第二节 学术史回顾
一、国外研究现状
PAGES一直将过去2000年作为一个重要的时域开展研究。研究内容从气候研究扩展到从历史视角揭示整个地球系统的运行机制，但重点仍始终关注过去气候变化重建及其响应。其研究成果使人们对整个地球系统运行机制有了较深理解，同时更加认识了人类活动在全球气候系统中的深刻影响。其研究进展被IPCC历次气候变化评估报告采用，诸多国家地区政府也将其作为环境管理政策的制定依据。
最近几年，过去气候变化研究主要关注以下方面：注重各种代用资料不确定性定量分析；加强重建结果与模拟结果对比优化气候模式；关注全球视野下区域尺度气候重建研究；重视气候变化与人类活动的相互作用[8]。而IPCC引用的诸多研究成果如：北半球过去500年、甚至过去1300年曾经出现的增暖，无法与20世纪后半叶增暖幅度、空间范围相比拟；在过去2000年中，全球多数地区都曾出现过多次持续几十年甚至更长时间的干旱，认为重大干旱事件发生是一种周期性气候现象；因CO2及其他温室气体导致辐射强迫增强，当今比工业革命前2000年其他时期快5倍以上，等等[9]。
上述已提及，尽管很多问题仍存在不确定性，甚至含有玩弄数据危言耸听之成分，但相对于历史时期而言，人类活动的的确确发生了天翻地覆的变化，引起的环境变化诸问题有目共睹，伴随全球生态-环境问题对人类社会的消极影响程度日益突出，针对人类活动对环境影响的方式和力度及人地互动机理的定量化研究将会空前增多、加深。
国际在历史时期气候变化影响与适应方面的研究，对人类活动、气候变化及生态系统演化互动关系进行定量分析，是过去全球变化研究一个关注方向，基本思路主要是将过去气候环境过程重建结果（量化序列主要是用代用资料处理而成）与人类活动的历史证据（动物、人类化石的数量、特征，古文化遗迹位置、规模、文物组合，人类基因等）进行对比分析。气候突变对古人类文明兴衰的影响的研究有很多案例，如4.2kaBP气候突变转干与西亚阿卡得文明没落[10]、850AD前后长达数十年大旱与玛雅文明崩溃之关系[11]、唐王朝灭亡与夏季风减弱降水量减少[12]。但是，简单地把一些历史事件归结为气候变化存在很多不确定性和值得商榷之处，譬如张德二就严重质疑了德国学者认为唐王朝灭亡是夏季风减弱降水量减少的观点[13]。由此可以看出，目前国际历史时期气侯变化影响与适应研究处在典型个例分析阶段。
二、国内研究现状
自20世纪70年代初开始，以竺可桢的《中国近五千年来气候变迁的初步研究》[14]发表为标志，以历史文献资料为代用指标的历史气候研究进入了科学化研究范畴。此后，中国历史气候研究中新史料搜集整理、新领域开拓深入、研究成果不断累积，这些都为历史气候研究在全球变化整体研究中作出了重要贡献。对于历史时期气候变化研究的梳理，之前已有学者做过总结[15]。本研究围绕历史时期干湿、冷暖信息处理和重建方法展开综述。
（一）历史时期干湿信息提取与研究方法
1.干湿信息可靠性和准确度辨识
在我国历史文献资料中，有关干湿信息（尤其是旱涝）记载非常丰富，但是，利用描述性语言体系的旱涝资料，首先要对其可靠性进行判断，这一步是进行科学层面旱涝时空分析研究的基础。王绍武等前辈学者较早地对近500年旱涝史料进行了对比分析，初步讨论了方志中旱涝记载的可靠程度[16]，张瑾瑢对记载有天气状况的清代档案进行了分析，认为资料基本详实可靠[17]。随着资料收集整理的进展，对资料的处理方法不断得到高度重视。葛全胜、张丕远比对分析了历史文献中各类不同资料记载的气候信息，给出了史料准确性判定的算式，将史料精确度当作一次概率事件，用Q表示则有：
Q=P1·P2·P3
式中P1指实时性指数，P2指邻域性指数，P3指语言贴近性指数，各指数范围为0—1。根据公式，史料记载精确度“官方记载＞私人笔札＞地方志”。即史料所载的某一气候事件，将其状态分辨取得越细，所获信息越少；分析中对误差要求低，所获取的信息却高；史料已有的气候事件，官方记载的气候信息最多，私人笔札次之，方志类书最次[18]。
除过上述对史料记载本身的可信度及分辨率的讨论外，满志敏则主要探讨了旱涝等级资料分布（时间分布、空间分布、频率分布）的系统差异问题[19]。之后，杨煜达在清代云南季风气候和天气灾害的研究过程中，提出了清代档案记载的历史天气资料系统偏差的检验方法[20]。
以上这些结论，对利用各种史料进行历史时期气候变化研究时，结合资料本身的分辨率预设研究精度都有重要指导意义，使得历史文献资料利用水平和研究结果可信度逐步提高。
2.干湿序列重建方法
从形成机制上讲，旱涝主要是因降水量多寡引起，降水偏少形成旱灾，反之则为涝灾。受历史文献资料本身特点限制，干湿记载的年际变化清楚，但记载较长时段连续变化的并不多，同时又因降水区域差异较大，因此利用文献资料建立可靠的、时空高分辨率的干湿序列一直较难。
在20世纪70年代，根据现代具有统计意义的器测资料与预报经验，并考虑历史文献资料辩识性，采用5级旱涝级别法对旱涝序列进行重建，取得实际的突破。此法是汤仲鑫通过对我国河北省保定地区历史时期旱涝的研究，探索了将历史旱涝事件与现代降水资料进行对比分析，从而对旱涝定级量化的办法[21]。其研究主要利用地方志资料，地方志中旱涝记载在空间分布上表现较好，辅以有器测降水资料以来降水量统计值作参考，将地方志对旱、涝灾害记载的语言描述轻重程度分为20余类，并为7个等级，重建了500年以来逐年旱涝等级序列。之后由中央气象局组织全国气象、地理等有关部门共同商讨制定，分为“五级”，对我国近500年来的旱涝情况进行了研究，得出120个站点500年来的旱涝等级序列并绘制成图集[22]。之后，张德二两次对《中国近五百年旱涝分布图集》进行续补，将旱涝等级序列下限延长到2000年[23]。白虎志等在此基础上，考虑了树轮、河流水文等代用指标，对文献资料相对较少的西北区域做了相应补充，并将时限扩展到2008年[24]。诸多研究实践证明，这个方法是处理定性描述记载的一种比较理想的方法，并得到大家的认可。
为讨论更长时间尺度的干湿变化，郑斯中等提出了湿润指数法。此法把所研究地区在某个期内的若干府、州、县发生的水旱次数看作水旱事件的总体，将从现存文献记载中收集到的水旱记录次数看作是总体的样本。假定历史资料本身存在的漏记、断缺、散失等情况是随机的，则现存水旱记载可被看作历史上发生的水旱灾害总体中的一个随机样本，统计所得的水旱灾害的比值，可以看作是总体水旱比值的统计值。即：
式中I为湿润指数，值介于0—2之间；F为某地区某年的水灾记载次数；D为相应的旱灾次数。当水旱灾害记载数相等时，则I值为1。以往学者据此公式对我国历史时期气候变化做了相应研究[25]。其优点在于一定程度上消除资料时间分布不均匀问题。
另外还有利用每10年中某一地区受涝灾影响的县数和受旱灾影响的县数作为指标，建立参数系列，从而分析水旱变化规律[26]。其后，郑景云等也采用某年次旱涝县分和研究时段内旱涝灾害的县数平均值距平百分率来重建旱涝指数，重建了北京地区近500年的七级旱涝指数序列[27]。
尽管用此法可消除各省区在历史上的发展有先后，志书的记载详略不一、时断时续等情况，但这种方法仍然存在明显的缺点，受灾影响县数和受灾程度还取决于灾害的社会应对能力大小，尤其是清代以来，各地灾害的应对措施发展到历史时期的最高阶段，因此，依据受灾县数来判定并不能揭示气候变化的真实面目。同时，对于黄河流域而言，尤其是中下游地区，仅通过统计受灾县数，则究竟是中、上游来水所致，还是本地区的降水过多引发？若是前者，不仅没有气候上的意义，反而掩盖了上游地区气候异常的情况。
3.较高分辨率的干湿序列重建
中国是具有悠久历史和文化传统的文明古国，拥有丰富的历史文献资料，记载气候信息丰富、连续性好[28]，为重建中国历史气候状况及其演变提供了资料上的可能性，因而在开展历史气候研究领域里具有独特的优势[29]。
上述方法中，无论是利用旱涝等级还是湿润指数建立的序列，直接体现还是旱涝本身，能反映干湿的变化，但并不等同于降水，要直接重建降水量序列，需要分辨率更高的资料。
近年来，伴随较高分辨率的资料不断开拓和利用，许多较高分辨率的干湿序列得以重建。诸如张时煌等利用清宫中逐日的晴雨录资料，逐步回归重建了北京1724年以来降水序列[30]，张德二等随后采用多因子回归法修正和完善了原有重建结果[31]，同时利用档案中的史料对18世纪长江中下游的梅雨活动做了复原研究[32]。之后又利用南京等地晴雨录资料，重建了18世纪南京、苏州、杭州三地降水序列[33]。
在利用清代档案中雨雪分寸资料方面，郑景云等利用人工模拟降雨田间入渗试验，获得降水入渗公式[34]。这一重要突破，使清代雨雪分寸资料较好分布的华北地区降水重建工作取得了很大进展[35]。葛全胜等为推进对历史时期东部雨带进退复原，采用雨雪分寸资料确定历史时期代表站的梅雨期，根据5个代表站梅雨情况，重建了1736年以来长江中下游梅雨序列，并分析了梅雨期变化特征[36]。而杨煜达等利用清代档案中的降水资料重建了1711年以来云南雨季开始期的序列[37]。
除了档案中高分辨资料之外，利用文人日记中记载的天气信息，又一次将降水重建的研究推进了一步，如满志敏等利用《王文韶日记》中记载的武汉、长沙地区的夏季天气气候记录，重建了1867—1872年两地降水序列，并确定其梅雨期的入梅和出梅时间，对梅雨进行分类[38]。其他资料方面，王绍武利用多种文献资料讨论了近400年来西部地区降水量变化[39]。
综上所述，伴随新资料不断开拓、新方法不断引入，历史时期降水重建的研究在认识层次和探讨深度上都有了较大提高，不仅使得历史时期干湿变化研究有了较大突破，更重要的是对以后高分辨率干湿序列重建提供了重要可靠的参证。但仍需注意的是，受制于资料本身记载和空间分布特点，今后降水重建研究还存在以下几个方面问题：其一，由于档案、方志、文集不同资料质量参差不齐，各自建立的序列并不能直接衔接，这样较长时段的历史干湿序列重建还有待进一步研究；其二，各种资料的时空分布严重不均匀，因而要想在全国重建更多的区域变化序列，就需要继续寻找新的高分辨率的代用资料，同时也需要对现有历史文献资料本身的提取和利用进行深入研究，以便能发现以前未注意到的问题。
（二）历史时期气温变化序列重建
历史时期温度变化序列重建是PAGES重要内容之一，对于全面认识当今全球温度变暖具有重要意义。历史文献作为一项代用资料，尤其是史料的空间覆盖度、时间分辨率、定年准确性及其气候指示意义的精准性等，是其他代用指标较难以企及的，在重建历史时期数千年气候变化序列上具有独特价值[40]，我国在利用历史文献重建历史时期温度变化序列方面已经取得很大成就[41]。然而，有关中国历史时期气象记录的来源与形式多种多样，涉及内容也较为散乱，故需分类、区别爬梳整理之后，才可从中提取出气候变化的科学信息。
以往研究成果中，郑景云专门就历史文献中的气象记录与气候变化定量重建方法进行过系统梳理总结[42]。历史文献中的气象气候记载具有一定的连续性特征，且有部分信息的定量化程度相对较高，因而可以直接提取信息，可利用器测数据的数理分析方法对其进行量化处理[43]，从而重建出较高分辨率的气温序列，进而可以通过变化周期的分析诊断变化规律，为预测未来气温变化趋势提供更多基础数据。目前，已有多位学者基于清代“雨雪分寸”资料中的降雪日数，采用回归分析，建立了降雪日数与冬季平均气温之间的关系，重建了合肥、西安、汉中和南昌等地1736年以来的年冬季平均气温序列[44]。但是，“雨雪分寸”资料并不是逐日的天气记录，存在较多缺失，在连续性和完整性等方面不如逐日记录天气变化信息的“晴雨录”资料。当然，“晴雨录”资料涉及区域非常少（仅限北京、南京、苏州、杭州四地），况且记录时间序列也相对较短。由此，目前仅有龚高法等根据南京、苏州和杭州的“晴雨录”资料，利用三地冬季雨雪日数及气温观测资料，重建了18世纪南京、苏州和杭州的冬季气温年变化[45]。除了晴雨录和雨雪分寸等资料，清代遗留下较多的日记资料，此项资料与上述两类资料比较类似，也包括历史时期的阴、晴、雨、雪等气象气候信息记录，一方面可以插补上述资料的缺失信息，另一方面对于历史时期天气系统的重建研究具有重要的价值。
（三）历史气候变化的社会响应和重大事件研究
灾害是自然和社会综合作用的产物[46]，历史时期气候突变的直接表现是发生重大旱涝灾害事件，对人类社会和经济发展曾产生过较大影响，这方面一直是PAGES和IHDP关注的问题。无论是对灾害事件本身，还是对其发生的气候背景的探讨，皆为历史时期气候变化研究过程中必不可少的内容。
1.从20世纪90年代末至21世纪初期，对历史时期冷暖、干湿事件史实、特征和过程有一系列研究[47]，重大区域性历史时期气候变化被复原，并推断其形成的环境因素[48]。
2.在气候突变对重大历史事件的影响方面，一部分研究成果是从简单规律概括上升到过程机理的探讨[49]。另一部分则从史料记载可以量化的指标入手，如人口数量变动、农业生产变动、战争动乱事件等方面，开展旱涝灾害的影响和响应研究，取得了丰硕的成果[50]。
3.从人类活动、气候变化及生态系统演化互动关系的定量分析上看，这也是过去全球变化研究的一个关注方向，为辨识人地关系地域系统各要素的组合形式与互动关系提供了研究参证。[51]
4.值得一提的是，将区域民间文化（信仰、风俗、曲艺等）的表现形式，作为历史气候变化的社会响应，还有待继续深入研究。以往结合区域民间文化考察旱涝灾害响应，如有学者从行为地理学的角度，通过阐释陕西太白山崇拜的产生及分布地域的形成过程，认为在古代民众的环境感应中，干旱是影响当地农业生产的主要自然灾害，因此形成了关中平原与陕北南部地区大范围太白山能兴云致雨的太白山崇拜分布区域[52]。甚至由于干旱影响，已经形成了超出单次灾害应对的祈雨形式，进而形成一套相对固定的祈雨风俗和信仰[53]。
另外，诸如灾害应对中水利与社会关系的考察，此类研究对于深入认识历史时期气候变化的社会影响和响应，亦有较大学术价值和意义，尤其是促使我们从不同角度更全面理解人地关系地域系统变化过程的复杂性。