內容簡介
氣候是一個充滿變化的複雜系統,跨越時間尺度、空間尺度:不知何處而來的一陣微風吹得書頁沙沙作響,可能隱隱預示沿海風暴將至;太陽能使赤道地區的空氣升溫上行,進而攪動半球氣流,產生小型渦旋,又生成更小的旋風今天的動力氣候學讓我們可以整合尺度迥異的現象,通過研究小到分子、大到星球的不同時空尺度內現象的互動,預測人類活動對氣候的影響。這種思維方式源起於何時?
在耶魯大學科學史家德博拉 庫恩看來,一切可以追溯到19世紀的中歐。面對席捲歐洲的民族主義浪潮,語言多樣、文化多元的哈布斯堡帝國亟須保持內部和諧與統一的方法。從維也納到布達佩斯,從布拉格到的裡雅斯特,各地的科學家在多樣的植物、水文、溫度、氣壓、降水中尋找統一。在地方與帝國、局部與整體之間,他們整合尺度迥異的現象,構建出現代科學的新語言來描述與想像帝國。現代氣候科學在這個獨特多元帝國的動盪之中應運而生,全球氣候的概念隨之興起。
借助字跡難辨的日記、信件,乏人問津的古舊檔案,庫恩再現了氣候知識背後的感性、激情與政治,重寫了氣候科學與哈布斯堡帝國的故事。這段跨尺度、多因果探究世界的歷史圍繞氣候展開,政治與科學在其中交織,它延續至今,也指向未來。
作者簡介
德博拉 R 庫恩(Deborah R Coen)
耶魯大學科學史教授、科學與醫學史項目主任
哈佛大學研究員協會研究員
主要研究現代物理和環境科學,中歐思想與文化史
哈佛大學科學史博士,劍橋大學歷史和科學哲學碩士
著有《地震觀察者》《維也納的動盪時代》等,均獲得科學史與中歐研究等相關獎項。
精彩書評
尺度也稱標度,地理、地質、物理、歷史、景觀、信號分析等都涉及”變焦觀察”時,由於尺度變化對象展示不同或相似景象的問題。跨尺度就是跨層次,”還原”和”突現”是方向不同的過程。科學史家D R 庫恩詳細探討氣候科學史中的”尺度辯證法”,角度特別,說理透徹,給人以啟發。
——劉華傑,北京大學科學傳播中心教授
在科學史、環境史和帝國史的相交處,這本書講述了一個精彩的故事,指出了近代氣候學在方法與觀念層面面臨的一個重要問題:人類個體的認知尺度怎樣才能與地球的時空尺度協調起來?作者庫恩研究了19世紀哈布斯堡王朝官方支持的氣候學研究活動,注意到這一時期的哈布斯堡王朝自身正是一個多民族、多語言、多信仰的政治實體,跨越了民族國家的一般尺度,帝國政治與科學觀念由此交織在一起,塑造了近代氣候學的基本觀念。
——蔣澈,清華大學科學史系副教授
這部作品對奧匈帝國科學界進行了詳細考察,揭示了這些科學家對全球氣候學研究的重大貢獻庫恩在充分研究的基礎上,精彩地闡明了現代氣候學的起源及其與政治格局的持續關聯。
——《選擇》雜誌
歷史學家喜歡說,科學植根于特定的時空背景。對此,庫恩提供了明確的證明
氣候學誕生於政治和政策的背景下,在發展過程中也從未遠離政治和政策,在今天討論氣候科學的影響時,我們需要的正是這樣的研究。
——《自然》雜誌
在這部引人入勝的精彩研究作品中,德博拉 庫恩揭示出此前不為人知的故事:在地域廣大、文化多元的哈布斯堡帝國,環境科學家們為帝國確立合法性做出了貢獻。在庫恩筆下,奧匈帝國內各個領域的科學家進行著不同尺度的分析,他們認可關於自然和文化現象的當地視角,同時將其納入更廣闊的跨區域綜合視野。這些視角的獨特組合構建了科學認識的新框架,與當時歐洲其他地區研究者的民族主義視野形成了鮮明對比。
——彼得 M 賈德森(Pieter M Judson)
歐洲大學學院歷史系教授、《哈布斯堡王朝》作者
目錄
導言 氣候與帝國
第一部分:多樣中的統一
第一章 哈布斯堡王朝與自然收藏品
第二章 “奧地利”理念
第三章 帝國-王國科學家
第四章 雙重任務
第二部分 帝國的尺度
第五章 帝國的地貌
第六章 發明氣候志
第七章 局部差異的力量
第八章 全球擾動(Planetary Disturbances)
第三部分 尺度縮放
第九章 森林-氣候問題
第十章 植物檔案
第十一章 欲望的風景
結語 帝國之後
精彩書摘
氣候與帝國
1869 年,30 歲的尤裡烏斯 漢恩(Julius Hann)蓄勢待發,欲在學術界大展身手。漢恩擁有維也納大學的兩個物理學學位,3 年前因解釋了一種奇風而享譽國際。在阿爾卑斯山北側,焚風(foehn)溫暖乾燥,和落基山脈以東居民口中的欽諾克風(chinook)一樣。在阿爾卑斯山區,它最常在寒冷時節 襲來,導致溫度反常上升,據說還會引發心臟病、癲癇等疾病。在漢恩的時代,由於焚風溫暖乾燥,人們都以為它來自撒哈拉地區。時人大多以為當地氣候影響健康應歸咎於盛行氣流,進而要從氣流源地找原因。漢恩則另闢蹊徑,在 1866 年發表的《論焚風起源》中縮小範圍考察焚風,認為它是一種局部效應。漢恩在阿爾卑斯山區徒步多年,手持筆記本跟蹤雲的移動,以此推斷風型。他在大學裡修習過新興的熱力學(熱與運動的物理學),掌握了必要的知識,因此能根據氣塊(air parcel)A穿越山脈後的性質變化解釋焚風:氣塊攀升時會流失水分,下沉到北側後則會升溫,從而形成炎熱乾燥的風。焚風的特性並非因為它源自非洲沙漠,而是因為大氣的物理特性,因為熱量與運動的相關性 1 。
這是一個國際研究項目(我稱之為動力氣候學)的歷史奠基時刻。動力氣候學應用熱與流體運動的物理學來解釋氣候條件在地表的歷史分佈情況與現實分佈情況。人類世歷史階段理應重視動力氣候學,因為它開始將”從人類行為到地球進程這一跨時空尺度的相互作用問題概念化,並著手處理之”2 。早在哈布斯堡王朝統治維也納時期,動力氣候學就在奧地利蓬勃發展。我們即將看到,彼時,這個多元帝國正處於現代化動盪之中,新科學應運而生,漢恩若為國家服務必將得到豐厚回報,他很快就會獲得帝國-王國(kaiserlich-königlich,k k )3 科學家的尊貴頭銜,成為哈布斯堡王朝全境認可的專家。要知道,19 世紀時帝國領土達 70 萬平方千米,遍及中歐、東歐與南歐,幾乎是今日德國的兩倍大小。現在,漢恩已開始整合來自全國的數據,打開一扇歐陸尺度的窗口,去觀察大氣層的運作情況。
然而,步入而立之年的漢恩為何在這個夏天陷入了自我懷疑?他在日記裡寫道,自己在維也納前途”未蔔”。他飽嘗思鄉之苦,想念家鄉的山峰,它們助他走向成功,而他則”像年輕時那樣”4,渴望山林的”平和”與”仁慈”。他徘徊不決,想放棄科學事業,重回曾經念書的修道院,隱居生活。
地理學家段義孚曾說,現代化是”宇宙”之力與”壁爐”之力兩相拉扯的過程:人們既渴望冒險,去超越已知邊界,又難舍熟悉的環境的穩定 5 。《動力氣候學》探討了在 19 世紀,氣候學如何在這一矛盾的影響下成為一門全球科學。該書提出,對氣候的現代理解,本質上意味著一種跨時空尺度的思維方式——對哈布斯堡王朝這樣一個融合了中世紀王國與現代法律的多民族政體而言,這種思維方式乃出於政治必要。
一直以來,全球大氣環流理論都沒有重視比大型熱帶氣旋更小、持續時間更短的氣流運動。直到 20 世紀,以漢恩為中心的科學家們才填補了這一缺憾,他們描繪了不同尺度的氣候學相互作用的圖景,其成果至今仍是氣候模型的基礎。現代氣候科學的現代化之處便在於其整合了尺度迥異的現象,而這需要根據不同尺度定制方法。例如,衛星是跟蹤颶風的理想工具,但若論記錄與幼苗生長相關的微小溫度和濕度變化,那它束手無策。更何況不同尺度的大氣現象絕非彼此獨立。不知何處而來的一陣微風吹得書頁沙沙作響,可能隱隱預示沿海風暴將至。太陽能使赤道地區的空氣升溫上行,進而攪動了半球氣流,產生了小型渦旋(eddy),又生成了更小的旋風(whirl)。全球變暖何以影響廣泛,難以預測?正是這些跨尺度的能量交換乃至物質交換所致。水在大氣顆粒周圍凝結成雲的微觀過程,與雲對全球輻射能量平衡的宏觀影響有何關聯?如何模擬這種關聯?這是今天的科學家面臨的一大挑戰。要想預測地球一個世紀以後的平均氣溫,科學家便不能無視那些極快、極小尺度的過程,例如雲的形成。他們採取所謂的”尺度分析”(scale analysis)來處理這一問題,即根據當前目標評估哪些現象是重要的,研究這些現象以得出合理的近似值。動力氣候學的發展史講述了一個跨尺度、多因果探究世界的故事 6 。
2001 年,我開始了有關本書的研究,那時的氣候科學與今天(2017 年)差別很大。當時的氣候模型幾乎全與溫室氣體濃度增加對全球的影響有關。絕大多數模型的時空尺度太大,無法做出有效預測,以協助中觀生物群落規劃;它們也沒有考慮區域尺度的影響機制這一因素。直到最近,很多人在建模時才重新關注區域影響 7 。與此同時,有關氣候變化的國際協議談判陷入僵局,更證明有必要在地方與區域層面採取行動,因此需要基於這些空間尺度的可靠預測。早在 21 世紀初,少數幾個研究小組就開始模擬區域影響,其中之一是 CLEAR(阿爾卑斯山區的氣候與環境小組),該小組強調交替採取地方與全球視角,也就是尺度縮放 8 所具有的價值。他們以瑞士為例,指出阿爾卑斯山區恰如其分地證明了小尺度氣候分析與全球建模同步進行大有好處。該小組的項目在今天看來似乎平平無奇,放在 20 世紀才能顯示出幾分先見之明,我卻覺得它與哈布斯堡氣候學帶給我們的教訓遙相呼應。
哈布斯堡的科學家們沒有計算機輔助,於是發明了各種獨創方法來探測、模擬、表示大氣運動。比如利用植物作為測量儀器,或把河床想像成大氣波動模型,再如開創新式文學體裁與製圖流派。也許你從未聽說過這些科學家的大名,但他們因聰明才智在當時顯赫一時。漢恩在 1910 年被提名諾貝爾獎,一位美國同行如此評價漢恩的大作:它”如同矗立在尼羅河谷的吉薩金字塔一樣,遠超其他作品”9 。還有人評價漢恩及其同事的研究”兼容並蓄”。哪怕是今天,大多數氣候學家仍專門研究單一尺度,”而奧地利科學家早已跨越時空尺度,考慮了從全球環流到邊界層湍流”,從行星尺度到農業與人體健康尺度的各類現象 10。這些科學家甚至發展出一套 新的概念工具,以便跟蹤從半球流動到分子運動的能量轉移。他們還開創了新的敘事形式,使其見解在大眾聽來也活靈活現。這種將區域風與半球環流聯繫起來的新思維方式,反過來為哈布斯堡跨國依存的理念注入了活力。
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