摘要：基于明清两朝沙船昌盛时期从事北洋航运史料记载分析，对沙船行进动力、航行定位，以及港湾碇泊诸元应用航海文献比较法进行研究，形成了风力是沙船航行的主动力、南下返航沙船可借助稳定的沿岸海流助航、陆标与水文定位术已相对成熟、太阳中天定位术亦已掌握、航用罗盘在沙船上广泛应用，以及大型石碇和铁质游碇相辅并用等认识。
　　关键词：沙船 航路 航海术
　　沙船是我国古代南方江海运输多种船型“杂交”演变而来的，其区别于其他种类海船的显著特征就是平底，可适宜河海联运，因此船体比单用作内河运输的平底船坚固，且体量也大得多。最早的这类船究竟何时出现很难考证，1978年上海市嘉定县封浜公社杨湾生产队出土了一艘南宋古船，船底为平底，前后由三组木板构成，组与组之间使用平口榫合及铁钉连接，坚固结实。船身后部残长有6.23米，由此推测这艘南宋古船长度在10米以上，基本具备了从事河海运输的沙船特点，当然不能就此认为这就是最早的沙船。
　　《航海》杂志2015年第二期，刊载潘君祥先生撰写的“上海沙船与商船会馆”一文认为：沙船的名字正式出现在明代，成书于嘉靖初年的佚名《皇明奏疏类钞》，时任南京地方官员的黄绾在上述朝廷的奏折“弭江盗疏”中，把出没于太仓、崇明、江阴、通泰等地的双桅平底大船称谓为沙船1。如以此为始，终于清末止，在我国数千年的航海史中确实经历了一段绵延数百年的沙船航运兴衰时期。研究沙船从江河驶向大海并能安抵千里之遥的彼地，在航海技术的运用中有何巧技，对溯源上海城市文化文脉、传承与弘扬海上文化精神颇有益处。
　　1 沙船贸易航路
　　早在元代，随着上海纺织业的兴起，以载运棉布和粮食为主的船舶运输业也发展了起来。今天高桥中学内一块明代永乐朝奠立的精致石碑告诉我们，五百四十多年前（1956年文献阐述）高桥地方，曾有人筑成过一座方圆百丈高三十多丈的土山，山上有一座烽堠，日夜燃烧着烟火，使北方和边运各省到上海来贩货的巨大船舶，能够把烟火当作航行的指标，安全地驶近黄浦江航道2。
　　嘉靖初年（1522年前后），沙船之称首现史料3，隆庆四年（1570年）河决，六年（1572年）复行海运，募沙船百艘，运粮12万石。七年（1573年）又增沙船200艘供海运漕粮。沙船之名在明代出现不久，即在一批有关抗倭水战的著作中同时出现。《明史·兵志》称：“嘉靖廿三年（1544年）兵部言，浙、直、通、泰间最利水战，往时多用沙船破贼，请厚赏招徕之”，足见长江三角洲和附近沿海一带，在嘉靖前久已用沙船作战了。实际上，它与《宋史·兵志》谈及的南宋初年创制的防沙平底船一脉相承，这类船用于水战由来已久，只是到了明代，沙船在江苏、山东、辽东一带已普遍当做水战利器了。
　　著名船史学者，已故辛元欧教授在《中外船史图说》中阐述了十八世纪初，上海沙船活跃在中日航线和中国沿海北洋航线的观点，雍正初年开往日本的官民商船已达每年80艘，其中数量最多的南京船就是上海沙船。当时赴日贸易的沙船，大者载货50～60万斤，中者20～30万斤，小者万斤左右。上海沙船更活跃于北洋航线上，“关东豆麦，每年（运）至上海者千余万石，而布、茶、南货至山东、直隶、关东等，亦由沙船载而北行”4。（见图1）
　　2 沙船行进动力
　　2.1 风力是沙船航行主动力
　　清道光六年，时任江苏巡抚陶澍在奏章中对沙船北洋海运航线和航法有细致描述6，自余山驶至大洋，向正北微偏东行至通洲吕泗场对出之洋面约二百余里，水深十丈，可寄校，从此以北入黑水大洋。以上海运水程自吴淞口出十潋东西大洋至余山北向铁槎山，历成山西转芝罘岛，稍北抵天津总计水程四千余里。伏查我朝自康熙年间开海.禁以来，商船往还关东、天津等处，可以为常，凡驾驶之技、趋向之方靡不渐推渐准、愈久愈精，是海运虽属试行，海船实属习惯，而春夏之时，东南风多，行走尤为顺利。
　　沙船行船动力与同时代舟楫相似，以风帆为主动力，利用大自然赐予的风力推船行进。最初的帆船都是单桅单帆，后来发展为三帆、四帆 ……郑和船队甚至出现十二帆以上大船。帆多了可以充分借助风力，但也增加了操作的复杂性，如突然遇到风暴，若不及时把帆降下来，就有桅断船翻的危险。明代已降，篷帆已相当简化，帆的面积却增大了不少，在沙船上也有应用，既充分利用风力，又便于操作。在我国，制作帆面的原料多为质地硬朗的毡类或植物叶织成的材料，而其国家多数采用布料制作的软帆。侧面受风时硬帆获得的推船动力要明显大于软帆7。（见图2）
　　当风力强度或风向不稳定时，水手通过频繁地转舵和变换帆的受风角度来保持航向。顺风扬帆，风力作用方向与船舶行走方向一致，在船舶重心位置撑起主帆，船首扬一张较小的帆，两帆从不同舷侧伸出成蝴蝶状 ，行船速度极快9。“一路顺风”、“一帆风顺”和“扬帆过海”就是由此而来的。如要控制船速，可以通过卷缩帆面甚至降下风帆来调节。
　　除了顺风以外，根据空气动力学原理从某一角度吹向帆面的侧向风，都能获得推船前进的升力。这样就解决了偏顺风和横风时，推船前进的风向问题。如果目的地位于偏顶风方向，船只可以通过走“Z”型路线，获得一个适当风向角度来推船前进。（见图3）
　　2.2 借助稳定的海流助航
　　我国海域沿岸流是构成整个渤海、黄海、东海海区环流的一个部分。它始于渤海湾西部，沿海岸南下，主要是由江河入海的径流所组成的低盐水流。因它在南下的流动中并不完全连续，故按所在地区不同而有不同名称，自北向南有辽南沿岸流、鲁北沿岸流、苏北沿岸流、浙闽沿岸流和广东沿岸流。
　　上海沙船所从事北洋航线运输航路中，可辅以沿岸流相助加速返航。其中苏北沿岸流既是有经验的沙船水手常借用的“动力”。这股海流起源于海州湾附近，沿岸南下至长江口以北，然后离岸转向东南越过长江浅滩进入东海北部。在南下过程中，一部分海水与黄海暖流构成一个气旋式环流;另一部分南下至长江口附近，逐渐转向东北与长江冲淡水混合。混合后的海水，一部分在济州岛以南汇入对马暖流;大部分则随同黄海暖流北上。冬季因风场稳定，风力较强，助长了沿岸流的发展，沿岸流的势力比夏季要强。而北上或东渡日本的沙船，则可籍因沿岸流增强产生的补偿作用而得以增强的黄海暖流之威势北上。 　　3 沙船航行定位技术
　　3.1 航路陆标与水文定位
　　江苏巡抚陶澍在呈朝廷奏章中涉及水文与陆标应用的技术作了这样描述：海船自上海县黄浦口岸东行，……至十瀲是为内洋，十瀲可泊船，为候风放洋之所崇明地也;自十潋开行即属外洋，东迤百八十里至余山，……能寄校，为东出大洋之标准苏松镇所辖能寄校，为东出大洋之标准苏松镇所辖;自余山驶至大洋，……吕泗场对出之洋面约二百余里，水深十丈，可寄校，北入黑水大洋，至大洋梢对出之洋面约百四十里，北如皋县对出之洋面起至黄河洋港对出之洋面约二百六十里，北泰州对出之洋面起至黄家港对出之洋面约二百二十里，至射阳湖对出之洋面约百二十里，北至黄河口对出之洋面约百二十里，黄河口稍南有沙埂五条，船行于东风则虑浅搁，宜避之。……行过鹰游门对出之洋面往北即山东日照县界，……（续航）北至文登县之铁槎山，至文登县之马头嘴，入东洋汛界，经由苏山岛靖海卫及荣成县之石岛养鱼池，石岛居民稠密，可泊;自庙岛过掖县小石岛，即入直隶天津海口10。
　　陶澍奏章较为细致勾勒出了沙船应用水文与陆标，结合其他手段从上海驶往北方港口的航路，其中诸多航段拟采用陆标定位，譬如出黄浦口岸至十瀲内洋航段，日照县界至文登县铁槎山、马头嘴，苏山岛靖海卫及荣成县之石岛等航段。而吕泗场对出之洋面约二百余里，水深十丈，以及黄河口稍南有沙埂五条等水文信息，说明沙船水手也采用水拓测深等方法来测定船位。江苏巡抚陶澍作为高阶文官，其本身对于航海技术未必精通，史料也没有陶澍仿效郑和那般率浩荡沙船运输船队开创北洋海运的记录，但其留世的沙船海运奏章中有关航路的描述，充分证明其幕僚中技术专才所发挥作用。
　　3.2 地磁认识与航用罗盘在沙船的应用
　　“凡舟行过余山，即四顾汪洋无岛屿可依行船，用罗盘格定方向转针，向北略东行，如东南风则针头偏东一个字，如西南风则针用子午。查江南余山与山东铁槎山南北遥对，谓之南槎北槎，行船应用子午正针”。“凡驾驶之技、趋向之方靡不渐推渐准、愈久愈精”11，江苏巡抚陶澍奏章如是说。
　　中国传统的船舶导航以地文观测为主要手段。古代的 “舟师”要考虑针路、更数、山形、水势等因素，进行综合分析后确定船位。其中用“针路”对保障航行的安全尤为重要12。沙船北洋航路中用罗盘格定方向转针亦属此技。
　　公元前3世纪战国时期， 我国就有地磁学研究的记载。《韩非子- 有度》中提到“ 先王立司南以端潮汐”。沈括的《梦溪笔谈》对指南针制造技术作了系统阐述， 并讨论了克服“罗盘”摩擦力大和不稳定诸多缺陷的设想。沈括提出“水浮”“指抓”“ 碗唇"”均是消除罗盘摩擦力大的有效措施。沈括早在郑和下西洋350 年之前发现了“磁偏角”现象，曰 ：磁针“时偏东，不全南也”。“磁偏角”的发现，对宋、元、明时代提高辨向精度，保障航行安全起了重要作用。沙船繁荣时期，地磁学的认识在我国已有相当深度，罗盘24方位分法，天干、地支、八卦、五行合成，在沙船北洋航线或东瀛贸易航路上已能有效地满足导航要求。
　　3.2 沙船应用天体定位的可能性
　　二千年以前中国就出现了以 365.25 天为一年的“四分历”。作为农业国，通过观测天象制订历法的原则在汉初既已确定13。古人编制的历书和二十四节气太阳位置变化分析表，也可能是沙船北洋航行或东渡日本观测太阳中天高度定位的基础。
　　浑仪和浑象是我国传统天文观测仪器。东汉著名科学家张衡在前人制作浑象的基础上，设计了漏水转浑天仪 ，刻有黄赤道、南北极。元代科学家郭守敬运用“高表”“景符”观测天象。郑和下西洋船队在航海技术上，广泛应用前人在天体研究、仪器制造、历法制定、时间计算上所取得的成就。形成了一套“过洋牵星”航海术，既用牵星板测量所在地的星辰，然后计算出船舶所在的纬度14。马可波罗在郑和下西洋之前 150 年到达了中国，“球面三角”等西方科学已被介绍到中国。沙船最为繁盛时期在郑和下西洋之后200多年的大清盛世之后，沙船放洋航行中运用天体定位术辅助划出船位线的可能性亦是存在的。
　　4 港湾碇泊
　　“入直隶天津海口约九百里，针对大西偏北，沿途试水在十四、五托，再试水至六托上下，水黄色，水底软泥，即可抛锚，候潮进口”。因吃水受限，满载沙船抵达天津海口也要候潮进港，陶澍奏章有这番描述。那么，沙船碇泊使用的锚具应该是哪种质材，又是怎样种类型呢？（见图4）
　　“锚”作为一种船舶停泊的工具，在远古时期就已产生。与其他工具发展的经历相同，最早的锚就是天然石块，人们把它称为“碇”16。“锚”字最早的记载，出现在魏晋南北朝时期。史书中也有把“锚”写成“猫”的情况，可能因铁锚的齿状与猫爪相似有关。五代时期，内河小船使用的铁锚酷似农民耘地的铁耙，四、五根锚齿并列一侧 ，投入水中如锚齿朝天就起不到固定船舶的作用。宋代以后，出现了多齿均匀排列的铁锚 。使用这种铁锚，无论怎样投掷，总有几个锚齿抓住地质。
　　北宋时期，《宣和奉使高丽图经》一书中讲到：船碇安置在船首柱上缘位置，用长约五百尺的绳索牵引，放收碇有一架车轮驱动，石碇垂舷外，并用两只木钩担保险;如在港湾锚泊，放石碇到水底即可止住舟楫行走;如果风大浪急则增加游碇稳固船位;起航时用卷车收进系碇绳索，并将碇固于原位。据此分析，当时出洋的海船除了配置大碇之外，还有几个比较小的游碇在恶劣天气时备用。
　　明代，铸铁锻造技术远较五代时成熟，但是囿于锻压设备的制约，即使锻造出千斤以上的大铁锚，其质地的实用与可靠性还有待求证。因此，主锚采用大石碇，辅以若干铁质游碇的做法较切合当时实际。到了十八、十九世纪，沙船进入港湾碇泊的锚具则有可能更接近当时西方风帆船所使用的设备。
　　参考文献
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　　[5][8][15]插图选自：[日]松浦章著.清代上海沙船航运业史研究，图33、图18、图19[M].江苏：江苏人民出版社，2012年5月
　　[7][9][16]上海市航海学会（胡一民执笔）.驾驭海上浮动城市——远洋巨轮[M].上海：复旦大学出版社印刷，2005年
　　[12][14]胡一民.15世纪中国科技对郑和航海的影响[J].上海：航海，2004（6）
　　[13]吴国盛.科学的历程[M].湖南：湖南科技出版社