劉 倩，李 鋼，2，楊新軍

(1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127;2.中國(guó)科學(xué)院 地球環(huán)境研究所，陜西西安 710075)

在全球氣候變暖的背景下，氣候模擬指示未來(lái)中國(guó)將面臨更多極端天氣和氣候事件(如極端高/低溫、極端降水、極端干旱等)的發(fā)生，極端事件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)造成諸多不利影響，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。我國(guó)學(xué)者利用史料、氣候代用資料等對(duì)過(guò)去極端氣候事件［1］及社會(huì)響應(yīng)與適應(yīng)［2］研究不斷取得進(jìn)展。復(fù)原研究歷史時(shí)期極端氣候變化事件(包括干旱、洪澇、低溫等)，揭示人類(lèi)-氣候-生態(tài)系統(tǒng)三者之間的相互作用與反饋機(jī)制，對(duì)預(yù)估未來(lái)可能發(fā)生的重大天氣氣候事件和開(kāi)展人類(lèi)與環(huán)境變化的適應(yīng)性研究具有重大意義。

17世紀(jì)上半葉處于明清小冰期由相對(duì)溫暖向寒冷階段的過(guò)渡期，也是朝代更替和社會(huì)動(dòng)蕩時(shí)期。中國(guó)東部冬半年氣溫重建結(jié)果表明，1620—1640年代至1650—1670年代降溫幅度明顯，達(dá)1.0℃［3］。氣溫的劇烈下降伴隨著旱澇事件增加，1637—1643年發(fā)生罕見(jiàn)的大范圍干旱，是過(guò)去千年比較典型的極端干旱事件，干旱期間蝗災(zāi)、瘟疫肆虐，饑荒蔓延對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。

有學(xué)者曾根據(jù)史料記載對(duì)1637—1643年干旱的空間范圍、干旱程度等［1］和華北地區(qū)的降水量［4］進(jìn)行了推算，并指出該極端干旱也是華北地區(qū)近500年來(lái)最嚴(yán)重的干旱事件。然而涉及干旱事件發(fā)生、發(fā)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程，及其伴生的蝗災(zāi)、疫災(zāi)及饑荒等問(wèn)題缺乏詳細(xì)探討，為此本文擬用歷史文獻(xiàn)資料復(fù)原1637—1643年極端干旱的史實(shí)，解析伴生災(zāi)害的特征及其與旱災(zāi)的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而探討干旱事件對(duì)明末社會(huì)的沖擊，以增強(qiáng)對(duì)歷史氣候變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，為人類(lèi)社會(huì)應(yīng)對(duì)未來(lái)可能發(fā)生的極端氣候提供歷史參考。

1 資料來(lái)源與數(shù)據(jù)處理

本文主要依據(jù)《中國(guó)三千年氣象記錄總集》［5］(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《總集》)，從中收集關(guān)于 1637—1643年的災(zāi)害記錄，以旱災(zāi)記錄為主，同時(shí)也收錄了蝗災(zāi)、瘟疫和饑荒記錄。經(jīng)系統(tǒng)收集、剔除重復(fù)記錄后，建立明朝1637—1643年?yáng)|部地區(qū)干旱災(zāi)害縣級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，包含“持續(xù)時(shí)間、涉及省和縣、發(fā)生等級(jí)、伴生災(zāi)害”等指標(biāo)，共含806條旱災(zāi)記錄，668條蝗災(zāi)記錄，237條瘟疫記錄和817條饑荒記錄。本文借鑒相關(guān)研究成果，根據(jù)旱災(zāi)范圍、持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度將其劃分為3個(gè)等級(jí)，即Ⅰ級(jí)旱，Ⅱ級(jí)大旱，Ⅲ級(jí)特大旱，劃分標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1。并繪制逐年干旱等級(jí)空間分布圖(見(jiàn)圖1～3)，據(jù)此分析干旱事件的時(shí)空特征與動(dòng)態(tài)演化過(guò)程。

表1 旱災(zāi)災(zāi)害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab．1 The grade division standard of drought

圖1 1637—1639年各級(jí)干旱縣域分布圖Fig.1 The distribution of drought at all degree in different counties during 1637—1639

圖2 1640—1641年各級(jí)干旱縣域分布圖Fig.2 The distribution of drought at all degree in different counties during 1640—1641

2 干旱動(dòng)態(tài)過(guò)程

1637年(圖1)河北等地相繼出現(xiàn)春旱，山東、河南、河北和山西多地夏旱無(wú)麥，以Ⅱ級(jí)大旱為主。江蘇丹徒和浙江嘉興夏初發(fā)生Ⅰ級(jí)干旱。1638年(見(jiàn)圖1)山東濰坊和河南原陽(yáng)等20個(gè)縣域春夏出現(xiàn)Ⅱ級(jí)干旱。山西文水等地夏旱無(wú)麥，陜西北部和關(guān)中地區(qū)夏、秋兩季出現(xiàn)Ⅱ級(jí)大旱災(zāi)。江蘇、安徽南部和浙江北部夏、秋干旱明顯，多Ⅱ級(jí)大旱，占61.90%;局部地區(qū)為Ⅲ級(jí)大旱災(zāi)。1639年(見(jiàn)圖1)，華北地區(qū)發(fā)生旱災(zāi)的縣域明顯增加，尤其河北和河南境內(nèi)Ⅲ級(jí)特大干旱明顯增多，如河南鄢陵等地“歲大旱，草木為焦，百谷無(wú)所入”。山東境內(nèi)多發(fā)生Ⅱ級(jí)大旱。蘇浙皖地區(qū)干旱縣域有所減少，旱情有所減弱，以Ⅰ級(jí)干旱為主，占56.25%。此外，江西、湖南局部出現(xiàn)Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)干旱。綜上，1638年至1639年干旱處于發(fā)展階段，旱區(qū)從北方迅速擴(kuò)大至長(zhǎng)江中、下游地區(qū)，旱區(qū)重心位于華北地區(qū)，以Ⅱ級(jí)大旱為主。

1640年旱區(qū)范圍擴(kuò)大，干旱的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。河北、河南、山東、山西多地自1639年秋季亢旱不雨持續(xù)至1640年秋季，出現(xiàn)Ⅲ級(jí)特大干旱(見(jiàn)圖2)。關(guān)中地區(qū)及甘肅東部春夏季干旱較重，均為Ⅱ級(jí)大旱和Ⅲ級(jí)特大旱。此外，江蘇、安徽和浙江北部夏季、秋季旱荒異常。在統(tǒng)計(jì)的293個(gè)干旱縣域中有170個(gè)縣為Ⅲ級(jí)干旱，占58.02%，96個(gè)縣為Ⅱ級(jí)干旱，占32.76%，Ⅰ級(jí)干旱僅29個(gè)縣。圖2顯示1640年干旱遍布華北、江淮、黃河和長(zhǎng)江中下游地區(qū)及甘肅東部地區(qū)，干旱重心地帶由整個(gè)華北地區(qū)擴(kuò)至江淮地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)?？梢?jiàn)，1640年是旱情最為嚴(yán)重的一年。

1641年(見(jiàn)圖2)干旱仍十分嚴(yán)重，河北、山東和河南局部地區(qū)發(fā)生Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)干旱，相較1640年，北方旱區(qū)范圍縮減，秋季的降水過(guò)程使河北、山西等地旱情有所緩解，而南方長(zhǎng)江中、下游地區(qū)的干旱逐漸加重，江蘇和安徽南部、浙江北部多出現(xiàn)Ⅲ級(jí)特大干旱。

1642年至1643年(見(jiàn)圖3)處于干旱消減階段。華北地區(qū)大范圍春旱、夏旱現(xiàn)象基本結(jié)束。長(zhǎng)江下游地區(qū)蘇浙一帶旱情明顯緩解，但長(zhǎng)江中游地區(qū)旱區(qū)范圍擴(kuò)大，湖南、江西夏旱突出，尤其湖南沅陵、安仁等地因“三月不雨至八月”或半年不雨出現(xiàn)特大旱災(zāi)，干旱向西發(fā)展的趨勢(shì)明顯。此外，華南、西南局部地區(qū)相繼成為新的旱區(qū)，不過(guò)全國(guó)持續(xù)多年的大范圍干旱基本結(jié)束。

1637—1643年主要旱區(qū)在魯、豫、冀、陜、晉、甘、蘇、皖、浙、湘、鄂、贛地區(qū)，干旱重心地由華北地區(qū)擴(kuò)大到江淮地區(qū)，后轉(zhuǎn)至長(zhǎng)江中游地區(qū);旱期共持續(xù)7年之久，1640和1641年是最干旱和次干旱年份。黃河中下游及華北地區(qū)是春旱、夏旱的核心區(qū)域，而江淮、長(zhǎng)江中下游地區(qū)多夏旱。

圖3 1642—1643年各級(jí)干旱縣域分布圖Fig.3 The distribution of drought at all degree in different counties during 1642—1643

3 旱災(zāi)與伴生災(zāi)害

3.1 旱災(zāi)和蝗災(zāi)

1637—1643年在極端干旱的背景下，蝗蟲(chóng)大發(fā)并迅速向周?chē)貐^(qū)遷移擴(kuò)散形成大規(guī)模蝗災(zāi)。根據(jù)受災(zāi)縣域統(tǒng)計(jì)，1638—1642年受災(zāi)縣數(shù)均大于130個(gè)縣/年，其中1640年受災(zāi)縣數(shù)最多，為167個(gè)縣;空間分布上，華北平原、黃河和長(zhǎng)江中下游地區(qū)是蝗災(zāi)的主要分布區(qū)，這與旱災(zāi)有著較高的一致性。究其原因，華北和黃河中下游地區(qū)是歷史上蝗災(zāi)的發(fā)生基地，具有蝗蟲(chóng)滋生繁殖最適環(huán)境，如果干旱持續(xù)出現(xiàn)，蝗災(zāi)大發(fā)，并由此向外擴(kuò)散，而長(zhǎng)江流域和江淮地區(qū)由于靠近蟲(chóng)源地且農(nóng)業(yè)條件優(yōu)越，則變成為蝗蟲(chóng)理想的遷入地，出現(xiàn)蝗蟲(chóng)猖獗形勢(shì)。此外，根據(jù)歷史時(shí)期10a尺度上蝗災(zāi)年頻次統(tǒng)計(jì)顯示，整個(gè)17世紀(jì)30～40年代也是中國(guó)歷史上蝗災(zāi)高發(fā)時(shí)期。

3.2 饑荒

饑荒是指由于農(nóng)業(yè)歉收或絕收導(dǎo)致百姓因糧食短缺而饑餓的現(xiàn)象。氣候因子尤其降水量變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響最為突出，降水變少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力則明顯降低，而極端干旱無(wú)疑對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重沖擊。以糧食主產(chǎn)區(qū)華北地區(qū)1960—2010年的冬小麥全生育期的需水量為參考，在山東、河北和河南北部，冬小麥的需水量均大于400 mm［6］，而據(jù)陳玉瓊［4］估算，1637—1643年間華北地區(qū)的年降水量?jī)H為283～401 mm，且52.0%集中在盛夏(7～8月)，降水量小于冬小麥需水量的50%，因此年間的年降水量不足必然造成農(nóng)作物歉收，同時(shí)蝗災(zāi)也加劇了糧食作物減產(chǎn)甚至絕收的程度。統(tǒng)計(jì)各省饑荒縣數(shù)，其中河南、山東和河北3省的縣數(shù)明顯高于其他省份，均大于120個(gè)縣，是饑荒最為嚴(yán)重的地區(qū);其次是陜西、山西及江蘇、安徽地區(qū)。

3.3 疫災(zāi)

疫災(zāi)是瘟疫流行所致的災(zāi)害，明清時(shí)期是歷史疫災(zāi)爆發(fā)的高峰時(shí)段［7］。根據(jù)1637—1643年的疫災(zāi)記錄，華北地區(qū)、黃河和長(zhǎng)江中下游地區(qū)成為疫災(zāi)的主要分布區(qū)。由于旱、蝗災(zāi)導(dǎo)致自然環(huán)境進(jìn)一步惡化，改變了病原體的生境，利于病原體在短期內(nèi)大規(guī)模繁殖，引發(fā)瘟疫流行;同時(shí)饑荒降低和削弱了民眾對(duì)瘟疫的抵御和免疫能力，也迫使民眾從鼠穴掘食，從而感染鼠疫，引發(fā)華北地區(qū)鼠疫流行［8］。此外，明末戰(zhàn)亂頻發(fā)嚴(yán)重破壞了正常的生產(chǎn)和生活秩序，使民眾的生存條件進(jìn)一步惡化，而且在人口聚集區(qū)，存在大量疫菌的易感人群，容易導(dǎo)致瘟疫的盛行。

4 極端干旱的社會(huì)影響及氣候背景

4.1 社會(huì)影響

明末1637—1643年在干旱背景下形成典型的旱災(zāi)-蝗災(zāi)-饑荒-疫災(zāi)災(zāi)害鏈。明末全國(guó)米價(jià)迅速上漲，到1640年前后是明朝米價(jià)最高的時(shí)段，直到災(zāi)后1660年米價(jià)才逐漸下降［9］。糧價(jià)攀升的原因，一方面與國(guó)家內(nèi)外戰(zhàn)事增多和擴(kuò)大有關(guān);另一方面也是由于氣候極端干旱，土地未能及時(shí)播種，禾多枯死或蝗蟲(chóng)食禾所致，尤其干旱多發(fā)生于春夏秋季，直接影響夏收和秋收作物的豐歉。據(jù)《中國(guó)軍事史》［10］戰(zhàn)爭(zhēng)年表統(tǒng)計(jì)顯示明末戰(zhàn)爭(zhēng)的頻數(shù)之高十分顯著(見(jiàn)圖4 B)。1637—1643年全國(guó)性旱蝗災(zāi)害和饑饉造成民眾極大的生存壓力，導(dǎo)致起義高漲，戰(zhàn)亂不斷。據(jù)1630—1644年間人口數(shù)量變化統(tǒng)計(jì)，全國(guó)人口減少了約4 000萬(wàn)(見(jiàn)圖4 C)，其中華北地區(qū)人口減少了約1 730萬(wàn)，占1630年華北人口數(shù)的28.95%［11］。

4.2 氣侯背景分析

氣象數(shù)據(jù)分析表明，東亞季風(fēng)強(qiáng)弱對(duì)我國(guó)東部地區(qū)降水具有長(zhǎng)期的影響，尤其對(duì)華北和江淮地區(qū)。已有研究表明，明末西太平洋副高和東亞季風(fēng)持續(xù)偏弱偏南導(dǎo)致中國(guó)出現(xiàn)大面積持續(xù)干旱現(xiàn)象，這可能與 El Ni?o事件和火山活動(dòng)有關(guān)［12］。根據(jù)El Ni?o歷史年表，在1640、1642年都發(fā)生了較強(qiáng)的El Ni?o事件，同時(shí)據(jù)源于世界數(shù)據(jù)中心的Ni?o3指數(shù)顯示，17世紀(jì)40年代 Ni?o3區(qū)的海溫較其他年代異常偏高，進(jìn)一步影響東亞和西太平洋上空環(huán)流異常，導(dǎo)致西太平洋副高偏南偏西、夏季風(fēng)偏弱。此外，火山活動(dòng)也是影響氣候變化的外部因素之一，火山噴發(fā)形成的平流層氣溶膠通過(guò)影響太陽(yáng)輻射使地表氣溫降低，平流層氣溫升高，進(jìn)而影響大氣環(huán)流變化。根據(jù)火山活動(dòng)記錄［13］，1638年印度尼西亞 Raung火山爆發(fā)，VEI=4，1640年日本Komaga Take火山爆發(fā)，VEI=5，等。但這些火山活動(dòng)對(duì)東亞季風(fēng)環(huán)流異常的關(guān)聯(lián)目前尚不清楚，還需要進(jìn)一步探討。

5 結(jié)語(yǔ)

本文首先復(fù)原1637—1643年極端干旱事件動(dòng)態(tài)過(guò)程，其次分析伴生的蝗災(zāi)、疫災(zāi)和饑荒的實(shí)況及其與旱災(zāi)的關(guān)聯(lián)，最后從米價(jià)、戰(zhàn)亂和人口變化分析干旱對(duì)社會(huì)發(fā)展的深遠(yuǎn)影響，并探討了干旱事件發(fā)生的氣候背景。主要的結(jié)論如下:

1)1637—1643年持續(xù)7年的大范圍干旱是過(guò)去千年典型的極端干旱事件，發(fā)生在氣候相對(duì)寒冷階段。干旱呈明顯的時(shí)空差異，前期干旱重心區(qū)域位于華北和江淮地區(qū)，后期則轉(zhuǎn)移至長(zhǎng)江中游地區(qū);1640年干旱最嚴(yán)重，其次是1641年;黃河中下游及華北地區(qū)是春旱、夏旱的核心區(qū)域，江淮、長(zhǎng)江中下游地區(qū)多夏旱。

2)1637—1643年華北平原、黃河中下游地區(qū)和長(zhǎng)江中下游地區(qū)，既是蝗災(zāi)的主要分布區(qū)，也是饑荒、疫災(zāi)盛行地區(qū)，并與旱災(zāi)的空間分布較為一致。干旱也間接造成明末米價(jià)上漲、戰(zhàn)事增加和人口減少，對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

3)1637—1643年干旱事件主要由于東亞季風(fēng)偏弱、副熱帶高壓偏弱、位置偏南有關(guān)，造成華北和江淮地區(qū)降水異常減少，與El Ni?o事件、東太平洋海溫異常密切相關(guān)。

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