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2 中国科学院地理科学与资源研究所, 中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室, 北京 100101;
3 浙大宁波理工学院, 浙江 宁波 315100;
4 西安地图出版社, 陕西 西安 710054;
5 陕西师范大学西北历史环境与经济社会发展研究院, 陕西 西安 710119)
IPCC第五次报告指出：在本世纪末，东亚地区台风活动可能增加，台风灾害会在本区域呈现上升趋势[1~3]。近20年来，数次强台风已经给东亚地区造成了严重的经济损失和人员伤亡，对其未来发展趋势的判断有赖于长时段西太地区台风活动的认识[3~6]，而中国大范围的台风科学记录仅有70年左右的历史[7]，有必要重建研究区总体和区域性台风活动过程，进而揭示其对社会的影响机制[6~11]。其中苏浙沿海地带是我国乃至世界范围内重要的台风活动区域之一，是台风活动“关键区”(25°~30°N，115°~125°E) 的主要组成部分[5~11]。中国苏浙地区有气象记录以来，平均每年要受到3~4次台风影响。而近几年来，台风在苏浙沿海造成的灾害显著增高，如2018年的“云雀”、“摩羯”，2019年的“利奇马”等台风事件，在运动路径上都深入陆地，对影响地区造成了严重的经济损失，甚至出现人员伤亡。
台风活动的主要指标包括源地、拐点、频率、强度、发生时间、生存时间和运动路径等要素，是测度台风活动情况的重要指标。关于历史时期台风的研究虽然已发展了10余年，但在指标体系上仍有很大缺失。已有研究聚焦于台风频率的波动，而对于其他指标的探讨则非常薄弱，大量指标尚付阙如、亟待重建；同时，异常台风活动能够导致的社会影响也停留在灾害层面，需要进一步探究致灾台风的活动过程[9~25]。其中台风运动路径在各类指标中最为重要，其直接影响受灾区域的位置和范围，因此，在台风研究中一直是非常重要的课题。对于历史时期台风运动路径的研究则可以在中长期尺度上认识这一问题，为台风中长期趋势预测提供必要的基础数据。同时，在近年来台风灾害趋于严重的背景下，历史时期台风活动的研究也可以为苏浙沿海地区防台抗汛工作提供必要的参考经验。
1 资料与方法 1.1 研究资料历史文献记录在进行过去气候状况的重建中具有独特且不可替代的作用[6]，在17世纪以来的台风活动研究中，历史文献记录相对于古生物、同位素、沉积地貌等地质学代用资料，具有时空精度高、时空连续性好、具有灾害状况描述等优势，使得其在台风运动路径重建、典型台风事件、异常台风的社会影响等研究实践中可以发挥巨大的作用，与其他代用资料互为补充，以提高研究结论的可信度。
本文资料主要基于清代-民国时期政府档案、地方志、笔记-日记、近代报纸、早期气象记录等史料。同时，本文也参考了台风汇编史料，包括《1884~1961年台风图集》[26]、《620个台风路径图(1893~1918年)》[27]、《台风的路径图及其一些统计》[28]等材料。这些史料基本覆盖了清代(1644~1911年)苏浙沿海地带，其中“颱、飓”与“风、雨、潮”等现象的记录，已经被证明可以很好得作为当地台风活动的代用资料[16~25]。在本工作中这一类史料得到了系统整理，形成苏浙沿海清代台风活动的疑似记录汇编，合计记录有4125条。
1.2 研究方法 1.2.1 基于历史文献的台风信息诊断方法基于历史文献的台风信息诊断方法主要为以下两种：
(1) 指征性词汇判断：根据气象史研究，明清时期“颶”、“颱”已经成为描述台风的特定用词，如收录在嘉庆《太平县志》[29]的清代浙江地方文人所撰《风灾变异记》一文记载，1712年(清康熙五十一年)，浙江温岭“八月初一，大雨三日不止，飓复起，屋瓦尽揭，海潮暴涌”。其中，“飓”便是对台风现象的记录，这一方法在以往研究中已经被广泛使用[16~25]，是目前历史台风研究中使用最为广泛的台风判别方法。日本历史文献中绝大多数的台风记录被收录于《日本気象史料》[30]，台风现象一般被记录为“雨风”、“嵐”、“津浪”、“汐”等，其中“岚”类似于中文史料中的“飓”，是对台风引起的狂风暴雨现象的称谓，“雨风”一般指暴风雨，“津浪”、“汐”一般指潮位突然升高，这些都可以成为从史料中提取台风信息的关键词[31~34]。
(2) 历史台风信息过滤法：这一方法由两个步骤组成，首先，台风活动造成的气象特征为“风、雨、潮”同时发生，将历史文献记述与这一特征进行比对，将基本符合这一特征的记录作为疑似台风。如1851年(清咸丰元年)，浙江平湖“秋八月初二日大风，屋瓦皆飞，雨暴注，水骤长五尺”[35]、1881年(清光绪七年)浙江台州“闰七月初三、四日飓风暴雨，海潮泛溢，坏禾稼，暨沿海涂田。”[36]，都可以被认为是疑似台风记录。第二步为“过滤”疑似台风，其方法在潘威等[20]研究中被确定为：雹、雪等表征的冷性气团；扬尘、雨土等指征的干性气团；有连续10天以上降雨或只有降雨记录而无任何大风记载的梅雨降水；“龙卷”、“羊角”、“龙挂”等记录的“龙卷风”现象；如果降雨或大风推进方向是由北向南或由内陆向沿海，与一般台风路径明显相反，有以上任一情况，都予以排除。在其他工作中已经证明，在东亚地区的历史台风研究中，这一方法对指征性词汇判断法具有很好的弥补作用[22~23, 34]。
1.2.2 单次历史台风时空过程诊断方法将文献中的台风记录输入ArcGIS环境，使用“中国历史地理信息系统”(CHGIS)中1820年和1911年的政区数据作为台风记录的空间坐标。目前学界以“相邻时间(2日之内)、相邻地点(＜2.4纬距)”[21~22]，作为一次台风的判断标准，即2.4纬距以下的相邻两地在相邻时间内，存在具有先后顺序的台风现象记录，且这一时间上的先后顺序对应于空间上的由海向陆，则可以判断为一次台风，如表 1所示为日本1713年9月2日一次台风活动的史料记录。在此操作过程中，自然也就明确了入境台风的运动方向[33~34]。
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表 1 日本1713年9月2日台风的历史文献记录 Table 1 A list of record about the typhoon tide disaster on September 2 1713 A.D. |
按图 1所示，1650~1911年间，中国华东和日本(25°~30°N，115°~125°E) 分别有698次和358次台风入境事件，其中17世纪后期在各个区域都出现了台风频率增高的现象，同时，也是典型台风灾害相对集中的时段。中国1664年“康熙崇明大潮灾”、日本1713年“正德风灾”(正德の嵐)等重大台风灾害都发生在这一阶段[40]。为印证本序列的正确性，将本研究序列和其他相关成果进行了比较。据李冬玲等[41]的研究，18世纪是中国台湾东北部台风活动增强的时代，这一时期也对应于本文所揭示的中国华东和日本台风频率的峰值，19世纪中后期至20世纪初期台风活动增强时期也对应于本研究揭示的台风频率增多期。同时，研究文献[41]中提出1690年和1900年是两个台风活动强度大的年份，这两个年份在本文提出的日本台风频率序列中是入境台风次数较多的年份，分别为2次(1690年)和3次(1900年)，李冬玲等[41]的结果与本文可互相印证，也指示了本研究重建频率是正确的。
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图 1 1650~1911年中国华东与日本台风频率波动 Fig. 1 The typhoon frequency of the coastal zone over East China and Japan in 1650~1911 A.D. The slim red line: annual frequency in East China; The slim blue line: annual frequency in Japan; The thick lines mean 9 a-moving average, red: East China, blue: Japan |
针对中国华东和日本台风频率的小波分析揭示了两者的周期性特征(图 2)，日本的2~4年周期集中在1760年代，而此时华东台风存在着4~8年周期；至1820~1850年代，日本台风的2年、4年周期较为明显，而此时华东台风并未出现周期性波动。
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图 2 针对中国华东(a)和日本(b)1650~1911年台风频率的小波分析 Fig. 2 The wave-let analyze of typhoon frequency in East Asia, 1650~1911 A.D. (a)East China; (b)Japan |
由于历史文献中的台风路径、记录缺乏角度数据，因此，本研究只能将入境台风运动方向大致分为西北、北、西、东北(分别以NW\N\W\NE指代)4个方向类别。此四类方向是苏浙沿海台风活动的主要路径，据1949年至今的器测记录显示，中国苏浙沿海台风多数为西北向入境，转东北向离开，这类台风多与沿海地区擦肩而过。另一类的运动方向则是入境后向西或西北登陆运动，这类台风由于深入内陆，往往在海岸线以内造成较为严重的雨涝灾害。其中最为典型的当为1823年(清道光三年)8月12~17日台风，据潘威等[42] 2010年的研究，该年9月16日的一次台风由长江口登陆，向西运动到安徽霍邱境内消失[42~43]。
根据以上方法，本文得到了清代苏浙沿海台风入境方向的年代际波动情况(图 3)，入境台风分为西(W)、西北(NW)、北(N)和东北(NE)4个方向。其中，东北行台风基本都是在闽粤沿海登陆，而后在陆上转向东北，进入苏浙区域，这类台风多数在苏浙地区已经减弱，故而不太会对研究区造成太大影响。北行台风主要是在浙闽登陆，而后向北运动，经由上海、江苏进入山东，2019年8月的“利奇马”就是这一类台风的典型[44]。
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图 3 中国华东地区不同台风运动路径数量的年代际波动(1650~2000年) 纵坐标从上至下依次改为“东北行台风个数”、“北行台风个数”、“西北行台风个数”和“西行台风个数” Fig. 3 The number of moving direction of typhoon over East China in decadal scale(1650~2000 A.D.) Top to bottom is the number of typhoon in North-East, North, North-West and West ward |
相比之下，西向、西北向台风虽然数量较少，对本区域造成的灾害却很大。台风在纬向上的分布多取决于西向台风的运动情况，西向、西北向台风往往深入东南内地，其造成的影响范围较大，据本研究统计，1650年代以来受灾县数目最多的几次台风灾害都是西行和西北行，包括1850年9月17日台风，在浙江三门入境后西行，波及48个县；1854年8月25日台风，在浙江温岭入境后转向西北，导致苏浙一带50个县受灾；1883年8月23日台风，在浙江象山入境后向西北方运动，影响范围也达到23个县。
2.3 西向台风在1820年代突然增多本研究对台风运动路径M-K检验，该方法可以标定序列出现拐点的位置。从已经重建的清代华东沿海台风频率波动来看，1820~1850年代并不是一个台风活动非常活跃的阶段，实际上，这一阶段苏浙沿海台风频率处于清代平均台风频率以下，但西北、西向台风在1820~1850年间比例明显提高(见图 3)，由于这一台风运动路径的方向变化现象发生于清道光时期，本文暂将其表述为“道光转向”。
M-K检验方法揭示了“道光转向”是近300年华东台风活动历史上的1次突变事件(图 4)。中国苏浙地区典型台风，如2015年“菲特”，2016年“灿鸿”、“莫拉蒂”、“鲇鱼”等运动路径的分析则表明，副高位置和强度对单次台风运动方向具有显著的影响作用。西太平洋暖池热状态、大气环流场、地形等因素都会对西北太平洋地区的台风运动路径造成影响。西太平洋暖池呈现暖状态时，台风运动路径在中国沿海多呈现西向、西北向[45~46]，如1990年9012号台风，其运动路径呈东-西向，正对应了当年西太平洋暖池的暖状态[15]。而Chen等[13]指出，西太平洋暖池在19世纪前期有一次比较快速的升温过程，这很可能驱动了入境台风运动方向的转变。
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图 4 针对中国华东沿海西行(W)台风数量波动的M-K检验 Fig. 4 M-K method for the quantity fluctuation of westerly (W)typhoons over East China |
中国华东地区西向与西北向台风增加造成了当地涝灾时间延长、范围扩大。据潘威等[47]和王美苏[48]研究，单次台风影响时长(日)和受灾县数在1820~1850年代都有明显增长，单次台风影响时长在1820年代前为2日，1830~1840年代为4日；受灾县数平均值在18世纪为10个县，极端值为21个县(1746年7月12日台风)，19世纪中期，两者分别增长到21个县和30个县(1846年8月1日、1851年7月6日)。这一现象的直接原因正是此阶段西、西北向运动的台风数量增多，导致华东沿海出现了台风受灾面积扩大、灾害时间延长等现象[47]。
2.4 日本台风运动路径改变入境日本台风的运动路径无明显的转向，但运动路径向东伸展，导致入境台风影响范围向东扩大。台风引起的灾害在日本被称为“风水害”，从“风水害”1650~1870年代分布区的变化分析，1820年代影响日本台风也出现了运动路径的变化，其运动轨迹沿东向延长。“风水害”记录来源于小鹿島果《日本災異志》[49]，将1650~1870年代“风水害”标注于地图上可以发现，1650~1810年代，日本台风灾害集中在四国、九州和以京都为中心的关西地区；1820年至1870年代，日本台风灾害范围扩大到关东地区(图 5)。在关西地区台风灾害持续严重的同时，江户(今东京都)一带“风水害”在1820年代后明显趋向严重(见图 5)。这一现象实质也指向了台风运动路径的变动，以江户为中心的关东地区在1820年之后受到了更多台风影响。
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图 5 日本在1820年前后台风灾害集中区的转变 (a)1650s~1810s; (b)1820s~1910s Fig. 5 The expansion of typhoon disaster area in Japan around 1820 A.D. |
1820~1850年代，中国、日本都存在着灾害严重的、由台风活动引起的雨涝灾害[22~25, 47~50]。而台风灾害集中的沿海地区，如长江三角洲、关东平原等地区，都是中国与日本经济发达、人口稠密的地区，江户地区还是日本幕府时期的全国政治中心，发生在这一地区的气候波动对中国和日本传统社会造成了很大影响。
3.1 江南“暗荒”与道光财政紧张道光时期(1821~1850年)，政府白银储备只有乾隆时期的不到50 %，清朝财政已经出现捉襟见肘的状况[51]。作为中国财赋重地的苏浙地区，自1823年遭遇“癸未大水”以来就进入了一个长达20年的偏涝时段，太湖流域陷入长期的“暗荒”，导致太湖流域农业经济遭遇沉重打击[52]。潘威等[42]将此次涝灾归因于太湖流域在1762年至1823年期间的水利失修。“国初以来承平日久，海内殷富为旷古所罕有。至道光癸未(按：1823年)大水，元气顿耗，逮癸巳(按：1833年)后无岁不荒”[53](《清史稿·食货志·赋役》)，1820~1830年代无疑是清朝由盛转衰的关键性转折时期。史料[53]中强调的1823年和1833年两次大水都有西行和西北行台风参与。其中，以1823年为典型，当年8月13日西行台风路径如下：8月13日登陆于江苏启东一带，随后溯长江西进，8月17日消失于安徽霍邱附近，其西进过程中，8月中旬在安徽、湖北、江西、河南、陕西等地发生了河流涨水及涝灾[42]。器测时期华东沿海的台风一般从宁波以南地方登陆，这次台风登陆地点偏北。1823年8月13日的西行台风在陆地停留时间长达4天，类似于1943年8月11日登陆台风、1956年8月2日台风、2012年8月8日强台风“海葵”。正是此次台风造成了太湖流域长达一年的内涝，开启了长达20年的江南“暗荒”[42~43, 52]。此次台风之后，1833年7月26日、1836年9月21日和10月11日、1843年9月1日、1844年8月22日、1850年9月17日、1854年8月25日都发生了因西行、西北行台风引发的严重涝灾[47~48]，“鱼米之乡”的太湖流域饱受内涝之苦，农业经济遭遇沉重打击。本研究认为，在太湖流域遭遇寒冷气候和水利失修的同时，台风活动的改变也是一重要因素，1820~1850年代台风运动路径偏向内陆，导致苏浙地区雨涝灾害相对严重。严重的雨涝灾害导致富庶的太湖流域农业经济受到沉重打击，国家赋税征收因而受到严重影响，这一情况进一步恶化了清朝的国家财政状况。
3.2 幕府统治的动摇在日本，19世纪前中期的台风活动异常导致了德川幕府(1603~1868年)与各地大名的矛盾加深。日本文政、天保时期(日本仁孝天皇年号，文政为1818~1829年、天保为1830~1844年)大致对应于清道光时期，此阶段日本也出现了严重的环境灾变，其中“文政风水害”及其引发的“天保饥馑”对幕府统治的影响最为明显。在本州、九州和四国，台风导致的次生涝灾严重摧残了日本传统农业经济基础，将军辖地和各藩都面临着严峻的粮荒。为应对日益严重的涝灾，当时的幕府将军德川家齐、德川家庆开始施行“国役普请”政策，向各藩大名征调人力、财力进行以排水、防洪为主的水利整治[54]。幕府将军介入大名辖境事务，征调人口与财富，这一做法引发了各藩对幕府的不满，地方势力并不配合幕府的救灾工作，导致水利整治进展不大，涝灾未见缓解。1834年(天保四年)开始，不断严重的涝灾引发了大面积的水稻歉收，造成了全国性的饥荒。据收录于《續徳川實纪》[55]的日本史料《天保凶飢見聞実録》记载，1834~1837年本州地区的饥民骚乱规模不断扩大，最终形成了著名的“大盐平八郎起义”(1837年)，这次农民战争严重削弱了幕府和大名的统治秩序，并引发了各藩中下层武士对幕府将军的不满[55]。
4 结论利用中日两国历史文献中的台风记录，得到公元1650年以来中国华东地区和日本列岛(北海道除外)的台风年际频率波动曲线。其中18世纪后期、19世纪中期和20世纪初3个时期在中日两国都出现了入境台风增多的现象，小波分析显示19世纪中期是华东和日本台风频率周期出现显著波动，日本出现2~4年周期，华东地区周期消失。与周期波动相伴随的是中国的江浙沿海与日本都出现了台风运动路径转变。1820~1850年代，华东地区入境台风以西向、西北向为主，M-K检验发现此现象为一次突变；同时，入境日本台风向东延伸，由京都扩展到东京地区。
1820~1850年代的台风变化导致中国太湖流域与日本江户地区都出现了较为严重的雨涝灾，台风路径的变化是此类灾害形成和加剧的重要原因，尤其是1820年代发生在中国华东与日本的台风灾害具有持续时间长(2日以上)、影响范围大的特点，开启了两地持续20余年的台风灾害集中期。此时，以中、日为代表的东亚国家在财政、行政和军事能力方面已经陷入整体衰落，传统社会经济自身陷入了运行困境，严峻的台风灾害极大加剧了这一衰落过程，使得原本已经运作不力的传统政治体制(清王朝的皇帝集权制度、日本的幕府制度)陷入长达20~30年的经济衰退和社会动荡。在与西方世界直接接触之前，气候因素已经严重削弱了东亚传统国家的力量，使之更加难以应对欧洲殖民力量的武力入侵。
致谢: 谨以此文纪念2020年2月27日逝世的导师满志敏教授!并由衷感谢审稿专家和杨美芳老师对此文提出的宝贵意见。
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2 Key Laboratory of Terrestrial Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographical Sciences and Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101;
3 Ningbo Tech University, Ningbo 315100, Zhejiang;
4 Xi'an Atlas Press, Xi'an 710054, Shaanxi;
5 Northwest Institute of Historical Environment and Economic and Social Development, Shaanxi Normal University, Xi'an 710119, Shaanxi)
Abstract
The northwest Pacific region is the typhoon active region worldwide. Extending the sequence of typhoon activity to the period of instrument measurement is helpful to reveal the regional characteristics of typhoon activity over a long period. The study of typhoon phenomena in the historical period also helps to summarize the historical similarity of typhoon-society relations.East China, including present-day Zhejiang, Shanghai, and Jiangsu provinces, and the Honshu, Shikoku, and Kyushu regions of Japan are in the active typhoon region worldwide(25°~30°N, 115°~125°E). In this study, various historical documents from China and Japan were used to reconstruct the typhoon frequency, movement track and other information of Eastern China, mainly Zhejiang, Shanghai and Jiangsu, as well as Honshu, Shikoku and Kyushu, Japan in the 1650s and 1900s by using ArcGIS technology.Extending the typhoon activity sequence to the instrumental measurement era can help reveal the long-time activity characteristics of typhoons in the region. And the study of typhoon phenomena in historical periods can also help summarize the historical similarity of typhoon-society relationships. In this study, by using various historical documentary materials such as Chinese and Japanese archives, local gazetteers, notebooks-diaries, modern newspapers, and early meteorological records, we extracted typhoon information, clarified the motion direction of single inbound typhoons through the diagnostic method of typhoon information in historical documents and the diagnostic method of spatial and temporal processes of single historical typhoons, and reconstructed information such as typhoon frequency changes and motion paths of the above-mentioned areas in the 1650s~1900s under ArcGIS environment. It was found that the 2~4 year cycle of Japan was concentrated in 1760s, while there was a 4~8 year cycle of East China typhoon at this time; until 1820~1850s, the 2 and 4 year cycles of Japanese typhoon were more obvious, while there was no cyclic fluctuation of East China typhoon at this time. In addition, in the 1820s, there was a sudden shift of typhoons in East China, and the number of westward typhoons increased significantly. As the westward typhoons penetrated deeper into the interior, the scope of typhoon disasters expanded, causing widespread severe rain and flooding in the lower reaches of the Yangtze River, which caused significant losses to the tax revenues of the Qing Dynasty and greatly shook the traditional financial foundation of the Qing Dynasty. In Japan, after 1820, typhoon activity extended from the Kansai region to the Kanto region.Based on the reconstruction analysis in this paper, there was very serious flooding in both China and Japan during 1820s~1850s, characterized by frequent flooding in Eastern China and widespread "Typhoon disasters"(风水害) in Kanto and Kansai in Japan. This phenomenon is closely related to transformational movement path of typhoon in this stage. Tested by the M-K, in the 1820s, there is a wide range of severe flooding in the lower reaches of the Yangtze River caused by sudden change of the typhoon in Eastern China, significant increase of volume of the and expansion of typhoon disasters for thrust of westward typhoon inland, which caused a great loss of tax revenue of Qing Dynasty and greatly shakened the traditional financial foundation of it. In Japan, since 1820, typhoons extended from Kansai to Kanto, which seriously damaged "Typhoon disasters". This phenomenon lasted until 1850s, causing a nationwide famine in Japan, which led to the opposition between shoguns and other daimyos, middle and lower samurai, and became an important reason for the collapse of the Rule of the Tokugawa Shoguns.In the early and middle 19th century, the abnormal typhoon activities in East Asia became one of the important reasons for weakening the traditional political systems in China and Japan. Thus, climate change indirectly promoted the Chinese and Japanese societies to enter the modern stage.