本報記者 尹曉宇

團(tuán)隊研究的山西五臺山古建筑。 束金奇攝

團(tuán)隊成員在討論。 受訪者供圖

從唐代到明清，中國古人為了更好地適應(yīng)當(dāng)時當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，不斷調(diào)整建筑屋頂坡度，以應(yīng)對氣候變化帶來的百年尺度的降雪變化，維持建筑安全并減少維修成本。

古建筑屋頂?shù)脑O(shè)計與氣候變化有什么關(guān)系？這是中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院符淙斌團(tuán)隊與中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員葛全勝團(tuán)隊近年來一直研究的課題。

“屋頂坡度與中國東中部地區(qū)冬半年的平均溫度呈負(fù)相關(guān)。在寒冷時期，屋頂變得明顯陡峻；溫暖時期，屋頂坡度明顯下降。但反映屋頂坡度的‘屋頂高跨比’即屋頂舉高與前、后橑檐枋間距的比例達(dá)到約23%之后，就再也沒有低于這個數(shù)值?！毖芯繄F(tuán)隊成員、南京大學(xué)歷史學(xué)院準(zhǔn)聘副教授李思洋這樣解釋。

考慮建筑功能需求，揭示屋頂坡度變化原因

唐代建筑疏朗開闊、宋代建筑精巧細(xì)致、明清建筑陡峻繁復(fù)……中國建筑在不同時代風(fēng)格演變的同時，屋頂或陡或緩的坡度變化，同樣引起了團(tuán)隊的注意?！笆鞘裁匆蛩赝苿恿宋蓓斊露鹊淖兓?？”

此前，一些前輩學(xué)者在古建筑調(diào)查研究中就發(fā)現(xiàn)，從唐到明清之間，屋頂坡度整體上呈現(xiàn)出變陡的趨勢，屋頂坡度從8世紀(jì)的約20%上升到18世紀(jì)的約35%。對于這種變化，傳統(tǒng)建筑史研究往往從建筑技術(shù)發(fā)展、審美風(fēng)格演變等角度探討建筑屋頂坡度的時代差異。

“但建筑具有很強的居住屬性，所以我們好奇，在建筑風(fēng)格隨時代演變的背后，是否存在建筑本身功能需求的影響呢？”提出疑問后，團(tuán)隊開始了調(diào)研。

調(diào)研過程中，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)一個有意思的現(xiàn)象：山西平順龍門寺中保留著五代至明清時期的建筑遺存，在寒冷時期建造的大雄寶殿(1098年)和東配殿(1498年至1504年)呈現(xiàn)出更陡峻的屋頂，屋頂高跨比分別為29.67%和30.50%。而溫暖時期的天王殿(1271年至1294年)則更為平緩，為26.92%。

“最終，我們嘗試從氣候角度來理解這一現(xiàn)象?！眻F(tuán)隊成員、南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院準(zhǔn)聘助理教授丁可解釋。

要在千年尺度上證明這個假設(shè)，沒有現(xiàn)成的古建坡度變化序列和氣象數(shù)據(jù)可以使用，團(tuán)隊梳理了唐到明清期間有明確測繪記錄的北方地區(qū)官式建筑200多座，建立了一個古建屋頂高跨比的數(shù)據(jù)庫，并對歷史時期氣候變化資料進(jìn)行搜集整理。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，屋頂坡度的時代變化呈現(xiàn)百年尺度的波動式上升趨勢，且溫暖時期屋頂坡度較小，寒冷時期屋頂坡度較大。

梳理坡度和歷史氣候變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)屋頂變陡的排雪動機

眾多氣象要素，究竟以哪個或者哪幾個作為研究方向成了要考慮的關(guān)鍵。

“房屋坡度的變化到底是受風(fēng)、降雨還是降雪的影響？”“風(fēng)？作為封閉式建筑，僅屋頂坡度發(fā)生變化，對室內(nèi)空氣溫度的影響較為有限?！薄敖涤?？那溫暖時期降雨增加，屋頂應(yīng)該會變得更陡，以增加排水能力，這與觀察到的趨勢不一致?！薄?/p>

經(jīng)過數(shù)次討論，一些假設(shè)被排除，而保障屋頂?shù)呐叛┠芰统闪俗畲蟮目赡堋?/p>

“由于現(xiàn)有建筑遺存多位于中國東中部的半干旱、半濕潤地區(qū)，冬季天氣相對寒冷、降雪量較大，我們猜測，讓屋頂?shù)难┠芸焖倩?，從而防止損壞房屋，可能是屋頂設(shè)計中的重要因素。為了驗證這一猜測，我們先要去古籍中尋找氣候偏冷、屋頂坡度較大時的降雪資料，看看這些時期是否確實出現(xiàn)過更頻繁、更極端的降雪記錄?！倍】山忉尩?。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)代氣象數(shù)據(jù)、歷史溫度重建數(shù)據(jù)和歷史考古資料，重建了千年來中國東中部地區(qū)降雪量的變化，模擬了單純?yōu)閼?yīng)對降雪變化所需的屋頂坡度變化。結(jié)果表明，依據(jù)降雪量所推算的理想屋頂坡度變化與近千年來建筑遺存屋頂坡度變化幾乎一致。

“這意味著，降雪天氣對中國傳統(tǒng)建筑的設(shè)計可能存在顯著影響?！倍】山忉尩?。

查閱大量資料，研究建筑形制對氣候變化的適應(yīng)

研究過程中，團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)一個奇怪的問題：建于公元940年以前的古建，屋頂坡度系統(tǒng)性地小于后世。比如龍門寺西配殿建于五代后唐同光三年(925年)，從氣象上來看與明清一樣屬于冷期，但屋頂坡度并沒有明清時期那樣大。值得注意的是，這一階段的屋頂坡度正處于快速增長的階段，這可能體現(xiàn)了這一時期的營造者們在冷期排雪需求增加的影響下，通過技術(shù)調(diào)整尋求屋頂坡度增大的過程。

這個猜想的一個有趣的例證是，屋頂高跨比從公元782年五臺山南禪寺大殿的19.24%發(fā)展到公元1098年平順龍門寺大殿的29.67%，從營造角度來看，建筑屋頂、梁架中部分構(gòu)件似乎發(fā)生了一定的相對位置變化。例如，最下層梁栿的相對位置從低于橑檐枋變?yōu)榕c橑檐枋等高或高于橑檐枋。此段時間的結(jié)構(gòu)變化，雖然與古建筑木結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性發(fā)展有關(guān)，但其客觀效果的確有利于更陡屋頂?shù)慕ㄔ臁?/p>

此外，從明清小冰期中的明代中后期開始，一種新的屋面曲線設(shè)計方法——“舉架法”開始出現(xiàn)并逐漸被廣泛使用。運用這種方法設(shè)計的屋頂坡度進(jìn)一步加大，并在18世紀(jì)30年代被寫入官方建筑規(guī)范，成為此后官式建筑屋頂?shù)脑O(shè)計準(zhǔn)則。

“通過梳理研究，我們可以看到，中國歷代營造者似乎在建筑形制、技術(shù)調(diào)整的過程中實現(xiàn)了對于氣候變化的適應(yīng)。”李思洋說。

基于氣候與古建的學(xué)科交叉研究，團(tuán)隊2025年發(fā)表了一項新的研究成果，指向“六朝時代斗拱發(fā)展之謎”：為何在三國兩晉南北朝時期斗拱出跳承檐這一形制有所減少？且為何這一現(xiàn)象只出現(xiàn)在該時期？

由于國內(nèi)唐以前的木構(gòu)建筑實例已不存在，研究團(tuán)隊梳理了約250例建筑形象資料，并結(jié)合溫度重建資料及相關(guān)理想實驗，發(fā)現(xiàn)由斗拱出跳支承的深遠(yuǎn)出檐，會顯著降低建筑接受的日照強度與時長；而三國兩晉南北朝時期整體偏冷，居民對太陽輻射取暖的需求隨之上升，從而出現(xiàn)了縮短建筑出檐的設(shè)計取向。由此，團(tuán)隊推測，該時期的氣候背景可為斗拱出跳承檐形制的減少提供一種可能解釋。

“古建中的智慧還有許多值得發(fā)掘，而氣候變化提供了一個可供觀察的新視角?！毖芯繄F(tuán)隊表示，他們正把這個視角延伸到考古學(xué)領(lǐng)域中更長時間段、更多方面的研究。

解讀氣候適應(yīng)史的“立體文獻(xiàn)”

作為中國古代建筑顯著的外觀特征之一，屋頂?shù)男螒B(tài)與自然環(huán)境密不可分。它不僅是建筑技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)晶，更是一部記錄氣候適應(yīng)史的“立體文獻(xiàn)”。

要解讀這部“文獻(xiàn)”，需要結(jié)合建筑史學(xué)與氣候科學(xué)的交叉視角，這一研究路徑為理解古代建筑演變提供了新方法。其重點在于選取關(guān)鍵角度，對歷代建筑屋頂?shù)男沃谱兓M(jìn)行量化，并與高分辨率古氣候重建記錄系統(tǒng)進(jìn)行比對，進(jìn)而運用數(shù)理模型檢驗其內(nèi)在關(guān)聯(lián)，最終在千年尺度上追溯人類應(yīng)對氣候變化的智慧。

(本報記者尹曉宇整理)

《 人民日報 》( 2026年04月01日 06 版)