雨量極形缺乏。據上海徐家匯氣象台之報告，上海本年雨量之稀少，為34年之所僅見。計自陽曆1月至5月，本年合共雨量只抵往年同時期內平均61％。山東、直隸、奉天（今遼寧）各省，亦紛紛以旱災見告。於是各省當局，先後祈雨禁屠，宛若祈雨禁屠，為救濟旱災之唯一方法。此等愚民政策，若行諸歐、美文明各國，必且被詆為妖妄迷信，為輿論所不容。而在我國，則司空見慣，反若有司所應盡之天職，恬不為怪。夫歷史上之習慣，是否應予以盲從；愚夫愚婦之迷信，是否應予以保存，在今日科學昌明之世界，外足以資列強之笑柄，內足以起國人之疑竇，實有討論之必要也。
大旱祈雨之事，在我國起源極早。《周禮·司巫》雲，若國大旱，則師巫而舞雩。又《女巫》雲，早暵則巫雩。《禮記·月令》雲，命有司為民祀山川百原乃大雩。《詩·桑柔》：
倬彼雲漢，昭回於天。王曰於乎，何辜今人！天降喪亂，饑饉荐臻。靡神不舉，靡愛斯性。圭璧既卒，寧莫我聽？
旱既大甚，蘊隆蟲蟲。不殄禋祀，自郊徂宮。上下奠瘞，靡神不宗。后稷不克，上帝不臨。耗 下土，寧丁我躬。
又漢何休注《春秋公羊傳》曰：
旱則君親之南郊，以六事謝過自責：政不善歟？使人失職歟？宮室崇歟？婦謁盛歟？苞苴行歟？讒夫昌歟？使童男童女各八人而呼雩也。
在君主專制時代，天子撫有兆民，代天行使職權，偶有災荒，即當引咎自責。「故耗 下土，寧丁我躬」之口吻，出之於當時之天子，極為得當。即在今日視之，亦只能認為科學未明，知識不足，要非敷衍之政策也。自來祈雨之誠，無過於北宋之張士遜。《宋史·張士遜傳》： (5)
士遜字順之……為射洪令，後知邵武縣，以寬厚得民。前治射洪以旱禱雨白崖山陸史君祠，尋大雨，士遜立庭中，須雨足乃去。至是邵武旱，禱歐陽太守廟，廟去城過一舍，士遜徹蓋，雨霑足始歸。
張士遜之愚，雖不可及，而其誠要足嘉，以視普通官吏之祈雨為循行故事，官樣文章者，已足多矣。
且我國號稱共和，則上自總統，下迄知事，應對於人民負責。旱潦災荒，須備患於未形，植森林，興水利，廣設氣象台。不此之圖，而唯以祈雨為能事，則雖誠愨如張士遜，夫亦何補哉？
禁屠善政也，若干科學家主張蔬食不背於衛生，而在人滿為患之中國，則蔬食尤宜提倡。據英國第二生產率委員之調查，謂「每100英畝的土地，若種馬鈴薯，可以供給420個人的食用；若種草飼牛，便只能供給15人」 (6) 。足知日食膏粱之靡費。世界人口日多，恐將群趨於蔬食之一途。唯禁屠何為必於旱潦之時，則殊無理由之足言。禁屠與祈雨並提，其俗大抵傳自西域。秦、漢之際，未聞有此習俗。六朝梁武帝酷好佛教，捨身同泰寺者屢矣，而武帝天監元年（502）、十年（511）均有事於雩壇。大同五年（539），又築雩壇於籍田兆內，四月後旱，則祈雨行七事：一理冤獄及失職者，二賑鰥寡孤獨，三省徭役，四舉進賢良，五黜退貪邪，六命會男女恤怨曠，七徹膳羞弛樂。 (7) 此與何休注《公羊傳》所引大同小異，特增六事至七事，而徹膳羞弛樂為何休注所無，實開後世禁屠祈雨之濫觴。《北齊書》：
孟夏後旱，則祈雨行七事（如梁之七事）。七日祈岳鎮海瀆，及諸山川能興雲雨者，又七日祈社稷及古來百辟卿士有益於人者，又七日乃祈宗廟及古帝王有神祠者，又七日乃修雩祈神州，又七日仍不雨復從岳瀆以下祈禮如初。秋分以後，不雩但禱而已，皆用酒脯。初請後二旬不雨者，即徙市禁屠……
據南宋鄭樵《通志》所載，則我國歷史上禁屠以祈雨，當以此為始。六朝之際，胡僧往來頻繁，其影響於我國之風俗習慣者頗多，而以北朝為甚。則禁屠以祈雨，非我國本有之習俗，乃傳自胡僧，安可以為後世法？況當時祈雨行七事，而徹膳羞列於殿，其視為無足輕重可知。苟欲師法前人，亦不當捨本逐末。而近代官吏每逢乾旱，不理冤獄，不賑鰥寡，不省徭輕貨，不黜退貪邪，而唯 於屠之是禁，不亦數典而忘祖耶？
但苟在今日無冤獄之可理，無鰥寡之可恤，無徭貨之可輕，無貪邪之可黜，猶可言也。特今日之軍閥，往往為一己之地盤，不惜犧牲數千百無辜之生靈。自我國有歷史以來，人民在水深火熱之中，如現代者，亦不多覯，然則如欲禁屠以免天譴，亦應自禁軍閥之屠戮人民始。
但祈雨之迷信尚有甚於禁屠者。去歲7月湘省旱災，省當局迎陶、李兩真人神像入城，供之玉泉山。不雨則又向藥材行借虎頭骨數個，以長索系之，沉入城外各深潭之中，冀蟄龍見之相鬥，必能興雲布雨。又無效，則迎周公真人及所謂它龍將軍者，並供之於玉泉山廟。仍無影響，則又就省公署內，設壇祈雨，按照前清紀文達公《慎齋祈雨》印本。此事載諸去歲7月滬上各報， (8) 事將一載而尚未見更正，當為事實。幸7月14、15日，長沙一帶，即有驟雨。若不然者，當時湘省當局必另設新奇玄妙之方法以祈雨。長沙既不在沙漠帶內，則在盛夏之際，天天祈雨，當必有奏效之一日也。
《左傳》雖有「龍見而雩」之言，《易》雖載有「雲從龍」之說，但媚龍以求雨，古時敘述最詳者當推漢之董仲舒。依《春秋繁露》， (9) 則春旱求雨以大蒼龍，夏以大赤龍，季夏以大黃龍，秋以大白龍，冬以大黑龍。此外尚有取蝦蟆、燔豭豬之術，其說荒誕不經。董書早有人疑其為偽，或為隋、唐時人所作，亦未可知。自魏、晉以後，佛教盛行於中國，而召龍致雨之法，遂為當時人主所倚重。《圖書集成》 (10) 載：
僧涉者，西域人也，不知何姓。少為沙門，苻堅時，入長安，能以秘咒下神龍。每旱，苻堅使之咒龍請雨，俄而龍下缽中，天輒大雨。
又唐李德裕《明皇十七事》謂：
玄宗嘗幸東都，天大旱且暑，時聖善寺有竺乾僧無威號三藏善召龍致雨之術……
足知召龍致雨，為西域印度僧人愚人之術。至於禮拜偶像，其屬迷信更無足聲辨。近者風傳魯省當局，又有焚千佛山鳴炮打龍王之說。《春秋繁露》 (11) 謂：「大旱雩祭而請雨，大水鳴鼓而攻社。」則今之大旱鳴炮而攻龍王者，固亦無足異也。
但我國古時執政者，留心民事，其補救旱潦，不出以迷信而以科學方法者，則亦代有其人。所謂科學方法者何？即實測各州縣歷年之雨量，洞悉各種農產水量需要之多寡，然後因地擇相宜之農產而種植之，使季候不致失時，旱潦不致常見是也。要而言之，則測量雨量實為救濟水旱災荒之唯一入手方法。因不然，則不能知該地之適於何種農產，遑論其他。而調查雨量，我國自漢以來即有之。鄭樵《通志》 (12) 載：
後漢自立春至立夏盡立秋，郡國上雨澤，若少，郡縣各掃除社稷，公卿官長以次行雩禮。
又顧炎武《日知錄》 (13) 謂：
洪武中，令天下州長吏，月奏雨澤。蓋古者龍見而雩，《春秋》三書，不雨之意也。承平日久，率視為不急之務。永樂二十二年十月（仁宗即位），通政司請以四方雨澤章奏類送給事中收貯。上曰：「祖宗所以令天下奏雨澤者，欲前知水旱以施恤民之政，此良法美意。今州縣雨澤，乃積於通政司，上之人何由？知又欲送給事中收貯，是欲上之人終不知也。如此徒勞州縣何為？自今四方所奏雨澤，至即封進朕親閱也。」
仁宗所謂「欲前知水旱以施恤民之政」，確為扼要之言。所以防患於未然，意至善也。以視今之禁屠祈雨，災象已成而始臨時抱佛腳者，其識見固不可同日而語也。
且我國古時之測雨量，其為法亦甚精密，其儀器製法，在我國雖已湮沒無聞，而在朝鮮之文獻中，猶可得其梗概。《西遊記》唐魏徵夢龍王語云：
明日辰時布雲，巳時發雷，午時下雨，共得水三尺三寸零四十八點……
其語雖似神話，但至少可知元、明時代， (14) 我國曾有以尺度量雨之觀念。而我國古代之曾有量雨器，則可以朝鮮之記錄證之。朝鮮之有量雨器，始於李朝世宗七年，即明仁宗洪熙元年，亦即成祖去世之翌年（1425）。 (15) 其制度具見《朝鮮文鮮備考》中計長1尺5寸，圓徑7寸。明成祖既極關心於雨量之測度，則當時朝鮮之測雨器，必傳自中國無疑。惜其器至今無存者，但已足以確定量雨器為我國所發明，蓋歐、美各國至17世紀中葉始有是器也。
迨前清康熙時（朝鮮肅宗），複製有測雨器，分頒各郡，高1尺，廣8寸，並有雨標，以量雨之多少，每於雨後測之。均系黃銅所制。日人和田雄治在大邱、仁川、咸興等處，先後發見乾隆庚寅年（1770）所制之測雨台，如圖所示。由此可知我國自洪武、永樂以來，其測雨之制度儀器，已不無蛛絲馬跡之可尋。若在他國，將以先歐、美各國而發明自豪，而在我國人士則懵然無所知，其父斫薪，其子弗克負荷，可勝嘆歟！
1922年，中華教育改進社在濟南開年會時，中央觀象台曾有請各省於每縣擇一中學或小學擔任報告雨量及暴風雨案，當經大會議決，並由教育部行文至各省教育廳，訓令各縣辦理其事。計其所費儀器一項，不過5元之數，洵可謂輕而易舉。乃各省縣均置若罔聞，視為虛文，至最近則教育部以經費支絀，竟有以中央觀象台抵押借款之說矣。在平時不講求以科學之方法調查雨量，及至旱魃為災，乃唯知祈雨、禁屠、求木偶、迎龍王。以我國當局之所為，而欲列強之齒我於文明諸邦之列，安可得哉？
禁屠祈雨，迎神賽會，與旱災如風馬牛之不相及，在今日科學昌明之時觀之，蓋毫無疑義。欲明此理，吾人不得不研究雨之成因。雨乃由空中之水汽凝結而成。凡近地面之空氣，均含有水汽，不特海洋曠野上之空氣有之，即沙漠中之空氣亦包含有若干。空中之降雨與否，要視乎水汽之能否凝結為雨點而定。凡空中溫度愈低，則其所能含受之水汽亦愈少，是故空中溫度若由寒而熱，則必吸收地面上之水分；若由熱而寒，則空中一部分之水汽即凝結成雲、霧、雨、雪。是以空中溫度之低降，實為降雨之最要條件。《朱子語類》：
氣蒸而為雨，如飯甑蓋之，其氣蒸郁而淋漓。氣蒸而為霧，如飯甑不蓋，其氣散而不收。
朱晦庵所引比喻雖確切，但言其然，而不明其所以然。鑊中之水由燃燒達沸騰點而汽化上升，飯甑之蓋，溫度較低，故水汽遇之而凝結，此其理最明顯。大地之上雨雪之成，殆亦類是。雨之所以成者，由於水汽溫度低降達露點而凝結，而溫度低降之原因則由於上升。特地面非若鼎鑊之受爨炊，其上升之原動力則不同耳。
然則地面上之空氣曷為上升乎？其故有三，而其結果皆足以致雨。
（1）由於海洋上或平地上之空氣吹向山麓，逼迫使之上升。《天中記》 (16) 載：
大小漏天，在雅州西北（今西川雅安縣），山谷高深，沉晦多雨。黎縣常多風，故有黎風雅雨之稱。
雅州之多雨固由於地面之高，易受上升之風也。世界雨量最多之地，首推印度喜馬拉雅山麓之乞拉朋齊（Chirrapunji），每年達11000毫米，十倍於上海、南京等地常年所受之雨量。其雨量之所以豐沛，亦與四川雅安同一原因。此外如南美安第斯山，北美希埃拉山，歐洲之阿爾卑斯山，皆為多雨之區，亦職此故。
（2）地殼內之熱量，對於空氣之溫度雖不能生若干之影響，但垂麗於天之日球，其光芒達於地面，使岩石之溫度激增，有類朱晦庵所喻之飯甑也。空氣經蒸熱而上升，遂以成雲致雨。此等雨多為局部的，夏日之雷雨即其例也。火山爆發時挾巨量之熱氣熔岩上升，亦能致傾盆之大雨。
（3）但大多數之雨量，均為風暴所造成。風暴之組織，本篇以限於篇幅，不能敘述。但據近代挪威教授皮雅克尼斯（Bjerknes）之說，則風暴中之所以降雨，乃由兩種溫度不同之空氣，一來自南，一來自北，二者相遇，寒者重而熱者輕，於是溫暖之空氣乃為寒冷之空氣所逼而上浮。在溫帶中各處春、秋、冬三季之雨量，大抵起源於風暴。
空氣之上升，雖為降雨之最要條件，但必空中本含有多量之水汽而後始有效。是故沙漠中地面溫度雖高，雖有風暴，而卒不降雨。濱海之地以及各島嶼上，雨量極為豐富，則以其空氣之濕潤也。
綜上所述，足知焚山放炮，雖足以釀成空氣之上升，但力不足以致雨。美國之天然林，往往因故被焚，延燒數十百里，熱氣上騰，而成雲者有之，但因而降雨者則尚未有所聞，至於禁屠迎會，其不能影響於雲雨也蓋明甚。
然則氣象台之設立，果足以阻止旱災之流行歟？曰，是又不然。氣象台之責任，首在調查各地雨量之多寡，以及歷年來雨量變遷之情形。次則在於說明各年度、各地方雨量變遷之原因。知雨量變遷之原因，則雖不能消弭旱災於無形，但亦可防患於未然。我國之調查雨量，雖於後漢已見其端，至明初而制度大備。但迄今歐、美各國，雖均從事於此，獨我國返落人後。國內各地歷年雨量之記錄，反賴法、日、英、俄諸國人士得以保存。
我國各處雨量多寡不一，多者如香港達2000毫米，牯嶺達2600毫米，少者則新疆疏勒年僅87毫米。西藏之拉薩與江孜不過200毫米至350毫米，但旱災並不視乎一地點雨量之多寡而定。蓋雨量稀少之處，其所種植之農產，耕耘之制度，以及人口之多寡，均與雨量豐沛之處不同。古代人民已按各地之環境，相地之宜，而培適當之農產品。故雨量最少之地，未必為旱災最酷之處也。
旱災之多寡，實視乎一地雨量變更之程度而定。設甲乙二地，平均雨量每年均為1000毫米，苟甲地雨量年年無大出入，總在1000毫米左右，而乙地則有時僅500毫米，而有時則達1500毫米，其總平均之數雖與甲地不相上下，但甲地風調雨順，而乙地則水旱頻仍矣。
東亞各國，因在季風帶內，故雨量多寡之變遷，遠過於歐洲。雨量變遷之劇烈與否，在氣象學上，以雨量之變率定之。以一地之平均雨量作為百分，則變率者，即各年雨量與平均相差之百分數。設甲地雨量第一年為1000毫米，第二年亦為1000毫米，其變率即等於零。又設乙地之雨量第一年為500毫米，第二年為1500毫米，其平均雖與甲地相等，但乙地雨量之變率即為50％。變率復可以兩種方法定之：一曰平均變率，即各年變率之平均百分比也；二曰最高百分比或最低百分比，即在若干時期內，雨量最豐之年或最少之年之百分比也。
依德國氣象學家漢恩（Hann）之推算，則歐洲各處雨量之平均變率為12.5％，西伯利亞為25％。故西伯利亞雨量之變率，倍於歐洲，苟施以開墾，則旱潦勢必多於歐洲。但在我國，則雨量之變率，較西伯利亞為尤大。如南京之平均變率為28％，至於黃河流域，變更當尤為劇烈。旱災之來，在於雨量最少之年份，其理至明。1920年，北京雨量之數僅及常年44％，卒釀民九北方五省之旱災。本年前5個月，上海雨量僅及常年的61％，內地尤少，南京不過常年的45％，若於梅雨期內不多降甘霖勢亦必釀成旱災也。歐洲50年間雨量最高之數達平均152％，最少之年達常年的54％。在同時期內，印度雨量之最高百分比達214％，最小百分比僅37％。知乎此，則印度之所以不時饑饉荐臻者，不難曉然也。我國各處極少50年繼續不斷之雨量記錄，有之，則唯上海徐家匯之記錄。自1873年至1922年50年中，上海雨量最高百分比為138％，最小百分比為60％。但上海以接近海洋，實不能代表中國全體。愈至內地則百分差亦愈大，如南京自1904年至1923年中，最高百分比即達160％，最小百分比為53％，已較歐洲之變率為大矣。
以上所述，均關於氣象台記錄雨量與計算變率之方法。至於雨量多寡之能否預告於事先，乃另一問題。目前歐、美各國氣象台，其預告天氣僅限於36小時以內，其預告一周以內之天氣者，已屬鮮見。至於數月或半年以後之雨暘寒燠，則無一氣象台願做正式之預告者，誠以氣象學尚未發達至一程度，可以預料半年後之天氣而有把握也。
但有若干氣象家，業已盡力研究長期預告之方法，而尤以印度與日本之氣象家為尤。因兩國均多旱災，欲避免其切膚之痛也。印度氣象局局長英人沃克（Walker），且已研究得有良好之結果，可以於年終時預料翌年印度夏季之雨量，其正式預告不久將施諸實行，若再加以年月，旱災之來，或可預防於事先也。
但氣象學家欲為長期的預告，其術固何由乎？依現時所知，則最有希望之途徑有三：（1）以過去本地或他方之氣候狀況，測本地將來之氣候狀況。（2）以現在海流之情形，測將來之天氣。（3）以日光之發射熱量之多寡，測將來之氣候。試分述之：
（1）印度氣象局局長沃克之能在本年之冬預告翌年夏季之雨量者，即用此術。沃氏研究世界各地歷年來氣候狀況之變化，廣為搜羅，遂知各地氣候要素均互有關係，如手臂之相連，其結果具見英國氣象局所出之報告中。由此研究，沃氏斷定印度冬季氣壓之高下，足以左右翌年夏季雨量之豐歉，而其預告即根據於此。
日本中央觀象台台長岡田武松氏對於此項研究，亦頗有所貢獻。岡田以日本米之收穫量，與陽曆7、8兩月之溫度最有關係，故其研究特注意於日本7、8兩月之溫度。據岡田研究結果，知上海在陽曆1月至3月間氣壓之變率，極足以影響於日本7、8月間之溫度，其相關係數達0.78之多，關係可謂密切。故知上海春季之氣壓，實足預料來秋日本米價之平昂也。
（2）洋流對於大陸上氣候之影響，至為深厚。歐洲西北部各國氣候之所以良好，其受賜於墨西哥洋流者，頗非淺鮮。近來氣象學家日漸感覺測量海水溫度之重要，以其足以影響於大陸上之雨量，且可賴以測旱潦也。如美國加利福尼亞州之麥克尤恩（G．F．McEwen），在1923年秋即能預料該處是年冬季雨量之缺少，蓋美國西部沿海海水溫度高，即為次季雨量稀少之預兆也。明詩綜引瓊州諺云：「海水熱，谷不結。海水涼，谷登場。」 (17)
雖為俚諺，實有至理存於其中，其詳細原理，當另為文論之。約而言之，則我國各處氣壓冬高而夏低，是以雨量夏豐而冬欠。若春、夏之交，海水熱，則其結果能使海洋之氣壓低減，而大陸上之氣壓增高，雨量必減少，而災象成矣。
日本自大正二年東北地方北海道等地發生大饑饉，遂引起一般人士預知天氣之渴望。於是農商務省農務局、東京帝國大學、西原農事試驗場、北海道帝國大學等諸機關均開始研究長期預告天氣之問題。當時遠藤、安藤、稻垣諸博士，對於長期預告天氣之方法曾各發表意見，大抵注目于海水之溫度與太陽中之黑子，為解決此問題之樞紐。
（3）地球上之所以有冬夏晝夜，所以能降雨生風，全賴於日光。日光之強弱，稍有變遷，則地球上之氣候立受影響。美國史密森學社（Smithsonian Institution）自19世紀末葉以來，即注意於日光輻射量之測定。至近20年來，其測量方法乃益臻精密，證明日球所發射之熱量日有變遷。至1922年7月間，南美洲阿根廷中央觀象台，乃根據史密森學社天文台每日所報告日光輻射量之多寡，以預測一周以內之降雨量，結果甚為佳良。將來日光研究更為精密，則長期之天氣預告亦意中事也。
日中黑子與日光輻射量，亦至有關係。日中黑子之發明，首在我國，故歷史上自晉代以後，即有記錄。其能影響於氣候，當可無疑，特其能影響至如何程度，則不可知耳。但將來日光輻射之測量更臻精密而後，其足以為長期預告之利器，亦在意料中也。
旱災之多，在世界上我國當首屈一指。則政府人民，當如何利用科學以為防禦之法，研究預知之方，庶幾亡羊補牢，懲前或可以毖後。若徒恃禁屠祈雨為救濟之策，則旱魃之為災，將無已時也。
紙鳶與高空探測 (18)
探測高空的利器最要的有三種：（1）風箏或紙鳶；（2）氣球；（3）飛機。
三者之中以紙鳶起源為最早，而且是我們中國人所發明的。《韓非子》里說：「墨子為木鳶，三年成飛。」此或系無稽之談，不足徵信；但《通鑑》載：「梁武帝太清三年，有人獻紙鳶。」依《裨海》本唐李亢撰《獨異志》：「侯景圍台城，簡文飛紙鳶告急於外。」則至遲六朝時代，我國已知用紙鳶為戰用品矣。以紙鳶測量高空，始於英國人威爾生，於1749年在格拉斯哥（Glasgow）地方，以風箏帶溫度表高達雲層，不久美國著名政治家富蘭克林（B．Franklin）用風箏證明下雷雨時的電閃，和人造電池裡的電是一樣性質。當時歐洲所用風箏，大概系絲織品所制。到1832年澳洲人哈克萊扶（Horgrave），開始用方箱式風箏。後來各氣象台所用風箏多仿是式，其中可安放儀器以測量空中之溫度、濕度、電位等等。在19世紀末葉，施放風箏極為通行，美國人羅奇（L．Rotch）、法國人波特（Teisserene De Bort）尤為熱心，幾於每日施放。近20年來，因為飛機和氣球的應用更為便利，所以風箏施放逐漸減少了。
風箏的測探高空有三個缺點：第一個缺點在於風力小時不能施放。普通方箱式的風箱，非有每秒鐘7米（約每小時15英里）的風力不能上升，就是改良德國式的風箏，亦要每秒鐘4米的風力。所以浙江一帶鄉村中有句俗語，叫「正月看燈，二月看鷂」。鷂就是紙鳶，江浙一帶，一年中風力最大的是在陽曆3月即陰曆二月，所以放紙鳶必在陰曆二月間也。明王逵撰的《蠡海集》有云：「即紙鳶以觀之，春則能起，交夏則不起。」亦是因為風力春強而夏弱也。風箏的第二個缺點是高度的限制。風箏的上升既全恃風力，他的本身和牽拉的繩索統比空氣重，所以升騰的高度極為有限，普通不過二三公里為止，鮮有能達五六公里。歷來風箏所達最高的紀錄是9.47公里，尚不到10公里也。第三個缺點是牽拉風箏線索所能引起之危險。中國放風箏普通用麻線、棉繩，在歐、美目前統用鋼絲。數萬千尺的鋼絲，在空中翱翔，妨礙飛機的航行，所以飛機往來絡繹的地方，尋常禁止施放風箏，軍政部航空署亦曾在首都附近禁止人民放紙鳶，萬一鋼絲中途斷折，更可發生意外。有一次波特在巴黎放風箏，鋼絲被風吹斷，萬餘尺的鋼絲隨風飛舞、四散橫披，結果河中船舶當之竟為覆沒，甚至攪阻鐵路軌道，火車為之停駛。1932年10月3日，國立中央研究院氣象研究所在北京清華園施放風箏，亦以風力過強、上下風向不同，萬餘尺的鋼絲竟隨風飄揚而去。後以汽車追逐，費一小時余而得收回，竟未肇禍尚稱幸事。
氣球航行之歷史 (19)
不翼而飛，古人稱奇。然公輸班造木鳶以攻宋，已見《墨子》。而希臘古書亦相傳第達拉斯（Daedalus）能以鳥羽膏擘，飛騰空中，往來自如。降及中世，羅球·倍根已預料人生將來之能航行於空中。足知吾人天賦比重雖較空氣大至數百倍，然其沖霄之志，欲登青雲而直上，則由來然矣。
特以上所述，不過哲學家之幻夢耳，畫餅充飢，尚未能見諸實行也。空中航行實始於15世紀之末葉而盛於18世紀之中葉。1766年英國著名化學家卡文迪什（Cavendish）發明氫氣，自後翱翔空氣，出入浮雲，遂易如反掌。按空中航行之利器約可分為兩種：（1）飛船，齊柏林飛船其尤著者也；（2）飛機，如柯蒂斯（Curtis）雙葉飛機。飛機猶鳥，其比重遠大於空氣，所以能行空致遠者，全賴機械運行之力。飛船則不然，其本身之比重，實較空氣為輕，故其上升猶舟之浮於水。飛船、飛機科學之理既異，故進化之歷史各殊。
13世紀中葉，羅球·倍根提倡以熱空氣置諸薄片銅球內以行空，事雖不果行，實為近世氣球之濫觴。至1670年拉那（Lana）仿倍根之說而更進一層，即取四銅球抽盡其中空氣而置之於舟旁以代楫，冀變此浮沉之舟為沖霄之鳥。然銅球面殼力弱，不能抵禦外界空氣之壓力，至不適用，然其意可嘉矣。以飛船行空者，當首推巴西人孤斯茅（Gusmao）。孤斯茅別名「飛將軍」，於1709年8月8日在葡京里斯本王宮內，乘一熱空氣球上升，高與屋齊，「飛將軍」之名遂聞於全歐。彼乘球上升，高不過百尺，時不過片刻耳。
自卡文迪什發明氫氣以來，而氣球遂通行於西歐。1783年，法人孟特哥爾飛（Montgolfier）偕其弟悉心試驗，或以氫氣，或以熱空氣，盛於不出氣之布袋內而使之上升，自數百尺至數十尺不等。翌年6月乃廣告眾庶，約於某日在法國安諾內（Annonay）放氣球，至期觀者塞途。孟特哥爾飛乃以火燃麥稈羊毛，而將其煙霧灌入布袋內，至袋脹至23000立方英尺時乃放而縱之。袋漸升漸高，直入雲霄，至6000英尺始下降。蓋袋中熱氣與外面空氣相觸，漸變寒冷，以致袋縮也。降時速率極緩，故雖墜於壟畝之中而禾黍無傷，觀者均嘖嘖稱羨。未久而此事已轟動全國矣。
法國科學會聞信即遣人往安諾內聘孟德哥爾飛昆仲，往巴黎重放氣球，並調查6月5日放氣球的一切情形。然巴黎急不能待，皆以早睹為快，乃捐銀10000鎊，令著名物理學家查爾斯（Charles） (20) 與機匠羅培德立即造氣球。查爾斯乃獨出心裁，精益求精，不用煙霧而用氫氣，不用麻布而用絲綢。其制氫氣也，將鐵屑半噸傾諸硫酸500磅，經三日始得氫氣足以裝滿此長徑13英尺之絲製氣球。該球外面塗滿橡皮，俾氫氣不能透出。諸事具備後，於1873年8月27日晨巴黎之陸軍操場試放，時大雨傾盆，然觀者仍摩肩接踵，傾城而來，計達5萬人。至傍晚6點鐘時，忽聞炮聲隆然，則氫氣球逐漸上升，球形愈高愈小，隱現出沒雲霧中，至半英里時狀僅大如拳耳。當時巴黎人士，見所未見，莫不咋舌引頸，神與具馳，直至不能見時而散。散後三五成群，議論紛如，或謂氣球可以偵敵情、破競旅，或欲乘以越峻岭、渡弱海，任心而繞地球，信口至謂星可以摘、月可以捕矣。
氣球升愈高，則球外空氣壓力愈小，球內氫氣因以膨脹，絲遂為裂，乃下降於一村中，村名閣南瑟（Gonesse），離巴黎僅20里。村民見一巨物憑空下降，以為妖異，為恐禍之將及踵也，均驚駭奔竄而祈諸牧師。牧師本亦一無科學知識者，不知氣球為何物，乃率眾偵視氣球之所在，不敢直接前往，乃繞道而行。有頃，村民愈聚愈眾，見此龐然大物，無聲無臭。初則僅敢遠望，繼乃逐漸趨近，有膽略壯者，以鳥槍擊之。球本含氫氣無多，為槍子穿後，氫氣即由孔中逸出，球遂頓扁。村民知此怪物之無足懼也，乃爭先恐後，群持斧槌農具向球亂擊，而以斬余之絲條繫於馬尾，招搖過市，大聲吆喝，如奏凱旋。法政府得此消息，即布文告於全國，謂氣球乃近來科學上之新發明，不能殃人禍國、無事滋鬧云云。閣南瑟人民乃復安居樂業如常。
數日後，孟特哥爾飛赴巴黎。彼乃首倡氣球之人，自不甘落查爾斯之後。抵巴黎後，制一極大之氣球，圓徑46英尺，仍以氫為升空之氣，至9月19日，於浮薩野王宮內演放之，球下系以一籃，內置羊、雞、鴨各一，觀者除路易十六及其皇后外，王公貴胄莫不畢至。氣球離地後，沖霄直上，速率甚大，於8分鐘內已橫行2英里許，而抵1400英尺之高度。下降後，村人急趨觀之，則籃中之雞犬固無恙也。
孟特哥爾飛另制一氣球，較前更大，容積10萬立方英尺，高85英尺，廣48英尺。下垂一籃，可以容人。並預置柴薪若干，欲升則多置柴薪於爐內，濃煙入球內，氣球即輕；若不加薪，則球內溫度減低，氣球因而下降。此法誠善矣。但乘氣球以升高，在當時實為一破天荒之舉。雖孤斯茅曾於百五十年前冒險上行，然其高不過百尺，不能與孟特哥爾飛之氣球同日語也。故當選實難其人，欲以罪囚二作為試驗品，以為彼等罪在不赦，即死於此役，則與正法同歸於盡；若幸而無恙，則彼等且可逃生矣。議未定，時巴黎人有名羅齊爾（Rozier）者，血性男子也，聞此大為不然。謂法人首先發明空中航行，乃法國之榮幸，首先乘氣球上升者，將來必可名垂史冊，豈可以一二大罪人而當此極名譽之重任乎？遂自薦。有阿蘭特伯爵者（Marquis d′ Arlandes），亦冒險家也，願與羅齊爾同行。伯爵本與羅齊爾有舊，嘗相偕乘錠泊氣球上升，固患難友也。於1783年11月21日下午2時，二人乘孟特哥爾飛氣球上升。於車中並攜清水一瓶、小爐一具，水以防不虞，薪以制熱氣，升至300英尺時，羅齊爾與伯爵向下脫帽為禮，觀者大喝彩。二人在車中計共20分鐘，時因南風甚競，故氣球飛行5英里，下降於一田家。羅齊爾與伯爵乘車回巴黎，當時歡迎之景象，可想見矣。
氣球之可以攜人上升往來空中，安然下降，至此已成為事實。查爾斯乃步孟特哥爾飛制一氫氣氣球，徑27英尺有半，球頂球底各有小孔一，所以備上升時球內壓力過大泄出氫氣之用。球下系一舟，舟中可容三人，並具寒暑表、氣壓表等物。蓋球中所含系氫氣，無須時刻留心，故可觀察空氣溫度、氣壓及各種境象。舟內又置沙袋，欲上升，則棄沙袋於舟外，欲下降則啟球頂之孔，氫氣泄出而球即下降矣。查爾斯與羅齊爾於是年臘月朔日，亦往巴黎上升，計在空中為時20多分鐘，橫行30英里，高至9000尺雲。
飛艇航行之歷史 (21)
一覽世界文明進化之歷史，而嘆夫宗教、政治之改良，科學、實業之發達，以及一事一藝之發明，原其初焉，未有不由乎一二有志之士，殫思竭慮，大則犧牲其生命，小亦犧牲其財產、名位、光陰，以卒收有志竟成之效。即以空中航行而論，其所以能有今日之橫渡大西洋而無虞遠阻，直衝霄漢與天山、崑崙齊高而不患勞疲者，要亦由於少數勇於冒險之士犧牲其光陰、財產、生命之功效歟。
冒萬死一生之險，首先乘氣球上升者，為法人羅齊爾。而為空中航行犧牲其生命之第一人，亦厥推羅齊爾。當1785年法人布蘭查德（Blanchard）偕美人傑弗里斯（Jeffries）乘氣球渡多佛海峽（Strait of Dover），自英國之多佛城飛行至法國之加來（Calais），越廣20餘海里之海峽而竟告無恙。羅齊爾者，好勝之士也，初不甘居人後。至是乃欲渡多佛海峽，自法而至英，乃特製一氣球，氫氣與熱空氣二者兼收並用。初不知氫氣之極易於燃燒也，及氣球上升，頃刻而後，球內之氫氣即為火所燃，而氣球遂兆焚如。氣豪一世之羅齊爾亦同付之一炬。在地面遠望，氣球宛如一流星向地面直下。迨其抵地時，適在法國之海濱羅齊爾已焦頭爛額，觀者唯能收拾其燼餘，瘞之以為後世之紀念而已。嗚呼！羅齊爾已矣，而後世之受其賜者，豈淺鮮哉？
氣球之發明，雖在18世紀，然其航空事業尚在幼稚時代，至19世紀，而氣球之效用乃大著，於是群謀所以改良之策。以氣球駕駛天空之缺點有二：（1）但能隨風飄揚，不能往來自如，風東則東，風西則西。（2）氣球既系球形，其在空氣中前行之阻力，必較尖錐形或橢圓形為大。是以改良之策，首在於裝置機器於氣球之旁，能操縱而左右之，雖遇逆風仍能前進；次則在於變通氣球之形式，而減少其在空中前行之阻力。茲二者改良而後，其結果即為今日之飛艇。
飛艇首見於1852年，是歲法人吉福德（Gifford）制一氣球，形似豬腰，而駕駛之以汽機，能上下進退，不憚狂風之吹阻。於是吉福德之名大噪於一時，世人稱之曰空中航駛之富爾頓。蓋富爾頓者，乃發明陸上用汽機之第一人也。至1884年，法人雷納（Renard）用電機駕駛一形如雪茄之氣球，附以舵及螺旋推轉機，能翱翔於空中，任所欲之，飛舞迴繞一周，而仍能下降停止於原處。蓋至是而飛艇遂成為一航空之利器矣。
19世紀氣球進步之梗概，即如上述。當時雖氣球之形式、結構以及駕駛之方未臻完美，而欲利用氣球以探險測奇者頗不乏人。夫以科學家之眼光觀之，則人類者實不啻一種不自由之囚徒耳。人類之囹圄，即地球表面之空氣層是也；人類之縲紲，即直徑8000英里之地球是也。吾人既不能須臾離此空氣，亦無龐大之能力，足以抵抗地心吸力而使吾人翱翔於空中。自氣球發明以後，吾人在地面之自由，乃稍稍活動，好奇者均欲乘氣球以上沖雲霄。然而離地面愈高，則空氣愈稀薄，溫度亦愈低，迨至6英里以上，則人類動、植物即無以生存。及至離地面百英里以上，則空氣即歸烏有矣。19世紀中葉，氣象學尚未大明，於是乘氣球上升而戕其生命者，蓋亦不乏其人焉。
1804年，法國著名化學家蓋呂薩克（Guy Lussac）及貝窩（Biot）二人，乘氣球上升至4000英尺之高，以瓶貯上層之空氣，挈下以驗其密度及其成分。因二人上升不甚高，故得告無恙。1875年，克羅西（Croce—Spinelli）、西衛（Sivel）及蒂散提（Tissandier）三人，在巴黎乘氣球名「沖霄」（Zenith）者而上升，達20000餘英尺之高度。克羅西與西衛均因空氣過稀以致呼吸不靈而斃命。蒂散提亦失其知覺，迨後因球內氫氣外泄過多，氣球漸漸下降，蒂散提因得以逃生焉。
茲役以前，英國天文學家格萊須（Glaisher）亦因冒險上升過高，幾遭不測。其一髮千鈞之現狀，則尤較蒂散提為危乎殆也。1861年，格萊須與考克斯韋爾（Coxwell）在倫敦乘氣球上升，考克斯韋爾司升降氣球之職，欲升則棄氣球中所置之沙袋於外，欲降則啟氣球絲囊中之小穴，氫氣得之以外泄。格萊須則掌觀察溫度，溫度之高下，記載氣壓之升降等職。當時倫敦觀者，肩摩踵接，炮聲隆然一鳴，羈球之索解而氣球上升，俄頃已騰青雲而直上矣。格萊須坐於絲囊上之車中，常起而觀察溫度、氣壓之升降。至氣球上升達11000米左右時，格萊須方欲起立，測視旁立之氣壓表，而身已如木雞，不受腦筋之指揮，欲舉手觀時計，而手之重如鐵，欲啟口告考克斯韋爾，而噤不能聲。蓋已受呼吸氧氣不足之影響矣。時其同行之考克斯韋爾尚不知其禍之將旋踵也。有頃，考克斯韋爾亦覺身有異，逆料必為上升過高所致，於是欲舉手曳繩啟絲囊而使氫氣外泄。孰知心有餘而力不足，一舉手直不啻千鈞之重也。考克斯韋爾大驚，蓋明知任氣球之上升，則彼二人者必無幸，古人云人急智生，考克斯韋爾乃以齒齧繩而掣之，絲囊遂開，氫氣漸泄，而氣球乃飛降矣。嗚呼，彼二人之得以逃生，亦云幸矣。
自是而後，雖空中探高者有所戒懼，而冒險上升者則仍不乏人。特欲上升過高，則多挈人造之氧氣與之俱，以備至上層空氣過稀處呼吸之用。至1894年，德人褒商（Berson）乃能乘氣球上升至31000英尺之高，超趨了世界最高山珠穆朗瑪峰之高度。 (22) 德人遂稱褒商為「世界之最高人」。雖至現時 (23) 飛機、飛艇之構造，遠勝19世紀末葉，而人類上升之高度，無有能超其右者。
在19世紀，氣球不但用以升高，亦用以為致遠之利器也。如1845年，阿班（Arban）自法國馬賽乘氣球越阿爾卑斯山，渡地中海而至北非洲之土靈（Turin），計程約400英里，費時僅8小時耳。氣球飛行之遠且速，如茲役者，在當時實為創見。且其所乘之氣球，未經後人之改良，僅能隨風飄揚，而其成效已若此，亦足多矣。
19世紀末葉，1897年，瑞典氣象學家安特魯（Andrée）以地球之南北極在當時尚為人跡所未至之處，思欲乘氣球以為北極探險之舉，大為瑞典王所嘉許，並允資助焉。國內唯一之富翁諾貝爾（Alfred Nobel），亦解囊慨捐3500餘金鎊。於是趕製氣球，整理行裝。球系我國府綢所制，凡物之含鐵者概棄而不用，蓋欲測定北極之所在，必以指南針，若氣球載有含鐵之器，則即足亂其方針也。至期，安特魯約其二友會於斯皮茨伯根（Spitsburgen）。斯皮茨伯根者，瑞典最北之埠，然其離北極尚有亦百英里之遙也。起程之日，王公畢至，親友咸集。迨安特魯將入車之時，其摯愛之女友尚親執其手，而叮囑再三。安特魯雖豪邁之士，無畏難之心，然亦未免兒女情長，英雄氣短耳。俄而炮鳴索解，而球升矣，萬眾莫不舉首相望，而祝之曰：諸公此行，何異登仙，發明北極之人，舍諸公其誰？當臨行之初，氣球載有鴿若干，以為傳書之用。上升後數小時，即有三鴿前後口銜尺素而來，車中之人，均告無恙，親友聞之，莫不額手稱慶。嗣後數小時內絕無音訊，親友始有憂懼之色。然猛引領而望曰，庶幾其來乎？及時積月遷，而安特魯等尚如黃鶴之杳然，始知其必遭不測矣。後雖北冰洋常有探險家之往來，輪舶輻輳，而莫能得安特魯等之蹤跡也。
19世紀飛艇之發展，至齊柏林（Zepplin）而達極點。齊柏林者，乃飛艇特別之一種，為德人齊柏林子爵所發明，首見於1898年。齊柏林與他種飛艇之異點有三：（1）其形迥大於他種飛艇。（2）齊柏林非為一氣球，而為多數氣球所合而成。（3）每一氣球均置於鉛制圓柱中，各圓柱首尾相接，合成一豬腰形。故齊柏林之外部，非為柔軟之絲，而為堅固之鋁。乘人之車，即置於圓柱之下，轉運飛艇之螺旋機，則置於圓柱之兩旁。
齊柏林子爵系德意志軍官。當其初建議欲制偉大之飛艇也，德國輿論，莫不非笑之，以為庸人之自擾，莫甚於此。而彼獨然前進，不以人言為進退也。至1900年，「齊柏林第一」乃告竣。此艇長416英尺，舟身圓徑廣38英尺，能蓄氫氣40萬立方英尺，載重9噸之多，合17氣球而成。能翱翔於空中，宛如鵬鳥之飛舞也。至是，眾始服子爵之卓見。子爵築室於康斯坦茨湖（Lake Constance）旁，以貯此龐大之飛艇，一夕狂風怒發，「齊柏林第一」為風挾入湖中，受波濤之涌擊。風平而後，驗之，則已破裂不堪矣。子爵5萬金之巨款，數年之心血，均一旦擲之虛牝，幾痛欲死。幸而前德皇威廉第二，抱囊括宇宙之野心，知齊柏林之足為軍用上之利器也，乃助子爵以巨款，並設廠以制巨大軍用之飛艇。嗣後歲有所出，至歐戰以前，飛艇之善且多，仍以德意志稱最焉。
歐戰以來，德人於齊柏林之製造，頗守秘密，外人無從探悉。歐戰之初，德人之希望於齊柏林者頗奢，故常乘昏夜，載炸彈、火藥往攻巴黎，繼復渡北海而攻倫敦。曾於1917年有齊柏林一艘，往攻倫敦，及返國時，途經法境，於日中忽失火而下降，為法人所獲，細審之，則知合18氣球而成。故全艇分為18節，計共長650英尺，每身圓徑82英尺，上部灰色，下部黑色。且舟內有機關能發煙霧，足以障蔽舟身，而使施放機關炮者，不易於命中。此艇重22噸，能載重38噸，艇內有汽機五，合共馬力為1200，速率每小時60英里以至70英里。若以之為通商之用，則足以載旅客百人，貨物5000磅，於40小時內能橫渡大西洋雲。
德國之齊柏林者，洵可為龐大矣。特近時英國所製造之堅體飛艇，其龐大更甚於齊柏林也。此等堅體飛艇之形式與齊柏林相類似。其已制就者，為R33號及R34號。艇各長670英尺，艇身圓徑80英尺。能載重3000噸，內置汽機6座，合共馬力1500。R33號在空中飛騰4天8小時55分鐘，而不下停。其足以航渡大西洋，固無疑問，特現時英人方欲製造一種軟體飛艇，以為飛行紐約、倫敦間之用，其大尤甚於R33號。要之飛艇之進步，在今日蓋方興未艾也。
沙漠的概念與沙的來源 (24)
沙漠又稱旱海或大漠，蒙古語為戈壁或額倫，維吾爾語為庫姆，統指沙磧不毛之地。中國古書上沙漠的名稱也不一致。晉代法顯《佛國記》稱為沙河，其中有一段描寫敦煌附近的沙漠，記述如下：「沙河中多有惡鬼熱風，遇則皆死，無一全者。上無飛鳥，下無走獸，遍望極目，欲求度處，則莫知所擬。唯以死人枯骨為標識耳。」在唐玄奘《大唐西域記》中又稱沙漠為大流沙或稱沙磧，其實沙漠有石質、礫質和砂質之分。而砂質中又有流動的與固定的分別。近來習慣稱石質、礫質者為戈壁，而砂質者才稱為沙漠。
在生物學上因沙漠、石磧均為不毛之地，故概名為荒漠。作為植被類型之一種，以別於森林和草原。但在寒帶和高山終年積雪之地亦有荒漠，嚴格說來，沙漠類型的荒漠，是指濕帶和亞熱帶地區因乾旱或人為原因所造成的不毛之地而言。普通以年雨量在100—250毫米以下的地區稱為荒漠，250—400毫米的地區為半荒漠。蘇聯科學家伊萬諾夫和布迪科等更以乾旱指數，即一地區年蒸發量與雨量之比，來定乾旱程度和劃分植被地帶。我國長江以南地區年蒸發量一般小於年降雨量，即乾旱指數在1以下，是為森林地帶。在華北及東北的西部一帶，乾旱指數為1—1.5，為森林草原地帶。內蒙古的東部乾旱指數為1.5—2.0，為乾草原。新疆的伊寧一帶乾旱指數為2.0—4.0時，則稱荒漠草原。如乾旱指數達到4.0以上，如河西走廊、新疆準噶爾盆地、塔里木盆地一帶則稱為荒漠。
一般人往往以為荒漠既為不毛之地，便一定不能生長農作物。其實荒漠如能得到適當的水源，並加以人工的灌溉，反而能得到比一般土地更高的產量，原因是這種土壤在發育過程中沒有受到淋溶的損失，礦物質充沛，再加上荒漠地區一般日照較長、陽光充足，所以青海的柴達木和新疆的哈密、吐魯番是我國小麥和棉花的高產區。
荒漠中最大的禍患是風和沙。因風的吹動使沙堆積成沙丘，高度可達數米到數十米，一般作新月形。形成以後，即順風移動，可以侵入田園、淹沒森林、埋葬鐵路、毀壞房屋甚至吞掉整個城市。因此沙漠中沙的形成和來源是一個很值得重視的科學問題。
在19世紀70年代，曾有過一個很流行的學說，認為現今的沙漠在古代均為大海，沙是由波浪打擊岸邊的岩石而形成的。此說尤以德國的李希霍芬為力。到19世紀80年代，俄國的維·阿·奧勃魯契也夫1887—1890年在中亞細亞，即現今土庫曼共和國地區的喀拉庫姆（黑沙漠）中連續工作了三個夏天，證明該地區沙漠的成因主要是河流如阿姆河等的不斷變遷和移動。這種說法以後又為蘇聯科學家和別國的科學家在中亞及非洲撒哈拉等沙漠地區所證實。但沙漠不僅可由河流的剝蝕搬運作用而形成，並且亦可由湖泊、海洋以及冰川等原因而形成。去年我們在西北考察時，曾在青海湖的東南岸、海晏縣的西面看到有蔓延十餘公里的沙丘。這種沙丘即因青海湖的波浪擊撞了湖岸，將岩石打成沙礫，再經西北風吹上岸而逐步形成。目前還在繼續蔓延和成長中。此外在新疆的艾比湖畔，更看到眾多的沙丘群。但是大沙漠如撒哈拉、塔里木等的沙，則多半是河形成的。沙漠學是最近才逐步形成的一門新興科學。
沙漠的魔鬼 (25)
古代親身到過沙漠的人，如晉僧法顯、唐僧玄奘，統把沙漠說得十分可怕，使人有深刻的印象。晉法顯著《佛國記》云：「沙漠有很多惡鬼和火熱的風，人一遇見就要死亡。沙漠是這樣荒涼，空中看不見一隻飛鳥，地上看不到一隻走獸。舉目遠看儘是沙，弄得人認不出路，只是循著從前死人死馬的骨頭向前走。」 (26) 玄奘《大唐西域記》卷十二也說：「東行入大流沙，沙被風吹，永遠流動著，過去人馬走踏的腳印，不久就為沙所蓋，所以人多迷路……而且時時聽到有歌嘯或號哭聲音，使人驚恐迷惑，失掉方向。因此同行的人，常有疾病死亡，這是魔鬼在作怪。」 (27) 沙漠真像法顯和玄奘所說的那樣可怕嗎？解放以來我們的地質部、石油部、中國科學院的工作人員已經好幾次橫穿新疆塔克拉瑪干大戈壁，如入無人之境，這是何故呢？回答這一問題，我們要為法顯、玄奘設身處境，才可了解他們那時沙漠裡驚心動魄、鬼怪離奇的狀況。試想法顯出發時，有7個和尚結隊同行，但走了不久，就有的不勝其苦，開了小差，有的病死在途，最後只留他一人。唐玄奘也是單槍匹馬深入大戈壁，所謂孫行者、豬八戒、沙和尚等隨從人員，那是《西遊記》小說中的神話。那時，既無大隊駱駝帶了大量清水食品跟上來，更談不到汽車和飛機來支援，所以《佛國記》和《西域記》所說的，確是那時旅行家腦筋里想像的狀況。
既然法顯和玄奘是意志堅強、翔實可靠的，那麼沙漠裡真有魔鬼嗎？回答是肯定的，同時也是否定的。肯定的是，因為在那時人們的知識水平看起來確像是有魔鬼在作怪；否定的是，人們掌握了自然規律以後，便可把這種光怪陸離的現象說清楚，一經道破，魔鬼便消滅了。光怪陸離的現象，在大戈壁夏天日中是常見的事。當人們旅行得渴不可耐的時候，忽然看見一個很大的湖，裡面蓄著碧藍的清水。看來並不很遠，但當人們歡天喜地似的向湖面奔來的時候，這蔚藍的湖卻總是那麼一個距離，所謂「可望而不可即」。阿拉伯人是對沙漠廣有經驗的民族，阿拉伯語文中稱這一現象為「魔鬼的海」。這一魔鬼的法寶到了19世紀的初葉，方為法國數學家和水利工程師孟奇所戳穿。孟奇隨拿破崙所領軍隊到埃及來和英國爭奪殖民地，當時法國士兵在沙漠中見到這「魔鬼的海」極為驚奇，來請教孟奇。孟奇深深思考以後，便指出這是因為沙漠中地面被太陽曬得酷熱，貼近地面一層空氣溫度就比上面一兩米的溫度高許多。這樣由於光線折光和反射的影響，人們得到一個錯覺，空中的喬木看來好像倒栽在地上；蔚藍的天空，倒影在地上，便看成是汪洋萬頃的湖面了。若是近地面的空氣溫度下面低而上層高，短距離內相差7℃—8℃，像平直的海邊地區有時所遇見那樣，那便可把地平線下尋常所見不到的島嶼、人物統統倒映到天空中，成為空中樓閣，又叫作海市蜃樓。中國向來形容這類現象為「光怪陸離」四個字，是確有道理的。
在沙漠裡邊，不但光線會作怪，聲音也會作怪。唐玄奘相信這是魔鬼在迷人，直到如今，住沙漠中的人們卻也還有相信這樣的。但2000年以前我們勞動人民卻已從實踐上道破這一秘密，稱會發生聲音的沙地為「鳴沙」。在現寧夏回族自治區中衛縣靠黃河有一個地方名叫鳴沙山，恐即在今日沙坡頭地方，中國科學院和鐵道部等機關在此設有一個治沙站，站的後面便是騰格里沙漠。沙漠在此處已緊逼黃河河岸，沙高約100米，沙坡面南坐北，中呈凹形，有很多泉水湧出，此沙向來是人們崇拜的對象，「每逢端陽節，男男女女便在山上聚會，然後紛紛順著山坡翻滾下來。這時候沙子便發生轟隆的巨響，像打雷一樣」。兩年前我和五六個同志曾經走到這鳴沙山頂上慢慢滾下來，果然聽到隆隆之聲，好像遠處汽車在行走似的。其實，只要沙漠面部的沙子是細沙而乾燥，含有大部分石英，被太陽曬得火熱後，經風的吹拂或人馬的走動，沙粒移動摩擦起來便會發出聲音，這便是鳴沙。古人說「見怪不怪、其怪自敗」，沙漠魔鬼的一個法寶從此又被人類的集體智慧所戳穿了。
論南水北調 (28)
南水北調在我國是有充分的必要性，而且也是可能的。我們首先從必要性來說。大家知道，我國是世界上徑流資源非常豐富的國家，年約27000多億立方米，在世界各國中僅次於巴西及蘇聯而居世界第三位。但這樣多的徑流資源在我國地區上的分布是很不均勻的。長江流域及其以南地區耕地面積占全國耕地總面積的33％，而徑流量卻占全國徑流總量的70％；華北與西北占全國耕地總面積的51％，而徑流量只占全國徑流總量的7％左右。水利資源的分布如此不平衡，就嚴重地影響到我國廣大的乾旱區與半乾旱區的開發。我們知道，黃河流域和內蒙古、新疆都具有豐富的地下礦藏和很大的農牧業發展潛力，如能引長江所不急需之水以補益黃河，不僅可保證黃河中游的農田灌溉，而且將使具有優越梯級開發條件的黃河幹流的發電量大大增加，從而使我國北方的工業動力問題得以滿足，黃河遠景規劃中的航運條件得以提高和改善。又如我國的內蒙古草原地帶，有廣大而肥沃的土地資源，煤鐵礦藏都很豐富，但由於水源缺乏，目前還只能以發展畜牧業為主。如果能引水灌入內蒙古草原，則將使我國這塊廣大地區變為糧食基地，並使牧場單位面積的養畜量大大增加，也能滿足這裡工礦業和城市的用水。我國廣大的西北乾旱區，雖然有高山冰雪融水可以引用，但為量有限，即使能充分利用，也不能解決全部可墾荒地變為農田的用水問題。更由於水土資源的分布不平衡，許多地區缺水情況更為嚴重，尤其是還要考慮到治沙任務，改造廣大的沙漠與戈壁灘，將更加需要大量的水源，因此引用外來徑流改造沙漠，是治沙任務中的主要措施之一。
其次，南水北調雖有充分的必要性，但是否有可能性呢？過去在封建時代和半殖民地時期，要大規模地把南方的水引到北方乾旱區域是不可能的。2000年以前漢朝有人曾建議漢帝從黃河河套依地勢高下引水向東北經沙漠入海，終未見諸實行。從兩漢到解放以前，也有不少人做南水北調的夢想，但都不可能成為事實。
從西南高原或長江上游引水北來亦有相當條件的。我們知道，我國西南地區地勢高峻，是我國許多主要河流的發源地，地表徑流比較豐富。從這個地區的目前需要來看，用水量都不大，相形之下徑流資源是較多的。由於各河上游地勢均在二三千米以上，因而提供了向北引水的可能性。從黃河水利委員會的初步踏勘資料和水利科學研究院的初步分析資料中也可以看出，這種引水的可能性是有現實意義的。引水方案不僅是一條而且有很多條路線可供我們研究選擇。將來通過我們的實際考察和深入研究後，還可提出更多的方案作比較。當然，這個任務的實現不是短時間的事，這是一項極為艱巨而繁重複雜的任務。因為引水地區如川西、滇北均是山高谷深，許多工程要在人煙稀少、地高天寒、交通困難的條件下進行。加之引水路線又處在地震強度很大的地帶，許多地方受著山崩滑坍、泥石流的威脅，不但工程浩大，而且維持艱難。
南水北調對我國南部地區是否會產生不利影響呢？我認為是受損不大、受益不小，江水北調後，長江流域的水力發電要受到損失，但長江上游的水減少後將會對其中下游產生良好的效果。一般的看法認為，中國南部地區降水較多，氣候濕潤，引水以後基本上不致影響航運和工農業的用水，並且可以減輕泛濫的威脅。至於三峽的發電量雖然受到影響，但這些水量引向北流將在引水河道的各個梯級上發電，可使電力在地區的分布上做到比較均勻，三峽水庫的淹沒損失也可大為減少。此外，川康山區少數民族地區，地上、地下資源豐富，對這些資源的開發也將創造良好的條件。當然，這個論點還需進一步研究。我們必須權衡利弊，定出一個既能照顧南部地區，也能解決北方乾旱、半乾旱地區的兩利方案。
在進行南水北調工作中，也將帶動我國若干科學部門的迅速發展和成長。由於這一偉大工程的興建，將涉及許多科學技術部門，許多複雜問題的解決都會促使該學科的發展，如地震的研究，防滲的研究，高壩建築和高水頭髮電，人工河道的河床變形的研究，泥石流、滑坍的防止，大爆破的應用等一系列問題。同時南水北調涉及的流域很多，許多都是我們沒有作過科學考察的地區。為了作好跨流域的規劃，就需要對整個有關地區的自然資源情況進行深入的調查研究，這樣也就會推動整個地學部門、生物學部門以及經濟科學部門向前發展。此外，南水北調這一大規模改造自然工作完成後，將由於地面水分條件的變化而引起一系列自然條件的變化，如自然景觀、水分循環（特別是小循環）、氣候條件（特別是小氣候）等，在這些變化中又將要求我們開展改造自然實施效應的研究，以便預測將來整個地區的變化情況。因此，南水北調這一偉大任務，在科學上也有它重大的意義。
讓海洋更好地為我們服務 (29)
我國雖是一個大陸的國家，但是歷代以來我國的勞動人民對海洋事業有過不少的貢獻。在春秋戰國時代的齊國已號稱為「漁鹽之鄉」，《禹貢》「海岱唯青州……厥貢鹽 ，海物唯錯」，對海洋中兩個最重要的資源即魚和鹽已有很大的開發。魏晉六朝以後，我國與波斯、大食在海路上的往來已很頻繁。到宋朝和元朝，海洋上的交通商業更有很大的發展，那時重要的海口有廣州、泉州和明州等處，連印度和阿拉伯人要航海都必須乘坐我們中國的船舶。根據歷史的記載，北宋時已在航海上運用指南針，並用繩索來測量海的深度，調查海底污泥的性質。北宋宣和初年（1119）朱彧所著《萍洲可談》一書中說：「舟師夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針。」航行時以鉤系長繩之端，時時取海底泥，以泥質推定位置，也知道下鉛錘測水深淺。這類遠洋航行，獲得了不少海洋知識。蘇東坡詩：「三時已斷黃梅雨，萬里初來舶棹風。」所謂舶棹風即是現在東南季風，可知當時的詩人已知道印度洋季風來往的時期了。至明朝永樂宣德年間（1405—1433）鄭和奉使七次下西洋，最遠到達非洲的馬達加斯加島，第一次所組織的船隊即由大船48隻組成，共有人員27000餘名，其中最大的船長444尺，可容納1000餘人，無論從規模、設備、航程、遠近來看，都為當時西洋各國所不及。從鄭和的航行使我們得到不少關於當時南洋、西亞、東非一帶的地理、生物知識，同時也熟悉了沿海地形和海底地形、海上風向的概況。那時我國在造船技術上亦有許多特創之處，已知把船體分段構成，如此，在航行時如船體的一部分觸礁漏水，不致影響整體。這一方法到18世紀才由美國法蘭克林（1706—1790）介紹到西洋航海業上。在宋、元迄明朝，我國可稱為「海上的權威」，但至明朝中葉以後，執政者採取了閉關自守的政策，從此以後正如俗話所說的，人民只能「望洋興嘆」，我國的海洋事業形成了一蹶不振的局面。
我國海洋資源的蘊藏量是十分豐富的，而且島嶼多、淺海多，大部終年不凍，又是寒暖流交匯地點，這是我國海洋的優點。世界大洋約占地球面積的71％，平均深度達3680米，其中77.1％都是3000米以上的深海，而在200米以內的淺海只有7.6％。太陽光是植物的重要生活條件之一，海洋的深度超過80米以上已很少光線了，因此在淺海里的生物資源要比深海里豐富得多。我國淺海面積約占全世界淺海面積的23％，居世界第一位。加上暖、寒洋流和江河帶來的豐富養料，給予漁業的發展提供了良好的條件，目前全世界海洋一年水產總量約近3000萬噸，而且西方諸國只知捕捉不加保護培養，許多重要的海洋動物如大西洋中的鯨類幾已絕跡。去年我國水產部提出以養殖為前提的漁業政策，是非常正確的。循此方針加以努力，我國淡水和海洋水產年產量已居世界第三。解放以前我國每年須花外匯進口海帶，但不出十年，在黨的領導下，經科學工作人員的努力，我國不但能自給而且有餘，今年尚要爭取豐產。海洋不但生產動、植物資源，而且也蘊藏了大量礦產。最近在沿海各地，例如從杭州灣經蘇北沿海到渤海，都發現天然氣和油苗，很有找到海底油田的可能，如開發起來，在淺海區的條件就要比深海區優越得多。世界海洋的容積約為13億立方公里，每立方公里海水中含礦物質：食鹽4000萬噸，氯化鎂400萬噸，氯化鈣和硫酸鈣250萬噸，硫酸鉀100萬噸，此外還有40多種化學元素，我國在第二個五年計劃期間海鹽的年產量預期能達到4000萬噸，這個數字對海洋說來只要一立方公里的海水，亦就是十三億分之一，可見海洋資源的豐富了。
航海在東方宋、元以來即甚發達，西方則自15世紀末新大陸發現後日臻興盛，引起日後殖民主義的抬頭，但海洋學作為一門科學還是比較近代的。18世紀中葉，俄國科學家羅蒙諾索夫曾提議帝俄科學院建立海洋航運研究所，未能見諸實行。到19世紀七八十年代英國湯姆生和茂雷乘旦蘭求輪勘察大西洋和太平洋，俄國的馬可洛夫乘勇士號輪勘察北冰洋和太平洋，統搜集不少材料，這可說是近代海洋學的萌芽。1920年以後採用聲波測量海洋深度的方法發明後，大大改進了測量海深的方法，不久魚群探測器亦隨之發明。在1920年至1940年的20年間，蘇聯、挪威和美國建立了規模宏大的海洋研究機構，並先後派遣船隻勘察海洋。巴巴寧的北冰洋遠征隊是為世所熟知的。在第二次世界大戰期間，德國用潛水艇圍攻英國，使英國不能從國外得到糧食和軍用物資的補給，當時大西洋掀起了兇惡的戰鬥，1942年德國的潛水艇曾擊沉英、美的船隻625萬噸之多，幾使英國困居孤島得不到外地的糧食供應、陷入癱瘓的境地。以後因英、美應用了雷達和聲吶兩種探測武器，才能克服德國潛艇戰術。第二次世界大戰以後，海洋物理學這一門科目和海洋生物學、海洋地質學、海洋化學就很快地建立起來。這昭示了海洋學不但對於經濟建設能起重大作用，即在國防建設上也不可或缺。
海洋學和氣象學是姊妹科學，二者的關係是非常密切的。洋流和氣流一樣，它的原動力是兩極和熱帶上溫度的差別，洋流又直接受風的影響。同時海水吸收太陽輻射能力遠大於空氣，因之接近海洋的地方冬溫而夏涼，具有所謂海洋氣候。如西歐各國的緯度與我國東北地區及蘇聯西伯利亞濱海省相仿，而遠較我國東北和西伯利亞氣候為溫暖，此即因受墨西哥暖流的影響。但暖流所帶的熱量可以每年變化不同，這樣就影響到沿岸的氣溫變化。例如1932年起至1937年，墨西哥暖流的熱量每平方厘米每年增加了2000卡路里，致使西歐各國沿海地區的年平均溫度增加了2.5度，而使與赤道相近的低緯度地區的年平均溫度有顯著的下降。印度洋的洋流與我國夏季風有密切關係，因夏季風來自印度洋，從而影響到大陸的雨量。例如今年夏季，東亞季風特彆強大，連甘肅、河西走廊、新疆等極為閉塞乾旱的地區亦有較多的雨量。東亞夏季風風力的強弱、時間的遲早，影響到中國、印度、日本夏天雨量的多少和農產品的收成，而這夏季風都來自海洋中，因此為了要正確地長期預測大陸的天氣變化，摸清海洋的情況是必要的一個條件。
隨著我國國民經濟的發展，國防建設的需要，海洋工作的重要性已日益顯著起來，國家科學技術委員會已把海洋的調查和開發列為重點任務，以便迅速開展對海洋的普查，有重點地開發海洋資源，綜合利用海水。
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(1) 本文原題《中國過去在氣象學上的成就》，系1951年4月16日中國氣象學會第一次全體代表大會上的專題報告，刊載於《科學通報》1951年第2卷第6期。近現代部分已刪節，編者改為今題。
(2) 本文是根據香港《大公報》匯編的叢書《中國的世界第一》付印的。原書涉及各科學領域。其中作者有9篇短文，本集選入1篇。此據《竺可楨科普創作選集》，科學普及出版社1981年出版。
(3) 本文選自《東南季風與中國雨量》，刊載於《中國現代科學論著叢刊》——氣象學（1919—1949），科學出版社1954年版，有刪節。
(4) 本文原載於《東方雜誌》，1926年第23卷第13期，有刪節。
(5) 《宋史》卷三百十一。
(6) 武堉干譯《人口問題》第29—30頁。
(7) 鄭樵《通志》卷四十二，《禮略一》「大雩」條下。
(8) 《上海申報》1955年7月22日。
(9) 《春秋繁露》卷十六，「求雨第七十四」。偽造說見姚際恆《古今偽書考》。
(10) 《古今圖書集成》，曆象匯編，《乾象典》卷八十四書事之六。
(11) 《春秋繁露》卷三，「精華第五大雩」條下。
(12) 《通志》卷四十二，「禮略」下。
(13) 顧炎武《日知錄》卷十二。
(14) 《西遊記》為元、明時人所作。
(15) 此處年代依藤原咲平，雲を摑い話 ，東京，第151頁。
(16) 明代陳耀文《天中記》卷三引《梁益記》。又江西牯嶺亦多雨，較九江約多40％。
(17) 清代朱竹坨選《明詩綜》卷一百，雜歌俚諺第一百五十五首。
(18) 本文選自《高空之探測》，原系1932年11月18日在中央大學地理系演講稿，刊載於1934年《科學》第18卷第10期，有刪節。
(19) 本文選自《空中航行之歷史》，原文連載於《科學》，1919年第4卷第8期、第12期；1920年第5卷第2期。題目為編者所加。
(20) 查爾斯即發明熱學查爾斯定律（Charles law）之物理學家。
(21) 本文選自《空中航行之歷史》，原文連載於《科學》1919—1920年，題目為編者所加。
(22) 珠穆朗瑪峰在喜馬拉雅山中，高29002英尺。
(23) 指本文發表當時。
(24) 本文選自《改造沙漠是我們的歷史任務》，見《人民日報》1959年3月2日。原文未分自然段，題目為編者所加。
(25) 本文選自《變沙漠為綠洲》，系1960年所作。見《竺可楨文集》，科學出版社1979年出版。
(26) 晉法顯撰《佛國記》卷一。法顯於晉安帝隆安三年（399）從長安出發，由玉門、敦煌經羅布泊沿孔雀河到庫爾勒，又循于闐河到于闐，過蔥嶺入印度。至安帝義熙八年（412）由錫蘭島坐船回至山東青州。本段文字已通俗化。
(27) 《大唐西域記》凡十二卷，唐僧玄奘口述，他的學生辯機編寫。玄奘於貞觀元年（627）出發，經新疆天山北路至印度留18年，於貞觀十九年（645）取道新疆天山南路回到長安。
(28) 本文原載於《地理知識》1959年第10卷第4期，有刪節。
(29) 本文系1959年1月5日在中國科學院海洋工作會議上的講話摘要，原題《讓海洋更好地為社會主義建設服務》，刊載於《科學通報》1959年第4期，有刪節。