潘 威,王美蘇,滿志敏
(1.陜西師范大學(xué)西北歷史環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展研究中心暨中國(guó)歷史地理研究所GIS實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710062;2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101;3.復(fù)旦大學(xué)中國(guó)歷史地理研究中心,上海 200234)
中國(guó)江蘇、上海和浙江沿海地帶臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁,臺(tái)風(fēng)引起的狂風(fēng)、暴雨、巨浪和風(fēng)暴潮等災(zāi)害對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)危害巨大,是學(xué)界長(zhǎng)期關(guān)注的研究領(lǐng)域。1980年以來(lái),本區(qū)臺(tái)風(fēng)形成機(jī)理、結(jié)構(gòu)、變化特征和登陸影響等方面的研究已經(jīng)產(chǎn)生了一系列重要成果[1-4]。2005年Emanuel的研究指出,近30年全球臺(tái)風(fēng)的破壞性正在加劇[5],包括蘇浙沿海地帶在內(nèi)的全球許多地區(qū)皆面臨著臺(tái)風(fēng)災(zāi)害趨向嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。為更好地預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng),必須從長(zhǎng)時(shí)間段上了解其變遷過(guò)程,但現(xiàn)代意義上的臺(tái)風(fēng)記錄資料僅有百余年歷史,所得出的認(rèn)識(shí)較為有限,必須依托其他的代用資料。中國(guó)豐富的歷史文獻(xiàn),特別是清代和民國(guó)文獻(xiàn)中的災(zāi)害記載,是在高分辨率下重建臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的理想代用資料。
將中國(guó)歷史文獻(xiàn)用于臺(tái)風(fēng)研究尚不到10年。2001年Kimbiu Liu等建立的廣東省975-1909年臺(tái)風(fēng)頻度序列,其與1884-1909年的器測(cè)資料序列的對(duì)比發(fā)現(xiàn),1884-1909年間分別利用歷史文獻(xiàn)和器測(cè)資料建立的臺(tái)風(fēng)頻數(shù)序列趨勢(shì)具有很好的相關(guān)性,并且發(fā)現(xiàn)歷史文獻(xiàn)中記載的登陸臺(tái)風(fēng)事件和器測(cè)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)事件基本對(duì)應(yīng),證明了中國(guó)歷史文獻(xiàn)資料在此領(lǐng)域的可行性[6]。2007年徐明等對(duì)華東地區(qū)近500年的臺(tái)風(fēng)歷史資料處理方法進(jìn)行了研究,指出華南與華東沿海臺(tái)風(fēng)并不同步[7],初步揭示了歷史時(shí)期華東沿海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)具有明顯的區(qū)域性特征;同年,梁有葉等基于《中國(guó)三千年氣象記錄總集》建立了960-1911年登陸中國(guó)沿海臺(tái)風(fēng)年表,并重點(diǎn)分析了粵、閩、浙1600-1911年臺(tái)風(fēng)與ENSO事件的關(guān)系[8],但其對(duì)歷史文獻(xiàn)尤其是清代文獻(xiàn)發(fā)掘仍有不足,同時(shí)登陸臺(tái)風(fēng)有嚴(yán)格定義,影響沿海的臺(tái)風(fēng)活動(dòng)并不一定登陸,歷史文獻(xiàn)記載不能支持臺(tái)風(fēng)是否登陸的判斷。
以往研究基本是在重建歷史時(shí)期的臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻率,對(duì)于臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的其他特征指標(biāo),如生存期、路徑等尚未予以探討,使得對(duì)近300年以來(lái)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)情況的研究依然有所欠缺。有鑒于此,本研究以今江蘇、上海、浙江為研究范圍(圖1),基于清代-民國(guó)文獻(xiàn)記錄,對(duì)1644-1911年本區(qū)逐年所受臺(tái)風(fēng)影響的時(shí)間在“日”精度上進(jìn)行重建,記為T(mén)d,即研究區(qū)1年之中歷次臺(tái)風(fēng)活動(dòng)天數(shù)的總和,反映了臺(tái)風(fēng)在沿海地帶的活動(dòng)時(shí)間。
圖1 研究區(qū)域
所用歷史文獻(xiàn)主要為研究區(qū)清代至民國(guó)地方志和《清代長(zhǎng)江流域洪澇檔案史料》[9](以下簡(jiǎn)稱資料1)、《清代浙閩臺(tái)地區(qū)諸流域洪澇檔案史料》[10]、《康熙朝雨雪糧價(jià)史料》[11]、《清代奏折匯編——農(nóng)業(yè)·環(huán)境》[12]、臺(tái)灣地區(qū)中央研究院網(wǎng)絡(luò)檔案數(shù)據(jù)庫(kù)所收錄的清代華東地區(qū)官員奏報(bào)[13]等,另查閱了30種清代筆記。所用歷史文獻(xiàn)皆可以將臺(tái)風(fēng)活動(dòng)日期精確到“日”。當(dāng)然,歷史文獻(xiàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)現(xiàn)象的記錄也存在固有缺陷,對(duì)于寒潮、風(fēng)暴潮等引起的風(fēng)雨潮現(xiàn)象與臺(tái)風(fēng)在記錄時(shí)并不加以區(qū)分,因此必須對(duì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的考察。但歷史文獻(xiàn)作為臺(tái)風(fēng)現(xiàn)象的研究資料仍舊具有很高的價(jià)值。
史料文獻(xiàn)中對(duì)臺(tái)風(fēng)的記載分為直接和間接記錄兩類(lèi),前者可直接認(rèn)定為臺(tái)風(fēng),后者則是臺(tái)風(fēng)活動(dòng)造成的環(huán)境響應(yīng)和災(zāi)害記錄。將兩類(lèi)記錄提取后,再進(jìn)行非臺(tái)風(fēng)剔除,可以得到盡量精確的臺(tái)風(fēng)發(fā)生年。
1.2.1 記錄特征
直接記錄:①“颱”和“颶”是歷史文獻(xiàn)中對(duì)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)相對(duì)直接的記錄。本研究將發(fā)生于夏秋時(shí)期的“颶”以及“颱”作為臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的直接依據(jù)之一;②風(fēng)向轉(zhuǎn)變與夏末秋初雨、潮等現(xiàn)象同發(fā),如8月13-14日嘉定“七月八日東北風(fēng)大作,九日西南又起大風(fēng),風(fēng)浹雨益壯……”(民國(guó)《錢(qián)門(mén)塘鄉(xiāng)志》卷12),可以認(rèn)定為臺(tái)風(fēng)活動(dòng)。
間接記錄:臺(tái)風(fēng)主要表征為暴雨、大風(fēng)、潮涌等現(xiàn)象。本文中將未出現(xiàn)“颱”和“颶”但發(fā)生在夏末秋初的研究區(qū)內(nèi)“陡雨”、“驟雨”、“大風(fēng)”(造成房屋或樹(shù)木損壞)、“烈風(fēng)”、“潮溢”、“毀塘”等現(xiàn)象作為臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的間接記錄,其指示了臺(tái)風(fēng)發(fā)生的可能性。如1665年8月13日(康熙四年七月初三)江蘇東臺(tái)“颶風(fēng)大作,折木拔樹(shù),涌起海潮高數(shù)丈……凡三晝夜風(fēng)始息”、興化“大風(fēng)雨,海潮盡涌。諸湖漲溢,田禾俱沒(méi)”(康熙《淮南中十場(chǎng)志》卷1災(zāi)書(shū)),靖江“七月初三日大風(fēng)拔樹(shù),潮涌,毀民房屋甚多,凡三日夜始息”(康熙八年《靖江縣志》卷5祲祥),武進(jìn)“初三日西北風(fēng)大作,淫雨盈傾,至初五日,轉(zhuǎn)東北風(fēng)益猛,傍江湖者船艘民居漂沒(méi)無(wú)算”(康熙《武進(jìn)縣志》卷3災(zāi)祥)。綜合歷史文獻(xiàn)記載的風(fēng)雨潮發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn),這很有可能是臺(tái)風(fēng)過(guò)境造成的災(zāi)害。
1.2.2 非臺(tái)風(fēng)剔除
間接記錄并不能完全判定臺(tái)風(fēng)活動(dòng),根據(jù)王東生、屈雅和王曉芳、李紅莉、王金蘭的研究可以認(rèn)定與臺(tái)風(fēng)活動(dòng)造成類(lèi)似天氣或?yàn)?zāi)害現(xiàn)象的主要有寒潮、局地性龍卷風(fēng)、局地性風(fēng)暴潮、梅雨期間的強(qiáng)降雨等[14-15]。所收歷史記錄中,有以下任一情況進(jìn)行排除:雨雹、雨雪等表征的冷性氣團(tuán);揚(yáng)塵、雨土等指征的干性氣團(tuán);有連續(xù)10 d以上降水或只有降雨記錄而無(wú)任何大風(fēng)記載的梅雨型降水;有顯著的“龍卷風(fēng)”特征同時(shí)又無(wú)其他風(fēng)、雨、潮記載;沒(méi)有臨海(江)地區(qū)的風(fēng)、雨、潮記載支持;如果其降水或大風(fēng)推進(jìn)方向是由北向南或由內(nèi)陸向沿海,與一般臺(tái)風(fēng)路徑明顯相反,也予以排除。
本研究所用歷史文獻(xiàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)時(shí)間基本是在“日”精度,個(gè)別甚至有“時(shí)辰”記錄。通過(guò)第1.2節(jié)中對(duì)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的判定標(biāo)準(zhǔn),可以確定臺(tái)風(fēng)發(fā)生年,而當(dāng)年地方官員的災(zāi)害奏報(bào)中對(duì)風(fēng)、雨、潮等現(xiàn)象的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間基本都有詳細(xì)記錄。為避免重復(fù)計(jì)算,同一天受臺(tái)風(fēng)影響計(jì)為1 d。如1749年9月21日(乾隆十四年八月初十)浙閩總督喀爾吉善奏報(bào)“浙省七月二十八日(9月9日)省城風(fēng)雨頗大,至二十九日又甚,三十日始息……浙西之……浙東之紹興府均同時(shí)被風(fēng),情形亦復(fù)相同……湖屬之……紹屬之諸暨、上虞、嵊縣均因山水驟漲,據(jù)報(bào)有沖淹田畝之處……南岸海塘,山陰縣屬宋家溇土塘沖刷二十余丈……(寧波)七月二十七日(9月8日)起連日颶風(fēng)狂雨,至二十九日始息,兵民房屋均有坍壞,沿海田畝咸潮灌浸,棉花等項(xiàng)多已搖落?!êf?zhèn)稟報(bào),安邑被風(fēng)情形較之鄞邑尤覺(jué)稍重。洋汛戰(zhàn)船亦有擊碎傷損之處?,F(xiàn)在查明具報(bào)。其鎮(zhèn)海、奉化、慈溪、象山等縣亦陸續(xù)稟報(bào),風(fēng)雨狂驟,海潮上涌,民田廬舍均有傷損。其鎮(zhèn)邑塘工據(jù)稟,雖有微損幸獲保固……臣查,此次浙省風(fēng)潮,上游衢、嚴(yán)、處三府屬并無(wú)被風(fēng)傷損之事。金華府屬同時(shí)大雨疊沛,所屬東陽(yáng)、義烏等縣山水驟發(fā),民田亦有沖淹,但未被風(fēng)傷損。臺(tái)州府雖據(jù)該府亦報(bào)同時(shí)被風(fēng),其勢(shì)甚輕”,十分清楚地記載了當(dāng)年浙江省境內(nèi)的1次臺(tái)風(fēng)過(guò)程及影響時(shí)間,而研究區(qū)當(dāng)年僅有這1次記載,則1749年Td=2 d。
2.1.1 數(shù)據(jù)基本特征
根據(jù)以上步驟對(duì)Td進(jìn)行重建,對(duì)Td的逐年統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),有103個(gè)年份臺(tái)風(fēng)并未對(duì)本區(qū)造成影響,占38.42%。1644-1911年,本區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響時(shí)間為2.06d/a(σ=2.76),研究時(shí)段內(nèi)江浙沿海平均每年臺(tái)風(fēng)造成的風(fēng)、雨、潮災(zāi)害持續(xù)約2 d,與現(xiàn)代情況基本相同。現(xiàn)代對(duì)臺(tái)風(fēng)影響時(shí)間的統(tǒng)計(jì)以“小時(shí)”計(jì)算,而歷史文獻(xiàn)不可能達(dá)到此種精度,Td=1實(shí)際表明臺(tái)風(fēng)影響在1 d之內(nèi)結(jié)束。
圖2所示為除去Td=0的各Td值所對(duì)應(yīng)的年份個(gè)數(shù),具有明顯的偏態(tài)分布。Td≥10的年份有6個(gè)(1664,1754,1834,1881,1903,1911年),在165個(gè)歷史文獻(xiàn)中有反映的臺(tái)風(fēng)發(fā)生年中占6.06%。其中極端年份為1903和1911年,分別影響研究區(qū)長(zhǎng)達(dá)19 d和17 d。10<Td=2的部分占統(tǒng)計(jì)總量的27.30%,即在研究時(shí)段內(nèi),近30%的臺(tái)風(fēng)影響在1 d之內(nèi)結(jié)束。有臺(tái)風(fēng)發(fā)生年中65.50%的年份影響時(shí)間在1~3 d。
圖2 各Td值所對(duì)應(yīng)年份個(gè)數(shù)
2.1.2 趨勢(shì)
Td逐年變化情況如圖3所示。Td超過(guò)平均值的時(shí)段集中在17世紀(jì)中后期,18世紀(jì)中期和19世紀(jì)前期之后,10a移動(dòng)平均反映出Td具有較明顯的年代際變化,其中1660-1670年代、1740-1760年代、1830-1840年代、1880-1910年代是臺(tái)風(fēng)影響本區(qū)時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)段;而1700-1740年代、1770-1730年代是較短的時(shí)段,前者可能是本區(qū)登陸臺(tái)風(fēng)較為活躍的時(shí)期,而后者相對(duì)較少,可能是臺(tái)風(fēng)低發(fā)期或臺(tái)風(fēng)多發(fā)生轉(zhuǎn)向,在研究區(qū)入境時(shí)間較短。10a移動(dòng)平均反映出在19世紀(jì)前期之后有明顯的增長(zhǎng),至19世紀(jì)末20世紀(jì)初,Td發(fā)展到整個(gè)序列的頂峰。
圖3 Td變化
從極端年分(Td≥10)的出現(xiàn)情況來(lái)看,Td≥10的極端年間隔不斷縮小,在19世紀(jì)中期之前,極端年為1664、1754和1834年,間隔90a和80a;19世紀(jì)中期之后,1881、1903和1911年間隔為22a和8a,這可能是19世紀(jì)末20世紀(jì)初,本區(qū)登陸臺(tái)風(fēng)增多造成的臺(tái)風(fēng)陸上活動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)的后果。
Td≥2往往造成極為嚴(yán)重的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害。如1823年(清道光三年)8月中旬的臺(tái)風(fēng)活動(dòng),Td=4。根據(jù)歷史文獻(xiàn)中對(duì)暴雨發(fā)生時(shí)間的記載可以復(fù)原此次臺(tái)風(fēng)的活動(dòng)路徑,8月13日在長(zhǎng)江口登陸后向西運(yùn)動(dòng),于8月15日到達(dá)安徽霍邱,8月16日對(duì)研究區(qū)的影響消失,8月17日徹底消失,此次臺(tái)風(fēng)在長(zhǎng)江三角洲地區(qū)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,太湖流域的水稻和棉花基本絕收[16],有學(xué)者甚至認(rèn)為其是19世紀(jì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)步入“大蕭條”的重要原因之一[17]。
2.2.1 周期性
為進(jìn)一步揭示本區(qū)臺(tái)風(fēng)影響時(shí)間的周期性,采用了功率譜和小波分析,譜分析結(jié)果并未反映出Td具有較為顯著的周期性特征,小波分析結(jié)果如圖4所示(后延至1924年)。小波分析顯示研究時(shí)段內(nèi),18世紀(jì)之前Td具有相對(duì)明顯的4~8a準(zhǔn)周期;19世紀(jì)的最初30年6~8a準(zhǔn)周期也相對(duì)明顯。但在這2個(gè)時(shí)段外的清代時(shí)期,這2個(gè)準(zhǔn)周期的表現(xiàn)皆不顯著,整體呈現(xiàn)出無(wú)規(guī)律的狀態(tài)。
2.2.2 Td與臺(tái)風(fēng)影響范圍
圖4 小波分析結(jié)果
考慮到歷史文獻(xiàn)記錄的實(shí)際情況,將研究時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)或?yàn)?zāi)害記錄的縣級(jí)政區(qū)作為指征臺(tái)風(fēng)影響范圍的單元,需要強(qiáng)調(diào)的是,此處所統(tǒng)計(jì)的并不是單次臺(tái)風(fēng)的影響范圍,而是1a內(nèi)研究區(qū)所受臺(tái)風(fēng)影響的范圍。Td與影響縣數(shù)呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)r=0.56。圖5是對(duì)Td和影響縣數(shù)的5a移動(dòng)平均比對(duì),兩者在年代際尺度上的變化趨勢(shì)基本相同。清代,江浙沿海地區(qū)年均有5~6個(gè)縣會(huì)遭受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害,影響范圍最廣的時(shí)段是18世紀(jì)中期和19世紀(jì)中期,都達(dá)到了50個(gè)以上的縣分,與Td趨勢(shì)基本對(duì)應(yīng)。
圖5 Td及影響縣數(shù)
Td與影響范圍在年際尺度上也存在著較大的不對(duì)應(yīng)性。如:1776年浙江和江蘇分別在8月28日和9月3日受到臺(tái)風(fēng)影響,該年Td=2,但歷史文獻(xiàn)反映該年只有3個(gè)縣受到影響。浙江海寧、蕭山和上海寶山有臺(tái)風(fēng)現(xiàn)象記錄;但Td=2的1737年,在7月16-17日受臺(tái)風(fēng)影響,影響范圍卻多達(dá)17個(gè)縣,據(jù)歷史文獻(xiàn)記載,7月16日浙江省海鹽縣“風(fēng)潮”(嘉慶《嘉興府志》卷30),據(jù)資料[9]引江蘇巡撫邵基奏報(bào),當(dāng)年7月16-17日蘇南、蘇中有16個(gè)縣遭受暴雨、涌潮或狂風(fēng)災(zāi)害,據(jù)此可以判斷本年臺(tái)風(fēng)于7月16日在浙江海鹽入境,隨后迅速向北前進(jìn),蘇中、蘇南普遍發(fā)生臺(tái)風(fēng)災(zāi)害。而1833年Td=3,高于平均水平,但該年僅有溫州、玉環(huán)、東陽(yáng)和象山4個(gè)縣記錄有臺(tái)風(fēng)現(xiàn)象。
1644-1911年今江蘇、上海、浙江被臺(tái)風(fēng)影響的時(shí)間普遍在1~3 d。進(jìn)入19世紀(jì)中期之后,Td有所延長(zhǎng),同時(shí)受臺(tái)風(fēng)影響在10 d及以上的極端年之間的間隔縮短,進(jìn)入20世紀(jì)初期后更為明顯,反映出19世紀(jì)中期之后本區(qū)所受臺(tái)風(fēng)影響日趨嚴(yán)重。小波分析則顯示Td在周期性上很不顯著,缺乏規(guī)律性。本區(qū)歷史文獻(xiàn)資料豐富,且為清政府的財(cái)賦重地,官員和當(dāng)?shù)刂R(shí)階層對(duì)于自然災(zāi)害的記錄非常重視,因此歷史文獻(xiàn)在時(shí)間和空間上的不均勻性并不顯著,本研究所得出的結(jié)論基本可信。
Td缺乏較明顯的周期性,顯示出本區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響具有較大的不確定性。JohnnyC.L.Chan對(duì)1960-2006年西北太平洋的中熱帶氣旋(M TC)(中國(guó)江蘇沿海、東海和臺(tái)灣海峽)進(jìn)行的年際、年代際、多年代際變化規(guī)律進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),其與登陸東亞地區(qū)的臺(tái)風(fēng)(ATC)僅在多年代際上存在較明顯的相關(guān)[18],M TC與ATC之間缺乏年際和年代際的對(duì)應(yīng)關(guān)系可能是導(dǎo)致本研究Td分布無(wú)明顯規(guī)律的重要原因。
1730年代北半球開(kāi)始增暖,至18世紀(jì)中后期達(dá)到峰值[19],基本對(duì)應(yīng)了Td在此階段呈上升趨勢(shì);1790年代開(kāi)始北半球轉(zhuǎn)冷也對(duì)應(yīng)了Td處于平均值以下的階段,但Td減小發(fā)生的時(shí)間早于轉(zhuǎn)冷,于1770年代就已經(jīng)開(kāi)始;19世紀(jì)末開(kāi)始的北半球突變性增溫在Td上并沒(méi)有太好的對(duì)應(yīng),1900年代是相對(duì)冷期[20],而Td在此時(shí)間段卻呈現(xiàn)明顯的上升。從本研究的結(jié)果看,臺(tái)風(fēng)影響陸地時(shí)間對(duì)全球變暖的響應(yīng)可能極為復(fù)雜,相比臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻率更缺乏規(guī)律性,需進(jìn)行更為深入細(xì)致的研究,以探索其內(nèi)在規(guī)律性。
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