中国区域运气学说适宜性研究I——燥湿气候

王毅荣，金荣花，陈祺，方峰，罗汉，杨瑞鸿，黄山，李宝梓

(1.中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点 开放实验室，甘肃 兰州 730020；2.甘肃省人工影响天气办公室，甘肃 兰州 730020；3.国家气象中心，北京 100081)

早在2000多年前成熟的运气学说，是中医独特理论之一。最早记载于《黄帝内经》，其核心理论包括五运和六气两部分组成，为研究人体健康疾病与自然气候的关系，开辟了独特的气象医学思维。运气理论创建了医学气候预测模型，可以对年、季等不同时间尺度的风寒暑燥湿火六气演变特征进行预测，对自然界的气象变化和疾病的发病作了预测与推演，并以此来指导临床的预防和治疗[1-2]，是一套完整的理论体系。运气学说在漫长中国医疗实践中，展示出了极高的实用价值[3-5]。随着欧洲文艺复兴，特别是近200年西方现代医学传入中国之后，西医理念逐渐深入人心，质疑不解中医之声时有泛起[6-8]，传统中医理论的科学性亟待重新认识。二十世纪五十年代后我国新建了大量气象观测站网，实现了气象要素资料的实测量化，利用现代气象观测数据，使评估运气学说之科学性具有可行、可靠性。近年来对运气学说(理论)已有大量研究验证[9-14]，大多受资料来源限制，验证往往带有明显的局地或节段特点，统计学角度存在很大随意和偶然性，加之我国气候地域性强、变化复杂多样[15]，局地和节段特点对我国全区时空代表性很低，科学说服力不强。为降低统计随机性，尽可能多的增大样本及容量是不可缺少的。我们基于气象观测连续性好的实测资料，从医学气候预测模型开始，对其科学性开展评估检验，从时空角度全面予以研究评估。本文重点研究了主运对燥湿气候预测能力，科学阐述了千古学说的规律，虽时过境迁数千百年，今天亦明显而客观地呈现其优势和科学价值。

1 材料与方法

1.1 材料

本文选取了我国气象连续观测最长的83个测站， 1951—2005期间55年近地面大气相对湿度逐日实测数据资料。

1.2 方法

1.2.1 实测资料处理

采用了EOF(自然正交分解函数，empirical orthogonal function)和REOF(rotate empirical orthogonal function旋转自然正交分解函数)分解方法[16]，EOF和REOF在提取气象要素场时空变化特征方面具有非常明显的优势[14]。以大寒日为年度起始分界日，本文对83站(气象观测站)55 a的相对湿度年距平序列资料进行EOF和REOF分解。在自然界状态下，空气具有吸收水分的特征，湿度是指空气中含有水汽的多少，相对湿度表示空气中的所含相对水汽的多寡，是绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度的比值。以相对湿度的正负距平划分燥湿，将正距平定义为湿年(偏湿)，负距平定义为燥年(偏燥)。

1.2.2 运气推算

将公元记年转为甲子记年，如1951年记为辛卯年。大运是主管每年全年气候变化的岁运，又名中运、岁运，大运有太过与不及。每年的年号凡逢天干甲和己年，大运都属于土运，从土运开始依次各年按天干五行顺序排列，逢阳的干年为太过，逢阴的干年为不及。太过即主岁的岁运旺盛而有余，为本气流行；不及即主岁的岁运衰少而不足，克己之气流行。依据《素问·天元纪大论》“甲己之岁土运统之，乙庚之岁金运统之，丙辛之岁水运统之，丁壬之岁木运统之，戊癸之岁火运统之。”和《素问·天气交变大论》“岁木太过风气流行，岁火太过炎暑流行，岁土太过雨湿流行，岁金太过燥气流行，岁水太过寒气流行；岁木不及燥乃大行，岁火不及寒乃大行，岁土不及风乃大行，岁金不及炎火乃行，岁水不及湿乃大行。”和五行生克辱的关系，定义值年大运与燥湿气候的对应关系(见表1)。为便于计算将1951—2005年间，值年湿年记为1，燥年记为-1，构成容量为55(55 a)的1与-1组成的数字序列，简称为值年燥湿序列。

表1 值年大运与燥湿对应关系

2 结果

2.1 值年大运与燥湿演变一致性

图1给出55 a平均相对湿度的全国分布，从中看出湿度最大值靠近我国地理位置的中部(最为湿润)，湿度基本上从东向西逐渐递减(愈加干燥)，分布格局与五行“西方燥金、中央土湿”的观点一致。其主要成因是我国地理越向西部愈远离海洋，加之地形阻挡影响，夏季风输送水汽的能力逐渐降低造成西方最为干燥”；湿度大值区域湖泊和河流较多，易于蒸发水汽增多。

图1 相对湿度

大运年推算的湿年或燥年(标准见表1)与实测一致则记为正确，此外则记为不正确。全国83站55 a的燥湿样本容量为4565(83X55)，燥湿年推算正确率为58.68%；其中74%的站，55 a内的正确率超过56%。其空间分布(图略)可以看到，准确率存在着明显区域特征。总体而言，青藏高原地区、云贵高原地区、大巴山脉地区、南岭区域、燕山及太白山脉区域等高原高山高等高海拔地区准确率较低，基本在55%以下；而低海拔的平原地区准确率较高，尤其关中平原及黄河中下游流域一带准确率在70%以上。就五行方位角度可见，西部燥金之地和南方火热地区准确率低，而北方寒水、东方风木之地准确率高。如此显著的空间分布差异性，是否与2000年前运气学说发源于生存地理环境优越的黄河流域，而高原大山气候环境恶劣人迹罕至、认识欠缺有关？值得深入探究。

对相对湿度距平序列进行自然正交分解(EOF)，将原时空场分解为相互独立的空间型，具有显著性特点的前5个空间型解释了总方差的73.14%。

第一空间型(EOF1)方差贡献明显高于其它型，EOF1及其主分量(PC1)反映出相对湿度场演变的最重要信息，揭示了我国燥湿变化的最主要特征。其空间(图2)主要特点，数值由东北向西南递减，最大值区在黄河河套附近，表明燥湿变幅由东北向西南逐渐减少，黄土高原地区是我国燥湿演变最敏感的地区，燥湿异常变化最容易在这表现出来，也是“雨湿流行，肾水受邪；燥气流行，肝木受邪”燥湿邪气之敏感区。

图2 相对湿度EOF1

表2给出55 a的值年燥湿序列与EOF主分量序列间相关系数，看到燥湿序列与PC1相关系数为0.349 6，在a=0.01水平上二者相关显著；与其他PC系数间几乎不相关。值年燥湿序列与PC1正负符号一致率达66%，与其他PC系数符号一致率不足50%。可见，我国燥湿气候演变中，值年大运观点概括了最主要的变化规律。

表2 值年燥湿序列与PC主分量相关系数

注：**a=0.01水平上显著

2.2 值年大运的适宜区

旋转自然正交分解(REOF)能按空间相关程度的高低分解成不同的空间型，REOF中随着特征向量序数的增加，依据Scree法和North等理论判据法依此取前5个主分量做方差最大REOF分解，空间模反映空间相关程度。

表3给出55 a值年燥湿序列与REOF的主分量RPC相关系数，系数大小反映出值年燥湿序列与各空间模相关的密切程度，从表中可见，其二者显著相关，其中与第四空间模REOF4相关程度最高，REOF2、REOF1、REOF3、REOF5依次降低。值年燥湿序列与RPC4、RPC2、RPC1、RPC3、RPC5主分量正负符号一致率分别为74%、72%、66%、64%、60%，这样的一致率，当今世界最高气候预测水平也难以企及。

表3 值年燥湿序列与RPC主分量相关系数

注：**a=0.01水平上显著，*a=0.05水平上显著

图3给出了前5个空间模态分布，图中数值大小反映出区域内相关程度，大值区就是区域内相关程度最高。

图3 次区域分区

第1空间模REOF1(方差贡献19.93%，图略)显示出，黑龙江地区数值最大，与黑龙江高相关的地区构成一个典型区域；第2空间模REOF2(方差贡献18.82%，图略)中，高相关的华南区域；第3空间模REOF3(方差贡献16.34%，图略)，黄河下游区域高相关的华北区域；第4空间模REOF4(方差贡献15.64%，图略)，渭河流域高相关黄土高原区域；第5空间模REOF1(方差贡献12.27%，图略)，新疆地区高相关的内陆干旱区。

根据我国区域燥湿演变的相关程度之高低，将相关程度高的区域规划到一起，空间模反映空间相关程度，利用其空间模分型。以相关系数0.55(在a=0.01水平上显著)等值线划分出5个典型区域(图3)，按空间地理位置五方(东西南北中)大致归为，1区为北方，2区为南方，3区为东方，5区为西方，4区为中央。

综上所述，与我国近50多年的燥湿气候实况比较可见，以值年大运为主的运气推算结果在我国仍然符合，除了在沙漠隔壁地区适宜性较低(但也具有参考价值和实际意义)，在中华古文明的发祥地，即西北中东部地区及渭河、泾河流域的黄土高原地区(4区)最为适宜；华南地区、东北地区、华北地区适宜程度依次降低。按五行来说，中央湿土之地适宜度最高，北方和南方较高，东部风木之地和西部燥金之地最低。东西方的燥湿分布适宜度较低，与风木和燥金与湿土之间存在的克制有明显关系。

2.3 值年大运地域性

分析五行生克关系，对值年大运进一步做地域修正，按照五行之西方燥金，依据五行理论“金克木”，将值年大运中木气年份修订为燥气流行(定为燥年)后，值年大运燥湿系列与RPC5(西方区域)相关系数由0.339 1提高到0.413 8，信度显著水平由原来的a=0.05提高到a=0.01水平之上。

五行之东方风木，依据五行理论“木克土”，将值年大运中原阳木流行年份的湿修订为燥(原阴木年份燥气流行，木强而辱金)后，值年大运燥湿系列与RPC3(东方区域)相关系数由0.387 9提高到0.442 6。

阴水值年土气流行而湿，五行之北方寒水，水得以加强土气不再流行，将阴水值年的湿年修订为燥后，值年大运燥湿系列与RPC2(东方区域)相关系数提高到0.460 7。

南方火热和中央湿土之地，利用间接生克关系修正后效果不好。

可见，与流行燥湿直接相克关系的方位(区域)，采用五行方位关系修正后，各地相关程度各方位区域与中央湿土之地达到同等水平，运气学说的准确度再次提高。表现出运气学说应包含地域性因素。

2.4 六气对燥湿的影响

上述以值年大运为主建立的燥湿序列与我国实际燥湿，在时空两方面都存在很好的正相关；进一步加入司天在泉六气的关系，根据五行生克关系建立新的燥湿推算序列，从计算结果看，一致率和相关系数等方面改善不是十分突出。

3 结论和讨论

3.1 结论

55 a平均相对湿度的全国分布，湿度值基本上从东向西逐渐递减(愈加干燥)，最大值靠近我国地理位置的中部(最为湿润)，分布格局与五行“西方燥金、中央土湿”的观点一致。

第一空间型(EOF1)方差贡献明显高于其它型，运气学说推算之燥湿序列与PC1相关非常显著；与其他分量的PC系数几乎不相关，运气推演的关系概述了我国燥湿变化的最主要特征。黄土高原地区是我国燥湿演变最敏感区，燥湿年推算正确率为58.68%，其中74%的气象观测站点55a内的正确率超过56%，黄河流域其他区域一致率相对较高，我国南部边疆、青藏高原等地区相对较低。

以值年大运为主的运气推算结果在我国仍然符合，发祥中华文明的黄土高原地区最为适宜，华南地区、东北地区、华北地区适宜程度依次降低。按五方(北方、南方、东方、西方和中央)比较，中央湿土之地适宜度最高，北方和南方较高，东部风木之地和西部燥金之地最低。

采用五行方位关系修正后，各方位区域相关程度与中央湿土之地达到同等水平，运气学说预测的准确度有明显提高。

3.2 讨论

气候变化是气候系统五大圈层相应影响、共同作用的结果，局地气候又存在对全球气候的响应，是气候演变极其复杂多样，使气候预测成为科学难题，且预测水平不稳定；但周期特征是气候变化最主要的特征之一，为气候部分演变预测提供了可能。如温度和降水等以35年为周期变化的布吕克纳周期，与太阳活动有关的气候周期有5～6年、11年、22年、80～90年和180年等周期，几乎都是5的倍数，与值年大运学说中的五行(五年周期)十分接近；运气学说在我国广大地区都具有很强的适宜性，在周期特征、阶段性和地域差异方面都表现出明显的各自特征。

在我国燥湿气候演变方面，值年大运理论关系概括了我国燥湿气候演变的最主要、最基本规律，表明2000多年前《黄帝内经》提出运气学说，所阐述的规律在当代仍然具有很高的科学价值；对于燥湿气候演变而言运气学说适用于全国。虽然实测的相对湿度数据也不可避免地存在误差等，会对评估效果造成一定偏差影响，但并不影响本研究的主要结论。运气学说内容丰富、深度和广度之非常，限于篇幅，如六气从化、主客加临、司天在泉和演变中趋势、阶段性等特征及其对于气候、病候影响等其他方面的评估，需要进一步深入研究。