中國(guó)區(qū)域運(yùn)氣學(xué)說適宜性研究(Ⅱ)
——寒熱氣候

王毅榮，伏芬琪，張尚祖，金榮花，陳祺，方峰，羅漢，龐朝云，丁瑞津

(1.中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所,甘肅省干旱氣候變化減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省人工影響天氣辦公室，甘肅 蘭州 730020；3.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730022；4.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730019；5.國(guó)家氣象中心，北京 100081)

運(yùn)氣學(xué)說最早記載于《黃帝內(nèi)經(jīng)》，創(chuàng)造性提出人體發(fā)病與自然氣候之間存在著密切關(guān)系。同時(shí)，運(yùn)氣學(xué)說也是一套完整的醫(yī)學(xué)氣候預(yù)測(cè)模型，利用該模型進(jìn)行簡(jiǎn)單實(shí)用的推演，使得人們能夠預(yù)測(cè)年、季等不同時(shí)間尺度寒暑熱火等邪氣演變，進(jìn)而對(duì)自然界的氣象變化和疾病的流行作出預(yù)測(cè)。如在《黃帝內(nèi)經(jīng)·氣交變大論篇》中，岐伯指出：“炎暑流行，金肺受邪；寒氣流行，邪害心火。”“民病瘧，少氣咳喘，血溢血泄注下，嗌燥耳聾，中熱肩背熱?！被颉懊癫∩頍釤┬模昙拢庁噬舷轮泻?、譫妄心痛，甚則腹大脛腫，喘咳，寢汗出憎風(fēng)。”在近2 000多年的醫(yī)療實(shí)踐中，運(yùn)氣學(xué)說展示出了極高的實(shí)用價(jià)值[1-3],近年來對(duì)運(yùn)氣學(xué)說(理論)的研究大多集中于局地或應(yīng)用[4-7]，加之我國(guó)各地氣候復(fù)雜多樣[8-10]，對(duì)我國(guó)全區(qū)時(shí)空代表性不強(qiáng)，有必要從更大時(shí)空尺度上加以研究及改進(jìn)。在六淫邪氣中，寒熱邪氣是最為頻發(fā)的一種[11-12]，基于我國(guó)寒熱邪氣時(shí)空演變特征，對(duì)運(yùn)氣學(xué)說寒熱氣候的適宜性予以研究，得到一些很有價(jià)值的結(jié)果，證實(shí)了運(yùn)氣學(xué)說繼承和發(fā)揚(yáng)的科學(xué)必要，體現(xiàn)中醫(yī)宏觀整體思維方法應(yīng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[13-14]。

1 材料與方法

1.1 材料

本文選取了分布在我國(guó)的，氣象記錄年代延續(xù)最長(zhǎng)的83個(gè)氣象觀測(cè)站，收集并整理了55年(1951—2005年)間近地面大氣溫度逐日實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料。

1.2 方法

為提取氣象要素場(chǎng)時(shí)空變化特征，采用自然正交分解函數(shù)(empirical orthogonal function,EOF)和旋轉(zhuǎn)自然正交分解函數(shù)(rotate empirical orthogonal function,REOF)方法對(duì)全國(guó)長(zhǎng)期近地面溫度時(shí)空?qǐng)鎏卣鬟M(jìn)行分解刻畫，該方法有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)[15]；為分析寒熱過程的復(fù)雜性，計(jì)算大氣溫度序列分形維數(shù)D (Fractal Dimension)[16]，其大小反映了次區(qū)域寒熱變化過程線形態(tài)復(fù)雜程度。

以大寒日為年度起始分界日，對(duì)83站(氣象觀測(cè)站)55年的氣溫(剔去線性趨勢(shì))年距平序列資料進(jìn)行EOF和REOF分解。以氣溫的正負(fù)距平劃分熱寒，將正距平定義為熱年(偏熱)，負(fù)距平定義為寒年(偏冷)。

大運(yùn)是主管每年全年氣候變化的歲運(yùn)，又名中運(yùn)、歲運(yùn)，大運(yùn)有太過與不及。每年的年號(hào)凡逢天干甲和己年，大運(yùn)都屬于土運(yùn)，從土運(yùn)開始依次各年按天干五行順序排列。

將公元記年轉(zhuǎn)為甲子記年，如1951年記為辛卯年，依次按天干地支組合排列。歲運(yùn)的計(jì)算依據(jù)《素問·天元紀(jì)大論》“甲己之歲土運(yùn)統(tǒng)之，乙庚之歲金運(yùn)統(tǒng)之，丙辛之歲水運(yùn)統(tǒng)之，丁壬之歲木運(yùn)統(tǒng)之，戊癸之歲火運(yùn)統(tǒng)之?！薄皻q火太過炎暑流行，歲水太過寒氣流行；歲火不及寒乃大行，歲金不及炎火乃行。”(《素問·天氣交變大論》)和歲運(yùn)太過與不及和五行生克關(guān)系，定義值年大運(yùn)與寒熱氣候(見表1)，為便于計(jì)算，將歲運(yùn)寒熱序列中熱年記為1，寒記為-1。1951—2005年間的寒熱序列構(gòu)成了一個(gè)容量為55(55年)的取值為1或-1數(shù)字序列，簡(jiǎn)稱為值年熱寒序列。

表1 值年大運(yùn)與對(duì)應(yīng)熱寒

2 結(jié)果

2.1 寒熱一致性

55年氣溫(已剔去線性趨勢(shì))距平的第一空間型EOF1方差貢獻(xiàn)51%，明顯高于其它空間型，EOF1及其主分量(PC1)反映出全國(guó)氣溫場(chǎng)演變的最主要特征。年氣溫距平EOF1揭示寒熱時(shí)空演變最主要特征是，我國(guó)寒熱邪氣最容易在黃淮流域地區(qū)體現(xiàn)出來，該區(qū)域是我國(guó)心肺最易受邪的地區(qū)；PC1曲線反應(yīng)了我國(guó)寒熱的年際趨勢(shì)變化，在1951—2005年間，1988年之前以寒邪為主，之后以熱邪為主；寒熱邪氣演變存在寒邪減弱、熱邪加重的趨勢(shì)，則心火受邪不斷減輕，肺金受邪趨向加重。

PC1與歲運(yùn)寒熱序列間相關(guān)系數(shù)為0.272(在a=0.05水平上相關(guān)顯著)，表明了五運(yùn)概括了我國(guó)寒熱演變的主要規(guī)律。大運(yùn)年推算的寒熱年與實(shí)測(cè)一致則記為正確，則全國(guó)83站55年正確率為60.2%，89%的站點(diǎn)正確率在56%以上；若按氣象評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(預(yù)測(cè)與實(shí)況趨勢(shì)一致或相反趨勢(shì)距平不超過0.5 ℃)計(jì)，準(zhǔn)確率達(dá)到86.6%。寒熱正確率存在地域差異，大致是華南地區(qū)和西北東部地區(qū)相對(duì)較高，西南等地相對(duì)較低。

五運(yùn)寒熱與東部區(qū)(1區(qū))相關(guān)性最高(表2)，我國(guó)中部區(qū)(2區(qū))相對(duì)較低，西部區(qū)(3區(qū))幾乎不相關(guān)；與六氣相關(guān)程度很低。

表2 RPC主分量與五運(yùn)六氣熱寒序列相關(guān)系數(shù)

2.2 寒熱復(fù)雜性

在五運(yùn)寒熱年基礎(chǔ)上，綜合六氣“子午之歲，上見少陰；丑未之歲，上見太陰；寅申之歲，上見少陽(yáng)；卯酉之歲，上見陽(yáng)明；辰戌之歲，上見太陽(yáng)；巳亥之歲，上見厥陰。厥陰之上，風(fēng)氣主之；少陰之上，熱氣主之；太陰之上，濕氣主之；少陽(yáng)之上，相火主之；陽(yáng)明之上，燥氣主之；太陽(yáng)之上，寒氣主之?！敝?，構(gòu)成五運(yùn)六氣寒熱年序列與氣溫PC1間相關(guān)系數(shù)反而下降，55年正確率為52.3%，正確率在56%以上站點(diǎn)降到20%?？梢?，寒熱演變就全國(guó)整體而言六氣不夠適宜，體現(xiàn)出寒熱演變的區(qū)域復(fù)雜性。

分維數(shù)D值大小反映出變化過程線形態(tài)復(fù)雜程度，主要反映的是相鄰峰谷差的平均變化。平均峰谷差越大，則過程線的起伏越大，過程線越復(fù)雜，表現(xiàn)在過程線局部峰谷變化頻繁、峰谷落差大。采用rk=2k(k=0,1,2,3)作為時(shí)間序列度量的特征線度計(jì)算，得到全國(guó)1951—2005年間候氣溫分維數(shù)D，總體上D值由東南向西北遞減，越過黃河河套向西地域分布變得凌亂，表明我國(guó)寒熱年際變化由東南向西北變化幅度加劇、寒熱行為愈趨復(fù)雜。

2.3 寒熱地域性

從年氣溫距平的EOF1概括了51%方差(1951—2005年)，也反映出我國(guó)氣溫變化還存在著地域性差異。因此，利用REOF分解將空間相關(guān)程度高的區(qū)域劃分在一起，前3個(gè)空間型統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著，解釋了總方差的80%。依據(jù)空間模態(tài)分布中數(shù)值大小反映出區(qū)域內(nèi)相關(guān)程度，大值區(qū)域內(nèi)相關(guān)程度最高。第1空間模REOF1解釋了38.24%方差，數(shù)值大值區(qū)在我國(guó)東北地區(qū)，構(gòu)成了一個(gè)高相關(guān)典型區(qū)，簡(jiǎn)稱為東部區(qū)；第2空間模REOF2解釋了31.22%方差，大值區(qū)在我國(guó)中西部地區(qū)，構(gòu)成了一個(gè)高相關(guān)典型區(qū)，簡(jiǎn)稱中部區(qū)；第3空間模REOF3解釋了11.02%方差，大值區(qū)在我國(guó)最西部，構(gòu)成了一個(gè)高相關(guān)區(qū)域，簡(jiǎn)稱西部區(qū)。

2.4 寒熱邪氣演變

以沈陽(yáng)、西安和烏魯木齊等分別代表1～3區(qū)，研究各次區(qū)域寒熱時(shí)間分布特征。從55年總體氣候態(tài)來看，沈陽(yáng)、西安和烏魯木齊代表站的氣溫曲線形態(tài)十分相似，各地暑熱冬寒(冷)特征突出，4月初—10月底以熱邪為主(平均氣溫高于歷年平均)，其余時(shí)段寒邪為主。寒熱變幅烏魯木齊最大，西安變幅最小，可見東北區(qū)、中部區(qū)、西部區(qū)都是夏季肺金易受邪，冬季心火易受邪；其中烏魯木齊區(qū)域熱寒邪氣都較重，西安區(qū)域寒熱邪氣相對(duì)較輕，沈陽(yáng)介于二者之間。

圖1給出1～3區(qū)REOF的時(shí)間系數(shù)(RPC)序列(含六階主旨函數(shù))及其小波分析，六階主旨函數(shù)與原序列在a=0.01水平上相關(guān)顯著。

圖1 沈陽(yáng)(a)、西安(b)和烏魯木齊(c)區(qū)域時(shí)間系數(shù)RPC序列(左)及其小波分析(右)

圖中可見，東部區(qū)(圖1a)寒熱階段交替出現(xiàn)、波動(dòng)較大；振蕩在1960年代以15年周期為主，2000年代周期不明顯，其余時(shí)段以準(zhǔn)5年周期為主；1988年之前以寒邪為主，1970年代最盛，心火易受邪；1988年之后熱邪為主，肺金易受邪。可見，寒熱邪氣演變的短周期、長(zhǎng)周期和階段性與“五運(yùn)”周期一致性程度高。

中部區(qū)(圖1b)大致寒熱2階段、波動(dòng)較??；振蕩以2～3年為主，在1980年代以前15～16年長(zhǎng)周期也比較明顯；1993年之前寒邪流行，心火易受邪；1993年之后熱邪為主，肺金易受邪。可見，寒熱邪氣演變的短周期、長(zhǎng)周期和階段性與“五運(yùn)”周期比較接近。

西部區(qū)(圖1c)寒熱邪氣交替頻繁、波動(dòng)較大，振蕩1970年代以10年期為主，其余時(shí)段以準(zhǔn)8年周期為主；1950年代寒邪最重，1970年代、1980年代中初期寒邪較重，期間心火易受邪；其余時(shí)段以熱邪為主，肺金易受邪?？梢姡疅嵝皻庠?970年代振蕩和階段性與“五運(yùn)”周期接近，其余時(shí)段不一致。

由此可見，三個(gè)次區(qū)域寒熱演變時(shí)段內(nèi)存在的準(zhǔn)5年、10年和15年振蕩周期，與運(yùn)氣學(xué)說中“五運(yùn)”基本周期(5年)是相一致，同時(shí)寒熱也存在著周期不明顯或周期遠(yuǎn)離5年的階段。

準(zhǔn)2～3年和8年較之于“五運(yùn)”基本周期(5年)存在著“過或不及”，需要進(jìn)一步訂正；運(yùn)氣學(xué)說中用“六氣從化、主客加臨、司天在泉”等思想予以修正。

給出1～3區(qū)REOF的時(shí)間系數(shù)(RPC)序列和修訂五運(yùn)六氣逐年修正寒熱(熱為1，寒為-1)對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于東部區(qū)，將值年大運(yùn)中陰火寒年修訂為熱年(木生火，歲火不及修訂為歲火太過)；對(duì)于中部區(qū)，土生金、土克水，故將值年大運(yùn)中陰金、陰水年熱修訂為寒；對(duì)于西部區(qū)，本地金使弱金加強(qiáng)，金生水使弱水加強(qiáng)，故將值年大運(yùn)中陰金和陰水年熱修訂為寒年；由此，相關(guān)程度顯著水平再次提高，中部地區(qū)提高最為明顯，成為比較適宜(表3)。五運(yùn)六氣與各區(qū)相關(guān)程度明顯差異表明了，五運(yùn)理論東部區(qū)最適宜，運(yùn)氣學(xué)說成書與流行于中原地區(qū)有一定的道理。

表3 RPC主分量與修正后五運(yùn)、六氣熱寒序列相關(guān)系數(shù)

即按六氣從化、主客加臨、司天在泉等予以修正，五行觀點(diǎn)認(rèn)為五方主氣不同，如西方燥金、東方風(fēng)木、南方火熱、北方寒水、中央濕土等，而五行之間又存在生克制化關(guān)系，結(jié)合逢陽(yáng)的干年為太過，逢陰的干年為不及。太過即主歲的歲運(yùn)旺盛而有余，為本氣流行；不及即主歲的歲運(yùn)衰少而不足，克己之氣流行；《素問·天氣交變大論》“歲火太過炎暑流行，歲水太過寒氣流行；歲火不及寒乃大行，歲金不及炎火乃行?！焙汀白游缰畾q，上見少陰；丑未之歲，上見太陰；寅申之歲，上見少陽(yáng)；卯酉之歲，上見陽(yáng)明；辰戌之歲，上見太陽(yáng)；巳亥之歲，上見厥陰。厥陰之上，風(fēng)氣主之；少陰之上，熱氣主之；太陰之上，濕氣主之；少陽(yáng)之上，相火主之；陽(yáng)明之上，燥氣主之；太陽(yáng)之上，寒氣主之。”及“少陰司天，熱淫所勝，怫熱至，火行其政……少陽(yáng)司天，火淫所勝，則溫氣流行?！?《素問·至真要大論》)訂正之后，顯著水平再次提高，相關(guān)程度提高到顯著水平，通過a=0.05水平信度檢驗(yàn)，達(dá)到適宜水平。

3 結(jié)論和討論

3.1 地域差異

從55年間我國(guó)寒熱演變存在東部區(qū)、中部區(qū)和西部區(qū)等3類高相關(guān)典型區(qū)，我國(guó)寒熱邪氣演變由東南向西變化幅度加劇、或寒或熱行為愈趨復(fù)雜；變幅西部區(qū)最大，中部區(qū)變幅最小，東北區(qū)介于二者之間。

3.2 周期特征

東部區(qū)寒熱階段交替出現(xiàn)、波動(dòng)較大；振蕩在1960年代以15年周期為主，2000年代周期不明顯，其余時(shí)段以準(zhǔn)5年周期為主；1988年之前以寒邪為主，1970年代最盛，心火易受邪；1988年之后熱邪為主，肺金易受邪；寒熱邪氣演變的短周期、長(zhǎng)周期和階段性與“五運(yùn)”周期一致性程度高。

中部區(qū)振蕩以2～3年為主，在1980年代以前15～16年長(zhǎng)周期也比較明顯；1993年之前寒邪流行，心火易受邪；1993年之后熱邪為主，肺金易受邪；寒熱邪氣演變的短周期、長(zhǎng)周期和階段性與“五運(yùn)”周期比較接近。

西部區(qū)振蕩1970年代以10年期為主，其余時(shí)段以準(zhǔn)8年周期為主；1950年代寒邪最重，1970年代、1980年代中初寒邪較重，期間心火易受邪；其余時(shí)段以熱邪為主，肺金易受邪；寒熱邪氣在1970年代振蕩和階段性與“五運(yùn)”周期接近，其余時(shí)段不一致。

三個(gè)次區(qū)域寒熱演變時(shí)段內(nèi)存在的準(zhǔn)5年、10年和15年振蕩周期，與運(yùn)氣學(xué)說中“五運(yùn)”基本周期(5年)是相一致，同是寒熱也存在著周期不明顯或周期遠(yuǎn)離5年的階段。

3.3 “運(yùn)氣”修正

五運(yùn)推演寒熱準(zhǔn)確率較高，全國(guó)83站55年正確率為60.2%，89%的站點(diǎn)正確率在56%以上；單純六氣推演在我國(guó)大部地方不夠適合。準(zhǔn)2～3年和8年較之于“五運(yùn)”基本周期(5年)存在著“過或不及”，利用“六氣從化、主客加臨、司天在泉”等思想予以修正后效果大幅改善，都成為適宜區(qū)，其中全國(guó)東部區(qū)最適宜，中部區(qū)次之，西部最差。

值年大運(yùn)學(xué)說中的五年周期與我國(guó)熱寒氣候演變準(zhǔn)5年振蕩周期十分一致，是運(yùn)氣學(xué)說概括了我國(guó)熱寒氣候演變最主要、最基本規(guī)律的內(nèi)在根源；寒熱氣候演變中的準(zhǔn)2～3年和8年較之于“五運(yùn)”基本周期(5年)存在著“過或不及”，是“六氣從化、主客加臨、司天在泉”等思想存在的必然要求。予以修正后效果大為改善，在我國(guó)的地域適宜性大幅提高，但存在著難以量化和缺少氣候趨勢(shì)分析的不足，需要大力發(fā)掘加以提高。