尹志強(qiáng)，韓延本，馬利華

(中國科學(xué)院國家天文臺， 北京 100101)

全球氣候變化不僅是一個(gè)科學(xué)命題，也因?yàn)樗c人類的生存環(huán)境密切相關(guān)，近代以來成為社會、政治、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域關(guān)注的內(nèi)容。從科學(xué)角度講，要深入理解古代氣候變化，一個(gè)不可或缺的重要方面，是獲得過去氣候變化的事實(shí)和規(guī)律。器測資料和歷史記載大多只有幾百或上千年的時(shí)間跨度，要獲取更長時(shí)間的古氣候變化信息則有賴于地質(zhì)、生物等記錄。為此，人們研究冰芯、黃土、海洋、湖泊沉積物和珊瑚、樹輪、石筍等地質(zhì)、生物載體，獲取氣候代用資料，用于考察古代氣候變化的特征以及與人類歷史發(fā)展之間的關(guān)系[1-3]。中國在近年獲得了豐富的多時(shí)間尺度的古氣候信息，為開展氣候變化研究提供了豐富的資料[4]。

中國幾千年的歷史為開展氣候變化與人類歷史社會發(fā)展之間的關(guān)系提供了難得的參照。文[5]首次根據(jù)中國歷史文獻(xiàn)中自然物候與災(zāi)害記載資料建立了過去5 000年中國東部地區(qū)的溫度變化序列，之后有很多學(xué)者開展了豐富的研究。文[6]利用過去1 000年的古氣候記錄，對中國唐末至清朝的戰(zhàn)爭、社會動亂和社會變遷進(jìn)行了系統(tǒng)的對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)冷期的戰(zhàn)爭率顯著高于暖期的，70%～80%的戰(zhàn)爭高峰期、大多數(shù)的朝代變遷和全國范圍動亂發(fā)生在氣候的冷期。研究表明，由于冷期溫度下降導(dǎo)致土地生產(chǎn)力下降，從而引起生活資料短缺。在這種生態(tài)壓力和一定的社會背景下，戰(zhàn)爭高峰期和全國范圍內(nèi)的社會動亂隨之產(chǎn)生。文[7]對歷史時(shí)期氣候變遷與2 000年以來的中國戰(zhàn)爭關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)氣候變冷期與中國各政權(quán)的衰落和分裂基本重合；通過對 《中國軍事史》 的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，氣溫變化與中國戰(zhàn)爭的數(shù)目總體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，不同地區(qū)氣溫變化對戰(zhàn)爭的影響有所不同。文[8]通過對湖光巖瑪珥湖鈦(Ti)含量、總有機(jī)碳和磁化率的研究重建了16 000年以來冬季季風(fēng)序列，認(rèn)為東亞季風(fēng)是地球氣候變化的重要部分，影響了社會和經(jīng)濟(jì)的變化。文[9]運(yùn)用古氣候重建數(shù)據(jù)、中國歷史上的米價(jià)、自然災(zāi)害、人口等具有一定間隔的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，實(shí)證檢驗(yàn)了氣候變化與過去2 000年農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)社會不穩(wěn)定之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，溫度的升高(降低)傾向于減少(增加)社會不穩(wěn)定程度，降雪異常對社會不穩(wěn)定的作用是結(jié)構(gòu)性的，且兩者對社會不穩(wěn)定均具有較長期的影響。文[10]歸納得到了歷史時(shí)期氣候變化對中國社會發(fā)展影響的若干認(rèn)識，認(rèn)為歷史氣候變化影響的總體特征是 “冷抑暖揚(yáng)”，但影響與響應(yīng)存在區(qū)域差異；社會經(jīng)濟(jì)的衰落與百年尺度的氣候由暖轉(zhuǎn)冷呈現(xiàn)同期性，與暖期相伴的社會快速發(fā)展會增加社會對資源、環(huán)境需求的壓力，導(dǎo)致社會脆弱性加大。文[11]總結(jié)了2 000年氣候變化對中國經(jīng)濟(jì)波動、社會穩(wěn)定性、朝代更替與社會興衰的影響，認(rèn)為中國歷史社會經(jīng)濟(jì)與氣候變化的時(shí)序共振現(xiàn)象中可能蘊(yùn)含著內(nèi)在的關(guān)聯(lián)機(jī)制；暖期氣候總體有助于社會經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，而氣候轉(zhuǎn)冷引發(fā)的社會經(jīng)濟(jì)效應(yīng)可能與社會發(fā)展本身有關(guān)，且被社會放大。文[12]整理研究了中國古文獻(xiàn)記載中自然災(zāi)害導(dǎo)致 “死者萬計(jì)” 事件發(fā)生的頻次，認(rèn)為氣候的寒冷與異常、季節(jié)變化、災(zāi)害結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模、社會動蕩、朝代更替等是災(zāi)難發(fā)生的主要原因。文[3]利用長時(shí)段歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個(gè)包括中國古代17個(gè)王朝的數(shù)據(jù)集，研究氣候變遷與政府能力對王朝興衰的影響。他們認(rèn)為溫度與降水變化均對王朝興衰有顯著影響，氣候沖擊主要通過影響糧食豐歉而作用于國家財(cái)政能力，進(jìn)而影響社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。文[13]利用高分辨率重建的溫度和降水氣候序列，以及耕地、戰(zhàn)爭、人口和區(qū)域行政系統(tǒng)變化的歷史記錄，定量評估了過去2 000年間氣候變化、古代社會發(fā)展和政治應(yīng)對策略的相互作用。結(jié)果表明，在河西走廊開墾土地的過程中，濕度條件比溫度起著更重要的作用；戰(zhàn)爭頻率與走廊耕地面積之間呈負(fù)相關(guān)，人口增長與耕地面積呈顯著正相關(guān)。氣候?qū)е碌霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降以及隨之而來的人口波動可能引發(fā)社會動蕩。

中國關(guān)于氣候變化和社會發(fā)展的研究時(shí)段多集中在東漢以來2 000年的時(shí)間。由于歷史和地質(zhì)資料的缺乏，更早的研究相對較少。在 《東周戰(zhàn)爭與儒法國家的誕生》 一書中，作者用歷史的方法探討中國的傳統(tǒng)政治，認(rèn)為春秋戰(zhàn)國時(shí)期的封建制度導(dǎo)致諸侯國之間頻繁而輸贏不定的局部戰(zhàn)爭，競爭促進(jìn)了軍事、政治、經(jīng)濟(jì)和意識形態(tài)的交融，為社會各領(lǐng)域的演變提供了動力[14]。根據(jù) 《左傳》、《史記》 和 《中國軍事史》 等的資料統(tǒng)計(jì)，文[14]定量計(jì)算了春秋戰(zhàn)國時(shí)期500年(公元前722年—前221年)的戰(zhàn)爭行軍年度平均距離，這一數(shù)據(jù)從側(cè)面反映了春秋戰(zhàn)國時(shí)期的軍事、政治、經(jīng)濟(jì)狀況。本文對這一數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并結(jié)合東周時(shí)期的地質(zhì)氣候資料和太陽活動資料，在幾十至百年時(shí)間尺度上討論中國古代氣候變化與春秋戰(zhàn)國時(shí)期戰(zhàn)爭的可能關(guān)系。

1 數(shù) 據(jù)

本文的分析工作選取了下列9個(gè)時(shí)間序列：

歷史記錄資料選取文[14]根據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的我國春秋戰(zhàn)國時(shí)期戰(zhàn)爭行軍年度平均距離(簡稱MD)。東周時(shí)期我國的地質(zhì)資料相對較少，我們搜集了這一時(shí)期國內(nèi)利用湖泊、石筍、樹輪等研究得到的7個(gè)氣候資料，包括：文[15]對藏南昂仁湖(Ngamring Tso，29.3°N, 87.2°E)沉積物研究重建的4 100年該地區(qū)的夏季降水(簡稱NG)；文[16]對董哥洞(25°17′N, 108°5′E)石筍進(jìn)行研究得到的9 000年來反映亞洲季風(fēng)強(qiáng)弱的δ18O序列(簡稱DG)；文[17]對和尚洞(30°27′N, 110°25′E)石筍進(jìn)行研究重建的9 000年來反映亞洲季風(fēng)強(qiáng)弱的δ18O序列(簡稱HS)；文[18]對三寶洞(31°40′N, 110°26′E)石筍進(jìn)行研究得到的萬年以來反映東亞夏季風(fēng)的δ18O記錄(簡稱SB)；文[19]利用青藏高原東北祁連山地區(qū)(約37～38.7°N，97～100°E)17個(gè)位置的樹輪資料重建的該地區(qū)3 500年來的降水序列(簡稱NT)；文[20]利用公海湖(38°54′N, 112°14′E)花粉等沉積物重建的萬年以來該地區(qū)的降水序列(簡稱GH)；文[21]利用北京石花洞(39°47′N,115°56′E)的石筍資料重建的2 650年來北京的氣溫序列(簡稱BJ)。另外選取文[22]利用10B和14C重建的9 000年以來太陽黑子變化的時(shí)間序列(簡稱SN)。為便于比較分析，上述數(shù)據(jù)統(tǒng)一繪制于圖1中。

為清楚起見，我們將7個(gè)氣候數(shù)據(jù)序列的地理位置繪于圖2，并標(biāo)注了春秋、戰(zhàn)國時(shí)期諸侯國都城的示意位置，我們采用文[23]標(biāo)注 “1” 的位置示意歷史上有遷都的大國。

圖2 氣候代用資料的采集地理位置及春秋戰(zhàn)國時(shí)期諸侯國都城位置示意圖

2 分 析

學(xué)術(shù)界對春秋和戰(zhàn)國的劃分說法不一，一般以公元前476年為界。文[14]為更好地探討東周社會轉(zhuǎn)型過程及內(nèi)在機(jī)制，提出關(guān)于東周歷史的三階段分期說，將其依次劃分為：霸主期(公元前770—前546年)、轉(zhuǎn)型期(公元前546—前419年)和全民戰(zhàn)爭期(公元前419—前221年)。本文將這3個(gè)時(shí)段用豎實(shí)線在圖1中標(biāo)出。文[14]同時(shí)指出，在春秋早期諸侯國國力都非常弱小，絕大多數(shù)國家沒有常備軍，公元前661年之前，大多是在鄰國之間進(jìn)行短距離戰(zhàn)爭。因此公元前661年作為參考線在圖1中用虛豎線標(biāo)出。

圖1 氣候代用資料、太陽黑子及春秋戰(zhàn)國戰(zhàn)爭行軍距離的變化

圖1中9個(gè)序列的時(shí)間分辨率不一致，高頻變化部分的影響因素較多。為了便于比較，我們用Vondrak方法[24]對MD，DG，HS，NG和BJ序列進(jìn)行了ε=0.01的平滑，濾掉高頻波動部分，展示幾十至百年尺度上大的周期及變化趨勢。

為了獲取MD這一不等采樣間隔序列的周期和準(zhǔn)周期變化，我們對其進(jìn)行了加權(quán)小波(Weight Wavelet Z-transform, WWZ)分析[25]，結(jié)果見圖3。

對選定的3個(gè)時(shí)間點(diǎn)，圖1顯示了上述指標(biāo)的變化狀態(tài)：公元前661年，MD急劇下降，NG，HS，BJ和SN序列也處于相對低點(diǎn)或者波動的谷值附近；前546年，MD處于下降階段并在5年內(nèi)達(dá)到相對的低值，NG，NT和GH序列向下波動，DG，HS，SB，BJ和SN序列則處于相對低點(diǎn)或者谷值位置；前419年， MD急劇下降，是前后200年的最低點(diǎn)，NG位于最低值，DG處于最高值并在之后下降，HS和SB處于相對低值，BJ急劇下降，SN處于下降階段。

從變化趨勢來看，公元前661年以前，MD處于較低值且一直呈上升趨勢，NG，HS和NT呈下降趨勢，DG，SB和SN位于上升段；公元前661年～前546年，MD 的均值為373 km，在500年的時(shí)段內(nèi)處于相對高值。從圖3的小波分析結(jié)果可以看出，MD序列在幾十至百年的時(shí)間尺度上有約50年、約100年和約180年的周期性波動，這一時(shí)段的主要波動周期約為100年。NG，HS，SB和SN序列處于500年歷史上的相對高值，NT，GH和BJ序列處于歷史上的相對低值。對SN序列做周期分析可以得到主要波動周期約為180年。

公元前546年～前419年，MD 的均值為359 km，在公元前661年后的400多年內(nèi)處于相對低值，圖3顯示主要波動周期從約100年變?yōu)榧s50年，NG處于下降段，達(dá)到500年間的最低值，DG，HS和SB序列在此時(shí)間段有兩個(gè)波峰，且峰值出現(xiàn)的時(shí)間在地理位置上由北向南依次延遲，BJ和SN序列也有兩個(gè)波動峰值，且在大的時(shí)間尺度上BJ與SN同步變化，BJ的變化滯后于SN。

圖3 MD序列的加權(quán)小波分析。其中，左側(cè)為Lomb-Scargle分析譜，右側(cè)為小波分析譜

公元前419年～前221年，MD的均值處于較低水平，至前290年其平均值為351 km，之后迅速上升，NG在此時(shí)段呈現(xiàn)上升趨勢。DG，HS和SB序列處于500年間的較低水平，也表現(xiàn)出與轉(zhuǎn)型期類似的峰谷值變化由北向南依次延遲的滯后關(guān)系。NT和GH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在公元前280年前后，GH由高值變?yōu)榈椭?，而NT正好相反。公元前380年后，BJ和SN的趨勢呈反向變化，SN在10年內(nèi)降至前兩次谷值的水平，在60年后降至前兩次谷值的1/3，峰值的1/6。

在圖2可以看出，HS和SB序列采集地位于楚國附近，GH序列采集地與春秋的晉國和戰(zhàn)國分裂后的趙、魏、韓國接近，產(chǎn)生BJ數(shù)據(jù)的北京房山石花洞位于燕國都城附近，與產(chǎn)生NT序列的位置最近的諸侯國是秦國。另外現(xiàn)代器測資料顯示，DG，HS和SB序列處于東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的區(qū)域，GH序列位于東亞夏季風(fēng)的邊界內(nèi)并同時(shí)受西風(fēng)帶的影響，NG序列則主要受印度夏季風(fēng)的影響，NT序列位于東亞夏季風(fēng)的邊界外邊緣[17,19-20]。

3 討 論

MD序列表征的戰(zhàn)爭強(qiáng)度與各侯國霸主的才能，侯國的政治架構(gòu)、人口、人才、經(jīng)濟(jì)狀況、地理環(huán)境等諸多社會及自然因素相關(guān)。例如，齊國的進(jìn)軍能力在齊桓公逝世后便從頂峰時(shí)的約500 km下降到約300 km[14]。但各國的戰(zhàn)爭強(qiáng)度此消彼長，MD序列作為整體的統(tǒng)計(jì)可以在一定程度上反映春秋戰(zhàn)國時(shí)期諸侯國整體國力的強(qiáng)弱。

石筍中δ18O的富集程度常用于表征地區(qū)的季風(fēng)、氣溫、降水等氣候指標(biāo)的變化，但受洞穴溫度、滴水δ18O變化的影響，地表水的δ18O值受氣溫、降水量、雨季變化、水汽來源等諸多因素的影響[26]。在1～10年尺度上探討氣候變化與社會間的相互作用影響，涉及的因素太多，確定性不強(qiáng)。但根據(jù)文[26]和文[4]的討論，我們認(rèn)為當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)資料對局部地區(qū)來說，在幾十至百年時(shí)間尺度上季風(fēng)增強(qiáng)(變?nèi)?導(dǎo)致降雨增加(減少)這一因果關(guān)系是可以接受的。過去千年來的氣候變化研究還表明，大時(shí)間尺度的太陽活動對中國不同區(qū)域的氣溫和旱澇變化有調(diào)制作用[27-29]。

基于上述認(rèn)識，我們可以看到文[14]從歷史學(xué)角度討論給出的公元前661年、前546年和前419年等特殊時(shí)間分界點(diǎn)，沒有考慮自然因素變化的影響，但在地質(zhì)氣候資料中卻能找到如下文討論的相應(yīng)的波動變化。

公元前661年以前的春秋早期，諸侯國因國力所限都無法進(jìn)行長距離的跨國戰(zhàn)爭。MD以比較低的數(shù)值波動，在公元前661年前后有一個(gè)急劇下降的谷值。此前的太陽活動(SN)處在較低的水平，公元前800年前后50多年的 “西周中晚冷期” 更被認(rèn)為是過去6 000年來太陽活動非常顯著的極小之一，在全球地質(zhì)資料中能找到相應(yīng)的證據(jù)，這一冷期也被認(rèn)為是西周衰亡的重要因素[30]。SN波動整體上從極小緩慢上升又下降，并在前660年左右達(dá)到局部的谷值，此時(shí)重建的北京地區(qū)氣溫(BJ)也達(dá)到了此后500年內(nèi)的最低值～21.4 ℃。

文[14]將公元前546年作為霸權(quán)期和轉(zhuǎn)型期的分界線，因?yàn)楫?dāng)時(shí)兩個(gè)霸主國家晉國和楚國同另外十余個(gè)小國在商丘協(xié)議停戰(zhàn)，史稱 “弭兵大會”，中國南北方的戰(zhàn)爭暫時(shí)停止。巧合的是太陽活動在此時(shí)間點(diǎn)達(dá)到另一谷值，同時(shí)北京地區(qū)的氣溫也達(dá)到相對的低值。此時(shí)楚國地區(qū)季風(fēng)相對較弱(見SB、HS序列)，我們認(rèn)為此時(shí)季風(fēng)影響下的降水也相對較少，可能氣候的變冷和干旱削弱了國力，促成了各國之間罷兵而轉(zhuǎn)入內(nèi)部調(diào)整。在之后的轉(zhuǎn)型期，MD平均值處于較霸主期低的水平。

霸主期和轉(zhuǎn)型期大致屬于史稱的 “春秋暖期”(前770～前476)，此時(shí)太陽活動屬于相對活躍的階段(見SN)，各地降水相對適中(見NG，DG，HS，SB，NT和GH)，沒有長時(shí)間或者劇烈的波動。此時(shí)諸侯紛爭，群雄并起，中國南北方地區(qū)共同得以發(fā)展，MD的平均水平也相對較高，并逐漸形成了齊、楚、晉、秦為區(qū)域性霸主的東、南、北、西四大戰(zhàn)區(qū)。

文[14]將前419年作為春秋戰(zhàn)國時(shí)期第2與第3階段的分界點(diǎn)，是因?yàn)槲簢谶@一年開始向西擴(kuò)張，并與秦國結(jié)下宿仇。值得注意的是，魏國自 “三家分晉” 以來，首先于前453年由法家發(fā)起了政治改革，之后國力大增，迫使其他國家跟進(jìn)改革。秦國改革較晚，由商鞅在前356年和前350年進(jìn)行。魏國在前342年馬陵之戰(zhàn)中敗于齊國，并于前340年在西線被秦國擊敗，從此在戰(zhàn)國格局中失去支配性的優(yōu)勢地位。秦國則在前320年之后向魏國以外的國家發(fā)起進(jìn)攻，并且戰(zhàn)爭規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大[14]。

從地質(zhì)資料中我們可以看到，太陽活動強(qiáng)度在公元前419年前后開始下降，并在60年內(nèi)降低到 “西周中晚冷期” 的水平。此時(shí)南方的降水也迅速下降(見DG，HS和SB)，并在 “全民戰(zhàn)爭時(shí)期” 的200年內(nèi)維持在平均值較低的水平。GH序列顯示的降水在前340～前320年劇烈下降，從之前穩(wěn)定的高水平降至此后百年的低水平。與之相反，祁連山附近記錄的降水(見NT)卻在前320年之后持續(xù)上升并維持了百年的高值。這些變化與魏國失勢和秦國崛起并最終統(tǒng)一中國的時(shí)間段幾乎一致。歷史學(xué)者認(rèn)為，商鞅變法后秦國實(shí)力大增，最終在群雄角逐中一統(tǒng)天下。從地質(zhì)記錄中我們卻能看到，秦似乎也得其 “天時(shí)”，與深度的體制改革一起為后來秦統(tǒng)一中國提供了堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

本文分析采用的春秋戰(zhàn)國時(shí)期戰(zhàn)爭行軍距離(MD)序列，其價(jià)值在于它的發(fā)生時(shí)間在周秦之變前的東周(公元前770～前221年)，還處于封建社會，與中國在公元前221年秦統(tǒng)一之后進(jìn)入2 000年循環(huán)往復(fù)的帝制時(shí)代在政治體制上有根本的不同，也不同于受西方文明沖擊后進(jìn)入全球化的現(xiàn)代。春秋戰(zhàn)國時(shí)期頻繁的戰(zhàn)爭，也為我們研究自然因素變化與社會變革的關(guān)系提供了高分辨率的長達(dá)500年的樣本。

文[14]認(rèn)為，春秋戰(zhàn)國時(shí)期的封建制度導(dǎo)致諸侯國之間頻繁而輸贏不定的局部戰(zhàn)爭，正是在這類特殊的戰(zhàn)爭中形成的競爭，促進(jìn)了效率導(dǎo)向型的工具理性文化在軍事、政治、經(jīng)濟(jì)和意識形態(tài)等領(lǐng)域的擴(kuò)展，從而為春秋戰(zhàn)國時(shí)期社會各領(lǐng)域的演變提供了根本動力。

中國古代文明的核心主要分布在中東部地區(qū)，具有典型的季風(fēng)性氣候，氣候變化受季風(fēng)和溫度影響，南方、北方、西部等地區(qū)的地理差異較大，隨時(shí)間的波動也較為復(fù)雜。本文分析認(rèn)為，在幾十至百年尺度上，太陽活動以及降水、氣溫等自然環(huán)境的變化間接或直接影響了東周戰(zhàn)爭至秦統(tǒng)一中國的歷史過程，是史學(xué)研究中值得關(guān)注的因素。與2 000年的帝制統(tǒng)治時(shí)期總體上的氣候干冷導(dǎo)致饑荒而引發(fā)戰(zhàn)爭的情形不同，春秋戰(zhàn)國時(shí)期戰(zhàn)爭的性質(zhì)導(dǎo)致其強(qiáng)度大多與溫度和降水正相關(guān)，與諸侯國國力的強(qiáng)弱直接關(guān)聯(lián)。也就是說，大的寒冷、干旱往往導(dǎo)致各國休兵，暖期和濕潤時(shí)期卻能激發(fā)國家爭霸、開疆拓土。古代中國以農(nóng)業(yè)為本，對氣候敏感的農(nóng)業(yè)決定了國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，直接影響著國力，甚至影響了政治體制的演進(jìn)和變革。

分析研究太陽活動等某些自然因素的變化對古代生態(tài)環(huán)境的影響，以及進(jìn)而對社會經(jīng)濟(jì)的盛衰及社會變革的影響，對自然科學(xué)和社會科學(xué)的研究工作都是有意義的。由于分析所用的古代資料欠豐富，以及古代不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會變革的復(fù)雜性，同時(shí)因年代久遠(yuǎn)一些資料和數(shù)據(jù)沒能很好地流傳下來，本文的分析和論證還不夠充分，角度也顯得單一，因此結(jié)果還是初步的，有待更多地質(zhì)、歷史資料的收集和發(fā)掘，進(jìn)行更深入的討論和研究。