中国西北地区770 BCE—1000 CE疫灾的时空特征与影响因子

Spatial-temporal characteristics and influencing factors of epidemic disasters in northwest China， 770 BCE—1000 CE

摘要

中国西北地区是欧亚大陆贸易往来和疫病传输的重要通道.本文采用时间序列分析、GIS空间分析、因子相关分析等方法对中国西北地区770 BCE—1000 CE的疫灾时空特征与影响因子进行研究，结果表明：1） 770 BCE—1000 CE，西北地区共有38个疫灾之年，疫灾频度仅2.15%，低于全国平均水平；疫灾多在春、秋季流行，长期呈波动上升趋势，与同期全国特征一致.2） 770 BCE—1000 CE，西北地区疫灾集中于人口相对稠密的东南部，农耕区疫灾多于畜牧区，交通沿线为疫灾高发带，关中平原的宝鸡—西安—渭南一带为热点区，兰州—西宁一线、延安—榆林一线为冷点区.3） 770 BCE—1000 CE，西北地区疫灾时空特征的形成受气候、灾害和人类活动多重因子的影响：寒冷干燥期较温暖湿润期疫灾多发；灾害对疫灾有显著激发作用，灾害频繁期也是疫灾频繁期，灾害多发区也是疫灾多发区.上述研究结果，对于研究干旱半干旱地区疫灾的发生与流行机制具有重要参考价值.

Abstract

The northwest China served as a vital corridor for Eurasian trade and disease transmission. This study employed time-series analysis， GIS spatial analysis， and factor correlation analysis to examine the spatiotemporal characteristics and influencing factors of epidemic disasters in northwest China from 770 BCE to 1000 CE. The findings reveal： 1）During 770 BCE—1000 CE， the region experienced 38 epidemic disaster years， with an epidemic frequency of only 2.15%， lower than the national average； Epidemics predominantly occurred in spring and autumn， exhibiting a long-term fluctuating upward trend consistent with national patterns during the same period. 2） During 770 BCE—1000 CE， epidemics in the northwest concentrated in the relatively densely populated southeast. Agricultural areas experienced more epidemics than pastoral regions， with transportation corridors forming high-incidence zones. The Baoji-Xi’an-Weinan area on the Guanzhong Plain was a hotspot， while the Lanzhou-Xining and Yan’an-Yulin lines were cold spots. 3） From 770 BCE to 1000 CE， the formation of epidemic patterns in northwest China was influenced by multiple factors including climate， natural disasters， and human activities： epidemics occurred more frequently during cold， dry periods than during warm， humid periods. Disasters significantly triggered epidemics， with periods of frequent disasters coinciding with periods of frequent epidemics， and areas prone to disasters also being areas prone to epidemics. These findings provide valuable insights for studying the mechanisms of epidemic occurrence and spread in arid and semi-arid regions.

Graphical abstract

关键词

疫灾 / 时空特征 / 影响因子 / 西北地区 / 770 BCE—1000 CE

Key words

epidemic disasters / spatio-temporal characteristics / impact factor / northwest China / 770 BCE—1000 CE

疫灾是急性、烈性传染病大规模流行所致的灾害，它既可以是原生灾害，也可以是次生灾害，而且更多的是其他灾害诱发的次生灾害^［1］.近二十年来，中国历史疫灾地理研究已经成为中国历史医学地理学的热点领域.在疫灾时空特征方面，整个历史时期^［1］以及不同阶段^［2-3］、全国范围^［4］以及不同区域^［5-6］，都开展了研究，不仅廓清了疫灾流行的季节性、趋势性和周期性，而且阐明了疫灾的空间分异与环境机理，发现疫灾流行具有长期上升趋势，年内主要在夏、秋季节流行，人口相对稠密的东南半壁为疫灾主要分布区，经济重心变迁牵引疫灾重心的变迁^［1］.在疫灾影响因子方面，众多的研究发现：寒冷干燥期疫灾频发，温暖湿润期疫灾稀少；自然疫源地和灾害多发地也是疫灾高发地；自然灾害既可单独诱发疫灾，也可通过灾害链组合激发疫灾^［5-9］；战争导致人口流动，促使疫灾范围扩大^［10］；道路是人口流动的载体，交通因素对疫灾传播也有重要作用^{［9，11-13］}.

但是，具体到中国西北地区，其历史疫灾地理尚无专门研究.西北地区地处欧亚大陆腹地，属干旱和半干旱区，气候变率较大，自然灾害频繁，疫灾事件也不少，对其历史时期的疫灾时空特征及其影响因子进行研究，不仅是完善中国疫灾历史地理研究的需要，也是干旱半干旱地区人地关系协调研究的需要.限于篇幅，本文仅对中国西北地区历史时期前段（770 BCE—1000 CE）的疫灾时空特征及影响因子进行研究.

1 区域、数据与方法

1.1 研究区域

“中国西北地区”包括陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆、内蒙古6个省级行政区，其中内蒙古仅包括蒙西地区（包头市、鄂尔多斯市、乌海市、巴彦淖尔市、阿拉善盟）.按照2010年行政区划，共58市297县，国土面积约331万km².该地区属干旱、半干旱区，气候相对寒冷、干燥，历史上水、旱、蝗、冻等气象灾害较多；地处欧亚大陆腹地，自西汉中期张骞开拓“丝绸之路”以来，一直都是中国与中亚、欧洲的重要贸易通道；又地处祖国边疆，战略区位十分重要，历史上中原王朝与边疆民族有过不少战争，几乎每次大规模的民族战争，都伴随或引发了疫灾的流行（图1）.

1.2 数据来源及处理

1.2.1 疫灾史料数据

主要采自《中国三千年疫灾史料汇编》第一卷《先秦至明代卷》^［14］.该汇编是中国最全面最系统的疫灾史料数据库.本文将从中辑得的1000 CE前的中国西北地区的疫灾史料，按照疫时、疫域、疫因、疫果、疫种等编制时间分辨率为“年”、空间分辨率为“县”的疫灾时空数据集，然后编制十年尺度的疫灾频度序列、疫灾等级序列和疫灾综合序列.疫灾等级参照中国过去三千年的全国标准，同时根据中国西北地区1000 CE前的实际情况做了必要调整（表2）；疫灾综合序列是疫灾频度序列和疫灾等级序列的加权综合，加权系数采用熵权法求得，疫灾频度序列的为0.568，疫灾等级序列的为0.432.

1.2.2 气候因子数据

降水和气温序列数据来自美国国家环境信息中心，由史锋等^［15］发布的历史时期中国8个区域的逐年气温和降水距平数据，从中截取“西北区域”的数据，构建770 BCE—1000 CE时间分辨率为10 a的温度距平序列和降水距平序列.

1.2.3 灾害因子数据

水、旱、冻、蝗、饥等灾害的史料数据，主要采自《中国三千年气象记录总集》^［16］和《中国灾害通史》^［17］.地震数据采自中国地震台网中心、国家地震科学数据中心（http：//data.earthquake.cn）.按照处理疫灾一样的方法，构建770 BCE—1000 CE时间分辨率为10 a的水、旱、冻、蝗、饥、震各灾的频度序列.

1.2.4 人文因子数据

人文因子仅分析战争的影响.战争数据采自《中国历代战争年表》^［18］.战争也是一种灾害，历史文献简称为“兵”.按照处理灾害一样的方法，构建770 BCE—1000 CE时间分辨率为10 a的战争频度序列.唐代交通线路数据来源于参考文献［19］，其中包含唐代西北地区主要交通线路矢量化后的数据.

1.3 研究方法

1.3.1 空间站点分析

空间站点是代表特定区域总体特征的抽样点，抽样样本容量计算公式为：

n=\frac{Z^{\mathrm{2}}\times {\delta }^{\mathrm{2}}}{e^{\mathrm{2}}}，

式中，n指样本容量；z指某一置信水平下的统计量（95%置信水平下为\mathrm{1.96}，99%置信水平下为\mathrm{2.86}）；\delta指总体标准差，经计算，中国西北地区1000 CE前的“县”疫灾年数的总体标准差为2.15；e指某一置信水平的容许抽样误差，设为0.5.经计算，95%置信水平下n为24，99%置信水平下为51，本文根据西北地区的行政区划及疫灾分布的具体情况，总共设置28个空间站点，但不同朝代有所差异（图2）.

1.3.2 时间序列分析

该方法用以揭示疫灾的时间变化特征，本文一是据以分析疫灾的趋势性和周期性，二是据以分析疫灾的阶段性.趋势性分析采用Grapher 20.1软件进行，周期性分析采用Matlab软件进行，阶段性分析采用层次聚类法（agglomerative nesting， AGNES）进行.

1.3.3 空间分布分析

该方法用以揭示疫灾的空间分异特征，本文一是采用冷热点分析来识别疫灾的高发区和稀少区；二是使用ArcGIS 10.8中的标准差椭圆工具来描述疫灾流行的核心范围和重心点.三是使用ArcGIS 10.8将矢量化后的交通线数据计算其密度，并与疫灾点叠加至同一图层进行空间耦合分析，使用核密度工具对耦合结果进行栅格化，以此来识别交通线与疫灾在空间上的耦合关系.

1.3.4 因子相关分析

该方法用以揭示疫灾时空特征形成的影响因子，本文一是对疫灾序列和各因子序列进行时间相关分析，揭示疫灾时间变化的原因；二是对空间站点的疫灾年数与同期的灾害年数（水、旱、冻、震、蝗、饥、兵）进行空间相关分析，揭示疫灾空间分异的原因.相关系数取值为［-1，1］，正值表示正相关，负值表示负相关，绝对值越大表示相关性越高.相关性分析采用SPSS 26软件进行.

2 西北地区疫灾的时间变化

2.1 疫灾的朝纪变化

朝代变化和世纪变化是长时间尺度的变化.在 770 BCE—1000 CE，西北地区共有38个疫灾之年，平均疫灾频度为2.15%，远低于同时期全国水平，从全国范围看，属于疫灾稀少区.

2.1.1 朝代变化

先秦两汉时期（770 BCE—220 CE），西北地区有10个疫灾之年，疫灾约100年一遇；魏晋南北朝时期（220—581 CE），西北地区有11个疫灾之年，疫灾约35年一遇；隋唐五代时期（581—960 CE），西北地区有17个疫灾之年，疫灾约22年一遇；北宋初期（960—1000 CE），西北地区无疫灾记录.总体来看，疫灾频度呈阶梯状上升（图3）.

2.1.2 世纪变化

公元前4世纪至公元2世纪，西北地区疫灾频度先升后降，公元前1世纪为高峰期，但疫灾频度总体都较低；公元3—9世纪，疫灾频度缓慢上升，9世纪为高峰期.频数最多的疫灾等级为4级（大疫），最高可达6级（特大疫），但仅发生过一次（图3）.

2.2 疫灾的季节变化

季节变化是年内变化，属于短时间尺度变化. 在770 BCE—1000 CE，西北地区的疫灾全部为单季流行，38个疫灾之年有38个疫灾流行季节，其中春季10年次，占26.31%；夏季9年次，占23.68%；秋季10年次，占26.31%；冬季9年次，占23.68%.这些疫灾事件累计染及77县次，其中春季21县次，占27.23%；夏季17县次，占27.2%；秋季23县次，占29.9%；冬季16县次，占20.78.无论是从季节年次占比看还是从季节县次占比看，疫灾的季节性差异并不显著，究其原因，主要是西北地区该时期的疫灾频度很低，总体来看，各季节疫灾的发生都具有一定的偶发性.不过，具体到不同历史阶段，疫灾的季节性还是比较明显的，如先秦至西汉时期（770 BCE — 8 CE），疫灾主要在春季流行；东汉至南北朝中期（9 CE—460 CE），疫灾主要在秋、夏季流行；南北朝中期至北宋前期（461 CE—1000 CE），疫灾相对频繁，四个季节的疫灾流行相对均衡（图4）.

2.3 疫灾的长期变化

疫灾的长期变化特征可从阶段性和趋势性两个方面来观察，阶段性反映疫灾流行的时间聚类特征，趋势性反映疫灾流行的时间趋势特征.

2.3.1 阶段特征

层次聚类法分析表明，770 BCE—1000 CE，中国西北地区的疫灾变迁可分为4个阶段（图5）.第一阶段：770 BCE—399 BCE，春秋时期至战国中期，西北地区人口密度少，人口流动性低，疫灾处于低水平流行，疫灾频度指数平均为0.005，疫灾等级指数平均为0.082，疫灾综合指数平均为0.041.第二阶段：400 BCE—139 CE，战国后期至东汉中期，西北地区人口略有增长，人类活动较前强烈，但疫灾流行仍处于低水平，疫灾频度指数平均为0.009，疫灾等级指数平均为0.096，疫灾综合指数平均为0.083.第三阶段：140 CE—759 CE，东汉后期年至唐朝中期，西北地区民族冲突加剧，疫灾指数波动剧烈，310s为第一个疫灾高峰，610s为第二个疫灾高峰，疫灾流行水平显著提升，疫灾频度指数平均为0.081，疫灾等级指数平均为0.293，疫灾综合指数平均为0.268.第四阶段：760 CE—1000 CE，唐朝后期至北宋初期，西北地区基本处于游牧民族控制之下，农耕人口内迁，疫灾流行水平显著降低，疫灾频度指数平均为0.032，疫灾等级指数平均为0.084，疫灾综合指数平均为0.057.

2.3.2 趋势特征

疫灾序列的趋势性特征一般用线性趋势线和多项式趋势线来表征，中国西北地区770 BCE—1000 CE疫灾流行的线性趋势总体是上升的，线性趋势线的斜率为3.72×10^-5，拟合优度R²为0.546；正交多项式趋势线为弧线，拟合优度R²为0.511，总体上升的趋势也比较明显，只是因为第四阶段疫灾流行水平降低而有所下滑.这说明，中国西北地区在1000 CE的历史时期，疫灾流行水平总体是趋于频繁的，这点与同期全国的变化是基本一致的，只是西北地区的这种上升趋势十分微弱而已.

3 西北地区疫灾的空间分异

3.1 疫灾分布的总体格局

3.1.1 省域尺度的空间格局

1000 CE以前，中国西北地区38个疫灾之年的疫灾累计波及76省次，其中陕西47次，占61.84%；内蒙古（西部）11次，占14.47%；甘肃10次，占13.16%；宁夏5次，占6.58%；青海3次，占3.95%.按历史阶段来看，疫灾主要发生于魏晋南北朝和隋唐时期，两者疫灾省次合占总数的85.53%.整体上看，空间上，疫灾主要分布于靠近中原的省份；时间上，疫灾主要发生于民族冲突较剧烈的时段（表3）.

3.1.2 县域尺度的空间格局

1000 CE以前，中国西北地区297个县级政区中，被疫灾侵染的有131个，疫灾广泛度为44.23%；约331万km²国土面积中，被疫灾侵染的约95 万km²，疫灾广阔度为28.67%；疫灾累计侵染面积约655 万km²，平均疫灾厚度为1.98层，相当于770 BCE—1000 CE中国西北地区平均被疫灾席卷了近两次.疫灾分布的集聚性特征十分明显，关中平原、河西走廊、黄土高原、汉中盆地疫灾流行较多，关中平原宝鸡—西安—渭南一线为疫灾热点区，兰州—西宁一线、鄂尔多斯—榆林一线为疫灾冷点区（图6）.

3.2 疫灾分布的基本特征

中国西北地区770 BCE—1000 CE的疫灾分布，与中国770 BCE—1949 CE的疫灾分布有着相似的特征.

3.2.1 京畿地区为疫灾频发区

“人口密度是疫灾的启动器”^［1］. 770 BCE—1000 CE，西北地区疫灾主要分布于其人口相对稠密的东南部.唐代是该时期最具代表性的一个朝代，当时的京畿地区大致就是京兆府所辖范围，据研究，唐代鼎盛期京兆府的人口密度高达87.43人·km^-2，是全国人口最为稠密的地区^［20］.长安县作为首都长安城的附郭县，人口尤为稠密，其疫灾流行比其他任何地方都要频繁，仅唐代，疫灾之年高达9个.

3.2.2 交通沿线为疫灾高发带

“人口流动是疫灾的加速器”^［1］.道路是人口流动的载体，交通沿线因为人口流动性强，疫灾流行频度也高.770 BCE—1000 CE，西北地区疫灾沿驿道分布的特点也十分明显.所研究的时期内，唐代的驿道系统最完备，驿道作为区域人口和经济联系的纽带，沿线州县因为人口密度和经济水平高，州县等第值也高^［21］.高人口密度叠加高人口流动性，使得驿道沿线成为疫灾高发带.据统计，唐代西北地区82.73%的疫灾点为驿道上的节点城市，其中疫灾之年高达10个以上的疫灾频繁城市，几乎全部分布在京畿地区的驿道干线上.

3.2.3 农耕区疫灾多于畜牧区

历史时期，受气候变化影响，中国农牧界线不断变迁^［22］.但无论这条界线怎么变迁，都是界线以南农耕区的疫灾多于界线以北畜牧区的疫灾，农牧界线的变迁牵引着疫灾重心的变迁.如图7所示，先秦时期，100%的疫灾点分布于前5世纪—前2世纪农牧界线以南的农耕区；秦汉时期，81.25%的疫灾点分布于1—3世纪农牧界线以南的农耕区；魏晋南北朝时期，77.45%的疫灾点分布于4—6世纪农牧界线以南的农耕区；隋唐时期，79.56%的疫灾点分布于分布于6—9世纪农牧界线以南的农耕区.农耕区疫灾比畜牧区疫灾频繁，根本原因是农耕区人口密度较高，易感人群集中，人口流动性强，以及传播途径的多样.疫灾重心分布呈现出一定规律，即各个时期疫灾重心均紧贴农牧分界线分布.如先秦时期疫灾稀少，疫灾点集中于关中地区；两汉时期甘肃、内蒙古也成为疫灾流行地，疫灾重心位于1—3世纪农牧分界线以东附近；魏晋南北朝时期疫灾重心则南移至4—6世纪农牧分界线以南附近；隋唐时期疫灾重心移至 6—9世纪农牧分界线以南附近.

4 西北地区疫灾时空特征的影响因子

4.1 疫灾的自然影响因子

4.1.1 疫灾与气候

气候不仅可以影响病原体的孕灾环境，而且可以影响病原体的传播条件和承灾体（人口）的易感性和传播途径.对中国西北地区770 BCE—1000 CE的气温序列、降水序列与疫灾序列进行时间相关分析，结果表明（表4）：无论是各历史阶段还是整个研究期，疫灾流行均与气温、降水呈负相关性，而且这种相关性除先秦时期因为数据过少没有显著性外，其余均具有显著性，说明西北地区气候寒冷干燥期疫灾相对频发，气候温暖湿润期疫灾相对少发.

4.1.2 疫灾与灾害

疫灾可以是病原体异常暴发引起的原生灾害，也可以是且更多是其他灾害引发的次生灾害.如表4所示，对中国西北地区770 BCE—1000 CE十年尺度的疫灾序列与水、旱、冻、震、蝗、饥等灾害序列进行相关分析，结果表明：疫灾在所有历史阶段与所有自然灾害在时间变化上都呈正相关关系，且绝大多数都有显著性.再对中国西北地区770 BCE—1000 CE空间站点的疫灾年数与同期水、旱、冻、震、蝗、饥等的灾害年数进行空间相关分析，结果表明：疫灾在所有历史阶段与所有灾害在空间格局上都呈正相关关系，且绝大多数都有显著性.这说明，西北地区自然灾害的时空格局对其疫灾时空格局的形成具有重要影响.它们的影响程度，单从相关系数看，总体是饥灾>旱灾>蝗灾>水灾>冻灾>震灾，说明在中国西北地区，旱、蝗、饥是最易引发疫灾流行的灾害.

4.2 疫灾的人文影响因子

4.2.1 疫灾与战争

在人类历史上，战争与疫灾如影随形.中国有“大兵之后必有大疫”的古语，历史文献常常“兵疫”连称.在1000 CE 以前的历史时期，西北地区因为地处农牧交错带，中原王朝与游牧民族之间常以之为战场，据《中国历代战争年表》^［18］统计，西北地区有过大小战争150余次.战争古称“兵灾”，其与疫灾的关系，比与水、旱、蝗、震、饥等自然灾害的关系更加紧密，不仅战争频繁期也是疫灾频繁期，而且战争频繁区也是疫灾频繁区.魏晋南北朝时期战争连绵，为中国过去三千年的第一个疫灾高峰，该时期西北地区的疫灾序列与战争序列的相关系数高达0.81（表4），疫灾指数的波动与战争指数的波动也相当地一致（图8）.

4.2.2 疫灾与交通

自西汉张骞“凿通”西域起，丝绸之路就成为连通欧亚大陆的贸易通道.这条通道不仅仅是贸易往来和文化交流的通道，也是疾病全球化、作物全球化的重要通道.第一次鼠疫大流行期间（541—750 CE），沿着这条通道就有了鼠疫病菌的扩散与传输^［23］.研究表明，在西汉至唐末这段时期，丝绸之路的路程不断延长，沿线站点不断增多，人类活动也逐渐增强，同时也为疫灾的传播提供了便利^［24］.以交通体系比较成熟的隋唐五代时期为例，空间站点的疫灾分布与其交通密度呈显著的正相关性，相关系数高达0.61（表4）.如前所论，疫灾之所以与交通关系密切，主要是因为交通线是人口流动的载体，尤其是多条道路交汇的节点城市，不仅人口密度大，而且人口流动频繁，往往成为疫灾的多发点.同样，以唐代为例，在县域尺度上，疫灾与交通密度有着较高的空间耦合度（图9）.

5 结论

770 BCE—1000 CE，中国西北地区共38个疫灾之年，疫灾频度仅2.15%，疫灾约50年一遇.从历史阶段来看，春秋战国、秦汉、魏晋南北朝、隋唐的疫灾频度缓慢上升，至五代北宋前期，疫灾频度转向降低，但整体呈缓慢上升趋势.

770 BCE—1000 CE，中国西北地区疫灾主要发生于人口相对稠密、密迩中原的东南部地区，在空间分布上呈现出与中国过去三千年的疫灾分布基本一致的特征：京畿地区为疫灾频发区，交通节点是疫灾高发点，农耕区疫灾多于畜牧区，农牧界线变迁牵引疫灾分布重心的变迁.

770 BCE—1000 CE，中国西北地区疫灾时空特征的形成，受气候、灾害、人类活动多重因子影响.从时间变化来看，不同历史阶段的疫灾指数序列与气温、降水距平序列呈显著负相关，与饥、旱、蝗、水、冻、震、兵灾害指数序列呈显著正相关，说明寒冷干燥期疫灾相对频繁，温暖湿润期疫灾相对稀少，其他灾害频繁期疫灾也频繁，其他灾害稀少期疫灾也稀少；从空间分异来看，不同历史阶段的空间站点的疫灾年数与其饥、旱、蝗、水、冻、震、兵的灾害年数均呈正相关性，说明灾害频发区也是疫灾频发区.尤其是兵、饥二灾，无论是时间序列分析还是空间数对分析，它们均与疫灾呈显著的正相关性，说明“大兵之后必有大疫”“大荒之后必有大疫”的古语是中国古人的长期历史经验的总结.

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基金资助

国家自然科学基金项目(42371265)

国家社会科学基金项目(21VJXT015)