古人屋顶坡度随气候变冷变陡 看温度调角度

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从古时候的唐代起，一直到明清时期，中国的古代人，为了能够更好地去适应当时所处地方的气候环境，故而不断地对建筑屋顶坡度作出调整，以此来应对气候变化所带来的，长达百年尺度的降雪方面的变化，进而维持建筑的安全，并减少维修所需要的成本。

中国科学院院士、南京大学大气科学学院符淙斌团队，与中国科学院地理科学与资源研究所研究员葛全胜团队，近年来一直在研究的课题是，古建筑屋顶的设计跟气候变化存在着什么样的关系呢。

研究团队成员、南京大学历史学院准聘副教授李思洋这样解释，屋顶坡度与中国东中部地区冬半年的平均温度存在负相关关系，在寒冷的时候，屋顶大幅度地变得陡峻起来，在温暖的时候，屋顶坡度显著地下降，然而反映屋顶坡度的“屋顶高跨比”也就是屋顶举高与前、后橑檐枋间距的比例达到大约23%之后，就再也未曾低于这个数值。

考虑建筑功能需求

揭示屋顶坡度变化原因

建筑风格在唐代时呈现出疏朗开阔的特点，在宋代时展现出精巧细致的特性，在明清时体现出陡峻繁复的特质……于中国建筑历经不同时代发生风格演变之际，屋顶存在着或陡或缓的坡度变化，这同样引发了团队的关注。“究竟是何种因素推动了屋顶坡度的变化呢？”。

于此之前，有一些身为老前辈的学者，在针对古建筑展开调查研究之时，便已然发现，自唐朝起始一直延续至明清之际，屋顶的坡度，在整体范畴之内，呈现出一种逐渐变陡的趋向，屋顶的坡度，从公元8世纪的大约20%，一路攀升至公元18世纪的大约35%。针对这样的一种变化情况，传统的建筑史研究，通常会从建筑技术发展、审美风格演变等诸多角度，去深入探讨建筑屋顶坡度所存在的时代差异。

具备很强居住属性的建筑，引发了我们的好奇，在建筑风格跟随时代发生演变的背后，建筑本身功能需求是否存在影响呢？提出这样的疑问之后，团队开启了调研。

在调研这个过程当中，团队发现了一个有意思的现象，山西平顺龙门寺里保留着五代至明清时期的建筑遗存，其中在寒冷时期建造的大雄宝殿，也就是1098年建造的那个，还有于1498年至1504年建造的东配殿，它们呈现出更陡峻的屋顶，其屋顶高跨比分别是29.67%和30.50%。相比之下，温暖时期的天王殿，即1271年至1294年建造的那个，屋顶更为平缓，屋顶高跨比为26.92%。

团队成员在讨论。受访者供图

团队成员，南京大学大气科学学院准聘助理教授丁可解释，最终，我们尝试从气候角度来理解这一现象。

要去证明这个假设，需在千年尺度上完成，然而并没有现成的可用于此的古建坡度变化序列以及气象数据，基于此，团队展开行动，团队梳理了北方地区官式建筑，这些建筑在唐到明清期间存在，并且有着明确测绘记录，数量多达200多座，此外，团队还建立了一个数据库，该数据库是关于古建屋顶高跨比的，同时，团队对历史时期气候变化资料进行了搜集，还进行了整理。

具有百年尺度的波动式上升趋向，这是统计得出的屋顶坡度在时代变迁中的呈现，并且，居于温暖阶段时屋顶坡度相对较小，而处在寒冷那段时期当中屋顶坡度相对较大。

梳理坡度和历史气候变化关系

发现屋顶变陡的排雪动机

就有好多气象要素，到底是选哪一个，又或者是哪几个当作研究的方向，这就变成了需要去考虑的关键之处了。

住房坡度的变动究竟是遭受风、降雨或者降雪的作用呢？风？身为封闭式建筑，仅仅屋顶坡度出现变动，对室内空气温度的影响相对有限。降雨？那么温暖阶段降雨增多，屋顶理应会变得更加陡峭，用以增添排水能力，这跟观察到的趋势并不相符……

经历了好几次讨论，某些假设被排除掉了，进而保障屋顶的排雪能力变成了最大的可能性。

存在这样的情况，现有建筑遗存大多处在中国东中部的半干旱、半湿润区域，冬季的天气情况是相对比较寒冷，并且降雪量比较大，基于此我们进行了猜测，让屋顶的雪能够快速地滑落下来，进而防止房屋受到损坏，这或许是屋顶设计当中的重要因素。为了对这一猜测加以验证，我们首先要去往古籍那里，找出气候偏冷时候、屋顶坡度较大之际的降雪资料，查看在这些时期是不是确实出现过更加频繁、更加极端的降雪记录。”丁可作出了解释。

在此基础之上，团队又进一步将现代气象数据予以结合，还结合历史温度重建数据，以及历史考古资料，进而重新构建起了千年来中国东中部地区降雪量的变化情况，同时模拟出了单纯为应对降雪变化而所需的屋顶坡度变化，结果显示，依据降雪量所推算出来的理想屋顶坡度变化，与近千年来建筑遗存屋顶坡度变化几乎是一致的。

丁可解释道，这有着意味着的情况，降雪天气对于中国传统建筑的设计而言，有可能存在显著的影响。

查阅大量资料

研究建筑形制对气候变化的适应

团队在研究进程里面，还发觉了一个怪异的情况，建于公元940年以前的古老建筑，其屋顶坡度在系统层面小于后世。像龙门寺西配殿建于五代后唐同光三年（925年），从气象角度来看跟明清一样属于寒冷时期，然而其屋顶坡度却没有明清阶段那么大。需要留意的是，这一阶段的屋顶坡度正处于快速增长的时期，这或许体现了这一时期的建造者们在冷期排雪需求增多的影响之下，借助技术调整来探寻屋顶坡度增大的进程。

一个有趣的例证是关于这个猜想的，屋顶高跨比从公元782年五台山南禅寺大殿的19.24%发展到公元1098年平顺龙门寺大殿的29.67%，从营造角度看，建筑屋顶、梁架中部分构件好像发生了一定的相对位置变化，比如，最下层梁栿的相对位置从低于橑檐枋变成与橑檐枋等高或者高于橑檐枋。这段时间的结构变化，虽说和古建筑木结构的系统性发展有关，但其产生的客观效果着实对更陡屋顶的建造有利。

团队研究的山西五台山古建筑。束金奇摄

此外，自明清小冰期里的明代中后期起始，一种全新的屋面曲线设计方法，也就是“举架法”，开始现身且渐渐被广泛运用。借由这种方法设计的屋顶坡度进一步增大，并且在18世纪30年代被纳入官方建筑规范，成为此后官式建筑屋顶的设计准则。

“经由梳理探究，我们能够见到，中国历代从事营造之人好像于建筑结构样式、技术变动的进程里达成了针对气候转变的顺应。”李思洋讲道。

因基于气候与古建的学科交叉展开研究，在2025年时，团队发表了一项全新的研究成果，该成果指向“六朝时代斗拱发展之谜” ，即为什么在三国两晋南北朝时期，斗拱出跳承檐这一形制会有所减少？并且为什么这一现象仅仅出现在该时期？

因为国内唐以前存在的木构建筑实例已然没有了，所以研究团队梳理了大概250例建筑形象方面的资料，并且结合温度重建方面的资料以及相关理想实验，进而发现通过斗拱出跳支承的深远出檐，会明显降低建筑所接受的日照强度以及时长；然而三国两晋南北朝时期整体情况是偏冷的，居民对于太阳辐射取暖的需求跟着就上升了，于是出现了缩短建筑出檐的设计取向；由此一来，团队进行推测，该时期的气候背景能够为斗拱出跳承檐形制的减少提供一种有可能的解释。

“古建里头的智慧存在着好多值得去发掘的地方，并且气候变化给出了一个能够用来观察的全新视角。”研究团队讲道，他们正在将这个视角拓展到考古学范畴里更长时间跨度、更多层面的研究上去。

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