《Global and Planetary Change》：Spatial reconstructions of population density in Northwest China between 2 and 1949?CE
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西北中国历史人口重建研究，基于2-1949年省级数据整合与自然社会因素建模，发现人口在640年（1.56百万）至1862年（17.73百万）间剧烈波动，空间分布与水源条件相关，显著优于HYDE 3.2和KK10模型。
刘欣|Sandy P. Harrison|闵瑞琪|Muhammad Farqan|郑敏|江岚|李浩然|马敏敏|黄晓中
中国西部环境系统重点实验室（教育部），兰州大学地球与环境科学学院，中国兰州730000
摘要
人口估计是重建历史土地利用变化的重要第一步。中国西北地区拥有悠久的人类活动历史，在丝绸之路贸易中发挥了关键作用，但该地区人口的时间和空间动态变化尚不明确。我们整理了从公元2年到1949年多个时间段内的省级人口统计数据。然后，我们利用这些历史记录以及影响人口分布的自然和社会因素，构建了一个基于网格的模型，生成了一个分辨率为0.5角分的空间人口数据集。研究结果显示，公元2年至1949年间，中国西北地区的人口出现了显著的波动，经历了多次快速增长和急剧下降的阶段。最低人口数量为156万人，出现在公元640年；最高人口数量为1773万人，出现在公元1862年。人口波动可能受到气候变化和社会因素的影响，包括战争、迁移和土地开垦。空间分布模式表明，定居点和人口主要集中在水资源相对丰富的地区，如天山和祁连山麓的绿洲地带、主要河流流经的山谷和平原，以及甘肃东南部较为湿润的地区。本研究的结果与HYDE 3.2和KK10对中国西北地区的重建结果存在显著差异。结合地区特定的历史记录，并考虑影响历史定居点分布的局部因素，可以更细致地重建该地区的人口历史。我们的发现为评估过去两千年中国西北地区由人类活动驱动的土地利用变化和土地退化提供了坚实的基础。
引言
在过去约10,000年中，人类活动通过燃烧、狩猎、物种驯化、农业等方式对陆地生物圈产生了影响（Stephens等人，2019；Huang等人，2021；Zhang等人，2021；Ren等人，2022）。据估计，75%至95%的陆地生物圈已因人类社会活动而发生显著变化，主要表现为土地利用和土地覆盖（LULC）的变化（Ellis等人，2021）。已有多项研究试图绘制全球土地利用和土地覆盖变化的历史地图（Ramankutty和Foley，1999；Pongratz等人，2008；Kaplan等人，2009；Kaplan等人，2011；Klein Goldewijk等人，2011；Klein Goldewijk等人，2017）。最常用的数据集包括全球环境历史数据库（HYDE：Klein Goldewijk等人，2011；Klein Goldewijk等人，2017）和Kaplan与Krumhardt（KK10：Kaplan等人，2009；Kaplan等人，2011）。所有这些数据集都假设可以通过人均土地利用估计将人口密度转换为土地利用类型，然后根据土地适合种植作物和/或放牧的程度进行空间分布。然而，人均土地利用估计基于有限的数据，且对这些估计普遍适用性的不同假设导致了全球重建结果存在较大差异（Gaillard等人，2010；Kaplan等人，2017；Harrison等人，2020）。区域尺度的评估也揭示了全球数据集中的重大不确定性，这既源于使用不合适的人均估计值，也源于区域人口估计的不确定性（Gaillard等人，2010；Ellis等人，2013；Klein Goldewijk和Verburg，2013；Fang等人，2020）。为了改进土地利用变化的历史重建，需要精确的区域人口估计数据。因此，提高这些估计的准确性至关重要。
近期对中国人口数据的研究主要集中在东部地区，并且通常针对特定流域或县级行政区在有限的时间段内进行分析。例如，Wang等人（2022a）利用县级人口普查和环境数据，通过随机森林回归方法绘制了公元1911年至2010年沱江流域的人口分布图。Zhang等人（2022b）将随机森林方法扩展到公元1776年至1953年东部中国的人口重建，分辨率为10公里。Xue等人（2019）应用适应性模型重建了公元1776年和1820年苏州府的人口。然而，由于他们使用了详细的城市级参数，且模型包含大量具有强烈区域特征的经验参数，这种方法可能不适用于更大的地理区域。此外，所有这些研究都集中在相对较短的时间段内。尽管中国西北地区因丝绸之路而具有重要的历史意义，但其人口动态研究较少。尽管该地区的农业发展程度低于中国东部，但它对支持这条贸易路线仍然至关重要。
对中国西北地区历史人口的全面重建将有助于了解历史人类活动的强度，从而为改进土地利用变化的重建提供依据。在本研究中，我们整理了省级历史人口记录，并结合自然和社会因素，生成了公元2年至1949年中国西北地区的0.5角分网格化人口数据集。
研究区域
本研究聚焦于中国西北地区，具体包括现在的甘肃省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区和青海省（图1a）。研究区域的西南部分位于青藏高原的东北边缘，而东北部分则涵盖准噶尔盆地、天山山脉和塔里木盆地。向东延伸时，该区域沿着河西走廊延伸至黄土高原的西部边缘。该地区的地形以广阔的
材料与方法
研究方法框架（图2）包括从历史记录和其他研究中系统提取中国西北地区的省级人口数据，然后根据不同朝代的领土和行政边界进行协调，以生成公元2年至1949年连续的人口时间序列。通过考虑影响人口分布的自然和社会因素，构建了人口的空间分布模型。
人口变化
有16个时间点的数据涵盖了四个省份的人口情况（图3，表5），可以用来估算中国西北地区的总人口。公元2年的人口估计为232万人。随后两个时期（公元140年、640年）人口略有下降，到公元752年达到467万人的峰值。在接下来的几个世纪里，总人口在200万到500万人之间波动，然后在清朝时期迅速增长。
人口变化特征
总体而言，该地区的人口规模波动与中原王朝或地区政权的兴衰密切相关。这些变化引发了一系列事件，包括战争、迁移、土地开垦和边防建设，直接影响了人口趋势（Cao，2001；Fang和Zhang，2007；Lu，2008）。在某些时期，自然灾害进一步加剧了人口变化（Fang等人，2017）。这些动态变化尤为明显。
结论
我们的重建结果显示，过去两千年中国西北地区的人口出现了显著波动。最低人口估计为公元640年的156万人，最高人口估计为公元1862年的1773万人。历史上的定居点和人口分布与水资源的可用性密切相关。人口主要集中在天山和祁连山麓的绿洲地带、由主要水道形成的河流山谷和平原。
CRediT作者贡献声明
刘欣：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、软件、资源、项目管理、方法论、调查、数据分析、概念化。Sandy P. Harrison：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、监督、方法论、数据分析。闵瑞琪：撰写 – 审稿与编辑、资源管理、数据管理。Muhammad Farqan：撰写 – 审稿与编辑。郑敏：软件、资源管理。江岚：资源管理、数据管理
利益冲突声明
我们声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢张珊佳博士帮助我们整理了中国西北地区历史上的战争统计数据。本研究得到了国家自然科学基金（编号41991251）的支持。
