1635—1643年中國群聚性災害的時空演進與氣候背景*

高興，李鋼，2，王星星，王爍，汪宇欣，張翠玲

1. 西北大學城市與環境學院/陜西省地表系統與環境承載力重點實驗室，陜西西安 710127

2. 黃土與第四紀地質國家重點實驗室，陜西西安 710061

作為農業大國，中國的歷史發展受自然災害影響深遠［1］。在全球變暖的背景下，未來會面臨更多極端天氣與自然災害，經濟發展與社會穩定將迎來更多挑戰［2］。旱災、澇災、蝗災作為歷史上的三大自然災害，對農業生產危害甚重，常造成社會動蕩甚至對朝代更迭推波助瀾［3］。關注歷史上的群聚性災害尤其是罕見的嚴重災異事件，探究其時空演進特征及各災種間的相互關聯，對災害防控與生態保護具有重要意義［4］。

17 世紀上中葉處于明清小冰期相對寒冷的階段，是災害頻發和社會動蕩的時期［5］。急劇降溫伴隨著頻繁的自然災害，尤其是1635—1643年旱、蝗、饑、疫等災害集中暴發，造成極大的社會影響，這是一次典型的極端群聚性災害事件，各災種的群聚性時空分布特征和內部關聯值得深入解析。

正史、地方志、日記等歷史記錄對歷史環境變遷和歷史災害研究至關重要，為現代統計學方法的應用提供了數據基礎。有學者依據史料對崇禎末年極端干旱的空間格局、旱情程度（降水）進行了估算，認為該階段處于華北地區500年來最干旱的時期［6］，甚至威脅華東［7］、西北［8］、東北［9］多個省份。極端旱災往往伴隨著嚴重的蝗災暴發［10］，滿志敏曾對崇禎末期蝗災的時空分布特征進行探討，提出了填空、扇形等擴散模式［11］，但缺乏對各災種群聚特征的挖掘。為此，本研究依據歷史文獻記載，結合數理統計方法與空間分析技術，以旱災、蝗災為主線復原1635—1643 年群聚性災害的時空演進過程與相互關聯，識別核心災區，揭示氣候背景，以期為當前防災減災工作提供歷史參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

依據持續完善的中國歷史蝗災數據庫整理出明末蝗災記錄，通過《中國蝗災史》［12］對蝗災記錄校核補充，結合文獻［13］篩選出1635—1643年有關旱災、蝗災、饑荒、疫災事件的歷史記錄。經過重復剔除、古今地名對照與校對等系統整理，以縣（底圖來源于國家基礎地理信息中心發布的1∶100 萬矢量地圖）、年為時空單元建立我國該時期災害數據庫，包含發災時間、受災縣域、災情描述、災害等級等條目，共計767 條蝗災記錄，930 條旱災記錄，348 條疫災記錄以及865 條饑荒記錄。

1.2 災害等級

根據歷史文獻文字描述，采用語義分析確定災害等級來衡量災情的方法，已廣泛應用于歷史災害研究中［14-16］。結合定性與定量分析，根據不同災種的持續時長、受災范圍、對農業生產的破壞程度或對人與社會的影響，將旱災與蝗災的發生劃定為4個等級，即Ⅰ級輕災，Ⅱ級中災，Ⅲ級大災，Ⅳ級重災（表1）。

表1 歷史旱災、蝗災等級劃定標準Table 1 The classification standard of historical drought and locust plagues

1.3 研究時段

明代崇禎末期，我國中東部發生了持續十余年的旱情，伴隨同期發生的蝗災、饑荒、瘟疫，各種災害集中暴發嚴重影響了生態與社會系統的穩定。其中，1635—1643 年間旱災、蝗災最為嚴重，因此將該階段確定為研究時段，繪制各災種受災縣次圖（圖1）。各災種逐年受災縣次均呈現單峰型“快增慢減”的態勢，在1639—1640 年一年內災害群發，其中旱災與饑荒波及的范圍最廣，僅1640年受旱災和饑荒影響的縣次就接近300。蝗災盛行于1638—1641 年，在這個階段平均每年有150個縣次受災。而疫災在1641年災情最重，涉及174個縣次。

圖1 1635—1643年群聚性災害受災縣次Fig.1 Counties affected by clustering disasters during 1635-1643

1.4 空間自相關分析

針對要素位置和屬性特征的空間自相關，指通過統計方法計算空間單元之間的相關性程度，即衡量不同觀察對象的相同屬性在空間上的相互關系。計算公式為

Moran 指數I的取值范圍在-1～1 之間。當I＞0 時，表示正相關；當I ＜0 時，表示負相關。I值越接近-1 或1，表示相關性越高。Sij=（xi--x）（xj- -x）是相鄰空間單元的屬性值與總體均值之差的叉積，代表不同空間單元屬性的相似程度，Wij為要素i與j的權重。δ2為總體方差，計算公式為

式中E(I),var(I)分別為I值的期望與方差。當Z＞0時，表示空間對象呈聚集狀態；Z＜0 時，呈分散狀態；Z=0時，呈獨立隨機狀態。

2 群聚性災害時空演進過程

2.1 旱災演進過程

1635—1643 年旱災受災縣次空間演化見圖2。1635 年，河南、河北、陜西、安徽等11 個省份相繼出現旱情，史料記載河北肥鄉“三月大旱”，陜西戶縣“歲大旱”等，各地以Ⅰ級旱情為主，河南、安徽多縣受災，豫北局部出現Ⅳ級大旱。1636 年，長江下游旱情明顯加重，尤其是江西、浙江兩省，多為Ⅱ級旱情。陜南、豫南部分地區也受影響，史料中有“大旱，熱且久，自五月至七月，雨不及寸”“旱，不雨”“大旱，饑”等描述。1637 年，災情稍緩，但冀魯豫多地仍“夏旱無麥”，關中出現Ⅱ級旱災造成“秋禾無收”，閩粵贛三省交界處部分地區同樣出現Ⅰ、Ⅱ級旱情。1638 年，旱情整體加重，受災地區集中在黃河中下游與長江下游。河南密縣、山東平原縣等地出現Ⅱ級干旱，陜北、晉中出現秋旱，蘇浙皖交界20 個縣出現Ⅰ、Ⅱ級旱情，海南瓊海縣、儋縣出現秋旱。史料記錄“不雨，麥未播種”“亢旱，禾枯糧盡”等。1639 年，華北地區受災面積顯著增加，以黃河下游為主。河北、河南兩地近40 個縣受災，以Ⅱ、Ⅲ級為主，個別地區甚至出現Ⅳ級，造成嚴重社會影響，史料記載河北雄縣“連年大旱、人相食”。春夏兩季山東多地出現Ⅱ級旱災，蘇浙皖災情較上年有所緩解。1640 年，受災范圍急劇擴大，災害等級迅速上升，全年多達295個縣域受災，形成了北至河北，西至隴東，南至長江下游的三角形災區。河北、山東、河南、山西大面積持續干旱，多地“干旱不雨”持續至次年夏，災情以Ⅱ、Ⅲ級為主，史料記載河南襄城“大旱，禾草俱枯”。關中平原及甘肅東部受災范圍較小但旱情不輕，以Ⅲ級嚴重干旱為主。蘇浙皖地區不僅受災范圍廣，旱情也較重，多地出現Ⅳ級干旱。在有災情記錄的295 個縣中，Ⅱ級發生縣次137，占46.4%，Ⅲ級嚴重發生縣有102 個，占34.6%，44 個縣遭受Ⅳ級干旱，占14.9%。整個黃淮海平原受旱情籠罩，1640 年也成為明末旱災最嚴重的一年。1641 年，旱情在東部地區分異為黃河下游、長江下游地區兩部分。河北、山東、河南的旱情較上年減弱，以Ⅱ、Ⅲ級旱災為主，關中及甘肅東部已好轉。長江下游干旱仍舊持續，江蘇、浙江、安徽受災較重，史料記載“旱，有麥無禾，河枯”“是年復旱，湖水涸”等。1642 年，大部分地區的旱情基本結束，僅河北南部、長江中下游沿岸部分地區殘留旱情，多為Ⅰ級。1643 年，大范圍旱情告停，僅湘贛及長江下游仍有殘余。總體來看，此次大旱持續時間長，涉及范圍廣，以黃淮海平原受災最重，長江中下游次之，最后是關中。

綜合看來，1635—1643 年我國東部持續干旱，山東、河南、河北、陜西、山西、甘肅、安徽、江蘇等18 個省份不同程度受災，殃及295 個縣域，旱情極重。其中，1640 年旱情最重，幾乎覆蓋了華北平原、長江中下游平原及關中平原，甚至波及至云貴高原。分階段看，1635～1637 年處于波動期，旱災涉及縣數由37 增長至72，其后又稍顯緩解。1638 年后受災范圍顯著擴大，至1640 年全面暴發，受災范圍與災情等級達到頂峰。1641—1643 年，災情減退，1642 年受災范圍減少至45縣，得到較大改善。1644 年雖有增長，但大范圍內的旱災已基本結束。

2.2 蝗災演進過程

旱災同期蝗災大發，史稱“明崇禎大蝗”，繪制逐年蝗災縣次分布圖（圖3）。1635年，今北京、河北、陜西、河南等地相繼暴發蝗災，其中河南發生區域最廣，約占總發生面積的一半，以Ⅱ級災害為主。1636 年，受災區域與上年差別不大，多Ⅱ級蝗災，南北稍有延伸。北至渤海灣，南至湖南中部。陜晉豫三省交界受災最重，河北、山東、江蘇等地亦有零散分布。1637 年，蝗災發生縣數增至52，主要分布于渭河平原與黃淮海平原，關中、冀魯豫受災較重，河南多地暴發Ⅲ級蝗災。同時珠江流域出現了輕度蝗災，寧夏北部、江蘇南部亦有發災，受災范圍開始擴散。1638 年，蝗災發生縣數呈爆發式增長，災區進一步擴散且等級加劇，Ⅲ級災害增多。關中災區與黃淮海災區連成一片，自渭河上游至膠東半島，災區東西綿延近1 500 km，向西甚至已蔓延至河西走廊。長江下游出現集中暴發，蘇皖湖泊密集區與入海口受災較重。以河南省災情最為嚴重，受災縣數高達43，其次為山東、江蘇。1639 年，受災區域與上年大致相同，黃淮海平原受災更加密集。陜北出現零星分布，長江三角洲的蝗災向西、南繼續蔓延，四川盆地已輕微受災。1640 年，關中受災緩解，黃淮海平原成為核心災區，Ⅲ、Ⅳ級蝗災發生顯著增多，北至灤河下游，南抵長江下游，一片赤野，從波及縣數及災害等級看，此次大蝗在這一年發展至頂峰。1641 年，發災縣數有所減少，受災區域已收縮至黃河、長江兩河下游等水源較豐富的區域。河南南部、山東大部等相對較旱地區受災明顯減弱，總體表現出消退趨勢。1642 年，受災面積顯著減少，只有24 個縣域發生蝗災，零星分布于海河、黃河、長江下游，均為Ⅰ級災害。1643 年，大規模的蝗災已經消亡，至此持續多年的崇禎大蝗終告結束。

圖3 1635—1643年蝗災空間演化Fig.3 Evolution of locust plagues during 1635-1643

此次崇禎大蝗事件，受災區域之廣、持續時間之長歷史罕見。蝗災高發區域為黃淮海平原及長江下游地區，與旱災重災區基本一致，起于黃淮海平原，極盛時甘肅、內蒙古、四川，甚至海南等地均不同程度受災。在發展過程中，存在較為明顯的受災核心由北向南逐漸移動的過程，短時間內蔓延至關中平原與長江下游，尤其是蘇皖湖泊密集區成為本次蝗災事件的重災區。

繪制旱、蝗累計災害等級分布圖（圖4），計算標準化橢圓明確核心災區。可以發現，旱災、蝗災分布均表現出顯著的空間異質性，高發區域較為一致，均聚集黃淮海平原與長江下游地區，主要包括河北、山西、河南、山東、江蘇、安徽及陜西、湖北、江西、浙江的部分地區。旱災分布存在兩個核心災區，一是黃淮海流域，包括河北、河南、山東、江蘇等，二是長江下游沿線以及太湖、鄱陽湖等濱湖一帶。蝗災分布相對集中，主要聚集在黃河下游沿線，體現出顯著的“水緣性”特征，集中分布在河網密布、湖泊眾多的平原地區。

圖4 1635—1643年旱災和蝗災累計災害等級分布Fig.4 Distribution of accumulated ranks of drought and locust plagues during 1635-1643

2.3 饑荒、瘟疫、戰爭時空特征

旱情的迅速擴張，使東部大部分地區尤其是河南、山東、河北等地糧食產量嚴重不足，同時蝗災的大規模暴發加劇了糧食的減產甚至絕收，進而產生大范圍饑荒。統計結果表明，1640 年和1641年是暴發饑荒縣次最多的年份，分別有286和208 個縣次受災，對應旱災和蝗災最嚴重的兩年。華北平原與長江中下游平原是我國最重要的糧食產地，嚴重的饑荒使災情從減產區蔓延至存在糧食供應或依賴關系的其他地區。此次饑荒涉及范圍甚廣，河南、江西、浙江、山東、安徽等省份均不同程度受災，部分地區竟上演“父子、兄弟、夫妻相食”“樹皮食盡，發瘞胔以食”的人間慘劇。

由于旱蝗肆虐糧食減產造成的生活水平下降，惡劣的自然環境與低下的衛生醫療條件為疫情的產生與擴散提供了條件。明代最嚴重的瘟疫暴發于崇禎年間，其中1641 年疫情最重，受災縣次達174。隨著旱災與蝗災的逐漸消退，疫情隨之緩解，1641 年受災縣次已降至45。在空間分布上，河北、山西、山東、河南等省份受災較重，與旱災與蝗災重災區一致。

民不聊生勢必造成社會動蕩，在1635—1643年期間，共發生大小30 余次戰爭，在1641—1643年顯著增多，對應了旱災與蝗災的高發時段并體現出持續影響。其中，以李自成、張獻忠等農民起義為主，多位于河南、安徽、湖南、湖北、陜西等地。另外，清軍南下，改朝換代已不可避免，持續多年的自然災害、農民起義與外敵入侵造成社會動蕩，內憂外患使明政權迅速走向滅亡，百姓長期生活在水深火熱之中。據本文統計，大部分蝗災都會引起禾稼受損、糧食歉收，進而導致饑荒、瘟疫。從群發災害的時空特征看，饑荒與瘟疫的發生存在較為明顯的滯后性，饑荒較旱、蝗災害滯后約1 年，而瘟疫滯后約2 年，體現出完整的農業災害鏈發災模式，使災情成倍惡化。

2.4 旱蝗對比分析

針對旱災、蝗災的空間分布進行全局空間自相關分析（表2），結果表明，旱災與蝗災的Moran指數均為正值，即均具有集聚趨勢，旱災分布的Z值得分高于蝗災，表明旱災發生的聚集趨勢更顯著。旱災的發生受大范圍氣候波動直接影響，在空間上涉及范圍更廣，連續性更高。

表2 旱災、蝗災空間自相關分析得分Table 2 Autocorrelation analysis of drought and locust plagues

整合旱災、蝗災歷史記錄，繪制僅發生旱災、僅發生蝗災及旱蝗同時發生的縣域空間分布圖（圖5），僅發生旱災未遭受蝗災的縣域主要分布在華北北部的河北、山東、山西，及長江中下游南部的湖南、江西等山地。僅發生蝗災未遭受旱災的縣域較少，零星分布在河南、山東、陜西等省份的平原地區。同時遭受旱災、蝗災侵害的縣域分布較廣，與之前統計的蝗災暴發空間分布較為一致，集中在黃河下游與長江下游平原地區。

圖5 1635—1643年僅發生旱災、僅發生蝗災及旱、蝗同時發生的空間分布Fig.5 Distribution of drought without locust plagues,locust plagues without drought,drought and locust plagues during 1635-1643

蝗災與旱災的發生關系相當密切。據本文統計，蝗災與干旱受災縣數在1635—1643 年間存在顯著的正相關關系（r=0.711*）。采用自然間斷點分級法（Jenks）將各縣歷年旱災、蝗災累計受災劃分為弱、中、強三級，匯總不同強度旱災發生時的蝗災強度，探究旱災與蝗災的并發關系。可以看出，當旱災強度上升時，中強度蝗災的發生頻率明顯升高（圖6），干旱對蝗災暴發的促進作用顯著。從生物學角度來看，干旱可當作蝗蟲生存的一種壓迫機制，即旱情影響蝗蟲的產生與遷飛。結合旱災蝗災暴發空間分布格局可以發現，干旱作為促使蝗災發生的重要因素，一般蝗災年份均有大旱出現，但干旱年份未必出現大范圍的蝗災［17］。可見，氣候環境變化對生物災害的影響十分顯著。

圖6 不同強度旱災下的蝗災強度分布Fig.6 Distribution of locust plagues intensity in different drought intensity

3 氣候背景分析

3.1 氣溫背景分析

根據過去5 000年中國氣溫重建序列［18］，明代整個階段（1368—1644）處于前所未有的低溫期（圖7a）。蝗災暴發對氣溫變化的響應關系，眾多學者基于不同研究時段和地域得到的結論不盡相同。有學者［19-20］認為寒冷氣候會限制蝗災發生，也有學者［21］認為在冷期暴發蝗災的幾率更大。從本時段來看，無論是華北地區還是華東地區，都遭遇整個低溫期的最低谷（圖7b），相對寒冷的氣候環境更有利于蝗災的暴發，而進一步明確蝗災對氣溫變化的響應或須長時序、大尺度、分區域的復合分析。

圖7 研究時段在氣溫重建序列中的位置Fig.7 Position of research period in historical temperature series

3.2 降水背景分析

干旱與蝗災暴發的聯系十分緊密，由干旱創造的適宜蝗蟲生存與繁衍的環境是關鍵因素［22］。根據1500—1800 年的華北降水重建序列［23］（圖8），本時段處于前后300年降水量的低谷，長期干旱為蝗災發生提供了穩定的孕災環境，根據Yi等［23］的分級標準，本研究時段達到“非常干旱”的水平。1635—1636 年間處于干旱的極值，遭受蝗災侵害的縣次逐漸增加，隨著降水逐漸增多，1640 年蝗災全面暴發，表明蝗災與旱災的暴發在時間上存在滯后性。

圖8 研究時段在重建降水序列中的位置Fig.8 Position of research period in historical precipitation series

3.3 遙相關分析

相關研究表明，明代末期由于太平洋副高氣壓與東亞季風長期偏弱造成中國東部大面積干旱，或與El Ni?o事件存在聯系［24］。根據El Ni?o事件歷史年表［25］，在明末1640—1643 年發生過兩次較強的El Ni?o 事件，這通常導致中國東部夏季降水急劇減少。Ni?o3 指數顯示，1640 年前后在Ni?o3 區海溫異常導致夏季風偏弱，對應本時段自然災害最嚴重的年份。另外，火山活動也是影響自然災害暴發的重要因素［26］，火山噴發通過干擾太陽輻射影響大氣環流，促進災害發生［5］。根據全球火山活動數據記錄［27］，在1638—1643 年間，僅亞洲范圍內就發生過至少兩次強度（VEI）超過4 的火山噴發，但其與中國東部氣候變化和環境變遷的關聯仍需進一步探討。結合蝗災暴發與氣溫、降水的響應關系來看，在本研究時段內，冷干氣候促進了蝗災的發生。但持續干旱并不是蝗蟲最適宜的生長環境，長期來看，旱澇的頻繁轉換或是促使蝗災暴發的主要原因，因此利用現代昆蟲學和生態學方法進行觀測與試驗是進一步研究蝗災的必要方式。

4 結 論

本文基于歷史文獻記載，以旱災、蝗災為主線復原了1635—1643 年群聚性災害事件的時空演進過程，識別核心災區，關注各災種間的關聯，分析此次群聚性災害事件的氣候環境背景。主要結論如下：

1） 在時間上，不同災種波及的縣次均呈單峰型“快增慢減”態勢，旱災、蝗災、饑荒在1638—1641 年涉及范圍較廣；旱災、饑荒危害范圍最大，1640年二者發生縣次均接近300；疫災經歷較長的孕災期，在1641年到達峰值。

2） 在空間上，旱災廣泛分布于中國東部季風區，核心災區位于黃淮海流域與長江下游沿線，其中河北、河南、山東、江蘇等地受災較重；蝗災發生區域相對集中，核心災區位于黃淮海平原北部，聚集在黃河下游沿線及河網湖泊周邊，體現顯著“水緣性”特征，河南、山東受災最重。

3） 蝗災的發生存在顯著空間關聯性與時間承繼性，旱蝗并發造成糧食減產甚至絕收；饑荒與疫災相比旱蝗災害具有滯后性，饑荒滯后約1 年，疫災滯后約2年；干旱顯著促進了蝗災的暴發，極端旱災發生時蝗災等級增加明顯。

4） 明清小冰期連續的極端冷干氣候加劇了蝗災暴發，或與大尺度環流及外部環境變化相關；另外，“旱災-蝗災-饑荒-疫災”災害鏈成倍加重了災情。