作为自然地理环境中最为活跃的要素, 气候变化对人类社会的影响广泛而深刻。过去数十年间, 国际上的大量研究证实, 气候变化是导致区域文明兴衰的重要影响因素之一(de Monocal, 2001; Haug et al., 2003; Zhang et al., 2007; Bü ntgen et al., 2011; Butzer, 2012; Buckley et al., 2014)。以史为鉴, 可以知兴替, 在面对气候增暖这一全球性环境问题威胁的今天(IPCC, 2014), 了解过去的气候变化如何影响当时的人类社会发展, 有助于更好地认识今天的全球气候问题, 并妥善应对未来气候变化的挑战(IHOPE, 2010), 因此, 历史时期(特别是过去2000年)气候变化对社会发展的影响研究一直受到国际全球变化研究的高度关注(PAGES, 2014)。

在中国历史上, 以农为本的传统社会发展曾受到气候变化的强烈影响, 并在浩如烟海的历史文献之中保存有丰富的相关信息, 十分有利于深入开展历史气候变化影响与人类适应过程和机制研究, 可为人类应对全球变化挑战提供宝贵的历史借鉴。在过去数十年中, 中国过去气候变化的社会影响研究不断深化, 已发展成为一个具有中国特色的全球变化研究方向(葛全胜等, 2014; 魏柱灯等, 2014)。“ 十二五” 期间, 中国“ 全球变化研究国家重大科学研究计划” 在2010年启动的“ 过去2000年全球典型暖期的形成机制及其影响研究” 项目中设立了“ 暖期气候对中国社会经济的影响与人类适应研究” 课题, 课题的目标是: 重建并剖析数个重大、极端气候事件对社会经济的影响的典型案例, 阐明过去2000年典型暖期和重大气候事件对中国社会经济发展的影响及其区域差异、以及人类适应暖期气候的方式、过程和策略, 为中国妥善应对未来气候变化、保障社会经济可持续发展提供历史相似型和经验借鉴。作者以该课题的研究成果为主, 结合其他学者的相关成果, 综述近年来在中国历史时期气候变化对社会发展的影响研究方面取得的新进展, 并在此基础上对未来研究重点进行展望。

自然环境是人类活动的基础, 是人类社会产生、存在和发展的条件。自然环境对人类的影响可归结为3个方面: 一是自然环境为人类社会生存发展提供自然资源; 二是自然环境也是自然灾害发生的根源; 三是自然环境作为一种客观存在对人类活动施加种种限制或制约, 人类正是通过利用资源来抗御自然灾害和克服自然的制约。气候变化的影响是自然环境对人类影响在时间维度上的具体体现, 其中最重要的影响途径是通过气候资源和灾害的变化影响人类系统的生产子系统, 并进一步传递到经济、人口和社会子系统(图 1)。由于人类社会的复杂性, 人类对全球变化的影响并不是消极地承受, 而是人类社会各个子系统(生产、经济、人口、社会等)内部与子系统之间的传递过程中产生复杂的响应和反馈, 使气候变化的影响缩小或放大, 直到达到新的平衡(张兰生等, 2017)。

图1

Fig.1

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	图1 基于粮食安全的中国历史气候变化影响与响应概念模式(修改自方修琦等, 2014a, 2015)Fig.1 A conceptual model of climate change impact-response in the history of China based on food security(after Fang et al., 2014a, 2015)

在以农立国的古代中国, 粮食安全是人类生存的物质基础, 也是维系经济发展和社会系统稳定的基础, 粮食的多寡不仅通过直接影响每个人的温饱而影响社会对气候变化的敏感性, 而且通过影响整个社会的经济状况而影响社会对气候变化的响应能力。基于现代全球变化研究中关于脆弱性和粮食安全的概念, 可把中国历史时期气候变化的影响问题归结为粮食安全与风险问题, 具体分解为粮食生产安全、粮食供给安全、粮食消费安全3个层次(图 1; 方修琦等, 2014a, 2015)。

1)粮食生产安全是区域粮食安全的基础, 它可以通过实际人均粮食产量相对于维持生存所必需的临界粮食占有水平的高低来刻画, 能够反映生产系统对气候变化的敏感程度。历史上气候变化对粮食生产安全的影响首先与粮食生产系统有关, 表现为单产变化对气候变化的敏感性和人类对粮食生产的调节能力(农业生产保障和灾害防御措施)。区域耕地面积和人口数量的增减都会改变表征粮食生产安全状态的人均粮食产量, 因此被作为调节粮食生产安全的重要因素。

2)粮食供给安全, 包括个体和社会粮食供给安全2个方面, 是指个人或社会实际可获得的粮食数量均能达到保证各自安全的粮食标准, 用可调剂的粮食数量来刻画, 是社会对区域粮食安全调节功能的体现。历史上气候变化通过改变区域粮食生产和供应能力影响粮食供给安全。当个体粮食供给安全不能满足时, 消费者个人会动用自己的储备, 严重时则从自然界寻找替代性食物资源。在流通领域, 通常的适应性响应是粮食价格上涨, 以吸引更多的粮食进入市场, 同时限制过高的消费需求。在社会领域, 有可能在不同社会阶层之间、民众与政府之间引发冲突, 政府此时需要动用其经济和行政能力, 在调节粮食供给安全、缓解社会矛盾方面发挥作用, 主要手段包括减免或缓征赋税、动用仓储平抑粮价、跨区粮食调度、组织移民等。

3)粮食消费安全, 同样包括个体和社会2个方面, 指维系个体生计和社会经济安全的粮食需求量, 用实际人均支配的粮食数量来刻画, 是粮食安全的最终表现。如果个体粮食供给不安全演化为个体粮食消费不安全, 就会威胁到民众的基本生存条件, 其直接社会后果就是出现大量饥民; 饥民进一步发展可能成为流民, 在区域内部或区域间形成不同规模的难民潮; 最终可能转变为引发社会动乱的乱民, 造成社会秩序的不稳乃至崩溃。此时政府在调节粮食消费安全方面可以采取的应对手段包括动员全社会力量救济灾民和安置流民以避免难民规模的扩大, 鼓励自发和有组织的移民以减小区域内人口压力, 通过强化治安、招抚、剿灭等手段最大限度地控制和消除各种形式的社会动乱, 以维持社会的稳定, 避免动乱进一步扩大, 威胁封建王朝的统治。

在粮食安全的框架体系下, 历史时期中国气候变化对社会的影响以直接影响粮食生产水平为起点, 进一步的传递路径主要分为2条: 一是基于个体粮食安全的气候变化— 收成— 饥民— 社会稳定性的影响与响应链, 二是基于社会粮食安全的气候变化— 收成— 经济— 社会稳定性的影响与响应链(方修琦等, 2015)。其中, 影响在个体粮食安全传递链中的传递受到社会粮食安全的调节, 突出地表现为经济对人口和社会系统的调节。气候变化的影响在过程链中的传递需要特定的人口数量和社会条件等与之相匹配, 是一种典型的非线性过程。诸如耕地、人口、政策、外来势力等都会对气候影响产生放大或抑制作用; 民众层面的自发行为与政府层面的体制运转、政策调控在气候变化影响与适应过程的各个环节中都发挥重要作用, 但调节能力均存在极限。通过上述影响与响应链上的一系列复杂过程, 气候变化的影响由对粮食生产的直接影响分别通过人口和经济子系统进一步传递到社会子系统(图 1)。

为定量分析气候变化影响在人类社会各个子系统(生产、经济、人口、社会等)之间的传递, 评估历史气候变化对社会经济变迁的影响, 需要选择能够刻画农业生产、人口、经济、社会等各子系统状态、且适宜量化的关键变量, 重建在分辨率、时长和连续性等方面与气候变化序列相匹配的社会经济等级序列。对上述指标进行量化所遇到的一个关键难题在于, 历史上的中国是一个非数字化管理的国家, 缺乏统一规范的社会经济统计数据, 除了清代有相对连续的粮食收成数据, 只有人口、耕地面积、物价等有千年以上的不连续数据。另一方面, 历史时期, 特别是自秦汉以来的2000多年间, 丰富的历史文献中保存了大量关于社会经济状况的文字记录, 虽然存在规范不一、时间分辨率不统一和记录不连续等问题, 但中国文字词汇丰富、不同词汇语义有明确的差别, 且在不同历史时期中记录的基本语义相对稳定, 可前后对比。因此可以利用语义差异法(Semantic Differential)来实现定量化指标序列的重建, 其中的2个关键步骤是文字描述的等级化和时间尺度的归一化(图 2; 方修琦等, 2014b)。

图2

Fig.2

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	图2 利用语义差异法重建历史社会经济序列的关键技术环节(方修琦等, 2014b)Fig.2 Methodology for quantifying historical social-economic series on base of Semantic Differential(Fang et al., 2014b)

语义差异法的核心, 是将体现不同历史时期社会经济状况差异的定性文字描述转化为量化的等级。该方法通常采用双极(相对、反义)形容词对来刻画研究对象的属性, 以很、较、有点、正常等表示不同程度的副词进行量化区分。采用语义差异法构建的分级量表需要注意不同词汇的语义是否易于区分, 同时尽可能地考虑各等级所对应的标准词汇的物理意义。以历史丰歉等级划分为例。中国历史上的收成记录是对以预期平均粮食产量(正常年或平年粮食产量)为参照的年际相对波动的描述, 用来区分农业收成好坏的双极形容词一般为“ 丰” 和“ 歉” , 而叠加了程度副词的“ 大歉(丰)” 、“ 偏歉(丰)” 等词组, 可进一步区分收成好坏的程度。对比分析发现, 描述丰歉的关键词汇与中国历史上定量化的10分制收成记录(收成100%为10分, 每减少10%降低1分)存在着对应关系, 这种对应关系赋予描述丰歉的词汇以明确的物理意义, 可作为逐年丰歉等级划分及其标准词汇选择的参照。据此便可将史籍中关于粮食收成的文字记录转化为6个丰歉等级(从1级到6级, 分别以严重歉收、歉收、稍歉、平年、偏丰和丰收为标准词汇), 然后进一步构建丰歉指数序列。利用历史文献记录进行等级评定通常应遵循以下原则: (1)以时间分辨率与重建时间单元相匹配的记录为主, 高时间分辨率的记录优先于低时间分辨率的记录。(2)以覆盖全区域及核心区域的记录为主, 以覆盖局部区域及边缘区域的记录为辅, 在使用局部区域和边缘区域的记录时, 需要参考其在全国尺度上的代表性进行订正。(3)对历史记录进行信息提取时, 以直接证据为主, 间接证据为辅, 对同一时段内的多条记录, 当其描述的状况不同时, 以多数记录的观点作为判断的主要依据; 当无法判断多数观点时做折中处理。(4)对于分散和非持续多年的无记录年份, 主要按历史记录“ 记异不记常” 的惯例处理; 对连续多年无记录年份, 以期间是否发生重大历史事件作为参考, 判断记录缺记的性质和社会经济状况的等级(方修琦等, 2014b)。

时间尺度的归一化通过对原始记录或序列进行升尺度或降尺度变换, 以解决根据原始记录重建的原始等级序列可能存在的时间分辨率不均等或时间不连续问题(方修琦等, 2014b)。例如, 历史丰歉原始记录的分辨率多精确到年, 但不一定有连续的逐年记录, 为重建的序列分辨率定为10年丰歉等级序列, 需要对年际尺度的数据进行升尺度处理, 如通过赋予年值等权或不等权的权重系数, 求10年平均值, 再根据10年分辨率的丰歉指数值, 采用5级划分标准得到每10年的丰歉等级。对经济等级序列的重建, 需要进行从多年代的帝王尺度(通常20~30年)及朝代尺度(百年)分辨率到10年分辨率的降尺度转换, 通常从原始记录入手, 在对每条记录所刻画的等级或等级变化进行判定的基础上, 通过整合由年至上百年不同时间分辨率的记录, 利用不同记录起止时间点的差异或时间分辨率的差异, 对相对低分辨率的记录进行时间分割来逐步将时间分辨率提高到10年, 然后再以年代为基本时间单元进行取整处理。

采用语义差异法, 重建了中国过去2000年、分辨率为10年的粮食丰歉(苏筠等, 2014; Yin et al., 2015)、宏观经济(Wei et al., 2015a, 2015b)、财政收支(Wei et al., 2014)、社会兴衰(Yin et al., 2016a, 2016b)等4条等级序列(图 3)。此外, 还利用已有的历史人口重建数据通过分段去趋势得到了人口增长率序列; 使用指数法、频次法等方法, 重建了饥荒(滕静超等, 2014)、农民起义(方修琦等, 2015)、农牧民族战争(Su et al., 2016)等序列。上述序列的重建是21世纪以来中国历史气候变化影响研究的一个重要突破, 利用这些覆盖过去2000年(整个帝制时期)、分辨率至少为10年的反映社会系统变迁的指标序列, 可以做到对历史气候变化的社会影响进行定量分析。

图3

Fig.3

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	图3 中国过去2000年气候变化与社会经济等级序列 A— 210 BC— 1910 AD中国东部冬半年30年分辨率温度距平(葛全胜等, 2011); B— 101— 1910 AD中国东部干湿序列(Zheng et al., 2006); C至F— 分别为采用语义差异法重建的粮食丰歉(Yin et al., 2015)、宏观经济(Wei et al., 2015b)、财政收支(Wei et al., 2014)、社会兴衰(Yin et al., 2016b)等级序列, 分辨率均为10年, 等级1到5分别代表状态从差到好Fig.3 Climate change and socio-economic grade series during the past 2000 years in China

通过对过去2000年气候与社会经济变化序列的对比分析, 并结合大量区域尺度上的典型历史案例重建, 定量分析了气候变化对中国历史时期社会经济影响的总体特征, 概括了影响发生的过程机制, 探讨了人类适应气候变化的手段选择和后续效应, 得出了如下科学认识。

首先, 通常认为中国历史上的气候变化与社会经济波动之间的对应关系可以大致概括为“ 冷抑暖扬” , 即暖期气候总体上是有利的, 历史上经济发达、社会安定、国力强盛、人口增加、疆域扩展的时期往往出现在百年尺度的暖期, 相反的情况则发生在冷期(图 3; 方修琦等, 2004; 葛全胜等, 2011, 2014)。中国史载的31个盛世、大治和中兴事件中, 有21个发生在温暖或相对偏暖时段, 3个在由冷转暖时段, 2个在由暖转冷时段; 而在15次王朝更替中, 有11次出现在冷期或相对寒冷时段(Yin et al., 2016a)。暖期气候总体有利于农业发展, 为社会更快发展提供更为优越的物质条件, 是历史上“ 冷抑暖扬” 特征形成的根本原因; 而冷期的影响似乎以增加人类系统的脆弱性为主, 使得社会经济系统调控危机的能力明显降低。

进一步的分析发现, 与暖期相伴的社会经济发展与人口膨胀同时也增加了对资源与环境的压力, 使得以农业为基础的社会系统风险持续上升, 因而在遭遇重大的气候转折(如温度下降、降水减少)时, 很容易造成资源相对短缺, 导致人地关系失衡。统计表明, 在过去2000年中国社会的9个高风险期中(2个或2个以上社会经济指标处在高风险状态), 有8个与气候由暖转冷期有时间重叠(葛全胜等, 2015; Yin et al., 2016a)。在此背景下, 极端气候事件与重大灾害往往也容易触发社会危机, 一些事件甚至成为社会全面动荡和朝代更替的导火索。其中明朝的灭亡就是一个典型案例: 一方面, 16世纪晚期开始的气候转冷、转干趋势, 不仅直接降低了粮食产量, 使得整个华北长期处在粮食短缺状态, 而且导致北方军屯体系崩溃, 迫使明政府向该地区大规模转运军粮, 使政府深陷财政危机; 另一方面, 17世纪20年代末期开始的长达十余年的北方大旱(史称崇祯大旱, 为过去500年间华北最为严重的旱灾)首先触发了陕西、山西2省农民起义浪潮, 之后随着灾区扩大和灾情加重, 在起义军兵源不断得到补充的同时, 又持续削弱了明军的补给能力, 使明王朝最终为起义军所推翻(Zheng et al., 2014)。

不过, 中国地域广阔, 不论在暖期还是冷期中, 都是有利和不利影响的地区并存, 不可一概而论。同时, 人类对环境变化存在着积极的响应机制与响应措施, 因而因时、因地地适应气候变化, 不仅可以趋利避害, 也是中华文明得以持续发展、并孕育中华文明独特文化内涵的重要因素(方修琦等, 2004)。如“ 中世纪暖期” 的温暖气候使得中国大多数地区热量资源增加, 与此相适应, 10— 13世纪农作物种植界线大规模北扩, 特别是在北方农牧交错带和暖温带— 亚热带交界处更为明显。同时, 为适应当时中国东部“ 北涝南旱” 的气候特点, 在北宋政府倡导下, 北方黄河流域推广稻作, 长江流域则推广生长期较短的占城稻、并形成稻麦连作制度, 其中后者被认为是中国农业史上一次重要的种植制度变革, 对其后中国社会经济发展产生了深远影响(葛全胜等, 2015)。而处于小冰期的清代, 因人口增长迅速, 除清初外人地矛盾一直较为紧张, 因而在响应、适应气候变化举措上, 不但将推广相对高产作物(如玉米、薯类)及调整种植制度(如18世纪初气候转暖后在长江下游地区推广双季稻)等农业措施作为基本手段, 而且还以向边疆移民与拓垦作为适应气候变化(特别是极端气候事件)影响的重要辅助手段。虽然从长时间尺度来看, 移民与拓垦的主要内在驱动因素是人口压力, 也与边疆政策等政治因素有关; 但短时间尺度上的移民事件往往与水旱灾害相关, 如17世纪中晚期, 几乎每次在华北发生的极端旱涝事件, 都伴有数万、甚至数十万人口自发或被政府组织迁至长城以外地区(Ye et al., 2012)。特别是进入19世纪, 清政府因财力日渐衰退而致赈灾能力显著降低, 对关外“ 封禁” 政策日益松动并最终废除, 人口向地广人稀的东北地区流动成为华北地区应对气候恶化和极端气候事件影响的主要手段(方修琦等, 2013; Xiao et al., 2013, 2015)。这不仅客观上降低了华北地区的社会风险, 也有力促进了东北地区开发, 使得晚清在边境危机加深时大部分边疆领土得以保存。

综上所述, 在过去的一段时间内, 历史时期气候变化对中国社会发展的影响研究已经取得了很大的进展, 并成为中国全球变化研究中一个独具特色的方向。但由于历史社会事件发生原因具有多解性, 在研究过程中如何排除历史记录中非气候变化因素影响的信息、辨析气候变化和非气候变化因素对历史事件发生的贡献, 尚存在很大难度, 进而导致现有研究中仍存在诸多不确定性, 影响着我们对“ 历史气候变化如何影响社会发展” 这一核心科学问题的认识水平。这一问题的最终突破, 不仅需要地理学科自身的理论方法的创新, 更需要寻求与其他相关学科(如历史学、经济学)研究者的密切合作, 在史料处理、数据分析等关键步骤中尽可能降低不确定性。未来研究的重点主要包括以下方面:

1)加强多时空尺度上气候变化影响特征及尺度间影响关联的研究。气候变化的影响是全方位的、多尺度的和多层次的, 需要区分从年际到年代际再到百年际的不同时间尺度上的气候变化与社会经济兴衰的对应关系及其不同特征, 加强对不同尺度上影响机制的解释。

2)深化区域综合分析和区域间的差异与关联研究。特别是历史暖期与冷期影响与社会响应的敏感区域辨识及区际间的联系机制分析, 是今后的研究重点。

3)推动对气候影响机理的定量解释与跨学科集成研究。定量揭示气候变化影响的机制, 需要不同领域专家跨学科的参与和交流、需要多源数据的集成融合, 采用自然科学与社会科学相融合的思路、手段和方法, 通过多学科交叉、合作研究实现地球环境与人类社会的历史整合, 以及历史与未来的桥梁构建。