《中国历史时期气候变化研究》绪论
第三节 中国历史时期气候研究的内容
一、中国历史时期气候研究内容的参考背景
在属于“八五”国家攀登计划“我国未来（20—50年）生存环境变化趋势的预测研究”项目的“我国生存环境演变规律的研究”课题中，确立了几个主要的研究方向（U：1．高分辨率环境变化信息的提取与生存环境历史演变序列重建。在综合分析对比从树木年轮、湖泊沉积、冰芯、考古资料、历史记载、近代与现代的各种仪器观察等资料中提取高分辨率信息的基础上，从建立区域环境演变序列着手，最终得到全国分区的环境演变序列。其中以建立气候序列为主，有选择地建立其他的环境序列（如水资源、土地利用、植被等）。序列的精度有这样一些要求：1万年以来的50—100年分辨率气候序列和500—1000年左右的土地利用与水资源序列；2000年以来10年左右分辨率的气候序列和100年左右分辨率土地利用与水资源序列；1000年以来1年左右分辨率的气候序列和50年左右分辨率的土地利用和水资源序列；200年以来年或季分辨率的气候序列和10年左右分辨率的土地利用和水资源序列。2．特征时期环境复原。特征时期是指环境演变过程中具有代表性的时段，如在某一时间尺度上的极值时期（高温期和低温期）、环境突变期等，对特征时期的研究主要需要确定该时期环境变化的幅度、时间延续的长度、主要的环境特征以及重建各环境要素的空间配置关系和分布类型。当前研究的重点是距今6000年左右的大暖期、3500年前后的寒冷期、2000年以来的中世纪温暖期和明清小冰期、20世纪的暖期。3．典型地区生存环境历史演变规律的研究。四个类型的环境演变敏感地区可以作为环境演变的典型地区，其中包括：对全球环境系统反馈作用最明显的地区；环境演变的先兆地区；环境演变感应强烈的生态脆弱地区；受环境演变冲击最大的经济发达地区。[1]
PAGES在1994-1998年的工作计划中曾经对2000年的研究时段提出十个关键问题，[2]其中与我们历史时期气候研究密切相关的内容主要有：1．20世纪的气候在2000年的时间里的地位问题；2．小冰期气候南北半球的同步问题；3．公元1000年（±200年）左右温暖气候在全球范围中涉及范围问题；4．在过去2000年中水文环境发生了变化问题，如阶段、范围和地理分布；5．2000年里发生的ENSO事件；[3]6．人类活动对气候变化的重要意义问题。
上面提到的是近年国内和国际上与历史时期气候有关的一些研究内容，当然这些内容的提出有不同的研究前提，是根据目前关心和需要解决的问题而提出的，其中的一些内容也不是历史地理中的气候研究所能全部解决的。但这些需要研究的内容对开展历史时期气候的研究工作有很大的参考价值。
毋庸置疑，中国历史时期气候研究的内容是人类历史时期中的气候问题，但从大的方面来看，它的研究前提和内容与现代气候以及其他学科的研究有一定的差别。如现代气候是建立在现代观察的基础上，而历史时期气候则建立在文献基础上。虽然我们的祖先为今天保留了大量弥足珍贵的文献宝库，但应该看到这些文献记载的内容绝大部分不是现代气象的记载，而仅仅是有关气候现象对社会影响的后果，是一种间接的代用资料。因此在代用资料中找出关系，并转换成可以与现代气候条件相对比和相整合的数据，其中有许多研究的工作要做，这是现代气候研究所不具有的内容。其次，代用资料中的气候信息受文献记载事实的约束，可以提取的内容毕竟是有限的。研究者可以运用智慧，充分地从文献记载中萃取信息，来表达过去的气候状况，从零星的记载中整合成当时气候的一部分原貌，但这不可能涵盖现代气候的所有内容。如冷暖问题是历史气候中经常讨论的问题，但基本上很难探求与温度相关的积温问题，而这对历史上农业问题的研究很重要，气候对农业的影响常常是表现在积温的大小上，而与通常所说的冬季冷暖关系不大。再则，历史时期气候也应当充分考虑历史地理的其他分支中提出的要求和内容的配合。总之中国历史时期气候的研究有它特殊的方面和内容。
二、旱涝研究及早涝变化序列
历史文献中的干旱与雨涝是最常见的记载，而与旱涝有关的降水也是气候中最重要的要素，因此利用水旱记载复原与降水量相关的代用指数是从事的最早和最多的历史气候内容，目前常见的是各地或各区域的旱涝序列。建立旱涝序列的研究内容分为两个部分，首先是特定地区的旱涝资料参数化，因为常见的文献记载都是与灾害有关的情况，这些情况的出现与降水量有关系，但不是直接的线性关系，需要从旱涝灾害涉及到的强度和延续时间等方面去提取信息，然后形成一定相应的指数。现在已经有了一些比较成熟的方法，不等于说对一些特殊的旱涝现象和文献记载形式就不需要再探讨建立序列指数的方法了。其次是参数资料的校准、检验和比较，这是使序列有可靠和良好气候意义的重要一步，有关建立旱涝序列的细节内容和方法在以后具体的章节中再详细讨论。
关于建立旱涝序列，除了根据资料特点以及研究地区和问题的特殊要求等序列本身需要考虑的问题外，这里需要强调的是指数和序列可比性或标准化。最近PAGES计划专门组织了一次讨论有关利用历史文献记载建立气候变化序列的问题，[4]为了改善使用历史记载复原气候序列的工作，会议建议有关建立序列的研究应该参考目前其他高分辨率代用资料，如树木年轮、冰岩芯和季候泥所用的标准方法。这些标准方法大体包括以下几个步骤：其一，确定和校准指数的气候意义，指数的设定需要有相应的气候意义，而不是简单地统计旱涝的次数，需要排除一些在旱涝记载中与人类活动有关的信息，使指数的气候意义明确，这可以从指数的建立和校准两方面来考虑；其二，研究地区指数序列应该与已经建立的其他地区序列或本地其他来源资料作比较，这样做的目的是为了确定序列在更大地区或更长时间里的背景关系；其三，建立本地指数中提供的信息与全球性气候变异的强制事件间的相互联系，如火山活动和ENSO事件，因为现在已经证实这些强制事件是全球范围内气候变异的动力和肇事者。上述谈到的尽管是研究的思路和方法，但实际上与研究的內容是不可分割的。其意义是使研究的内容尽量向国际热点问题靠拢，并且使研究的成果能够为其他研究者所参考。
从旱涝序列研究的地区来看，首先可以考虑那些气候现象或气候影响敏感地区的问题。如ENSO事件与全球许多地区的气候异常相关，我国也不例外，1877年黄河流域的特大干旱，以及1998年长江流域的大水，都是在ENSO事件背景下，我国气候的异常变化和影响。但ENSO事件到底与我国的气候变化有什么样的关系目前还不太清楚。我国的华南地区已经邻近ENSO事件的核心区域，探讨这个地区的旱涝序列变化可以有助于解开这个谜。此外西南地区也是一个潜在的研究地区，现在研究已经证实ENSO事件与印度季风异常有很密切的关系。[5]山我国的西南季风所携带的水汽与印度季风有关，因此西南季风首先影响的地区，如云南一带的旱涝演变也是探索ENSO事件在我国影响的理想途径。再如我国的农牧过渡带地区的经济生产方式与降水量的多少相关，旱涝演变过程是历史上该地区农牧分布变化的一个重要背景或原因。从现已知道的情况来看，永嘉之乱、安史之乱和靖康之乱这三次重要的社会变动以及相应的人口、土地利用分布格局的大调整均发生在气候的转冷初期。气候寒冷是其中的一个原因，可能更重要的是农牧过渡带地区水分分布格局的重新调整，但目前尚无研究能证实这点。显然弄清这个问题不仅是历史气候本身的问题，也可以为历史地理或历史学其他领域的研究提供基础背景。
从旱涝研究的时间分辨率来看，主要有10年、年、季、和月的精度。前面提到2000年序列的精度应该达到l0年的分辨率，这对文献记载的资料问题不大，因为绝大部分的旱涝记载都有确切的年份记载，就是一些没有特定年份的记载，也可以通过相应的考订方法确定到几年的精度中。一些文献记载比较好的地区则可以考虑进一步提高分辨率。但有许多地区较难做到这一点，尽管旱涝记载是逐年的，但文献记载有缺失的现象，需要放宽时间分辨率以满足连续序列的要求。从我国各地区的文献留存平均状况来看，2000年序列能做到lO年的分辨率已经不错了。年分辨率的序列大体在500年左右，这是考虑我国现存文献记载的实况。明清时期我国已经有了大量的方志，是各地旱涝记载的一个重要来源，对建立各地的旱涝序列很有价值。年分辨率的旱涝序列在1000年的时间长度在文献记载上是很难做到的。因为这个长度的序列要从北宋开始，期间金、元两个朝代和明朝的前期旱涝记载都很有限，尤其在北方地区难以做到每年都有一定量的记载。分辨率到季的序列只有清朝以来才能做到，这时有效资料中又有了清代的档案，而且清朝康熙以后地方志数量也大量增加，有可能做到分辨率为季的序列。在大陆保存的故宫档案大体乾隆以后才比较多，因此分辨率到季的序列一般从18世纪的中叶开始。如果能利用到保存在台湾史语所的清朝档案，则可使序列提前到清顺治年间，因为目前许多顺治至乾隆的档案都保存在那里。分辨率到月的序列由于可依赖的资料主要有清朝档案中的《雨雪分寸》、《晴雨录》和清代文人日记，大体上也是从18世纪开始。
三、冷暖研究及冷暖变化序列
气候变化的冷暖问题是历史气候中的一个重要问题，我们现在面临的是全球变暖的问题，确定目前20世纪气候变暖在整个历史时期中的地位，首先的问题就是历史时期冷暖问题的研究。但与旱涝记载相比，历史文献中有关的冷暖记载要少得多，从目前的研究来看，明清以前的冷暖问题主要利用物候资料评价的方法讨论气候的冷暖问题，而近五百年以来利用方志中的记载，可以建立相应的序列。从物候资料讨论的气候冷暖并建立温度变化曲线不是严格意义上的序列，仅仅代表了冷暖变化的情景，一般分辨率在50—100年左右，视不同时期的资料状况，有些差异。另外的问题是这些资料常常缺乏精确的时间长度代表，资料的连续性较差，各类资料的代表意义也有相当的差别，但舍此目前还没有更好的办法。这是需要进一步发掘文献资料，加强研究的内容。从单一连续的记载资料情况来看，冬季的寒冷记载是相对记载比较多的，因为它常常表现为一种灾害的形式，目前五百年以来的冷暖序列主要利用了这些记载，并用指数的方法拟合成气温距平值，形成标准的连续序列。在五百年以前相应的记载也有不少，至少在部分吋段仍然可以建立标准的冷暖序列，如北宋时期开封地区除了寒冷冬季的记载外，有不少的冬季无雪和暖冬的记载。冷暖记载是记载两类不同的现象，除了个别时期外，一般有关温暖的文献记载量很少，有些时期根本就没有，因为温暖的冬天大部分并不表现为一种灾害影响。由此带来的问题是无法利用冷暖这两类情况相反的记载作比较，探求资料缺失的影响。而单用寒冷记载讨论冷暖变化，最大的问题是不清楚寒冷记载少的时期是由于记载少了还是气候转暖寒冷现象少了。如果不消除资料缺失的影响，序列的可信程度也降低了，甚至没有什么价值。其实这个问题在近五百年中是同样存在的，不过不如五百年以前表现的那样突出而已．可见在建立良好的冷暖序列中还有许多可研究的内容。
由于关于冷暖的文献记载量较少，分区研究就更困难些，区域分得太小，各地区相应的资料量就显得不足。但冷暖的空间一致性较好，现代的气候资料可以证实这点，因此相应序列的代表地区通常可以大些。这样说并不是说冷暖分区研究不重要了。历史记载中大量的资料是涉及到降水问题，有关冷暖资料较少，即便是有丰富档案和日记记载的清代也是如此。因此充分利用各种相关的记载，间接探求冷暖问题是历史气候研究中需要加强的内容。目前已经有了一些很好的研究例子，如利用雨Et与气温的相关关系来建立夏季的温度序列，因为夏季出现降雨的日子一般气温相对低一些，因此每月的雨Et数就与月平均气温形成一定的统计关系。当然这样的研究需要分辨率很高的记载。除了这个例子外，根据不同历史记载的具体情况，还可以考虑利用其他的相关关系来探求温度问题。
四、气候的年际变化
上述旱涝与冷暖两方面主要是从时间序列的角度来考虑研究的内容。但这里需要强调的是，近年从事这方面研究的主要研究力量来自其他的学科，他们的着眼点与历史地理学者并不完全相同。前者是站在现代气候与环境的角度来审视过去气候的意义，从追踪变化的过程来探求现代气候的来源，因此他们最感兴趣的问题当然是任何气候要素的演变序列，以便知道现在气候在历史长河中的地位，以及将来可能的变化趋势，这点本身无可非议。而历史地理学者则稍有不同，除了上述内容外，其学术视野注视重点应该在历史时期本身，建立一地或一区域的旱涝序列固然很重要，但并不是研究历史时期旱涝问题的全部内容，因为有些问题不是用序列就可以解决的，需要建立一些历史时期的时间断面，而且理想的序列也应该建立在完善的断面上。连续序列和时间断面是历史地理中两个最主要的研究内容展开方式，如谭其骧先生的《中国历史地图集》是关于政区多层时间断面，然后由这个各朝代的政区断面构成连续的政区变化。这点对历史气候同样是重要的。此外，如果需要探索历史自然环境或历史社会中重要问题的起源和动力，这时需要详细分析此时气候条件分布和前后变化，有关问题的属性更具有空间性的要求，而不仅仅是序列。可见历史时期气候问题（考虑到资料量的问题，至少是旱涝问题）应该从时间断面和序列两方面来开展。
年际变化是气候变化的基本单位，尤其在资料允许的条件下，至少应该从复原历史时期中每年的气候条件着手。中国幅员广大，各地的气候条件差异明显，同时各地的气候在变化过程中的差异也很明显，因此复原年际气候条件更强调气候要素的空间分布特征。从内容上来看可分为两个部分，即年平均状况和年内变化特征。复原年平均状况可以先建立分区逐年的气候要素平均状况，再集合成年内的各区气候要素的空间分布，如《中国近五百年旱涝图集》就是从这个思路展开研究的。但这个方法有两个弊病：其一，在建立分区旱涝等级的时候，缺乏相邻地区旱涝记载的相互参照和比较。我们知道在历史文献记载中常含有各种错误，相互比较是发现问题的一个重要的手段。其二，这个思路在利用地方志资料时较方便，但在利用其他的记载时，如清代档案，就比较麻烦。因为档案中的描述是按照事件和发生的地区来阐述的，硬要事先割裂原始的记载以适合分区的要求，对了解旱涝的分布形势并不利，有时会产生一些人为的错误。在历史地理中，理想的并且和学科传统研究方法相一致的是先评价年内气候条件，然后再在此基础上建立分区的气候要素平均值。这样可以在综合各种资料记载的前提下，得到比较客观的气候要素分布状况，同时也有利于文献资料的评价和考订。因此可以说，在历史地理学科中，在全面分析各种资料记载的基础上，建立年内气候要素平均状况是历史气候研究的一项重要内容。由于气候变化问题不仅表现在气候要素的平均状况，也需要研究一些具有气候意义的重要天气过程（或者是重要的气候事件），如重大的干旱、洪涝、严寒的发生过程和影响。因为这些重要事件在时间序列中的变化也是气候变迁的重要特征。如梅雨带的活动异常规律是了解长江洪涝长期变化的钥匙、厄尔尼诺事件对我国冷暖和旱涝的影响及其长期的变化、蒙特尔太阳黑子极小期中我国气候变化的特征等等，这些问题的探索需要建立在年内天气过程以及气候事件的研究基础上。从方法上来看，与上述建立要素平均状况相似，但其更强调天气（或气候事件）过程和这种过程中的地区差异。
五、气候变化的影响
人地关系是人类起源以来就存在的客观关系，也是地理学理论的核心思想。作为社会性和在一定空间活动的“人”，不可避免地受到周围环境因素的影响，包括自然环境和社会环境，其中气候是自然环境中影响人类社会的一个最重要和最活跃的因素。气候变化的影响包括对自然界和人类社会的影响这两个方面：前者有气候变化对水文条件的影响，如对河流的流量（洪水水位、河湖变迁等内容）、动植物分布的影响等；后者有气候变化对农业种植的影响（如耕作制度、作物的分布、收成等）、土地利用的影响，乃至人口分布的影响、城镇和政区设置的影响等。需要强调的是气候变化影响的内容并不是唯一的，在历史时期气候中的研究内容，其他历史地理的分支也涉及这些内容，就其内容的归属来看，无疑是各分支之间交叉研究的内容。因此历史时期气候研究中的气候变化影响没有必要也不可能包括所有的内容，它应该有自己着重的内容。
这些研究内容至少需要从以下几个方面加以考虑：第一，从气候变化的角度出发，探讨重要气候变化过程和气候事件过程中所涉及的影响。如气候要素平均状态出现转折或突变现象对自然界和人类社会的影响。因为从我国历史时期来看，气候要素的波动幅度是有限的，除了个别地区外，并没有大范围导致自然和人类社会环境出现严重的持续恶化现象。从影响角度而言，重要的不是气候的偏冷偏暖或偏干偏湿的平均状态，而是这种平均状态的迅速改变打乱了原有人类社会对环境的依赖关系，导致社会结构和依赖关系的重新调整，这种调整有时会引起社会的混乱。因此探索导致这些社会混乱的气候变化影响，不但对历史气候研究的现实社会意义很重要，而且也能为历史时期的社会变动寻找新的原因和更深层次的合理解释。第二，从气候变化影响的敏感地区出发，探讨那些对气候变化的反应表现强烈的地区。由于社会结构，尤其是农业种植系统的地区差异，气候变化的影响在各地区的表现是有差异的。如淮河以北的北方地区，冬季存在农作物停止生长的“死冬”，气候偏寒或寒冷气候事件所造成的影响较小，可能引起的社会变化也较小。但在长江一线冬季寒冷气候或气候事件对那些亚热带作物会有较大的影响，柑橘冻死、河湖结冰等现象会造成较明显的后果，而生长季的缩短则会造成双季稻的失收。又如我国的农牧过渡带地区是对旱涝敏感的地区，气候转向干旱或持续的旱灾会造成该地区耕作农业出现很大困难，甚至导致社会结构的瓦解。第三，从气候变化的直接影响出发，探讨引起社会影响的第一原因。社会变化的原因通常很复杂，往往是许多因素的综合后果，因此可以从各个角度进行探讨。气候变化影响的直接对象并不是社会整体，而是与气候条件直接关联的某一个侧面，如寒冷和干旱对于庄稼，洪水对于房屋和生命等，这是与气候条件及变化直接接触的“界面”。这些“界面”要素的损失和影响，会在社会结构和不同的结构层次中转移，其中众多的条件会影响和改变损失的转移过程和大小。而了解这个“界面”对于气候变化的脆弱性和影响的程度，是解开气候变化对社会影响的关键。总之，气候变化的影响应考虑影响的具体过程和作用的对象，而不是简单地停留在气候变化或事件与社会变化相吻合的简单对比上。
注释：
[1]张兰生：《关于开展我国生存环境历史演变规律的研究》，载张兰生主编<中国生存环境历史演变规律研究（一）》，海洋出版社1993年版。
[2]PAGES Project Status and Work Plan（1994—1998），PAGES Re。 port，Novl l994．
[3]注：ENSO事件（或译成思索事件）是E1 Nifio和Southern Oscillation的缩写，即厄尔尼诺现象和南方涛动，前者指东太平洋赤道地区海水变暖的现象，后者指太平洋赤道地区的气压场反相。ENSO事件是全球规模年际气候变异的主要原因。
[4]Diaz，H．F.，Bradley．R．S．．Calibration of Historical Data for Recon．“ruction of Climate Variations．in Newsletter of PAGES，1998（1）．
[5]Parthasarathy，B．，and Pant，G．P．，1984，The Spatial and Temporal Relationships between the Indian Summer Monsoon Rainfall and the Southern Oscillation．Tellus．36A：269—277．
