楊煜達，韓健夫，成賽男

（復旦大學 中國歷史地理研究所，上海 200433）

過去千年西北季風邊緣區(qū)干濕變化的重建及分析

楊煜達，韓健夫，成賽男

（復旦大學 中國歷史地理研究所，上海 200433）

利用歷史文獻中的旱澇災(zāi)害記載，成功建立了西北季風邊緣區(qū)AD 1000—1949的逐年濕潤指數(shù)，能比較好地指代這一區(qū)域的干濕變化情況。在過去千年中，西北季風邊緣區(qū)有一次大的由干變濕的轉(zhuǎn)折，發(fā)生在AD 1550后。同時存在較明顯的60~70 a周期和110 a左右的周期。通過與樹輪重建的非季風區(qū)的干濕變化及與石筍重建的夏季風強弱變化相比較，發(fā)現(xiàn)季風邊緣區(qū)的干濕變化和季風系統(tǒng)的活動密切相關(guān)。暖期時，季風邊界推進，傳統(tǒng)的季風邊緣區(qū)將變干燥。當偏冷時期，夏季風保持穩(wěn)定，季風邊緣區(qū)濕潤。當季風明顯減弱時，季風邊界兩側(cè)的邊緣區(qū)和非季風區(qū)則因夏季風邊界的退縮而同時變干。

夏季風；季風邊緣區(qū)；干濕變化；千年尺度；歷史文獻；中國西北

世界超過一半以上的人口受亞洲季風影響，亞洲季風系統(tǒng)在不同時間尺度上的演變是重要的科學問題（Tao and Chen，1985；An，2000；Ding and Chan，2005）。中國是季風氣候國家，其大部分地區(qū)同時受到東亞季風與印度季風系統(tǒng)的影響?？傮w上由東南向西北，氣候由濕潤向干旱過渡，呈現(xiàn)東南濕潤、西北干旱的基本格局。而季風區(qū)的邊緣，則從中國東北沿大興安嶺折向西，到西北賀蘭山折向東南，基本將中國劃分為人口眾多的農(nóng)業(yè)區(qū)和人口較少的牧區(qū)及沙漠區(qū)。沿季風邊緣的是季風邊緣區(qū)，由于季風邊緣的位置會因季風的強弱擴展范圍的變化而有變動，降水時空分布極不均勻且變率較大，夏季旱澇頻繁，是反映季風演變及其區(qū)域影響的重要區(qū)域（Shi et al，2007；楊建平等，2005；Gu et al，2010；Chen et al，2010）。

中國西北的季風邊緣區(qū)，主要是位于季風邊緣東南一側(cè)的陜西?。ú缓貛X以南的亞熱帶部分）、甘肅?。ú缓羌撅L區(qū)的河西地區(qū)）、寧夏回族自治區(qū)以及青海省西南部地區(qū)。與毗鄰的非季風區(qū)多個千年尺度的樹木年輪的干濕重建序列（如Zhang et al，2003，2009；康興成等，2003；邵雪梅等，2004，2006；勾曉華等，2010）相比較，目前，這一區(qū)域內(nèi)，尚缺少1 ka尺度的、可信度與分辨率比較高的干濕變化序列。

中國是歷史悠久的文明古國，有豐富的歷史文獻記載，其有關(guān)氣象的記錄，連續(xù)達3000余年，內(nèi)容豐富。利用歷史文獻中的相關(guān)記載從事歷史氣候的重建工作，成為中國全球變化研究的一大特點。自竺可楨1972年利用歷史文獻資料重建了中國過去5000年的溫度變化（竺可楨，1972）之后，無論是干濕變化的重建還是溫度的重建，都取得了重要的進展。如對1470年以來的全國及西北地區(qū)旱澇分布的研究及圖集繪制（王紹武和趙宗慈，1979；中央氣象局氣象科學研究院，1981；白虎志等，2010)、對過去1500年東部地區(qū)干濕變化的重建（Zheng et al，2006）及對過去2000年中國東部冬半年溫度變化的重建和研究（Ge et al，2003）等。在本文的研究區(qū)域內(nèi)（見圖1），以農(nóng)耕區(qū)為主，在歷史時期留下了眾多關(guān)于水旱災(zāi)害的記載。因此，本文擬利用歷史文獻為代用資料，重建研究區(qū)域1000—1949年間的干濕變化，以進一步探討其變化特征及影響因素，推動亞洲季風邊緣活動帶變化規(guī)律研究的進一步深入。

圖1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)采集點Fig.1 The map of the study area and the data collection sites

1 資料與方法

1.1 資料

資料主要利用張德二主編的《中國三千年氣象記錄總集》（張德二，2004）中關(guān)于研究區(qū)域內(nèi)的水旱災(zāi)害資料，輔以袁林《西北災(zāi)荒史》（袁林，1994）中收集的相關(guān)記載。前者查閱搜集了8228種中國傳統(tǒng)的正史、方志以及其他文獻資料中涉及到天氣、氣候的相關(guān)記錄，并加于考辨和校訂，是目前已公開出版的最完整的中國歷史氣候資料總集。而后者則是關(guān)于西北災(zāi)害研究的權(quán)威性歷史著作，對區(qū)域史料的收集、考訂有很多可取之處，是前者的有益補充。

從文獻中共收錄AD 1000—1949間研究區(qū)域內(nèi)的水旱災(zāi)害記錄4851條，這些記錄構(gòu)成重建區(qū)域內(nèi)干濕變化的基本素材。其中，在AD 1470之前，主要的資料來源于正史的記載，其中222個年份研究區(qū)域內(nèi)沒有水旱災(zāi)害的記錄。而AD 1470以后大量地方志資料的出現(xiàn)，使得水旱災(zāi)害的記載較前明顯增多，研究區(qū)域內(nèi)沒有無水旱災(zāi)害記錄的年份。

1.2 方法

水旱災(zāi)害記錄，表達的是降水的異常情況?，F(xiàn)存的文獻記錄，一方面存在時代越早、記錄越少的情況，另一方面，無論這些記錄有多豐富，都不可能是研究時段內(nèi)所有降水異常事件的總和。因此，本文采用鄭斯中提出的濕潤指數(shù)法（鄭斯中等，1977）。這種方法將現(xiàn)存的水旱災(zāi)害記載看作是歷史上發(fā)生的水旱災(zāi)害中的隨機樣本，由此統(tǒng)計而得的水旱災(zāi)害的比值可視作總體水旱比值的統(tǒng)計值。得公式：

I為濕潤指數(shù)，F(xiàn)為某地區(qū)某時間段內(nèi)的水災(zāi)記載次數(shù)，D為相應(yīng)的旱災(zāi)次數(shù)。這種方法的優(yōu)點在于可以一定程度上消除資料的時間分布不均勻的問題。

由于序列中在AD 1469之前，存在著研究區(qū)域內(nèi)全年沒有水旱災(zāi)害記錄的情況，這種情況總共有222 a。對于不連續(xù)的沒有資料記錄的年份，中國歷史文獻記載的特點，是記異不記常，因此，缺記的年份如果沒有超過3 a，即可視為沒有重大的水旱災(zāi)害發(fā)生。所以，使用全序列平均值來對缺漏的年份進行了插補。在AD 1231—1261，由于蒙古征服戰(zhàn)爭的影響，有長達31 a的資料缺失，這種時段的資料缺失，亦只能使用全序列平均值插補。需要說明的是，這種插補對AD 1469前后的序列方差有一定影響。但仍可滿足研究對多年代際到百年際變化的分析。

2 重建結(jié)果

圖2為逐年的旱澇指數(shù)序列。由于季風氣候的特點，降水的年際變化極大。為更清楚地看出年代際到百年際的干濕變化，給出了中國西北季風邊緣區(qū)濕潤指數(shù)的10年平均曲線，見圖3。從千年尺度來看，大體在AD 1550前后是一個大的轉(zhuǎn)折，之前總體偏干，而之后總體偏濕潤。在AD 1350前，中國西北季風邊緣區(qū)總體上處于偏干的時期，而在AD 1351—1450，有一段短暫的偏濕潤的時期，而在AD 1451—1550，則為過去千年中最為干旱的百年。在AD 1551后，總體轉(zhuǎn)向濕潤，但也夾雜著百年際的干濕波動。分時段的波動情況可參看表1。

從小波分析（圖4）來看，存在比較明顯的60~70 a左右的周期，另外，110 a左右的周期信號也比較明顯。這和馮雯等利用歷史文獻重建的中國北方（33°~41°N，108°~115°E）1470—2002年夏季降水指數(shù)進行的周期分析中得出的68 a和105 a的周期相似（馮雯等，2013）。這說明中國西北季風邊緣區(qū)的干濕變化，同樣受到太陽活動百年周期變化的影響。

圖2 中國西北季風邊緣區(qū)AD 1000—1949間的干濕變化（細黑線為逐年的濕潤指數(shù)；粗黑線為11 a滑動平均。）Fig.2 Humidity index of northwest China monsoon boundary zone from 1000 to 1949 AD, which represents the dry/wet variation of the study area(The thin black line is the annual humidity index; the bold black line is the 11-year running mean of this series.)

圖3 中國西北季風邊緣區(qū)1000—1949年間的干濕變化（細線為濕潤指數(shù)10 a平均，粗黑線為50 a滑動平均。)Fig.3 Humidity index of northwest China monsoon boundary zone from 1000 to 1949 AD(The thin line is the 10-year-running mean of the northwest China monsoon boundary zone humidity index, the bold black line is the 50-year-running mean value.)

表1 過去千年中國西北季風邊緣區(qū)的干濕變化情況Table 1 The dry/wet variation of northwest China monsoon boundary zone in the last millennium

圖4 中國西北季風邊緣區(qū)濕潤指數(shù)11 a滑動平均的小波分析Fig.4 The wavelet analysis of the 11-year-running mean of the humidity index of northwest China monsoon boundary zone from 1000 to 1949 AD

和鄭景云等（Zheng et al，2006）用歷史文獻重建的中國東部地區(qū)（east of 105°E；25~40°N approximately）近1500年的干濕變化（見圖5）進行比較發(fā)現(xiàn)，二者總體變化較為一致，淺灰色顯示的東部最干旱的兩個時期，同時也是中國西北季風邊緣區(qū)最干旱的兩個時期。深灰色顯示的東部季風區(qū)最濕潤的兩個時期，西北亦較為濕潤。但是，二者亦有一定的不同步性。如西北千年最濕潤的兩個時期，即17世紀下半葉與19世紀下半葉，雖然東部亦呈濕潤，但整體上并沒有西北明顯。

圖5 （a）為鄭景云等利用歷史文獻重建的中國東部干濕變化指數(shù)，指代季風區(qū)的降水變化。粗黑線為30 a滑動平均。（b）中國西北季風邊緣區(qū)濕潤指數(shù)。粗黑線為30 a滑動平均。Fig.5 (a) The 30-year-running mean of dry/wet index of eastern China reconstruct by historical documents, which represents the variation of precipitation in monsoon region. (b) The humidity index of northwest China monsoon boundary zone, the bold black line is the 30-year-running mean of the series.

3 討論

前人的研究已表明，西北地區(qū)降水的強弱，與季風強弱關(guān)系緊密（Ge et al，2011）。與張平中等人利用萬象洞石筍同位素序列指代的夏季風強弱變化（Zhang et al，2008）進行比較，發(fā)現(xiàn)自14世紀小冰期開始之后，中國西北季風邊緣區(qū)的干濕變化與夏季風的強弱有較好的對應(yīng)關(guān)系。圖6中灰影顯示的3個時段，AD 1350—1400年左右的夏季風偏強，研究區(qū)域偏濕，而AD 1470—1520左右的夏季風偏弱，則是西北季風邊緣區(qū)1000年來最干的時期。在AD 1600—1800年夏季風偏強的時期，也是西北偏濕潤的一個時期，盡管這200 a中干濕波動較季風強度的波動劇烈，但是，在淺灰色顯示的中世紀溫暖期升溫過程AD 1000—1150前后，季風強弱和中國西北季風邊緣區(qū)的干濕變化呈反相關(guān)的關(guān)系。而在20世紀的升溫過程中，二者同樣呈反相關(guān)關(guān)系。

為進一步探討這種矛盾關(guān)系，和樹輪重建的非季風區(qū)的柴達木盆地東部降水序列（邵雪梅等，2006）相比較，發(fā)現(xiàn)二者的干濕變化有很大的差異甚至相反。在AD 1050—1150左右的暖期，非季風區(qū)表現(xiàn)為降水偏多，而中國西北季風邊緣區(qū)則變現(xiàn)出干旱的趨勢。在AD 1650—1900左右比較濕潤的時期，祁連山非季風區(qū)則表現(xiàn)為降水偏少。但從圖7灰影表示的時段也可以看出，中國西北季風邊緣區(qū)最干旱的兩個時期，在年輪指代的非季風區(qū)也都同樣表現(xiàn)出干旱的趨勢。

這樣看來，在AD 1000—1150中國中世紀溫暖期比較暖的時期，季風較強，有可能季風邊緣向前推進，導致現(xiàn)在的中國西北季風邊緣區(qū)轉(zhuǎn)向偏干。而AD 1650—1900年間處在小冰期時期，季風偏強，中國西北季風邊緣區(qū)的偏濕潤，柴達木盆地東部偏干，說明季風邊緣未能推進。而AD 1450—1500季風偏弱時期，柴達木盆地東部和中國西北季風邊緣區(qū)都為千年中最干的兩個時期，這個時期也是中國小冰期的一個冷谷（Ge et al，2003），Zhou et al（2011）的研究也表明，這一時期太陽活動偏弱，溫度偏低，季風偏弱。這說明中國西北季風邊緣區(qū)與季風強弱的關(guān)系，應(yīng)是：溫度特別暖，季風特強，季風邊界前進，該區(qū)域偏干。溫度偏低，季風偏強，季風邊界穩(wěn)定，該區(qū)域偏濕。溫度特低，季風特弱，季風邊界退縮，區(qū)域特干。

圖6 （a）為張平中等得出的萬象洞石筍δ18O同位素序列，指代夏季風的強弱。粗黑線為30 a滑動平均。（b）中國西北季風邊緣區(qū)濕潤指數(shù)。粗黑線為30 a滑動平均。Fig.6 (a) The δ18O data of Wanxiang Cave, represent the intensity of summer monsoon. The bold blue line is the 30-year-running mean of the whole series. (b) Humidity index of Northwest China Monsoon Boundary Zone. The bold black line is the 30-yearrunning mean value.

圖7 （a）為邵雪梅等重建的柴達木盆地東部年輪指數(shù)，指代非季風區(qū)的降水變化。粗黑線為30年移動平均。（b）中國西北季風邊緣區(qū)濕潤指數(shù)。粗黑線為30年滑動平均。Fig.7 (a)The index of tree rings in Northeastern Qaidam basin to represent the precipitation series over the past millennium. The bold black line is the 30-year-running mean of the whole series. (b) Humidity index of Northwest China Monsoon Boundary Zone. The bold black line is the 30-year-running mean value.

4 結(jié)論

利用歷史文獻中的旱澇災(zāi)害記載，建立了中國西北季風邊緣區(qū)AD 1000—1949年的逐年濕潤指數(shù)，能比較好地指代這一區(qū)域的干濕變化情況。

在過去千年中，中國西北季風邊緣區(qū)有一次大的干濕變化的轉(zhuǎn)折，發(fā)生在AD 1550年前后。同時存在較明顯的60~70 a周期和110 a左右的周期。

季風邊緣區(qū)的干濕變化和季風系統(tǒng)的活動有關(guān)系。暖期時，季風邊界推進，傳統(tǒng)的季風邊緣區(qū)將變干燥。溫度偏低，季風偏強，季風邊界穩(wěn)定，該區(qū)域偏濕。而當季風明顯減弱時，季風邊界兩側(cè)的邊緣區(qū)和非季風區(qū)則因季風邊界的退縮而同時變干。

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The reconstruction of dry and wet variation in monsoon boundary zone of northwest China by records of historical documents over the past millennium

YANG Yu-da, HAN Jian-fu, CHENG Sai-nan
(Institute of Chinese Historical Geography, Fudan University, Shanghai 200433, China)

This paper reconstructs humidity index series of CNWMBZ (northwest China monsoon boundary zone) from 1000 to 1949 AD. by Chinese historical documents, to analyze the dry/wet variation of the study area. The reconstruction result shows a turning point at around 1550 AD. Before 1550 AD, the climate of CNWMBZ is generally dry, while the climate shifts to wet after 1550 AD. There are also inter-centennial fluctuations of dry and wet phases during the last millennium. The wavelet analysis on the humidity index of CNWMBZ exhibits periodicity at 60~70-year and 110-year. Comparisons with the dry/wet variation of the non-monsoon region reconstructed by tree ring and with the summer monsoon intensity rebuilt by cave records demonstrate that, the dry/wet variation of CNWMBZ is closely related with the monsoon system. During the warm period, the monsoon region boundary moves forward, the study area (i.e. the CNWMBZ) exhibits dry tendency; during the comparatively cold period, the summer monsoon is relatively strong, the monsoon boundary is generally stable, the study area is comparatively wet; during the very cold period, the summer monsoon is very weak, the monsoon boundary retreats, the study area and the non-monsoon region both show dry tendency.

summer monsoon; monsoon boundary zone; dry/wet variation; millennium; historical documents; northwest China

P467

：A

：1674-9901(2014)06-0392-08

10.7515/JEE201406005

2014-10-31

教育部全國優(yōu)秀博士學位論文作者專項資金資助項目（201114）

韓健夫，E-mail: 12210760003@fudan.edu.cn