【量化历史研究】气候如何塑造近代欧洲的谷物收成？一项300年的量化考察

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在工业化之前的欧洲，农业收成与气候波动的关系不仅是经济命脉，更是粮食安全的基石。尽管长期以来学者们对此兴趣浓厚，但由于数据类型差异和统计方法不统一，跨区域的比较研究一直面临挑战。

斯德哥尔摩大学 Fredrik Charpentier Ljungqvist 教授团队发表于《过去的气候》（Climate of the Past）的文章《早期近代欧洲谷物收成中的气候印记》通过整合瑞典、瑞士和西班牙的大规模历史收成记录，利用统一的统计框架揭示了1500–1800年间欧洲农业对气候响应的独特性。

一

引 言

长期以来，量化历史学者在研究气候冲击时，由于收成数据稀缺，往往转向使用谷物价格作为替代指标。虽然已有研究证明价格在年际尺度上受气候显著影响，但价格序列中包含的仓储、贸易、市场规制以及通货膨胀等噪音，使得直接观察产量波动变得尤为重要。

为了弥补这一空白，Ljungqvist 团队构建了一个新的收成数据库，涵盖了从北欧热量边际区到南欧干旱区的广阔空间。他们认为，只有直接分析产量数据，才能真正厘清温度、降水以及干旱在不同环境背景下对生物生产力的具体贡献。

二

数据介绍

研究团队系统整理了近代欧洲三类主要的收成数据：什一税记录、播种-收割比（产量比）以及总产量记录。什一税（Tithe）作为一种基于教区层面的税收，它通常按实际产量的一定比例缴纳。由于它整合了教区内众多农场的信息，能够有效消除单一农场的极端值偏误，反映区域性的收成波动。而产量比（Yield Ratios）主要源自特定庄园的精细账簿，反映了每一份种子投入所获得的产出，即单个农场的生产效率。这类数据虽然更为微观，但往往面临数据断裂和局部气候（如小范围雷暴或霜冻）的干扰。而总产量记录则体现农场或区域的实际产出规模。

经过筛选，研究仅纳入连续时间序列长、缺失值少的记录，最终覆盖瑞典24条什一税序列、瑞士19条什一税序列与7条产量序列、西班牙3条什一税序列与8条产量序列，涵盖大麦、黑麦、燕麦、小麦、斯佩尔特小麦等主要谷物类型，力求捕获不同作物对环境需求的细微差异。时间跨度覆盖1500—1800年。数据分析显示，什一税序列具有比产量比更强的滞后一阶自相关性（AR1），这暗示了什一税在制度运作或记录方式上带有更强的“记忆”。

图1 研究中所使用的谷物什一税（tithe）和产量比（yield）数据的地理来源

三

数据处理

为了确保分析的科学性，研究团队采用了两种互补的去趋势（Detrending）方法：线性去趋势和10年高通高斯滤波。线性去趋势旨在保留多年代际波动，而高斯滤波则专门提取十年以下的年际变化。这种处理排除了长期技术进步、人口压力或社会变革对产量序列的干扰。

在相关性检验中，研究者特别指出了传统t检验在处理具有自相关特征的历史序列时可能产生的误导。为此，他们引入了基于相位扰动（Phase-scrambling）的保守显著性测试，并结合格兰杰因果检验（Granger Causality Test），以验证这种关联确实是由气候驱动收成，而非统计层面的偶然重合。

图2 四个具有代表性的谷物收成数据的时间序列示例，与不同的去趋势处理效果

四

主要结果

研究结果显示，近代早期欧洲三大区域呈现出区域一致但整体较弱的气候-收成关联，且不同去趋势方法下的信号特征存在差异，核心结论分区域清晰呈现。

如图3所示，尽管瑞典位于高纬度，但其核心农业区对夏季土壤湿度的依赖甚至超过了温度。研究发现，在经过高通滤波处理的数据中，夏季土壤湿度（scPDSI 或 SPEI 指标）与产量呈现出最显著的正相关。这意味着对于北欧谷物而言，生长季的水分供应是制约产量的关键瓶颈，干旱是其最大的气候威胁。

图3 瑞典收成序列与气候变量的相关性矩阵

注：经t检验在p = 0.05水平显示显著的相关性用点（·）标示；而通过相位扰动检验进一步确认显著性的数值则用加号（+）标示。

如图4所示，中欧的收成模式更为复杂。在瑞士，冬季气温与产量呈显著正相关，而冬季降水则呈负相关。温和且相对干燥的冬季有助于秋播作物的越冬和生根。进入夏季，过度潮湿的条件则成为负面因素，不仅容易导致作物倒伏、病虫害频发，还会造成土壤中氮元素的流失。

图4 瑞士收成序列与气候变量的相关性矩阵

如图5所示，南欧西班牙的气候信号呈现强烈的区域异质性，无全区域一致的气候 - 收成关联，但核心农业区存在稳定特征。西班牙多数地区的收成响应为：冬春温度负相关、冬春降水正相关，即冷凉湿润的冬春利于收成，这与西班牙小麦秋播春长、夏季早已收获的生长周期完全匹配。内陆的瓜达拉哈拉地区呈现相反特征，温度正向影响、降水负向影响，体现了高原气候的独特性。所有小麦产量序列均与温度呈显著负相关，与降水呈正相关，验证了干旱是西班牙农业核心制约因素。

图5 西班牙收成序列与气候变量的相关性矩阵

图6对前述研究结果进行了高层级的统计汇总，通过直方图形式展示了三种区域性气候印记的稳健性。瑞典（顶部）的相关系数集中在正值区间，强调了夏季水分供应的正面影响。而瑞士（中部）的直方图则验证了冬季温暖和夏季干燥对产量的利好。西班牙（底部）的相关系数显著偏移至负值区间，凸显了气温升高（尤其是春季）对地中海农业产出的严重负面冲击。该图直观地证明了论文的核心观点：欧洲各地的农业收成并非对气候做出统一响应，而是存在显著的、受地理环境决定的空间差异性。

图6 最重要气候-作物产量相关性分布的直方图

五

讨 论

一个值得深思的发现是，尽管气候与收成之间存在确凿的关联，但气候变量能解释的产量波动比例其实相对有限。除了数据本身的局限之外，作者认为，这一现象反映了农业系统的多重特性。

首先，气候对作物的生理影响是非线性的，极端冷热或旱涝都会造成损害。在长期的线性统计模型中，这些相反方向的影响往往会相互抵消，从而模糊了信号强度。

其次，近代欧洲农民并非消极承受气候冲击。通过品种选择、施肥改良、轮作调整以及在不同土壤类型的教区之间进行空间分配，人类社会的适应在一定程度上削减了产量对气候变化的敏感度。

六

结 语

Ljungqvist 等人的这项研究依托海量史料与气候数据，系统厘清了近代早期欧洲气候与粮食收成的复杂关联，既为历史气候和经济史提供了坚实的量化证据，也为理解前工业化社会气候与人类生计的互动提供了典范。作者最后指出，尽管本研究在空间和时间上取得了进展，但仍存在若干局限：例如，更高精度的古降水重建、更完整的区域覆盖、对谷物“质量”而非单纯“数量”的研究，以及对极端气候事件下非线性社会响应的更深入挖掘。

这项研究为我们理解近代社会的脆弱性与韧性提供了一个坚实的量化基础，同时也提醒我们，在气候变化的宏大叙事中，不应忽视每一个区域、每一类作物所承载的独特印记。

文献来源：Ljungqvist, F. C., Christiansen, B., Esper, J., et al. (2023). Climatic signatures in early modern European grain harvest yields. Climate of the Past, 19, 2463–2491