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1 引言 沙尘天气包括扬沙、浮尘和沙尘暴，是中国北方重要的天气现象。沙尘天气受到大尺度环流背景以及不同尺度的天气系统和地表物理性质的共同影响，成因复杂。对现代沙尘天气机理的研究，学术界已经取得了重要的进展（叶笃正等，2000；史培军，2001；邱新法等，2001；夏训诫和杨根生，1996；Qian Weihong，et al.，2004）。特别是围绕首都北京沙尘天气的研究（陈广庭2001，2002；范可和王会军，2006；李青春等，2003；张钛仁等2012），更是受到学术界的关注。为进一步揭示长时间尺度上沙尘天气的变化规律，需要利用不同的代用资料进行研究（刘纯平等，1999；Yang Bao，et al.，2007）。我国是有5000年文明的古国，保留下了大量宝贵的历史文献资料。利用历史文献资料研究沙尘天气，已经取得了重要的成果。张德二先生（1982；1984）较早探讨了我国历史时期的“雨土”现象，根据更为全面的历史文献资料，识别出2055条有明确发生地点的降尘事件，复原了历史时期降尘天气南界的变动情况，并进一步讨论我国历史时期的降尘频繁期与冷暖的关系（张德二和孙霞，2001）。王社教（2001）的研究利用二十五史中的沙尘天气记载，重建了沙尘天气序列，讨论了历史时期沙尘天气的演变趋势及阶段性。在邓辉等（2005；2006）的研究中，为进一步保证资料的均一性，选取了1463年~1913年的华北地区的地方志资料和正史、实录资料中的相关记载，并进行了分类，重建了沙尘天气序列，认为在历史时期沙尘天气并无持续性的加剧，由此得出了和前引王社教文章不一致的结论。 以上这些研究，主要利用了正史和地方志中的记录。这些记录从时间上来说分辨率较低，记录也不完整，主要记载的是强沙尘事件。与上述资料相比，来自日记资料的记录，其可靠性和时间分辨率均较高，对我们认识历史时期沙尘天气的年内分布、年际、年代际到百年尺度的变化问题具有重要意义。目前，《翁同龢日记》（翁同龢著，陈玉书整理，1989）是现存记录沙尘天气情况较详细的长篇天气日记，费杰与张青瑶等（2004）、张学珍与方修琦等（2006）以及费杰等（2009）利用这部长篇日记，总结了对日记资料中的沙尘天气记录的辩识方法，对19世纪后半期北京的沙尘天气日数、季节分布等和年际变化均做了很好的讨论，并认为《翁同龢日记》中平均每年11次左右的沙尘天气日数并不比现代记录为少。这些工作大大增进了我们对历史时期沙尘天气的认识。 然而，即使是《翁同龢日记》，对沙尘天气的记录也并不完整，且难以识别出不同的沙尘天气类型。而识别不同的沙尘天气类型对我们认识历史时期沙尘天气的总体特征及其变化有重要意义。因此，进一步寻找更高分辨率的天气日记是学术界一直关注的工作。新整理出版的长篇日记《翁心存日记》（翁心存著，张剑整理，2011），其天气记载的完整性和详细程度是迄今为止所仅见的，可以为我们提供较《翁同龢日记》更全面和完整的沙尘天气记录。利用这部日记，我们探索了识别历史文献中不同沙尘天气类型的方法，并重建了19世纪中叶北京沙尘天气的基本情况。 2 资料情况 2.1 《翁心存日记》的基本情况 翁心存（1791-1862），字二铭，号遂庵，江苏常熟人。道光二年进士，选翰林院庶吉士，历官翰林院编修、侍讲、国子监祭酒、内阁学士、工部、刑部、兵部、户部等各部尚书等，乃至体仁阁大学士等官，卒谥文端（翁心存著，张剑整理，2011）。翁心存为道光、咸丰两朝大臣，《国朝先正列传》、《清史列传》及《清史稿》皆有传。其子同书、同爵、同龢等，皆一时俊才。 《翁心存日记》手稿名“知止斋日记”，现存27册。日记记录从道光五年（1825）始至同治元年十一月朔（1862年12月21日）止，所记间有缺失，而直到翁心存去世前六天，尚有日记记录。该稿中，有25册是由商务印书馆张元济先生捐给北京图书馆的，另外2册则为其后人翁之熹所捐。其版式一般为朱丝栏，四周双边，白口，上单鱼尾，版心下方鎸“青云斋”字样。现在由张剑标点整理，中华书局2011年出版，共5册。 《翁心存日记》（以下均简称为《日记》）涉及到道光、咸丰两朝的政治、经济、社会和文化等多方面的内容，其史料价值是多方面的。但就历史气候的研究来说，其中对天气情况记载的连续性和完整性都为目前所仅见，价值最高。 大体从1835年开始，《日记》有了在北京的记录。1836、1837年记录不算完整，1838年以后，或因日记缺漏，或因作者不在北京，又有大约10年空缺。在北京比较稳定的日记记录从1849年开始，而1852年以后的日记则保留的比较完整。 2.2 翁心存日记的特点 2.2.1 完整性 《日记》对于天气记载的完整性非常好。以在北京生活保留下的日记为例，从1825年开始，到1862年底去世，翁心存在北京生活留有日记的时段中，只有37天没有记日记。而在有日记的4783天中，只有7天没有天气记载。这在日记史料中非常罕见，可以为研究提供相对完整的信息。 2.2.2 全面性 《日记》对天气现象的记载十分全面。一般包括晴、雨、雪、雾、风、沙、尘霾、寒暖等各种情况，还有物候方面的记载。随举二例： 咸丰六年丙辰四月十四日（1856年4月18日）：“清晨晴，辰刻微阴，旋晴，风扬尘，甚暖。夜，晴……宅中栾枝花开甚烂漫，梨花、绶带亦盛开，丁香渐放，惟海棠花甚稀。” （《日记》第1105页） 咸丰九年己未二月廿八日（1859年3月2日）：“晴朗，日出时风作，午刻大风扬尘，薄暮云气蒙蒙，又寒。” （《日记》第1396页） 这样，一天的日记中，往往具有晴雨、风、沙尘、寒暖等多种天气现象的记录，甚至有的还有物候的记载，十分难得。这种记录可以提供多方面的信息以供分析，研究者进行判断时准确性会有很大的提高。 2.2.3 时间和过程的准确性 《日记》对天气现象的记录，还十分重视天气现象变化的时间和过程。如在有记录的417个沙尘日中，有具体时间记载的达到367个，占到了全部沙尘日数的88%。亦举二例： 咸丰二年壬子三月九日（1852年4月27日）：“阴，风仍不息，辰刻后日光 淡淡，申刻黄霾涨天，却无风也，亥刻霾散，始见月。”（《日记》第867页） 咸丰十一年辛酉十月十二日（1861年11月14日）：“天未明前大风小雨， 天明后时雨时止，巳刻稍露日光，午后渐晴，风仍未已。夜，仍风，月明如昼。”（《日记》第1659页） 这样的记载，基本上将具体天气现象发生的时间与过程描述得比较系统，使得天气现象的时间信息比较准确可信。 2.3 与《翁同龢日记》沙尘记录的对比 翁心存与翁同龢的日记中，有大约3年的时间两人都在北京，其记载是互相重合的，这就提供了非常宝贵的互校的机会。表1给出了二部日记关于沙尘日数记录的比较情况。从表1可以看出，《日记》所记沙尘天气远较《翁同龢日记》为多。在这3年中《日记》记录了91个沙尘日，而《翁同龢日记》则只记录了28个沙尘日，前者比后者多记了63个沙尘日。尽管这3年中《翁同龢日记》共缺失了28天，但是，无论如何（就重合时间段内的记载来讲），《日记》所记录的沙尘日平均是后者的3倍。 在《翁同龢日记》这3年所记的28个沙尘日中，有25个沙尘日记录与《日记》相同，而有3个沙尘日《日记》没有记载，见表2。二者不一致的日数达到66个。对比《翁同龢日记》与《日记》这三天的记录，发现这三天中，二人并不居住于同一地。4月份因翁同龢被点为礼闱分校官，入贡院阅卷。5月29日则两人分居翁家两处寓所。另外，《日记》对三天的记载都比较详细，1862年4月9日、1862年5月29日两次均有“风”的记载而无沙尘记载，可能漏记了扬沙。但1862年4月23日《日记》中对当日天气的情况十分详细，并有黎明降雨与浓阴将雨的记载，且在前后的4月21日、22日、24日均有沙尘天气的记载。这样，《日记》和《翁同龢日记》记录的差异，可能是局地的沙尘天气不一致导致的。现代北京各个区之间的沙尘天气也存在一定的差异（李青春等，2003）。 从以上情况来看，《日记》对北京沙尘天气的记载远较现有其他历史文献为详尽。通过这份资料，可以比较好的反映北京19世纪中叶的沙尘天气状况。 3 对沙尘天气信息的提取方法 目前气象学上对沙尘天气的定义，一般浮尘是指尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10 km的天气现象。扬沙是指风力较大，将地面尘沙吹起，使空气相当浑浊，水平能见度在1~10 km的天气现象。沙尘暴是指强风把地面大量沙尘卷入空中，使空气特别浑浊，水平能见度低于1 km的天气现象。在目前使用的《地面气象观测规范》中，一般是用成因（含尘与否）、能见度、天空颜色、风力情况、出现时间等特征来进行鉴别的（中国气象局，2003）。但是，在历史文献中，一般很难完全满足现代气象学上的识别标准，需要寻求有科学根据而又与文献资料实际相符合的方法来进行识别。在费杰等（2004）、张学珍（2006）等的研究中，主要依据日记中对风沙天气状况的描述和人体的感受来判断沙尘天气，限于资料的分辨率，未对沙尘天气做出分类。 对历史时期沙尘天气的分类识别，有助于更清楚的认识历史时期风沙状况。由于《日记》对于天气情况的记录十分详细，一般具有沙尘、风力情况、天空或太阳颜色、出现时间等信息，间或有对能见度状况的描述。虽然并非每条记录都同时具备上述特征，但《日记》详细的记述促使我们尝试识别不同类型的沙尘天气。另外，日记中记录一般有沙尘天气发生时间的描述，也需要将其转化为现代时间。这不仅对准确判定沙尘日数有帮助，还是进一步分析沙尘天气日内发生情况的前提。 需要说明的是，尽管《日记》的记载就历史文献的标准来说十分详尽，但其记录方式和记录标准存在一定的不确定性。重建的方法，只能尽可能减少这个不确定性，而不能完全消除。 3.1 对沙尘天气的识别 3.1.1 对扬沙天气的识别方法 有大风扬沙一类的记载，被认为是扬沙天气。典型描述如：“大风扬沙”、“大风且霾”、“尘沙蓬勃”、“黄沙涨天，旋大风”、“大风，扬沙蔽空”、“风愈甚，扬沙眯目”等等。基本的识别标准是同时具备“风”和“扬沙”两个特征即判断为扬沙天气。仅有“大风”而无“沙”、“尘”一类的记载，不被认为是沙尘天气。 如：道光十七年丁酉三月三十日（1837年5月 4日 ）：“晴，暖甚……午后大风，尘沙涨天，入夜风未已。”（《日记》第242页）判定为扬沙天气。 3.1.2 浮尘天气 无风而有尘霾的记载，或有日色殷红的记载。典型记载如下：“不风而霾，云阴漠漠”、“风烟漠漠，日色殷红 ”、“日光淡淡，申刻黄埃涨天，却无风也。” 对于“晴，云气濛濛。”这样的记载，需要根据前后记载来判断。如果前后有明确的沙尘天气的记录，可以判断为浮尘天气。仅有“日光淡淡”、“游氛四塞”一类的记录，无其他沙尘情况的记载，不记为浮尘天气。 基本识别标准是：有尘，无风。个别有风的也识别为浮尘天气：“竟日云霾，且风。”由于风仅作为辅助描述，且无程度大小的记载，所以识别为浮尘天气。在沙尘天气的识别中，目前暂时还难以区分浮尘天气与霾，只能将所有笼统地称之为浮尘天气。 如：咸丰二年壬子三月十七日（1852年5月5日）：“早晨天阴欲雨，旋为风散，日光淡淡，午刻云霾交作，小雨数点即过，申刻后黄埃四塞，阴森可畏。夜，无风，沉霾未解。”（《日记》第868页） 3.1.3 沙尘暴 在扬沙天气的基础上，进一步考虑识别沙尘暴的方法。这一工作的困难，在于目前对于扬沙天气和沙尘暴之间的识别方式，是以能见度为主要识别标准。能见度小于1km的扬沙天气，即被判定为沙尘暴。但是，在日记的记录中，关于能见度的记载虽然有，但并不普遍。这样，就需要考虑利用其它指标来一起识别。考虑到沙尘暴天气的能见度与空气中的沙尘含量密切相关，因此，利用《日记》中落尘、落沙情况的记载，可以一定程度上弥补能见度记载不全面的问题。特别是很多时候能见度很低的记载常常是和落尘很多的记录同时出现，这也说明了落尘记录一定程度上能反映能见度的情况。 经过多次尝试，目前采用了这样的判定标准： 第一，有大风天气的记载。 第二，有扬沙的记载，且有程度严重的描述。 第三，有能见度很低的记载。如“昏黑不辨指掌”、“不辩人物”、“黄沙从西北来，不露日影矣 ”、“黄霾涨天，白日韬影”等类记载。 第四，有落沙、落尘很多的记录：如“集几盈寸 ”、“飞尘盈寸”等。 同时满足第一、第二、第三，或第一、第二、第四者，即判断为沙尘暴天气。 如道光十八年戊戌二月初二日（1838年2月25日）：“清晨晴朗，巳初刻，黄霾四塞，日色阴曀，须臾大风作，扬沙蔽天，积地盈寸，待酉初乃稍定。午正二刻退直。冒风而行，眯目不可辨物也……夜，风仍未息。” （《日记》第309页）在这一条记录中，同时有大风、扬沙、能见度低和落尘很多的记载，同时满足了4个条件。判断为沙尘暴。 咸丰元年二月初三日（1851年3月5日）：“晴，骤寒。竟日大风，雨沙集衣盈寸。夜，晴，风仍不息。”（《日记》第848页）记载虽然简略，但满足了大风、扬沙与落沙很多的3个条件，判断为沙尘暴。 道光十五年1835年3月14日：“晴，大风扬尘，午后尤甚，云霾涨天，晚晴。”（《日记》第868页）无能见度与落尘程度的记录，判断为扬沙天气。 这样的标准，比较好的考虑到了日记中的记录特点与现代气象观测规范间的一致性。识别出的沙尘暴天气，是目前资料条件下能找到的较合理的方法，有比较好的准确性和可操作性。但是，《日记》沙尘天气记录中关于能见度或落尘的记载并非完整，因此，漏判沙尘暴天气的情况可能会存在。 3.2 沙尘天气日内发生时间的判定 在417个沙尘日记录中，仅有50次没有具体的起始或结束时间描述。因此，我们可以提取沙尘天气的发生、持续时间的信息。对于有具体的十二时辰记时的记录，我们可以直接转换为现代的时间。对于模糊的时间描述，我们根据季节的不同，做出不同的判断，见表3。 通过对发生和持续时间信息的判定，我们可以根据现代气象观测的判断方式，将持续时间延续到晚20时以后的沙尘天气计为两个沙尘日。共有29个这样的沙尘日被判定出来。 3.3 平均状况的提取 《日记》记载中涉及到北京的沙尘天气记录主要有1835~1862年间的17个年份，但满足全年在北京的年份只有5个。由于资料的缺失可以被视为随机事件，因此，分别统计记录完整月份的月平均，各月能满足条件的完整记录月份都在10~14个之间，再从月平均累加为年平均。 4 结果分析 4.1 19世纪中期北京沙尘天气的年内分布 根据前面的方法，得出19世纪中叶北京各月沙尘天气的基本情况。《日记》中关于北京沙尘天气的记录时间虽然从1835年跨越到1862年，但是比较完整的数据是从1850年开始的，因此，利用这份日记提取的数据大体代表了1850~1862年间北京沙尘天气的状况。 就年平均发生沙尘天气的日数而言，《日记》记载的这一时期的年平均沙尘天气日数达到了31.36次。这远比《翁同龢日记》记录的1860~1898年间北京年平均10.4天的沙尘天气为高。由于我们已经比较过两部日记记载的异同，实际上可以表明《翁同龢日记》对于沙尘天气的记载有很多缺漏的情况，而《日记》的记录则能更好地反映历史时期沙尘天气的真实情景。但是，由于二者反映的时段不一致，这种平均日数的差别，不一定完全是后者记载缺漏的原因，沙尘天气年代际变化影响的可能亦不能排除。 和北京的现代器测记录做比较，北京1951~2010年沙尘天气的日数为22.18天（张钛仁等，2012），明显较19世纪中叶为少。且以10年平均而计，只有1950年代的66.50次明显较19世纪中期为高，70年代的28.90次和其接近。其它各年代都低于19世纪中期时的沙尘天气水平。特别是90年代和2001~2010年，沙尘天气分别只为7.8次和10.8次，远低于19世纪中叶的情况。这进一步说明了历史时期的沙尘天气，未必比现代沙尘天气为少。 从沙尘天气的年内分布来说，两组数据中，四月都是最多的月份，分别占到全年的26.96%和25.83%，十分接近。差异最大的是1月份，19世纪中叶平均只有1次，而现代则达到了2.62次。6月份则19世纪中叶为2.43次，现代仅为1.15次。 表5所示的季节分布表明，19世纪中叶也与现代也存在一定的差异。和现代的数据相比较，19世纪中叶春季沙尘天气为全年的61.81%，稍稍多于现代的56.08%。而夏、冬两季则与现代数据差异明显。其中，19世纪中叶夏季高达10.7%，较之现代7.31%的比例要多46%。而冬季占21.02%，则较现代27.89%的比例要低25%。而这二个季节的差别，主要是由6月份和1月份的差别导致的。由于从前面对《日记》的记述特点的分析中，我们知道《日记》很少有缺记天气现象的情况，因此这种季节和月份的差异，显然不能用《日记》作者记述习惯的差异来解释。19世纪中叶6月份的沙尘天气偏多，可能与19世纪中叶中国东部地区气候偏冷有关（葛全胜等，2002）。而冬季沙尘天气的偏少，目前还找不到合理的解释。 4.2 各类沙尘天气的比例 利用前述方法，对全部417天的沙尘天气进行了分类。共有扬沙天气297天，沙尘暴40天，浮尘天气80天。与现代器测记录的比较见图2。 从图中可以看出，19世纪中叶不同类型的沙尘天气与现代沙尘天气的比例是十分相似的。19世纪中叶扬沙、沙尘暴和浮尘天气的比例分别为71.81%、8.96%和19.18%，而1951~2010年间的比例分别为72.78%、8.43%和18.79%，二者差异很小。其中，19世纪中叶的年均沙尘暴日数为2.809天，多于现代60年的平均数2.12天，亦稍多于1951~2010年2.54的年平均数，但少于1950年代的5.2次和1960年代4.6次的年平均数。 4.3 沙尘天气的日内发生时间 对417个沙尘日中有具体时间记载的367个沙尘日进行了统计。发现在上午10点及以前开始的沙尘天气共有172天，为总数的46.87%。这些沙尘天气在中午1点以前结束的，只有16天，而有156次持续到了下午4点及以后。在中午开始的有127次沙尘天气，占总数的34.6%，仅有3次在中午结束，共有124次持续到了下午4时以后。从下午2点以后开始，到4点以后结束的，为44天，占总数的11.99%。另有23天为上一天的沙尘天气持续到晚上20时以后的。这说明沙尘天气在中午1点以前结束的，仅占总数的4.36%。绝大多数沙尘天气持续到了下午4点以后才结束。根据现在对华北沙尘暴天气的研究，多发时段集中在08：00-20：00点之间，而在14：00左右达到峰值（吴占华等，2007）。 4.4 年际变化及与降水的关系 在1835-1862年间，有完整年份数据的仅有6个年份。但是，主要沙尘月份保留而可以分析的年份还有7个。其中沙尘天气发生最多的年份为1859两年，达到了50次，其次为1858年，也达到了45次。而数据完整的年份中沙尘天气发生最少的为1850年，只有13次。这说明19世纪的沙尘天气存在明显的年际变化。这与《翁同龢日记》反映的1860~1898年间北京的沙尘天气一致，也与现代器测记录反映的情况是一致的。 利用保存基本完整的13个年份的沙尘天气与张德二先生（2002）利用晴雨录重建的北京1724年~1911年的降水情况进行了相关分析，发现总的沙尘日数天气与上年降水的相关系数为-0.51579，达到了0.05的显著性水平。与当年降水的相关系数为-0.50501，达到了0.10的显著性水平。这说明，至少本地降水是影响当时沙尘天气的因素之一。同时说明了解放后对北京周围沙源地的治理能一定程度上减缓北京沙尘天气的频率和强度，这种治理措施确实是近30年来北京沙尘天气减少的主要原因。 5 结论 1．《翁心存日记》是迄今为止发现的记录天气现象最为详细的历史天气日记。本文总结了对《翁心存日记》中保留的沙尘天气信息的提取方法，并首次归纳出对历史记录中的沙尘天气进行分类的方法。 2．利用《日记》的天气记载，重建了19世纪中叶北京沙尘天气的基本情况，发现当时北京年平均沙尘日达31.36次，高于近60年来北京沙尘天气的平均水平。 19世纪中叶，春季及四月份为沙尘天气最集中的季节和月份，与现代情况基本一致。但夏季沙尘比例较现代明显偏多46%，而冬季沙尘比例仅为现代比例的75%，这说明古今沙尘天气的季节分布可能存在比较大的差异，需要进一步探讨。 3．19世纪中叶的扬沙、浮尘和沙尘暴天气的构成比例和现代基本相似。 4．19世纪中叶的沙尘天气存在明显的年际变化，且本地降水是影响年际变化的因素之一。 参考文献 陈广庭. 2001.近50年北京的沙尘天气及治理对策[J]. 中国沙漠, 21 (4) : 402 - 407. 陈广庭. 2002.北京强沙尘暴史和周围生态环境变化[J]. 中国沙漠, 22 (3) : 200 - 213. 邓辉, 姜卫峰. 2005. 1463-1913年华北地区沙尘天气序列复原及初步分析[J].地理研究, 24(3):403-411. 邓辉, 姜卫峰. 2006. 1464 - 1913年华北地区沙尘暴活动的时空特点[J]. 自然科学进展, 16 (5) : 596 - 603. 范可, 王会军. 2006.北京沙尘频次的年际变化及其全球环流背景分析[J]. 地球物理学报, 49(4):1006-1014. 费杰,胡化凯,张志辉,等. 2009. 1860-1898年北京沙尘天气研究——基于《翁同龢日记》[J]. 灾害学, 24(3):116-120,136. 费杰,周杰,张青瑶,等.2004. 1860-1898年北京沙尘天气初探[J]. 冰川冻土, 26(5):536-540. 葛全胜,郑景云,满志敏,等.2002. 过去2000a中国东部冬半年温度变化系列重建及初步分析[J].地学前缘, 9(1): 169-181. 李青春, 谢璞, 吴正华.2003.北京地区沙尘天气的气候特征分析.气象科技, 31(6): 328-333. 刘纯平,姚檀栋,Thompson L. 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