認識過去氣候影響人類社會經濟的過程、人類響應和適應氣候變化的機理，可以為應對當前及未來全球氣候變化的可能影響提供歷史借鑒（PAGES,2009）。近年來該領域取得了許多重要的研究成果，國內外學者基于高分辨率古氣候和歷史氣候重建結果，通過與人類歷史文化代用序列對比，探討了歷史氣候變化影響下的農業生產變化、人口數量增減與遷徙、疾病傳播與人類健康、人類聚落進退、社會動亂及古文明興衰等（許靖華，1998;章典等，2004;ZhangD等，2006,2007;ZhangP等，2008;Haug等，2003;Lee等，2008;Fan,2010），證實了氣候變化是人類文明興衰的背景，并指出氣候-生態-經濟-社會的連鎖反應和反饋機制，是氣候影響社會和歷史發展的途徑。

農業社會中，農業生產是理解氣候變化對社會經濟影響過程和機理的關鍵環節之一。但是，由于定量的農業生產序列的欠缺，導致缺少對于驅動和結果之間的關鍵環節的探討，因此難以從過程-機理上理解氣候變化的社會經濟影響，甚至可能引發諸如季風能否“吹垮”唐朝等關于氣候變化對歷史影響的不同觀點和爭論（Yancheva等，2007;張德二，2008）。

中國是一個歷史悠久的傳統農業大國，人民生活水平和國家綜合實力均建立在農業的基礎之上。中國主要的糧食生產區位于東部的季風氣候區，有限的熱量條件和高降水變率嚴重地制約著農業生產的穩定性，導致中國糧食收成或豐或歉，糧食生產對氣候變化具有很高的敏感性。糧食豐歉作為糧食安全的基礎，則會進一步影響到人口增減、經濟盛衰和社會穩定。在中國古代，認為“風調雨順”才能“五谷豐登”,“五谷豐登”才有“國泰民安”.因此，歷史氣候變化對農業的影響研究在我國的歷史氣候變化影響研究中一直受到高度關注。自20世紀80年代以來，大量研究成果揭示出作物生長季長度及種植制度（竺可楨，1973;鄒逸麟，1995;倪根金，1988）、作物產量（張家誠，1982;龔高法等，1983;鄭斯中，1983）、作物與宜農土地分布（張養才，1982;倪根金，1988;方修琦，1999）等與歷史時期的氣候變化關系緊密。

由于中國古代糧食產量的記載零散見于歷史文獻中，缺乏系統而準確的連續定量統計數據，從時間分辨率上，難以滿足長序列和高分辨率重建的要求，因此，尚缺少過去農業豐歉序列的重建。已有關于產量及豐歉的研究結果（余也非，1980;吳慧，1985;吳存浩，1996），主要是某幾個朝代或某一時期的產量折算值，但研究結果存在較大差別。我國反映糧食作物相對產量的作物收成成數數據，主要出現在清代檔案記錄中，該量化資料連續、準確，而根據收成成數重建的序列，主要集中在清朝以來（葛全勝和王維強，1992;王錚等，1995;郝志新等，2003），但是時段較短，不足以完成更長期的序列重建。但同時也應看到，中國有長期連續的、豐富的歷史文獻記錄，中國文字詞匯豐富，不同詞匯語義有明確的差別，能夠體現出程度、范圍的差別，被國際上公認是重建歷史氣候變化的重要信息源，在基于歷史文字描述重建中國過去氣候（冬季溫度和干濕指數等）變化序列方面已有成功的案例和經驗（竺可楨，1973;中央氣象局氣象科學研究院，1981;Zhang,1988;Ge等，2003;Zheng等，2006），證明了用文字記錄重建歷史氣候變化的可行性和可靠性。在中國歷史文獻中同樣有大量與農業生產相關的記錄，歷史氣候變化重建方面的成果為重建古代中國農業豐歉序列提供了借鑒。本論文擬通過搜集整理《二十四史》（許嘉璐和安平秋，2004）中關于農業豐歉的描述詞匯，并將其分級量化，重建西漢至五代（206BC~960AD）10年分辨率的農業豐歉序列，并分析氣候變化對農業豐歉的影響。

1 資料與方法

本文選取西漢至五代時期（206BC~960AD）為研究時段。該時期農耕區域主要集中于中國東部的黃河中下游及長江下游地區（鄒逸麟，2007;韓茂莉，2012）（圖1），作物種植品種及熟制相對單一，社會反饋調節機制相較簡單，農業生產對于氣候變化的脆弱性較高。另外，206BC~960AD的1166年間，經歷了210BC~180AD（兩漢暖期）、541AD~810AD（隋唐暖期）兩個相對溫暖期，以及181AD~540AD,811AD~930AD兩個相對寒冷期（鄭景云等，2010）。該時段的農業豐歉序列重建結果有助于對比分析不同冷暖階段氣候變化影響的差異。

圖1

1.1 農業豐歉歷史記錄來源

本研究借鑒歷史氣候變化重建（竺可楨，1973;中央氣象局氣象科學研究院，1981;Zhang,1988;Ge等，2003;Zheng等，2006）的成功經驗，將歷史文獻資料中的農業豐歉文字轉化為可以量化的代用指標。其中，可供直接選用的量化記錄主要有：糧食產量、收成成數；可供反演、間接應用的量化資料包括糧食價格、自然災害狀況和溫飽狀況等。

歷史農業豐歉的基礎資料來源于《二十四史》（許嘉璐和安平秋，2004），具體以《漢書》、《后漢書》、《三國志》、《晉書》、《魏書》、《隋書》、《舊唐書》、《新唐書》、《舊五代史》和《新五代史》等著作中的《帝王本紀》為主，《五行志》和《食貨志》等為輔助資料。

以上史書分別涵蓋了各朝統治時期，資料的時間分辨率最高可達年及年以下，記錄內容豐富，作物收成、百姓衣食、自然災害、饑荒疾疫等均記錄在冊，用詞準確嚴謹。

從上述史書中，逐年搜集整理206BC~960AD有關我國農業豐歉的直接和間接證據，共搜集到相關記錄1636條，形成逐年的農業豐歉原始描述記錄。其中，直接證據包括作物收成（豐歉）、溫飽狀況（因災引發的饑荒等），共508條記錄；間接證據包括主要農業災害（水、旱、霜、蟲和雹）、社會民生、糧價及糧食倉儲狀況等，共1128條記錄，其中農業災害記錄901條，其他間接證據227條。在206BC~960AD的1166年中，有記錄的年份851年，占73%,無記錄的年份315年（占27%）。無記錄年份除較為集中于五代時期外，基本均勻分布于各個時期，多為偶有1年或連續2~4年無資料，占無記錄年份的75.8%;連續5年以上無資料的年份占24.2%,相當于206BC~960AD總年份的6.9%,其中連續無資料最長的年限為13年（出現1次，911AD~923AD）、其次為8年（出現3次，3AD~10AD,927AD~934AD和953AD~960AD）。

1.2 逐年的農業豐歉等級劃分

根據中國文字詞匯豐富、語義差別明顯的特點，以及各種直接與間接描述農業豐歉詞匯語義在豐歉程度上的可區分度，共分為6個級別，從1~6級分別代表了從歉收到豐收，分級標準如表1.該分級詞匯的語義，可與1730~1910年（清代）農業收成成數的含表1義相對應（葛全勝和王維強，1992）。

表1

逐年進行農業豐歉評級的具體方法和步驟如下。

第一，依據分級標準逐年等級。對于有記錄的年份，主要依據記錄詞匯反映的農業豐歉程度定級（表1），以直接證據為主，間接證據為輔?？梢愿鶕苯幼C據定級的年份有403年，占總年份的34.6%;可以根據間接證據定級的年份有405年，占總年份的34.7%;兩者合計占總年份的69.3%.其中，有部分證據涉及某個階段或某個皇帝執政期，記錄根據其所涵蓋的年限延展至相關年份；還有少數“累/比/頻/連/仍/久/屢/積年”的記錄，根據語匯含義至少3年以上，延展3年至相關年份，根據延展的直接證據和間接證據定級的年份有134年，占總年份的11.5%.

第二，區域訂正。在依據文字描述定級的過程中，詞匯含義相近的記錄，依據記錄涉及的區域范圍來進一步區分級。兩漢時期，關中是全國經濟重心；魏晉南北朝到隋唐，南方經濟有了較大的發展，經濟重心開始南移，逐步呈現南北經濟并駕齊驅的局面。對于以農為本的古代中國而言，經濟中心區即糧食主產區。不同朝代農業區劃（樊志民，1991）的變化反映了農耕區在全國的地位，決定了不同區域在農業豐歉定級上重要程度的差別。因此，依據各朝農業區劃和農耕區的擴展過程，區分出農業核心區和一般區（表2）。豐歉2級與3級、5級與6級的區分，主要在于記錄對應區域范圍的大小和區域在全國的經濟地位。2級和6級涉及全國（天下/四方）或范圍較廣（核心區域的1/3,多個州或道），3級和5級限于少數區域或者是一般區。

表2

第三，同年內有多條記錄的處理。如果一年中多條證據同屬一個級別，豐歉級別不累積升（降）級；如果同一年內多條證據反映的豐歉性質一致，但是分屬不同級別，按記錄相對較多的級別定級，或按照6級優先于5級、1級優先于2級、2級優先于3級的優先序定級；如果同一年內多條證據反映的豐歉情況不一致，有豐有歉，按記錄相對較多或偏離正常級別較大的類型判定，并將豐或謙級別調低或提高1級。依此標準確定的年份有43年，占總年份的3.7%.

第四，無記錄年份的處理。無記錄的315年（占總年份的27%），可能由于“記異不記?！?也可能是記錄缺失。根據歷史記錄“記異不記?！钡幕驹瓌t，通常按照“平年”處理，定為“4”級。連續3~4年無任何記錄，定其中間的1年為偏豐年（5級），其中57年定為偏豐年份（占無記錄年份的18%,占總年份的4.9%）。連續5年以上無資料的，認為確實存在缺記。對照中國古代戰爭年表（中國軍事史編寫組，2003）及朝代更替表，有2個連續6年無記錄年份（200BC~195BC,598AD~603AD）出現在戰爭多發時期，有1個連續5年（589AD~593AD）、1個連續6年（894AD~899AD）及1個連續8年（3AD~10AD）無記錄年份出現在朝代更替時期；對于上述時段按照每5年中2年為平年（4級）、2年為偏歉年（3級）、1年為歉年（2級）定級；以此標準定級的年份占無記錄年份的9.8%（占總年份的2.7%）。其余的連續無記錄年份，根據歷史豐歉規律，按照每5年中3年為平年、1年為偏歉年（3級）、1年為偏豐年（5級）賦級。

依照上述方法，確定逐年豐歉等級，結果如表3.嚴重歉收年（1級）的重現期為8年一遇，歉收年（2級）、偏歉年（3級）的重現期均約5年一遇，而平年（4級）為3~4年一遇，偏豐年（5級）、豐年（6級）分別為9年、14年一遇。

表3

成書于西漢的《淮南子·天文訓》（編著于公元前140年代）和《鹽鐵論·水旱篇》（編著于公元前50年代）中均提到“三歲而一饑，六歲而一衰，十二歲而一康（荒）”,主要反映了西漢時期的農業豐歉規律。統計西漢時期逐年農業豐歉等級結構（表4），結果顯示：表4嚴重歉收年（1級）的重現期為11年，歉收年（2級）約6年一遇，而偏歉年（3級）約為5年一遇，豐年（5級、6級）分別為7或8年一遇，該比例結構及重現期，與上述文獻記載的糧食豐歉規律大致相當。

與中國現代的糧食生產豐歉對比（鄭景云，1994），由于糧作物種植區域的擴大、作物品種的復雜多樣、農田基礎設施的建設，現代糧食損失成數比古代低，但是，農業豐歉等級的結構分布，古代可與現代對比（表4）。

表4

1.3 10年分辨率的豐歉指數構建與豐歉等級序列重建

為揭示年代際以上尺度的豐歉變化特征，消除逐年豐歉等級年際波動的影響，同時降低連續缺記年份逐年賦值在時間和豐歉狀況上可能存在的不確定性，本文采用基于平年與豐歉年出現年數的比例（相對當量）折算的方法構建了10年分辨率的豐歉指數，在此基礎上重建10年分辨率的豐歉等級序列。

根據逐年農業豐歉等級的評定結果，統計豐歉年的結構構成（表3）。以平年為1,根據平年與豐歉年出現年數的比例關系，折算豐、歉年相對于平年的當量（Ci,其含義是第i類年份每出現1次，平年出現的平均年數），以10年為單位，計算各年代的農業豐歉指數，見公式（1）。

公式1

式中，H為10年豐歉指數，i為逐年豐歉等級（i=1,2,…，6），Ci為i級的豐歉折算當量（表3），Pi為同期10年內各i級的年數。

根據計算得到的豐歉指數值評定每10年相對的豐歉等級，從歉到豐共分為五級（1~5級）。分級的原則，主要是依據豐歉指數的分值頻次曲線，在頻次出現明顯差異的轉折點處確定劃界閾值（圖2），亦是頻次低值點；其次考慮1~5級的年代數量呈正態分布。1~5級的豐歉指數的數值區間分別為[-2.0,-1.4），[-1.4,-0.7），[-0.7,0.4），[0.4,1.4），[1.4,3.1）。該閾值，按照逐年收成成數（1~6級分別取3.5,4.5,6,7,8和9.5）折算，大致分別相當于作物收成4.0~4.6成，4.6~5.5成，5.5~6.5成，6.5~7.6成，7.6~8.9成，每個級別平均收成為4.3,5.2,6.1,6.9和8.2,各級之間相差約0.9成。

1.4 氣候變化與農業豐歉的關系分析

氣候變化通過改變生長季水熱資源條件影響農業生產。目前研究區內尚無可覆蓋研究時段的高分辨率生長季氣溫重建序列，可覆蓋研究時段的高分辨率定量冷暖序列有依據歷史文獻證據重建的過去2000年中國東部冬半年溫度距平序列（Ge等，2003）和利用北京石花洞石筍重建的8月氣溫變化序列（譚明等，1997）。其中冬半年（10月至次年4月）溫度距平（平均值取1951~1980年）序列重建所采用的歷史文獻證據與農業生產密切相關（包括：物候，初終霜日期，柑橘等亞熱帶作物及茶、竹等經濟作物的分布與北界，作物霜災、凍害，農事活動和農作制度的時空分布，等等），分辨率可達30年，部分時段可達10年，其變化與生長季熱量資源的變化存在對應關系，因此，選擇過去2000年中國東部冬半年溫度距平序列反映冷暖變化（Ge等，2003;葛全勝等，2010）。干濕變化選用“過去1500年中國東部干濕比率序列”（Zheng等，2006），該序列是利用中國歷史文獻及器測資料重建的中國東部的干濕比率，分辨率達到年，集成了華北、江淮和江南三個子區域及序列。上述兩個序列在空間上（25°~40°N,105°E以東）基本覆蓋本文的研究區（圖1）。

圖1

將氣候變化（冷暖和干濕）與重建的農業豐歉等級進行比對，探討兩者的關系如下：

（1）溫度狀況與農業豐歉的對比。計算與溫度距平值對應的同期每30年的農業豐歉等級均值，并進一步統計各個溫度距平值對應的農業豐歉等級均值，以此分析溫度狀況與農業豐歉的關系。

（2）干濕狀況與農業豐歉。計算每個年代的干濕指數均值，并計算不同干濕指數區間所對應的豐歉等級均值，以此分析干濕狀況與農業豐歉。

（3）溫濕組合狀況與農業豐歉。綜合考慮溫度和干濕條件，得到不同的氣候組合類型，再與同期的農業豐歉等級進行比對，以此分析不同溫濕組合類型下農業的豐歉差異。

2、討論分析與結果

2.1 西漢至五代農業豐歉變化的基本特征

依據豐歉指數確定的每10年的農業豐歉等級，117個年代中1~5級的年代分別有9個、23個、47個、28個和10個，以一般（3級）年景最多，占40.2%.

206BC~960AD年農業豐歉具有明顯的階段性（圖3），大致可以劃分出3個階段，各階段的農業豐歉等級的結構構成見表5.

圖3

表5

第一階段，206BC~51BC,農業收成整體偏豐為主，豐歉等級的平均值為3.8.豐收年代（4級和5級）比例占53.8%,其中5級年代占34.6%,是整個序列的平均比例（8.6%）的4倍，歉收年代的比例較低，沒有1級年代，偏歉（2級）年代比例只有整個序列平均比例的2/3.

第二階段，50BC~590AD,農業收成整體偏歉為主，豐歉等級的平均值為2.7.歉收年代（1級和2級）比例占到36%、平年占46.8%,均高于整個序列的平均比例（分別為27.3%和40.2%），豐收年代的比例較低，沒有5級的年代。

第三階段，591AD~960AD,農業收成總體偏豐，豐歉等級的平均值為3.4.豐收年代（4級和5級）比例占到51.4%,高于整個序列的平均比例（32.5%）；而偏歉年（2級）和平年（3級）的比例偏低。

在各階段內，存在次一級的豐歉波動，豐或歉的持續時長一般為70~90年或者140~160年（表6）。

表6

2.2 氣候變化對農業豐歉的影響

整體來看，農業偏豐的階段對應于氣候偏暖的時段，農業偏歉的時段對應于氣候偏冷的時段（圖4）。

根據冬半年溫度距平值計算同期每30年的農業豐歉等級均值，并進一步統計各個溫度距平值對應的農業豐歉等級均值（圖4（a））。農業豐歉與氣溫變化，呈正相關關系。根據均值擬合的趨勢線，溫度距平為0℃，豐歉等級約為3,即平年。溫度每升高1.2℃左右，則農業豐歉等級約升高1級，增產0.9成，即溫度升高1℃，糧食增收0.75成。已有的現代農業生產的研究指出：氣溫每變化1℃，各季作物的熟級均可相應變化1級；據我國農業生產的經驗，每相差一個熟級，產量變化約為10%（即1成）（張家誠，1982），其結果相當。

圖4

計算每個年代的干濕指數均值，并計算不同干濕指數區間所對應的豐歉等級均值（圖4（b））。整體來看，農業豐歉與一定范圍內的干濕（干濕指數為-0.85~0.80）有對應關系，呈現濕度適中（干濕指數-0.10~0.35）產量偏豐，偏干、偏濕均減產，且偏干減產幅度大于偏濕。

根據圖4,把溫度距平≥0℃，<0℃分別定義為暖和冷，把干濕指數<-0.1,-0.1~0.35,>0.35分別定義為干、適宜和濕，進而劃分出6種溫濕組合，分別計算各類溫濕組合情況所對應的豐歉等級均值（表7），統計顯示，豐歉等級均值為暖宜>暖濕>冷濕>冷宜>暖干>冷干，即溫暖濕潤的氣候條件更有利于農業豐收。溫暖且降水適宜或偏濕的條件下，豐收（4級和5級）發生率超過62%;而在冷干條件下，歉收和平年（1~3級）發生率達84%.同等降水條件下，暖勝于冷；同等溫度條件下，降水適宜最佳，其次是濕、干。

表7

2.3 冷暖和干濕變化對農業豐歉影響差異的可能機制

對農業生產而言，水熱條件可作資源，也可致災害，嚴重影響著農業豐歉。依據土地生產潛力及作物生長機理，區域農業生產有其適宜的氣溫和降水范圍，在此范圍內，氣候作為資源是農業生產的基礎；超出其適宜范圍及適應能力的氣候異變，則會形成氣象災害，造成農業生產損失（歉收），變異程度越大（極端干濕或冷暖），意味著災害強度及災害損失越大。中國人多地少，對土地和氣候資源的利用常趨極致。季風氣候下，中國農業生產面對的突出問題是熱量資源不足導致的冷凍災害和降水過少或過多導致的旱、澇災害。

受限于熱量資源的不足，長期以來各地區通過改革耕作熟制、充分利用熱量資源以達增產目的。氣溫的升高，不僅使得積溫和生長天數增加，還使得冷害頻次減少，有利于改善農作物生長的熱量條件，挖掘糧食增產潛力和提高作物產量及生產穩定性。因此，溫度變化與糧食豐歉存在正相關關系（圖3）。溫度對我國農業生產的不利影響主要在相對低溫環境，偏冷時段與霜災和凍害相對嚴重是彼此對應的（鄭景云等,2005），溫度距平為負值的階段（比如170BC~160BC,270AD~300AD,540AD~560AD,680AD~700AD,740AD~760AD,780AD~830AD），糧食歉收；而變暖可增加我國的熱量資源，因變暖發生熱害的影響微乎其微。

我國季風氣候下的降水常趨極端，降水適量的情況下作為資源被利用，而降雨多或少對于農業生產都會產生不利影響：降水少以發生旱災為主，降水多則以發生水災為主，水旱災害均可造成減產，因此，在偏干或偏濕的階段（比如320AD~380AD,630AD~700AD,760AD~780AD和830AD~850AD），糧食多為歉收。

2.4 不確定性分析

基于歷史文獻定性資料構建的農業豐歉序列，尚存在一定的不確定性。首先，逐年的豐歉定級中，對于多條記錄和無記錄年份的處理，存在一定的主觀性。其次，每10年中無記錄年份的多少會影響到年代豐歉指數及定級的準確性。其中，每10年中有5個無記錄年份的年代有10個，每10年中有5個以上無記錄年份的年代有9個，合計占所有年代的16%.上述年代，主要分布在西漢和五代。

在氣候變化與農業豐歉關系的分析中，存在對應關系不顯著的階段，可能存在兩方面的原因。一方面，可能是由于氣候變化及組合條件存在區域差異。相關研究結果顯示，溫度與降水年際變率之間的關系，構成比較復雜的區域分布型式，相關系數的符號也不一致（鄭斯中和馮麗文，1985），東部的南北方干濕存在反位相的躍變格局（張德二等，1997），因此，會導致不同地區的農業豐歉變化不同。另一方面，除了氣候因素，土地制度、動亂和戰爭等因素對農業生產、產量造成的重要影響也是不可忽略的，而本文中沒有進一步分析。

3、結論

本研究探討了基于歷史文獻定性資料、量化糧食生產豐歉等級的方法。通過搜集與農業豐歉有關的作物收成、溫飽狀況、農業災害、糧價及倉儲、民生等記錄，依據詞意分級及其影響區域范圍，進行逐年農業豐歉定級。逐年定級的豐歉年重現期，與西漢時期文獻記載和現代糧食產量統計顯示的農業生產規律一致。進而根據豐歉等級結構確定豐歉指數，進行每10年的農業豐歉等級評定，從1~5級分別對應從歉到豐的糧食生產狀況。

依據上述方法，重建了西漢至五代（206BC~960AD）10年分辨率的農業豐歉序列。該序列豐收、平收和歉收對應的收成約6.5~8.9成，5.5~6.5成，4.0~5.5成，構成的年代比例分別為32.5%,40.2%,27.3%.

該序列可劃分為3個階段：偏豐（206BC~51BC），偏歉（50BC~590AD），偏豐（591AD~960AD），分別對應中國歷史上的西漢中前期、西漢末至南北朝、隋唐時期。

本研究嘗試解釋溫度和干濕對于糧食豐歉產生不同影響的機理。豐收通常對應著氣候溫暖、降水適宜或偏濕的條件，而歉收則多為冷干的氣候條件。由于中國東部季風氣候區有限的熱量條件，農業豐歉與氣溫具有正相關關系，溫度升高1℃，糧食增收約0.75成，因此，暖期多帶來豐收，而冷期多導致歉收。

中國氣候高降水變率的特點，使得只有降水適量時有利于農業生產，而降水偏多或偏少形成水災或旱災，均對農業生產產生不良影響。（圖標略）