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2024 , Vol. 79 >Issue 7: 1661 - 1681

DOI: https://doi.org/10.11821/dlxb202407003

理论方法与学科建设

1850—1949年湖北省霍乱流行的时空规律及影响机制

  • 张涛 , 1, 2 ,
  • 陈志禹 1, 2 ,
  • 曾雨欣 1, 2 ,
  • 韩佳怡 1, 2 ,
  • 龚胜生 , 1, 2
展开
  • 1.华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室，武汉 430079
  • 2.华中师范大学可持续发展研究中心，武汉 430079
龚胜生(1965-), 男, 湖南涟源人, 教授, 博士生导师, 主要从事历史地理学、健康地理学和可持续发展研究。E-mail:

张涛(1985-), 男, 河南南阳人, 博士, 副教授, 硕士生导师, 主要从事健康与医学地理研究。E-mail:

收稿日期: 2023-09-28

  修回日期: 2024-06-14

  网络出版日期: 2024-07-30

基金资助

国家自然科学基金项目(42371265)

国家自然科学基金项目(41801141)

国家社会科学基金项目(21VJXT015)

中央高校基本科研业务费人文社科类高水平后期自主培育专项(CCNU23HQ014)

收起

Spatio-temporal patterns and influencing mechanisms of cholera epidemics in Hubei province from 1850 to 1949

  • ZHANG Tao , 1, 2 ,
  • CHEN Zhiyu 1, 2 ,
  • ZENG Yuxin 1, 2 ,
  • HAN Jiayi 1, 2 ,
  • GONG Shengsheng , 1, 2
Expand
  • 1. Hubei Provincial Key Laboratory of Geographical Process Analysis and Simulation, Central China Normal University, Wuhan 430079, China
  • 2. Research Institute of Sustainable Development, Central China Normal University, Wuhan 430079, China

Received date: 2023-09-28

  Revised date: 2024-06-14

  Online published: 2024-07-30

Supported by

National Natural Science Foundation of China(42371265)

National Natural Science Foundation of China(41801141)

National Social Science Foundation of China(21VJXT015)

Special Program for Cultivating High-quality Late-stage Autonomous Cultivation of Humanities and Social Sciences by the Fundamental Research Funds for the Central Universities(CCNU23HQ014)

Fold

摘要

霍乱是人类三大烈性传染病之一。基于历史医学地理学视角，收集整理近代霍乱史料和环境数据，使用M-K检验、小波分析、GIS空间分析以及结构方程模型等方法，对近代湖北省霍乱流行的时空规律及影响机制进行研究，结果表明：① 1850—1949年间湖北省霍乱流行可分为晚清咸同时期（1850—1874年）、清末光宣时期（1875—1911年）、中华民国早期（1912—1927年）、中华民国中晚期（1928—1949年）4个阶段，霍乱流行的频度逐渐提升。② 1850—1949年湖北省共有49个霍乱流行年份，1932年的霍乱疫情最严重，1942年后霍乱流行频度显著上升；霍乱流行主要发生在夏秋季节，存在35 a、19 a、10 a、5 a时间尺度的波动周期，其中10 a时间尺度为第一主周期，35 a时间尺度为第二主周期。③ 1850—1949年湖北省累计有58个县流行过霍乱，霍乱频度的县域集聚特征明显，高值区在武汉三镇及周边，低值区在鄂西地区；霍乱疫区沿江、沿湖从中部江汉平原向周边山区扩张，江汉平原为霍乱疫情最为严重的区域；霍乱疫情的分布重心在江汉平原腹心摆动，略呈由东南向西北迁移的趋势。④ 自然因素、灾害因素与人文因素共同影响近代湖北霍乱疫情的时空特征，海拔、人口、降水、河网和路网等的区域差异奠定了湖北霍乱疫情“东重西轻”的空间格局，战争、涝灾、旱灾、温度等的时间变迁塑造了湖北省霍乱疫情“后重前轻”的时间变化。本文为长时间序列霍乱疫情的研究，其研究结论对湖泊水系密集区域霍乱疫情的防控具有指导意义。

关键词： 霍乱疫情; 时空规律; 影响机制; 近代湖北（1850—1949年）

本文引用格式

张涛 , 陈志禹 , 曾雨欣 , 韩佳怡 , 龚胜生 . 1850—1949年湖北省霍乱流行的时空规律及影响机制[J]. 地理学报, 2024 , 79(7) : 1661 -1681 . DOI: 10.11821/dlxb202407003

Abstract

Cholera is one of the three virulent infectious diseases in humans. Based on the perspective of historical medical geography, we collected and sorted out modern cholera historical materials and environmental data, and used methods such as M-K test, wavelet analysis, GIS spatial analysis, and structural equation model to study the spatio-temporal patterns and influencing mechanisms of the cholera epidemic in modern Hubei province. The results show that: (1) From 1850 to 1949, cholera epidemics in Hubei can be divided into four periods: the Xiantong period of the late Qing Dynasty (1850-1874), the Guangxuan period of the late Qing Dynasty (1875-1911), the early Republic of China (1912-1927), and the middle and late Republic of China (1928-1949), and the frequency of cholera epidemics gradually increased. (2) From 1850 to 1949, there were 49 cholera epidemic years in the province. The cholera epidemic in 1932 was the most serious, and the frequency of cholera epidemics increased significantly after 1942. Cholera epidemics mainly occurred in summer and autumn, with fluctuation cycles on the time scales of 35 a, 19 a, 10 a, and 5 a. The 10 a time scale was the first main cycle, followed by the 35 a time scale. (3) From 1850 to 1949, 58 counties had cholera epidemics. The county clustering characteristics of cholera frequency were obvious. The high-value areas were distriuted in the three towns of Wuhan and their surroundings, and the low-value areas were in western Hubei. The cholera epidemic areas expanded along the rivers and lakes from the central Jianghan Plain to the surrounding mountainous areas. The Jianghan Plain was the area with the most serious cholera epidemics. The distribution center of the cholera epidemics swung in the center of the Jianghan Plain, showing a slight trend of migrating from southeast to northwest. (4) Natural factors, disaster factors and humanistic factors jointly affected the spatio-temporal characteristics of the cholera epidemics in modern Hubei. Regional differences in altitude, population, precipitation, river network and road networks presented the spatial pattern of the cholera epidemics in Hubei as "more cases in the east and less in the west". Wars, floods, droughts, and temperature shaped the temporal changes of cholera epidemics in the province, which was "more cases in the late period and less in the early stage".This study is a long-term series of cholera epidemics research, and its conclusions have guiding significance for the prevention and control of cholera epidemics in areas with dense lake water systems.

Key words： cholera epidemics; spatio-temporal patterns; influencing mechanisms; modern Hubei (1850-1949)

1 引言

霍乱是由霍乱孤菌引起的烈性肠道传染病。自19世纪初至今，霍乱已引起7次世界性大流行，1961年开始的第7次世界大流行至今疫情仍十分严峻[1]。据估计，在地方流行性霍乱国家中，约有14亿人口面临霍乱风险，每年发生280万病例，死亡9.1万人[2]。中国第一次霍乱大流行发生在清代嘉道时期[3]，此后每次世界大流行都受到波及。历史传染病地理主要研究历史时期各种传染病的时空分布变迁及其与地理环境的关系，以及传染病流行的社会应对和历史影响，关于鼠疫、霍乱、疟疾等的研究成果较多[4]。具体到霍乱的研究，在时间变化方面，中国自1820年霍乱传入以后的清代有77个霍乱流行之年，霍乱流行频度为77%，其中1820年、1862年和1902年为大流行年[5]；晚清和中华民国时期（1912—1949年）中国共有6次霍乱大流行[6]。在空间分布方面，清代霍乱累计波及全国22省1662县次，东部沿海为霍乱最佳适生区，霍乱流行危险等级呈现自东向西递减、南方高于北方的总体特征[5]；清代两广共有霍乱年28个，霍乱疫区36个县域，广东的广州府和广西的庆远府为霍乱重灾区[7]，中华民国时期两广地区有170余个县市暴发过霍乱[8]；江南地区为水乡泽国，霍乱反复流行[9]，清代有25个霍乱流行年，累计侵染168个县域[10]，霍乱流行强度由东向西北、西南递减[11]。在影响因素方面，降水、温度和海拔是影响霍乱疫情的3个主要环境风险因子，相对湿度、距海距离和气压等对霍乱疫情也有影响，而日照时数和河网密度对霍乱影响较小[12]；交通也是霍乱流行的影响因子，内陆地区的霍乱多通过商路蔓延[13]，交通体系的改善会加速霍乱传播[14]；人类行为对霍乱流行的影响具有复杂性[15]，比如大战之后往往伴随霍乱流行[16]，商业越发达的地区霍乱流行频度越高[17]。
霍乱是介水传播的烈性传染病，多发生于沿海、沿河、沿湖地区，并可沿江河向内陆扩展。湖北地处长江中游，湖泊众多，是近代中国霍乱流行的典型区域之一，历史上有过多次大规模流行。如宣统元年（1909年）汉口死于霍乱者“弥目皆是”[18]；1932年湖北12个城市霍乱流行，死于霍乱者1200多人，死亡率达43.5%[19]。但是，关于湖北地区的霍乱流行，目前只有一些旁及式的研究，如2005年张云对1840—1937年两湖地区瘟疫的研究[20]，2003年龚胜生对湖北历史时期（770 BC—1911 AD）疫灾时空分布规律的研究[21]，2015年董勤勤对民国时期湘鄂赣皖地区疫灾流行的研究[22]，2020年王肇磊对中华民国时期湖北城市疫灾与社会应对的研究[23]，2020年罗宝川对明清时期湖北方志中的疫灾与救治的研究[24]。这些研究虽然旁及了湖北的霍乱流行，但就近代湖北霍乱流行的时空特征与影响机制这个命题而言，还存在史料发掘不够、方法创新不足、区域覆盖不全等问题，鉴此，本文通过新的霍乱疫情史料的发掘，采用小波分析、GIS空间分析和结构方程模型等方法，对1850—1949年间湖北省霍乱流行的时空规律及影响机制进行专门研究，以期为历史医学地理学的研究和湖泊水系密集区域霍乱疫情的防控提供历史借鉴和科学参考。

2 研究区域、数据与方法

2.1 研究区域

本文研究区域为湖北省，湖北省位于长江中游，地势由西北向东南倾斜，东、西、北群山环抱，中部低平，除高山地区外，大部分为亚热带季风气候，长江自西向东横贯全省，境内河湖众多，有“千湖之省”之称。湖北还是衔接南北、贯穿东西的战略要地，历史上称“九省通衢”。为了兼顾清代和中华民国时期的行政区划，文中选择1946年的县级政区为研究的空间单元，当时湖北全省辖有71个县市（图1）。
图1 1946年湖北行政区划图

注：参照《湖北分县详图》(亚光舆地学社1946年10月出版)改绘。

Fig. 1 Administrative divisions of Hubei in the 35th year of the Republic of China (1946)

2.2 数据来源

（1）霍乱史料数据。主要采自龚胜生编著的《中国三千年疫灾史料汇编》[25]，该汇编系统辑录了正史、档案、实录、文集、类编、方志、报刊中的疫灾史料，其《清代卷》和《中华民国卷》（上、下）辑录了丰富的1820年以来的霍乱史料，从中梳理出1850—1949年间的湖北霍乱流行史料200条。此外，还从伍连德等的《霍乱概论》[19]和中华民国时期的《武汉日报》等辑录了129条湖北霍乱流行史料。对于辑录到的所有霍乱史料，以县为基本单元进行整理，统计各年霍乱县数以及各县霍乱年数，作为本文分析的基础数据。其中，只要某县在一年之内被霍乱侵袭过，便确定该县为霍乱之县，只要某年该县发生过霍乱流行便确定该年为霍乱之年[26]。
（2）影响因子数据。瘟疫流行主要受传染源、传播途径以及易感染人群等因素的影响[27]。霍乱由霍乱弧菌引起，霍乱弧菌的繁殖具有极强的气温敏感性，一定范围内温度的升高有利于霍乱弧菌的快速繁衍[28]，故选取年均温度作为影响霍乱传染源的重要因子。水是霍乱传播的重要媒介，河水是霍乱传播的重要载体，故选取河网密度作为影响霍乱传播的重要因子。疫病传播一般都是密度依赖型，霍乱也是如此，人口越密集的地区易感人群越多，霍乱传播也越容易[29]，故选取人口密度作为影响霍乱易感人群的重要因子。以上3个因子为霍乱流行的直接影响因素和内生变量。此外，路网密度、战争年数等人文因素，旱灾年数、涝灾年数等灾害因素，平均海拔、年均降水等自然因素也会影响霍乱的流行，这是因为“人口密度是疫灾流行的启动器，人口流动是疫灾流行的加速器”[26]，路网密度能够反映人口的流动性；“大兵之后必有凶年”“大灾之后必有大疫”，战争、旱灾、涝灾等灾害可创造易感人群，诱发瘟疫流行；平均海拔和年均降水对人口密度和河网密度产生基础性影响，从而对介水传播的疫病的流行产生影响。以上6个因子为霍乱流行的间接影响因素和外生变量（图2）。
图2 霍乱流行影响因素理论框架图

Fig. 2 Theoretical framework of the influencing factors of cholera epidemics

以上影响因素中，各县年均温度和年均降水数据来源于国家青藏高原科学数据中心平台，基于1900—1949年1 km分辨率逐月栅格数据提取计算获得[30-31]；各县平均海拔、河网密度通过湖北省DEM数据提取和全国五级河道数据提取计算获得；涝灾和旱灾数据来自《中国气象灾害大典：湖北卷》[32]《湖北省近五百年气候历史资料》[33]，统计1850—1949年间各县涝灾年数和旱灾年数；人口密度基于《中国省志汇编之五：湖北通志》[34]和《民国人口户籍史料汇编：民国五年分湖北人口之部》[35]，计算1908年和1916年各县平均人口密度；路网密度据1946年《湖北分县详图》路网矢量化及计算获得；战争年数来自《中国历代战争年表》[36]《中国战争史：民国至新中国初期》[37]，统计1850—1949年间各县战争年数。

2.3 研究方法

2.3.1 M-K检验

M-K（Mann-Kendall）检验是一种非参数检验方法，被广泛应用于气候、水文等时间序列趋势变化及突变点检验，其优点是数据不需要服从特定的分布，也不受少数异常值的干扰[38]。其计算方法及公式为：
对于具有n个样本量的时间序列xi，构造一秩序列Sk，Sk表示第i个样本中xi > xj（1 ≤ j ≤ i）的累计数，定义Sk为：
S k = ∑ i = 1 k r i ,                                   ( k = 1 ,   2 ,   … ,   n ) r i = 1 x i > x j 0 x i ≤ x j ,             ( j = 1 ,   2 ,   … ,   i )
假定时间序列独立随机，Sk的均值和方差分别为：
E ( S k ) = k ( k - 1 ) / 4 V a r ( S k ) = k ( k - 1 ) ( 2 k + 5 ) / 72
则统计量UFk公式定义为：
U F k = S k - E ( S k ) V a r ( S k ) ,             ( k = 1 ,   2 ,   … ,   n )
式中：UFk为标准正态分布，是按时间序列x顺序x1, x2, …, xn计算出的统计量序列；按时间序列x逆序xn, xn-1, …, x1，再重复上述过程，构造逆序列UB。若UF值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势。当他们超过临界置信水平直线时（检验置信水平α = 0.05时，置信水平线为±1.96），表明上升或下降趋势显著，超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UF和UB两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。本文使用Matlab软件编程计算湖北省霍乱县数时间序列的统计量UB和UF并绘图，对湖北省霍乱流行的变化趋势和突变时间点进行检验。

2.3.2 小波分析

小波分析是20世纪80年代后期形成的一个新的数学分支，因具有较好的时频局部化分析能力而被广泛应用于信号处理等诸多领域[39]。小波分析的基本思想是用一簇小波函数系来表示或逼近某一信号或函数。小波函数是小波分析的关键，目前有许多小波函数可选用[40]，本文选用Morlet小波函数，其具有良好的时、频域局部性，不仅可展现时间序列的精细结构，还能将隐含在序列中随时间变化的周期变化显现出来。本文使用Matlab软件小波分析工具计算湖北省霍乱县数序列小波系数实部和小波方差，使用Surfer软件绘制小波系数实部等值线图。

2.3.3 GIS空间分析

（1）空间自相关分析。空间自相关分析可根据空间位置和属性的相似性来测度疫情在空间中的分布模式，发现空间集聚和异常，包括全局空间自相关和局部空间自相关。全局空间自相关利用Moran's I确定疫情的空间分布是否具有总体的空间相关性，以及相关性的大小。 M o r a n ' s   I计算公式为：
M o r a n ' s I = n ∑ i = 1 n ∑ j ≠ 1 n W i j ( x i - x - ) ( x j - x - ) ∑ i = 1 n ∑ j ≠ 1 n W i j ∑ i = 1 n x i - x - 2
局部空间自相关分析可以进一步明确疫情在局部空间上的空间依赖程度及集聚模式。以ILISA进行统计，对其进行假设检验得到Z值。ILISA计算公式为：
I L I S A = n x i - x - ∑ i = 1 n x i - x - 2 ∑ j = 1 n w i j x j - x -
式中：n代表空间单元数，即湖北省71个县；xi、xj分别指县i、j的霍乱年数； x -代表所有县霍乱年数的平均值；Wij是县i、j间的空间权重。本文使用ArcGIS空间自相关工具计算Moran's I进行全局空间自相关分析，使用聚类和异常值分析工具进行局部空间集聚模式分析。
（2）分布重心变迁分析。参考人口重心模型[41]，疫情分布重心是指基于某区域疫情分布在空间平面上力矩达到平衡的点，通过与区域几何中心的对比测定该区域疫情分布的均衡状况。分析不同时段湖北省霍乱疫情的重心，可以明确疫情的空间分布和发展趋势，计算公式为：
X - = ∑ i = 1 n w i x i / ∑ i = 1 n w i ,             Y - = ∑ i = 1 n w i y i / ∑ i = 1 n w i
式中： X -、 Y -构成研究区霍乱疫情的重心坐标( X -, Y -)；n代表研究单元总数；xi、yi构成第i个研究单元重心坐标(xi, yi)；wi为第i个研究单元霍乱年数。本文使用ArcGIS平均中心工具，以霍乱年数作为权重，来计算不同时段湖北省霍乱疫情的重心。

2.3.4 结构方程模型

结构方程模型（Structural Equation Model, SEM）是基于变量的协方差矩阵来分析变量之间关系（包括外生变量对内生变量的作用和内生变量之间的关系等）的一种统计方法，综合了路径分析、因子分析和回归分析等多元统计分析[42]。本文只考虑外生变量和内生变量之间的路径关系，不包含潜在变量，因此结构方程模型为：
Y = Β Y + Γ X + ζ
式中：Y是外生变量，由内生指标组成的向量表示；X是内生变量，由外生指标组成的向量表示； Β是内生变量之间的回归系数矩阵； Γ是外生变量与内生变量间的回归系数矩阵； ζ是归回残差，反映Y在方程中未能解释的部分。采用卡方自由度之比（CMIN/DF）、近似误差均方根（RMSEA）、拟合优度指数（GFI）等来评价模型的拟合优度。本文使用SPSS 27.0中的Amos插件，建立结构方程模型，通过路径图和效应值来分析各环境因子之间的因果关系以及对霍乱流行的作用机制。

3 湖北省霍乱流行的时空规律

3.1 湖北省霍乱流行的时间变化

3.1.1 阶段变化

中国霍乱流行的历史最早可以追溯至1820年，本年霍乱自缅甸与曼谷经海道传至广州、温州、宁波及长江流域，1822—1824年发现于北京、华中、华北及蒙古，1850年见于海南、广东、宜昌[43]。1850年宜昌霍乱是湖北省首次有明确记载的霍乱疫情，但1820—1850年湖北有多次大水后大疫的记载，如1822年宜城“自夏徂秋，汉水三涨，漂没禾麦，城乡大疫”[44]，1831年汉阳“大水，灾民麇集大别山麓，支席就赈，蒸为疫疠，枕藉死亡”[45]，其间不排除已有霍乱流行，但因为没有明确记载，本文不做统计。1850—1949年湖北省的霍乱流行大致可以分为4个阶段（图3）：① 晚清咸同时期（1850—1874年），该阶段为晚清咸丰、同治两朝，湖北霍乱疫情偶发，25 a间仅1850年、1864年有霍乱疫情发生，霍乱流行频度为8.00%；② 清末光宣时期（1875—1911年），该阶段为清末光绪、宣统两朝，湖北霍乱疫情间隔发生，霍乱流行的最大范围为5个县域，37 a间13个年份有霍乱流行，霍乱流行频度为35.14%，霍乱之年年均波及2.69个县域；③ 中华民国早期（1912—1927年），该阶段为民国北洋政府时期，湖北霍乱流行明显趋重，16 a间只有4个年份没有霍乱流行，霍乱流行频度为75.00%，霍乱流行的最大范围达到17个县，霍乱之年年均波及4.67个县域；④ 中华民国中晚期（1928—1949年），该阶段包括南京国民政府时期和抗日战争、解放战争时期，22 a间湖北每年都有霍乱流行，霍乱流行频度为100%，霍乱流行的最大范围高达23县，霍乱之年年均波及7.73个县域。
图3 1850—1949年湖北省逐年霍乱县数变化

Fig. 3 Annual changes of cholera counties in Hubei province from 1850 to 1949

3.1.2 趋势变化

1850—1949年湖北省共有49个霍乱流行之年（图3），其中霍乱流行范围较广、染疫县数较多的年份有：1932年（23县）、1918年（17县）、1939年（17县）和1946年（16县）。对湖北省1850—1949年霍乱县数的时间序列进行M-K检验（图4），UF和UB曲线在1932前后有3个交点，且交点在0.05显著性临界线之间，说明湖北省霍乱在1932年前后发生突变，自1932年起霍乱疫情由降转升，且在1942年之后UF值超过0.05显著性临界线，疫情呈显著上升趋势。
图4 1850—1949年湖北省霍乱县数Mann-Kendall检验

Fig. 4 Mann-Kendall test for cholera counties in Hubei province from 1850 to 1949

3.1.3 季节变化

据季节信息明确的霍乱史料对霍乱流行的季节特征进行分析，1850—1949年间的400个季节中，共有75个季节有霍乱流行，季发率为18.5%，其中春季9个（12%）、夏季31个（41.33%）、秋季32个（42.67%）、冬季3个（4%），夏秋两季和占总数的84%。不同季节霍乱流行的县数不同，统计各季节霍乱流行的县数，除去季节不详的，75个季节累计霍乱流行之县246个，其中春季17个（6.97%）、夏季113个（45.9%）、秋季113个（45.9%）、冬季3个（1.22%），夏秋两季和占91.8%。综合霍乱流行的季节频次和县数统计，湖北省霍乱流行主要发生在夏秋季节，春季次之，冬季稀少。霍乱高发于夏秋季节，或与湖北省的气候密切相关。湖北省大部分地区属亚热带季风性湿润气候，夏秋季节高温多雨、水灾频发，有利于霍乱弧菌的繁殖和传播。

3.1.4 周期波动

Morlet小波变换系数的实部反映了不同时间尺度下小波域内数据的波动特征，实部的正负取值交替反映了时间域内霍乱序列的轻重特征。霍乱县数序列小波变换系数实部等值线图（图5）可以看出，湖北省霍乱疫情在不同时间尺度表现出不同的周期变化和轻重交替的变化过程，形成各种尺度正负相间的震荡中心。总体来看，湖北省1850—1949年间的霍乱疫情存在30~40 a、17~21 a、8~12 a和4~6 a 4种时间尺度的波动周期。其中在30~40 a时间尺度上存在轻—重交替的4个准震荡周期，在整个研究时域上表现较为稳定，具有全域性。在17~21 a时间尺度上存在轻—重交替的4个准震荡周期，主要发生在1900年之后。在8~12 a时间尺度上存在轻—重交替的6个准震荡周期，主要发生在1910年之后。在4~6 a时间尺度上存在轻—重交替的6个准震荡周期，主要发生在1930年之后。不同时间尺度对应的霍乱疫情结构有所不同，较大时间尺度的霍乱周期变化嵌套小时间尺度的霍乱变化，同一时域内受多级周期影响。
图5 湖北省霍乱县数序列小波变换系数实部等值线图

Fig. 5 Contour map of the real part of wavelet transform coefficients of cholera counties series in Hubei province

小波方差图能反映霍乱序列的波动能量随时间尺度的分布情况，可以用来确定霍乱序列存在的多级主周期。湖北省霍乱序列小波方差图（图6）可以看出，湖北省1850—1949年间的霍乱序列存在4个明显的峰值，依次对应着35 a、19 a、10 a、5 a的时间尺度。其中最大峰值对应着10 a时间尺度，说明10 a左右的周期震荡最强，为湖北省霍乱变化的第一主周期；35 a时间尺度对应着第二峰值，为第二主周期；19 a和5 a分别为第三和第四主周期。这4个尺度的周期波动控制着霍乱在整个时域内的变化特征。
图6 湖北省霍乱县数序列小波方差图

Fig. 6 Wavelet variance plot of cholera counties series in Hubei province

根据小波方差检验的结果，绘制湖北省霍乱县数序列10 a尺度和35 a尺度主周期小波系数实部变化过程线（图7），可以分析出湖北省霍乱变化过程中存在的平均周期及轻—重变化特征。在10 a时间尺度上，霍乱县数变化的平均周期约为7 a，约经历了16个轻—重变化周期，在1910年之后周期震荡较强，约有6个轻—重变化周期，疫情偏重的时段为：1911—1914年、1918—1920年、1925—1927年、1931—1934年、1938—1940年、1945—1947年，疫情偏轻的时段为：1915—1917年、1921—1924年、1928—1930年、1935—1937年、1941—1944年、1948—1949年。在35 a时间尺度上，霍乱县数变化的平均周期约为27 a，约经历了4个轻—重变化周期，在1907年之后周期震荡较强，约有2个轻—重变化周期，疫情偏重的时段为1908—1919年和1931—1942年，疫情偏轻的时段为1920—1930年和1943—1949年。
图7 湖北省霍乱县数序列不同尺度小波变换系数实部变化过程

Fig. 7 Changes of the real part of wavelet transform coefficients of cholera counties series on different time scales in Hubei province

3.2 湖北省霍乱流行的空间分布

3.2.1 总体分布特征

1850—1949年湖北省71个县级单元中，累计有58个发生过霍乱流行，霍乱疫灾广度为81.69%。霍乱重灾区主要分布在武汉三镇汉口（32 a）、武昌（24 a）、汉阳（13 a）及其毗邻的汉川（12 a）、嘉鱼（8 a）等5县组成的集中连片区，以及宜昌（15 a），无霍乱流行的区域主要集中在鄂西竹溪、竹山、房县等3县及鄂西南的利川、咸丰、来凤、宣恩、鹤峰等5县组成的两个集中连片区（图8a）。空间自相关分析显示，湖北省霍乱疫情在空间上呈现显著集聚分布模式，Moran's I值为0.42（Z值为5.8、p < 0.01），高值集聚区主要分布在鄂东武汉三镇及周边的汉川和黄陂，低值集聚区主要分布在鄂西北的竹山和鄂西南的宣恩、咸丰和来凤（图8b）。
图8 1850—1949年湖北省霍乱流行总体分布

Fig. 8 General distribution of cholera epidemics in Hubei province from 1850 to 1949

3.2.2 空间分布变迁

（1）年代分布变迁。① 1850—1899年间湖北省霍乱疫情稀少（图9a），71个县中只有7个县有霍乱流行，其中宜昌疫情最为严重，共有6个霍乱年份；其次为武汉三镇的汉口、汉阳、武昌及周边地区。具体来说，1850年宜昌首发霍乱；1864年再发霍乱；1883年武汉三镇和汉川于发生霍乱；19世纪80年代武汉三镇、宜昌和汉川仍有霍乱发生，并蔓延到天门和沔阳；19世纪90年代仅有宜昌、汉口和汉阳发生霍乱。② 20世纪00年代霍乱疫情较轻（图9b），共有9个县有霍乱流行，主要集中在武汉三镇及长江沿岸的宜昌、松滋、公安、石首、监利等县。③ 20世纪10年代霍乱疫情呈蔓延扩散态势（图9c），霍乱县数增加到26个，约占总县数的1/3，汉口和武昌疫情最重，疫情主要分布在长江和汉江沿岸及鄂东北地区。④ 20世纪20年代霍乱疫情有所减缓（图9d），霍乱县数降低到14个，主要集中在汉江下游及长江沿江地区。⑤ 20世纪30年代霍乱疫情陡然加重（图9e），扩散到全省42个县，占总县数的约60%，只有鄂西部分县区没有流行，武汉三镇疫情最为严重，汉口疫情19 a，武昌疫情18 a，汉阳疫情15 a，1932年和1939年两次全国性霍乱大流行都在这个时段。⑥ 20世纪40年代霍乱疫情依然严重（图9f），共有39个县有霍乱流行，武昌、巴东和宜昌疫情较重，鄂西北秦巴山区、鄂西南武陵山区、鄂东北大别山区和鄂东南幕阜山区疫情较轻。⑦ 从各县霍乱首发年份和年代来看（图10），宜昌是湖北霍乱发生最早的地方（1850年、1864年），武汉三镇是湖北较早受霍乱波及的地区（1878年），之后大致沿长江和汉江从中部江汉平原向周边山区扩张。
图9 1850—1949年湖北省霍乱流行年代分布图

Fig. 9 Chronological distribution of cholera epidemics in Hubei province from 1850 to 1949

图10 1850—1949年湖北省霍乱首发年份和年代

Fig. 10 Chart of the year and chronology of the first outbreak of cholera in Hubei province from 1850 to 1949

（2）重心分布变迁。重心变迁可以反映霍乱疫情的空间分布和发展趋势（图11）。1850—1949年间湖北省县域尺度上的霍乱年数分布重心一直位于其几何中心（30°48'N, 112°38'E）的东侧，在江汉平原腹心摆动，首先位于天门境内，然后在其毗东的应城、汉川摆动，最后西向迁移至京山，略呈由东南向西北迁移的趋势。
图11 1850—1949年湖北省霍乱流行重心变迁图

Fig. 11 Changing centers of gravity of cholera epidemics in Hubei province from 1850 to 1949

4 湖北省霍乱流行的影响机制

4.1 霍乱流行影响机制模型构建及检验

以各县平均海拔、年均降水、涝灾年数、旱灾年数、战争年数、路网密度等作为外生变量，年均温度、河网密度、人口密度等作为内生变量，对湖北省霍乱流行的影响机制进行结构方程模型分析。分析在Amos中进行，使用极大似然法对结构方程模型进行拟合，形成各影响因素对湖北县域霍乱流行的作用机制和传导路径（图12）。
图12 湖北省霍乱流行影响因素的作用机制和传导路径

注：图中数字表示直接效应值，上标表示显著性。

Fig. 12 Mechanism and transmission path of factors influencing cholera epidemics in Hubei province

根据表1的模型拟合优度检验结果可以看出，卡方/自由度（CMIN/DF）为1.225，在1~3的优秀范围内，近似误差均方根（RMSEA）为0.057，在0.08 的限度范围内。另外，拟合优度指数（GFI）、增值拟合指数（IFI）、规范拟合指数（NFI）、Tucker-Lewis指数（TLI）的检验结果均达到了0.9以上的优秀水平，说明整体模型具有良好的拟合优度。
表1 湖北省霍乱流行结构方程模型的拟合优度检验

Tab. 1 Goodness-of-fit test for the SEM of cholera epidemics in Hubei province

指标 统计量 参考标准 实测结果
绝对拟合度指数 卡方值(CMIN) p > 0.05，越小越好 2.449 (p = 0.263)
卡方/自由度(CMIN/DF) 1~3为优秀，3~4为良好 1.225
近似误差均方根(RMSEA) < 0.05为优秀，< 0.08为良好 0.057
拟合优度指数(GFI) > 0.9为优秀，> 0.8为良好 0.993
相对拟合度指数 增值拟合指数(IFI) > 0.9为优秀，> 0.8为良好 0.998
规范拟合指数(NFI) > 0.9为优秀，> 0.8为良好 0.991
Tucker-Lewis指数(TLI) > 0.9为优秀，> 0.8为良好 0.954

4.2 霍乱流行的内生变量及影响机制

表2列出了各地理环境因素对湖北霍乱流行的影响。其中总体效应为内生变量（即年均温度、河网密度和人口密度）对霍乱流行的直接效应，可以通过标准化回归系数估计值来判断其作用强度和影响方向。结果显示，3个内生变量对霍乱流行均具有正向的直接效应，河网密度、人口密度和年均温度的增加均会对霍乱的流行起促进作用。
表2 湖北省霍乱流行影响因子的直接效应、间接效应和总体效应

Tab. 2 The direct effect, indirect effect and overall effect of factors influencing cholera epidemics in Hubei province

影响因素 效应 年均温度 河网密度 人口密度 霍乱流行
年均温度 总体 - - - 0.088
河网密度 总体 - - - 0.227**
人口密度 总体 - - - 0.173
平均海拔 总体 -0.582*** -0.174 -0.411*** -0.023**
直接 -0.582*** -0.174 -0.411*** 0.139**
间接 - - - -0.162**
年均降水 总体 -0.182* -0.089 -0.008 -0.031
直接 -0.182* -0.089 -0.008 0.007
间接 - - - -0.038
涝灾年数 总体 0.079 0.098 0.247*** 0.237*
直接 0.079 0.098 0.247*** 0.165*
间接 - - - 0.072*
旱灾年数 总体 -0.073 0.171 -0.032 -0.167*
直接 -0.073 0.171 -0.032 -0.193*
间接 - - - 0.027*
战争年数 总体 -0.061 0.120 0.370 0.510***
直接 -0.061 0.120 0.370 0.482***
间接 - - - 0.028***
路网密度 总体 0.076 0.034 0.450*** 0.191*
直接 0.076 0.034 0.450*** 0.099*
间接 - - - 0.092*

注：数值均为标准化回归系数估计值；***表示0.001显著水平，**表示0.01显著水平，*表示0.05显著水平；-表示因子之间不存在效应。

（1）河网密度对霍乱流行具有第一位的正向直接效应（0.227），是影响霍乱流行的主要内生变量。水源是霍乱传播的重要途径，受污染的井水、河水都是霍乱传播的媒介，河网越密集的地区，人群与霍乱弧菌接触的机会越大，更容易感染霍乱。晚清至中华民国时期，由于基础设施落后以及防疫观念的不足，水体污染严重，多数霍乱疫情都是通过水源途径传播的。如《北洋官报》记载“1906年，湖北汉口近因湘水顺流而下，疫疠丛生”[46]，这里的“疫疠”就是霍乱。又如《晨报》报道“1925年霍乱沿江蔓延，汉口一带亦被传染，每日约死20余人”[47]。从霍乱流行的空间分布可以看出（图8~图9），河湖密集的江汉平原地区也是霍乱疫情最为严重的区域。
（2）人口密度对霍乱流行具有第二位的正向直接效应（0.173）。人口是霍乱流行的重要基础，人口密度的增加导致易感人群增多，霍乱发生的概率也因之上升。从霍乱流行的空间集聚模式可以看出（图8b），疫情高值区多集中在人口分布最为密集的武汉三镇及周边地区，低值区则主要集中在人口密度较低的鄂西地区，表现出人口越密集的区域霍乱越频发的特点。从湖北省逐年霍乱县数变化与人口密度变化来看（图13g），湖北省人口密度呈波动下降趋势，与霍乱疫情的波动上升趋势呈负相关性（r = -0.581，p < 0.001），这是因为人口密度不是影响疫灾的决定因素，疫灾流行还与社会稳定状态有关[48]。
图13 1850—1949年湖北省霍乱与自然和人文因素的时间序列对比

注：各时间序列均进行Z-score标准化处理，故无原始单位；a图数据引自文献[19⇓⇓⇓⇓⇓、25]；b图数据引自文献[57]；c图数据引自文献[58]；d~e图数据引自文献[32-33]；f图数据引自文献[36-37]；g图数据引自文献[59]。

Fig. 13 Time series comparison of cholera and natural and human factors in Hubei province from 1850 to 1949

（3）年均温度对霍乱流行具有第三位的正向直接效应（0.088）。大多数致病微生物对温度变化具有敏感性，温度上升会促进霍乱弧菌繁殖的加快和致病力的增强，从而导致霍乱流行。湖北省霍乱多发于年均温度较高的夏秋两季以及东南部地区，也证实温度是霍乱流行的重要驱动因素。1932年8月1日《申报》报道“武汉久不雨，热度增高，霍乱流行，武昌等十二县同时发现虎疫”[49]。气候的长时间尺度变化对于疫灾的流行有着显著的影响[50]，从湖北省逐年霍乱县数变化与温度距平变化来看（图13b），二者具有正相关性（r = 0.621，p < 0.001），霍乱疫情随着温度的上升而加重，说明气候变暖对霍乱流行具有促进作用。

4.3 霍乱流行的外生变量及影响机制

外生变量既可以直接影响霍乱的流行，又可以通过影响内生变量间接影响霍乱的流行，外生变量的总体效应为其直接效应和间接效应之和。直接效应为该环境因子对霍乱流行的标准化回归系数估计值，间接效应为该环境因子对传染源、传染途径和易感人群的直接效应分别与这3个内生变量对霍乱流行的直接效应的乘积之和。
（1）自然因素对霍乱流行的影响机制。首先，平均海拔对霍乱流行具有显著的负向总体效应（-0.023），其中，负向的间接效应强于正向的直接效应。在间接效应的构成上，平均海拔通过对年均温度（-0.051）、人口密度（-0.071）的影响显著降低霍乱的流行。疫灾分布具有“洼地效应”，海拔较低的平原、河谷、盆地是疫灾密集地区[51]。湖北省西高东低的海拔格局奠定了其东重西轻的霍乱空间分布格局。温度随着海拔的升高而降低，霍乱弧菌的生存环境便越恶劣，从而抑制霍乱弧菌的滋生。霍乱弧菌主要通过水体传播，海拔较低的地区更容易受到洪水侵袭，人群接触携带霍乱弧菌的水体或食物的可能性更高。高海拔地区人口密度和流动性均较低，霍乱的易感人群较少。其次，年均降水对霍乱流行的总体效应为负（-0.031），且通过影响河网密度（-0.020）和年均温度（-0.016）对霍乱流行产生负向间接效应。即年均降水越多的地区，霍乱疫情反而越轻。这与霍乱介水传播的特性似乎相违背，不过其实这与湖北省特殊的降水格局有关。湖北省的总体降水格局是南多北少，山区多于平原，鄂东南幕阜山区和鄂西南武陵山区两个多雨区的年均降水量比江汉平原多出200~300 mm，山区降水相对较多，但年均温度、河网密度和人口密度相对较低，不利于霍乱流行，这就使得霍乱流行与降水量呈负相关。从湖北省逐年霍乱县数变化与干湿等级的变化来看（图13c），二者均呈波动上升趋势，具有显著的正相关性（r = 0.463，p < 0.001），说明在湖北境内，气候干燥对霍乱流行具有促进作用，气候干燥期易诱发旱灾和饥荒，间接加剧霍乱流行。
（2）灾害因素对霍乱流行的影响机制。“大灾之后有大疫”，灾害改变了病原体的生境，为其滋生繁殖提供了温床，从而间接诱发瘟疫的暴发，而发生过程通常以灾害链的形式表现[52]。首先，涝灾年数对霍乱流行的总体效应为正（0.237），在间接效应的构成上，涝灾年数通过影响人口密度而显著提高霍乱流行的作用强度最大（0.043）。涝灾期间，水源受到死亡生物、生活垃圾等的污染，导致霍乱弧菌大量滋生，霍乱弧菌借助洪水到达更多地方，扩大分布范围；人群在涝灾期间抵抗力下降，易感性提高；涝灾还会导致灾民四处流亡，人群流动和聚集性增强，也会加快霍乱的蔓延。从湖北省逐年霍乱县数变化与涝灾县数变化来看（图13e），二者具有正相关性（r = 0.235，p < 0.05），且霍乱流行具有滞后性，中华民国中晚期涝灾频发是导致其形成霍乱高峰的关键因素，如1931年长江流域的大水灾导致了1932年全国的霍乱大流行。其次，旱灾年数对于霍乱流行的总体效应为负（-0.167），在间接效应的构成上，旱灾通过河网密度影响霍乱流行的作用强度最大（0.039）。霍乱弧菌作为介水传播的水生细菌，旱灾可以抑制霍乱弧菌的滋生，减少水源传播途径，从而在一定程度上抑制霍乱的流行，但旱灾也容易诱发饥荒，并导致水源枯竭和污染，进而诱发霍乱。从湖北省逐年霍乱县数变化与旱灾县数变化来看（图13d），二者具有不显著的正相关性（r = 0.052），且霍乱流行具有滞后性，中华民国中晚期的霍乱高峰紧随着旱灾高峰。1934年“甲戌大旱”是导致该年湖北霍乱大流行的重要因素，8月11日《汉口市民日报》报道“日来久旱不雨，最近省会近郊农村各处，发生霍乱及闭口痧等症。”《黄冈县志》载“秋，霍乱大流行。但店、三里畈、溢流河等地患者数万人，死亡万余人。河东石槽垮140多人，死亡过半”[53]。
（3）人文因素对霍乱流行的影响机制。首先，战争年数对霍乱流行具有显著的正向总体效应（0.510），在间接效应的构成上，战争年数通过影响人口密度的间接效应最大（0.064）。从效应值来看，战争是影响霍乱流行的最主要因素。人口丧乱流离是兵疫灾害最主要的表现[16]，战争导致人口死亡和环境破坏，有利于霍乱弧菌的滋生；行军战斗和衍生的难民流动，增加与患病人群的接触机率，同时扩大了传播范围；战争还导致难民沿交通线向安全区流动麇集，将安全区的人口也变成易感人群。据《通城县志》记载：“1918年，军阀张敬尧3月举兵入湘，大军过境之后，通城瘟疫大发，死亡数百人”[54]，这里的瘟疫也是霍乱。从湖北省逐年霍乱县数变化与战争年数变化来看（图13f），二者呈显著正相关性（r = 0.479，p < 0.001）。湖北省晚清时期战争较少，霍乱较轻；中华民国时期战争频繁，形成霍乱高峰。如1938年武汉会战期间，6月13日《申报》报道“最近市面发现霍乱流行，多由战区传染而来”[55]。1937—1945年全面抗日战争期间，大量人口向鄂西转移，也是促使霍乱重心由东南向西北迁移的重要原因。其次，路网密度对霍乱流行具有显著的正向总体效应（0.191），且通过人口密度对霍乱流行产生正向间接效应（0.078）。交通的便利使得人口流动更为频繁，为疫灾的传播起到推波助澜的作用[56]。路网密度的提升以及交通工具的革新，加强了人际接触与区际联系，提高了易感人群的感染机率，加快了霍乱传播的速度。武汉是连接南北、沟通东西的“九省通衢”，因之也是湖北省霍乱流行的重灾区。

4.4 湖北省霍乱流行影响机制总结

霍乱流行是自然因素、灾害因素与人文因素相互交织、相互影响的结果。河网密度、人口密度、年均温度是影响湖北省霍乱流行的内生变量，他们对霍乱流行均起正向作用，这是因为，河网密度增加能扩大霍乱传播途径，提高霍乱弧菌与人群接触机会，湖北省河湖密集的江汉平原地区也是霍乱疫情最为严重的区域；人口密度增加可导致霍乱的易感人群增多，湖北省人口最密集的武汉三镇及周边地区也是霍乱最频繁的区域；年均温度提升能促进霍乱弧菌繁殖加速和致病力增强，湖北省年均温度越高的夏秋两季和东南部地区霍乱疫情越严重，气候变暖也对霍乱流行具有促进作用。平均海拔、年均降水等自然因素，涝灾年数、旱灾年数等灾害因素，战争年数、路网密度等人文因素是影响湖北省霍乱流行的外生变量，其中，平均海拔上升会导致温度降低，抑制霍乱弧菌繁殖，同时也会导致人口密度和人口流动性降低，易感人群减少，因此，海拔越高的地区霍乱越难流行；湖北降水多分布于山区，山区年均温度、河网密度和人口密度相对较低，不利于霍乱流行，气候干燥期易诱发旱、饥，可加剧霍乱流行；洪涝灾害容易造成水源污染，利于霍乱弧菌滋生，同时增加易感人群，从而促进霍乱流行；旱灾可抑制霍乱弧菌的滋生，减少水源传播途径，在一定程度上抑制霍乱的流行，但旱灾也容易诱发饥荒，并导致水源枯竭和污染，进而诱发霍乱。战争导致人口死亡和环境破坏，利于霍乱弧菌的滋生，同时加剧难民流动，增加传播途径，扩大传播范围，从而促进霍乱流行，中华民国时期战争频繁导致霍乱高峰，战争引起的人口转移也是促使霍乱重心迁移的原因；路网密度提升以及交通工具的革新可增加人际接触与区际联系，加快霍乱传播速度，从而促进霍乱流行。只要能促进霍乱弧菌滋生，加快霍乱传播速度，增加霍乱易感人群，无论是自然的还是人文的因素，无论是内生的还是外生的变量，都会促进霍乱的流行；反之，则会抑制霍乱的流行。总之，海拔、人口、降水、河网和路网等的区域差异奠定了湖北霍乱疫情“东重西轻”的空间格局，战争、涝灾、旱灾、温度等的时间变迁塑造了湖北省霍乱疫情“后重前轻”的时间变化。

5 结论与讨论

5.1 结论

本文通过对近代湖北霍乱流行的时空规律和影响机制的研究，得到以下结论：
（1）1850—1949年湖北省霍乱流行可分为晚清咸同时期（1850—1874年）、清末光宣时期（1875—1911年）、中华民国早期（1912—1927年）、中华民国中晚期（1928—1949年）4个阶段，霍乱流行的频度逐渐提升。湖北霍乱1850年首次发生于宜昌，其后1864年再次发生；武汉是继宜昌之后发生霍乱的地方，1878年武汉三镇霍乱大流行。
（2）1850—1949年湖北省共有49 a发生霍乱流行，1932年的霍乱疫情最为严重。湖北省霍乱在1932年前后发生突变，1932年起霍乱疫情由降转升，1942年之后疫情呈显著上升趋势。湖北省霍乱主要在夏秋季节流行，与其他时期和其他地方的流行具有一致性。湖北省霍乱流行存在35 a、19 a、10 a、5 a时间尺度的波动周期，其中10 a时间尺度为第一主周期，该尺度下平均变化周期约为7 a，35 a时间尺度为第二主周期，该尺度下平均变化周期约为27 a。
（3）1850—1949年湖北省霍乱染及58县，占全省县级政区总数的81.69%，武汉三镇霍乱流行最为频繁。湖北省霍乱疫情空间集聚特征明显，高值集聚区分布在武汉三镇及周边地区，低值集聚区分布在鄂西山区。湖北省霍乱疫区沿江、沿湖从中部江汉平原向周边山区扩张，江汉平原为霍乱疫情最为严重的区域。湖北省霍乱疫情的分布重心在江汉平原腹心摆动，略呈由东南向西北迁移的趋势。
（4）霍乱流行是自然因素、灾害因素与人文因素相互交织、相互影响的结果。只要能促进霍乱弧菌滋生，加快霍乱传播速度，增加霍乱易感人群，无论是自然的还是人文的因素，无论是内生的还是外生的变量，都会促进霍乱的流行；反之，则会抑制霍乱的流行。海拔、人口、降水、河网和路网等的区域差异奠定了湖北霍乱疫情“东重西轻”的空间格局，战争、涝灾、旱灾、温度等的时间变迁塑造了湖北省霍乱疫情“后重前轻”的时间变化。

5.2 讨论

本文研究存在着以下不足。首先，尽管本文千方百计搜寻湖北各县域的霍乱疫情史料，但仍有应山、云梦、通山、黄梅、英山等县没有找到他们的霍乱疫情史料，但这并不能说明1850—1949年这些县域没有霍乱流行，云梦县处于江汉平原，黄梅处于长江沿江地区，是很容易受到霍乱侵袭。1820—1850年湖北有些夏秋大水之后的大疫可能是霍乱流行，但无明确记载，致使本文得到的晚清咸同时期的霍乱流行频度可能偏低。史料的缺失会影响对湖北霍乱分布格局的整体判断。其次，还有些影响霍乱流行的因素由于无法获取相关数据没有纳入分析。如自然环境因素中，土壤酸碱度与霍乱流行息息相关，霍乱弧菌喜碱怕酸，生长繁殖最适宜的pH值为7.8~8.2[60]，湖北省江汉平原土壤碱性最强，也是霍乱重灾区，但由于缺少数据未能将其纳入定量分析；人文相关影响因素中，接种霍乱疫苗对控制住霍乱传播具有显著作用[61]，中华民国（1912—1949年）时期也有了较广泛的霍乱疫苗接种，同样由于各县区疫苗接种数据缺失，未将其纳入定量分析。最后，对于湖北省霍乱不同尺度波动周期的形成机制，还有待结合相关影响因素的波动周期进行深入分析。

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