Monday, August 28, 2006

從歷史文獻看氣候變遷 2002/09/05

王寶貫 美國威斯康辛大學大氣與海洋科學系


話說氣候變遷 記得小時候過舊曆年的時節,天氣總是冷颼颼,在「穿新衣、戴新帽」的欣喜氣氛中,穿著父母親買的新夾克,感覺特別溫暖。可是不知怎的,從小學而初中、高中,乃至大學,春節好像越來越暖和,越不需要穿厚夾克了,這不只是我這麼覺得,同輩朋友也有同感。當時有人說,是因為台灣經濟變富裕了,人們「營養豐富」,自然也就不怕冷了;另外又有人說,是因為工商業發達,人口增多,高樓也多起來,因而「熱散不出去」,說得也是振振有詞。

近年來,由嚴格的統計資料可以看出,至少在北半球,平均溫度在這幾十年的大趨勢是在上升中,是個大範圍的增溫現象。呵呵,這可就不是上面的「營養豐富說」或「高樓增多說」可以解釋得通的了。 於是乎各式各樣的新式學說紛紛出籠,有的說是因為大氣中二氧化碳的濃度增加,以致地表散熱不良。二氧化碳為什麼會增加?一定是人類工業活動為了產生能量而燃燒化石燃料如煤、石油所冒出來的。當然這下子那些產生大量二氧化碳的工業,尤其是火力發電廠,全成了「過街老鼠」,好不狼狽。

另外,也有人指出,氣候本來就是變化多端的,您就是不去惹它,它自己也會一直變動,它高興變冷就變冷,高興變暖就變暖。加上大氣又是個非線性的「混沌系統」,它的行為頂多讓您作個短期預測過過癮,至於長期預測,那就甭想了。這種說法可稱為「自然變率說」。

更有人認為,其實地球氣候的變動和太陽活動的強度大有關係。眾所周知,太陽活動有11年,22年……等周期,而從一些氣候資料分析,也可以發現有對應的周期,而且這些資料的「時間序列」和太陽活動的「時間序列」確實有不小的相關性。問題是,也有許多毫無相關,甚至反相關的序列。不過到目前為止,還沒有人能夠提出一個令大多數人信服的機制,來證明這個「太陽活動說」。

本文的目的並不在於追究全球增暖的現象,而是想要來談談「氣候變化」這個更廣泛的問題──氣候真的會變嗎?氣候變化有證據嗎?這裡所著重的時間是歷史時期,也就是有人類文字記載時期的氣候波動。並且要從中國歷史文獻中找出一些例子,作為歷史時期氣候變動的佐證。 這篇文章的主旨也不在於報告歷史時期氣候波動的全貌,那是氣候研究者的職業,而是想要向讀者介紹,「怎樣從歷史文獻中看出氣候變遷」的方法。

氣候變遷的思路 其實僅僅「氣候會改變」這個觀念能提出來讓大家討論,就可算是一大進步了。因為遲至二十世紀初,除了少數由地質學家所研究的遠古氣候(幾萬年至幾十億年的時間尺度)被大部分學者認為是有所變動之外,一般人認為在歷史時期(過去幾千年),氣候應該不會有什麼變化。他們認為,把一個地方的天氣紀錄,例如氣溫和雨量統計個三十年,求它們的平均值如平均氣溫、平均雨量以及它們的變率,所得出來的平均氣象因素,便是當地的「氣候」了。 而這個「氣候」,人們以為是沒有什麼改變的,現在如此,即便幾千年前也是如此。人們當然知道氣候會隨著地理環境變化,例如,對中國人來說,北方較冷,南方炎熱,東方草木蔥蘢,西方流沙千里等等。但他們以為氣候相對於「時間」則是相當穩定的。對於住在中緯度地區的人來說,一年四季的變化不外乎是「秋至山寒水冷,春來柳綠花紅」;而住在低緯度如台灣,則是「少寒多暖不霜天,木葉長青花久妍,真箇四時都是夏,荷花度臘菊迎年」。 然而,從歷史文獻記載中得出的氣候狀況,和現代的氣候比較之下,可以得知,氣候在歷史時期的確是有波動的。

歷史文獻中的氣候紀錄

人類生活受到大氣及氣候影響的程度,可以說大到人類自己也「沒有感覺」──因為它們已經「理所當然」地成為人類「下意識」的一部分,因而很少人會特地去注意。可是只要細心想想,不但一年四季的變化,即便每天的晴雨、氣壓高低、風大風小,在在都影響我們的生活與行為:心情舒暢或煩躁?是否必須帶傘,或乾脆不出門?要不要開冷氣?工地哪一天開工?水庫是否需洩洪?防颱措施要怎麼辦?今年蒼蠅蚊子會不會多?在較冷地區是否會封凍?是否該事先預儲燃料或飲水? 現代科技發達,都還免不了受到天氣及氣候的制約,在古代更是不用說了,只要留心歷史文獻中關於氣候的記載,便可以了解當時的氣候狀況。以下來看一些中國歷史氣候記載的例子。

旱、澇

水災、旱災,是古代歷史文獻中最直接,又最重要的氣候紀錄。對於古代的農業社會經濟而言,氣候狀況最好是「風調雨順」,才能「國泰民安」。然而,歷史上也有許多風不調,雨不順的時期,這些也往往是社會的大動盪期。 中國歷史上大水、大旱的紀錄不少。一次的黃河決口可以造成大範圍的洪水,使百萬人民流離失所。黃河決口的原因,有一大部分是上游地區霪雨連綿,河流宣洩不及而造成。當然也有時並非是久雨、大雨,而是水利官員失職扯爛污造成的。因此,在處理這類資料時便要十分小心,才不會把「官員混蛋」與「氣候潮濕」這兩個因素混在一起了。

比水災還要嚴重的是旱災。東亞季風氣候區的特徵之一是,一旦旱災發生,災區的範圍常常比水災要大得多。有句氣象俗諺說:「旱一片,澇一線」,指的就是這個特徵。大旱千里赤,造成的災民可至千萬。土地既不生五穀,餓死、渴死的不計其數,膽子大的就起來造反了。中國明末的連年大旱,造成李自成及張獻忠聚集流民造反,終結了明皇朝的政權。

不但正史上有旱、澇的記載,省志、府志、縣志等方志上也不少,可以說是最方便的歷史氣候資料。 雨、雪 歷史文獻中不但有水、旱災情,偶爾也有比較詳細的天氣紀錄。舉例來說,清朝宮廷中便有「晴雨錄」的文獻,是極詳細的每日天氣紀錄,其中包括晴、陰、夜晴、霧等等天空狀況,風向,雨之大小及起止時刻。例如,乾隆七年五月分的「晴雨米價」便有:

「二十日晴,東北風,戍時雷電雨起,亥時未止。」
「二十一日,寅時雨止,陰,西南風。酉時雷電雨起,戍時止,夜陰。」

您如果納悶這些氣象報告是作什麼用的,那背後還有更令您驚奇的!原來這些報告還是「密摺」,是由皇帝委託的心腹,尤其是織造每天觀測,然後按月秘密地上呈皇帝。這制度似乎自康熙時代便開始了,目的是了解該地的晴雨收成,及糧價漲落的情況。一來可以確知社會的民情穩定與否,二來也可以察知各地督撫稟報地方稅收時,有無謊報豐歉程度、中飽私囊等「歪哥」的情事。所以,這些「織造」官員,除了表面上負責供應皇家所需的紡織用品之外,背地裡還負有「皇帝密探」的責任,權勢自然是不小的。 《紅樓夢》作者曹雪芹的祖父曹寅曾任「江寧織造」,難怪曹雪芹自小對吃香喝辣的那一套繁華生活非常精通!不過話說回來,清朝皇帝雖是滿洲人,治理中國倒還花了不少心力,從「晴雨錄」及「雨雪糧價」等報告制度可見一斑,比起明朝中晚期的那些糊塗皇帝好多了。 筆者曾用江寧、蘇州、杭州三地晴雨錄的資料,參考北京的晴雨錄,復原了十八世紀長江三角洲地區的降水狀況,證實這些紀錄「古為今用」的科學用途。

湖川封凍

在冬季較冷的地區,河川湖泊可能會封凍。像筆者所住的威斯康辛州,地處美國北疆,冬季氣候嚴寒,較小的湖泊每年封凍,人車可以直接在湖面上走。但是每年封凍的期間長短不一,也早晚不一。如果有紀錄的話,便可以約略窺知氣候冷暖大概。麥迪遜的威斯康辛大學位於美麗的門多塔湖邊,而門多塔湖就保有一百年左右的湖泊封凍紀錄,從這些紀錄中還真可以看出這一百年來逐漸變暖的趨勢! 中國歷史文獻中也有不少河川湖泊的封凍紀錄,有的在正史中,有的在方志中,也有的在私人日記裡。例如,清人談遷在他所著的《北遊錄》裡,就記載著他在順治十年(1653年)7月底從杭州出發,搭船沿運河到北京。11月7日他才抵達天津,而11月18日運河即封凍,他只得改走陸路到北京。他在北京待到順治十三年(1656年),陽曆3月7日河冰開凍,他便又搭船南返。把他記載的冰封日期拿來和現代紀錄比較,便可知當時的冬季冷而長。

其他物候資料

大量的物候資料,諸如候鳥的來去日期,植物開花結果的日期,降霜、下雪之早晚,樹木抽枝發芽之遲早也都與氣候的寒暖乾濕有關。古文獻中偶爾也會有此類紀錄,也可以蒐集用來推測古代氣候。例如,《左傳》中記載:

昭公十七年。……秋,郯子來朝,公與之宴。昭子問焉:「少皞氐以鳥名官,何故也?」郯子曰:「吾祖也,我知之。……我高祖少皞,摯之立也,鳳鳥適至,故紀於鳥,為鳥師而鳥名。鳳鳥氏曆正也,玄鳥氏司分者也,伯趙氏司至者也。」

郯國在今天的山東境內,郯子是那時的國君(子是他的爵位)。郯國的先祖少皞氏所定的官位都是用鳥的名稱來稱呼,所以當他被問到原因時,這位郯子就回答了上述一段話。 其中值得我們注意的是「玄鳥氏司分者也」。玄鳥指的是「燕子」,即一般的家燕,「分」指的是「春分」。少皞之時,大約三千多年前,當時的氣候狀況是:春分時節燕子會抵達山東。可是在近代,燕子在春分只抵達上海附近而已,必須10~12天之後才會抵達山東。這也就是說三、四千年前,山東附近的氣候可能比現代要來得暖和,在春分便可見燕舞晴空了。 候鳥如此,其他的物候紀錄也能用同樣的理解、運用,而求得歷史時期的氣候狀況。

上面舉了一些例子,指出歷史文獻中有許多可以運用的資料,使我們能夠蒐集分析,求得歷史氣候的大致面目。這些歷史氣候的「序列」並不只是為了好玩,而是可以用作氣候研究的驗證。 現代的氣候研究往往依靠大氣環流模式的推算,加入某些假定的氣候機制,比如說,二氧化碳增加兩倍,去求得可能的氣候「後果」。但是,我們怎能信任那個大氣環流模式?在相信那個模式的結果之前,我們要求用那模式去反推過去的已知氣候。如果模式無法往古代推算出以前已知的氣候狀況,您能相信它可以預測未來的氣候狀況嗎?從這一點便可知復原歷史氣候真相的重大價值了。

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