清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害變化特征研究

王朋　張蓓蓓　楊飛

摘要：通過收集1644—1911年間的干旱災(zāi)害史料，本研究利用數(shù)理統(tǒng)計方法對清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害變化特征進行了分析。結(jié)果顯示，清代1644—1911年間西安地區(qū)共發(fā)生87次干旱災(zāi)害，平均3.1年發(fā)生1次，其中輕度旱災(zāi)49次，中度旱災(zāi)27次，重度旱災(zāi)11次；在夏季和秋季發(fā)生頻次最高，分別為39、26次。清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害可劃分為六個階段，第一階段（1644—1671年）、第三階段（1752—1791年）和第五階段（1812—1841年）為少發(fā)階段，第二階段（1672—1751年）、第四階段（1792—1811年）和第六階段（1842—1911年）為多發(fā)階段，整體呈現(xiàn)少發(fā)-頻發(fā)交替變化。干旱災(zāi)害變化存在7a、20a、42a、53a四類變化周期。

關(guān)鍵詞：西安地區(qū)；清代；干旱災(zāi)害；周期；小波分析

中圖分類號：S423：P426.616 文獻標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2018）08-0137-05

Study on Variation Characteristics of Drought

Disaster in Xian Area during Qing Dynasty

Wang Peng， Zhang Beibei， Yang Fei

（Key Laboratory of Disaster Survey and Mechanism Simulation of Shaanxi Province/College of Geography and

Environment， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji 721013， China）

Abstract Collecting historical data of drought disasters， using mathematical statistical method， we analyzed the variation characteristics of drought disaster in Xian area in Qing Dynasty. The results showed that in Xian area in Qing Dynasty， a total of 87 times of drought disasters occurred， and once every 3.1 years in average； there were 49 times mild droughts， 27 times moderate droughts and 11 times severe droughts. The highest frequency of drought disasters occurred in summer and autumn， with 39 and 26 occurrences respectively. Drought disasters in Xian Area in the Qing Dynasty could be divided into six stages. The first stage （1644-1671）， the third stage （1752-1791）， and the fifth stage （1812-1841） were low stages. The second stage （1672-1751）， the fourth stage （1792-1811） and the sixth stage （1842-1911） were high stages. The overall presentation was less frequent-frequent alternation. There were four types of change period in drought disaster： 7a， 20a， 42a and 53a.

Keywords Xian area； Qing Dynasty； Drought disaster； Cycle； Wavelet analysis

干旱災(zāi)害是指蒸發(fā)量大于降水量導(dǎo)致土壤水分不足，對人類生產(chǎn)活動產(chǎn)生不利影響的一種氣象災(zāi)害。一般認為干旱氣候多年平均降水量在50～200 mm之間，低于50 mm則為極端干旱氣候[1，2]。干旱災(zāi)害是中國境內(nèi)高頻發(fā)生的自然災(zāi)害之一，嚴重影響社會經(jīng)濟發(fā)展[3-5]。統(tǒng)計顯示，我國2000—2016年干旱災(zāi)害年平均成災(zāi)面積約1.07×106 km2，糧食損失年均高達279.45×108 kg，飲水困難人口年均超過2 000萬[6]。隨著全球氣候變暖，全球范圍內(nèi)的極端干旱災(zāi)害事件頻繁發(fā)生，抗旱減災(zāi)研究已受到眾多國家及學(xué)者的重視[7]。

干旱災(zāi)害是氣候變化的重要指標(biāo)之一，中國歷史上發(fā)生了多次干旱事件，不僅對農(nóng)業(yè)造成重大打擊，還影響了社會穩(wěn)定，帶來人口銳減和政治危機[8，9]。歷史對人類認識未來具有重要啟迪意義，探究歷史時期氣候變化的過程與機理能為人類應(yīng)對未來氣候變化提供參考。李峯等[10]認為過去五百年旱澇災(zāi)害誘發(fā)了中國歷史時期的內(nèi)亂，且不同農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)之間存在一定差異。郝志新等[11]利用歷史文獻中描述的旱澇災(zāi)害狀況，重建了關(guān)中地區(qū)過去千年的干濕變化特征，并探究了其周期變化特征與氣候驅(qū)動因子之間的關(guān)系。徐夢雅等[12]認為清代華中地區(qū)干旱災(zāi)害總體上呈下降趨勢，其變化周期與太陽黑子周期相一致。徐玉霞等[13]認為關(guān)中地區(qū)近一百年干旱災(zāi)害時空差異顯著，氣候類型和人類活動是影響該地區(qū)干旱災(zāi)害發(fā)生的主要因素。本研究基于干旱災(zāi)害記錄史料，對清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害變化特征及其成因進行分析，以能為探索未來氣候變化規(guī)律提供歷史依據(jù)，同時也為該區(qū)抗旱減災(zāi)工作提供指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

西安古稱長安，是世界四大古都之一，地處107°40′～109°49′E、33°42′～34°45′N之間，位于黃河流域中部關(guān)中盆地腹地，西以太白山地及青化黃土臺塬為界，東以灞源山地為界，北臨渭河和黃土高原，南鄰秦嶺，東西長約204 km，南北寬約116 km，面積約為10 108 km2，轄10區(qū)3縣。境內(nèi)地勢起伏差異懸殊，山地平原均有分布，河網(wǎng)密集，渭河、涇河及石川河系過境河流；黑河、灞河與灃河等河流均發(fā)源于秦嶺山地或驪東南丘陵，多數(shù)由南向北流經(jīng)渭河平原注入渭河。西安地區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.0～13.7℃，年降水量522.4～719.5 mm，7、9月為兩個降水高峰月，冬季寒冷少雨，夏季炎熱多雨，伏旱突出，氣候多變。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

本研究數(shù)據(jù)來源于《清代干旱檔案史料》[14]、《西北災(zāi)荒史》[15]、《中國災(zāi)害通史：清代卷》[16]、《陜西歷史自然災(zāi)害簡要紀(jì)實》[17]等史料，統(tǒng)計后利用小波分析、最小二乘法等方法對清代（1644—1911年）西安地區(qū)干旱災(zāi)害頻次特征進行分析。

2.2 干旱災(zāi)害等級劃分

參考GB/T 20481—2006將干旱災(zāi)害劃分為輕度、中度、重度三級。

輕度旱災(zāi)（1級）：降雨不及時，影響農(nóng)作物播種和生長，未造成大面積減產(chǎn)，部分地區(qū)因旱糧食減產(chǎn)出現(xiàn)饑荒，但影響不大。清乾隆二十七年（1762年），自七月至八月，關(guān)中始終未得透雨，受旱。

中度旱災(zāi)（2級）：長時間干旱，河湖斷流，降雨無法滿足農(nóng)作物播種和生長需要，出現(xiàn)大面積減產(chǎn)，百姓無法承擔(dān)賦稅，出現(xiàn)饑荒，受災(zāi)面積大。清嘉慶六年（1801年）夏，咸寧等二十一州縣雨水短缺，秋禾一律不能豐收，成災(zāi)五、六、七分。

重度旱災(zāi)（3級）：久旱無雨，河湖干涸，土地干燥缺水不能播種，莊稼絕收，百姓糧食殆盡，糧食價錢驟漲，民眾逃亡外省，食盡樹皮，至人相食。清光緒三年（1877年），陜西歷冬經(jīng)春及夏不雨，人相食，赤地千里，至八月，涇、渭幾涸，冬無宿麥，次年春三月乃雨。

3 結(jié)果與分析

3.1 干旱災(zāi)害等級變化

由圖1可知，清代西安地區(qū)共發(fā)生87次干旱災(zāi)害，其中輕度旱災(zāi)發(fā)生49次，占比56.32%，平均5.5年發(fā)生1次；中度旱災(zāi)發(fā)生27次，占比31.03%，平均9.9年發(fā)生1次；重度旱災(zāi)發(fā)生11次，占比12.64%，平均24.4年發(fā)生1次。輕度旱災(zāi)集中發(fā)生在十八世紀(jì)前半葉、十九世紀(jì)初以及十九世紀(jì)后半葉到二十世紀(jì)初。中度旱災(zāi)集中發(fā)生在十八世紀(jì)末和十九世紀(jì)末。重度旱災(zāi)集中發(fā)生在十八世紀(jì)前半葉和十九世紀(jì)后半葉。

3.2 干旱災(zāi)害季節(jié)變化

按照農(nóng)歷季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計出不同季節(jié)干旱災(zāi)害發(fā)生的頻次。由圖2可知，清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害季節(jié)分布差異顯著，單季旱災(zāi)中以夏季和秋季發(fā)生頻次最多，分別發(fā)生了39、26次；其次是春季，發(fā)生了18次；冬季最少，僅發(fā)生4次。兩季旱災(zāi)中以夏秋和春夏發(fā)生頻次居多，分別發(fā)生了9、5次；其次是春秋和夏冬，分別發(fā)生了2、1次。三季連旱集中在春夏秋和夏秋冬，各發(fā)生了1次。四季連旱僅發(fā)生了2次。

3.3 干旱災(zāi)害年際變化

以10a為間隔，統(tǒng)計出清代西安地區(qū)不同時段干旱災(zāi)害發(fā)生頻次。由圖3可知，清代268年西安地區(qū)共發(fā)生干旱災(zāi)害87次，平均3.1年發(fā)生1次。按各時段發(fā)生頻次多少將干旱災(zāi)害劃分為六個階段。第一階段1644—1671年，共發(fā)生3次，平均9.3年發(fā)生1次。第二階段1672—1751年，共發(fā)生26次，平均3.1年發(fā)生1次。第三階段1752—1791年，共發(fā)生8次，平均5年發(fā)生1次。第四階段1792—1811年，共發(fā)生11次，平均1.8年發(fā)生1次。第五階段1812—1841年，共發(fā)生4次，平均4.5年發(fā)生1次。第六階段1842—1911年，共發(fā)生35次，平均2年發(fā)生1次。

以10a為間隔統(tǒng)計出清代西安不同時段干旱災(zāi)害距平值。由圖4可知，第一階段、第三階段和第五階段干旱災(zāi)害的負距平值較多，第二階段、第四階段和第六階段干旱災(zāi)害正距平值居多。表明清代西安地區(qū)第一、三、五階段為干旱災(zāi)害少發(fā)階段，第二、四、六階段為干旱災(zāi)害多發(fā)階段，呈現(xiàn)出少發(fā)-頻發(fā)交替變化趨勢。

3.4 干旱災(zāi)害周期變化

小波分析在信號處理、大氣科學(xué)和數(shù)值分析等非線性科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用廣泛，在時間序列研究中主要用于時間序列周期成分的識別等。Morlet小波具有時-頻多分辨功能，其優(yōu)點是能揭示出時間序列中隱藏的多種變化周期。由圖5小波實部等值線圖和小波方差圖可知，清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害存在四類震蕩周期，分別是7～11a、15～25a、40～45a、50～55a。 其中7～11a對應(yīng)小波方差峰值是7a，15～25a對應(yīng)峰值是20a，40～45a對應(yīng)峰值是42a，50～55a對應(yīng)峰值是53a，表明清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害變化存在7a、20a、42a、53a四類變化周期。

3.5 干旱災(zāi)害最小二乘法擬合

分析干旱災(zāi)害長時間尺度變化過程是呈上升還是下降趨勢，一般采用多項式擬合的方法。本研究根據(jù)最小二乘法原理[18]，基于每10a干旱災(zāi)害發(fā)生的頻次，對清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害頻次的時間分布進行五次多項式擬合（圖5），所得擬合函數(shù)為

波動變化，十七世紀(jì)中葉到十八世紀(jì)前半葉以及十九世紀(jì)中葉到二十世紀(jì)初呈上升趨勢，十八世紀(jì)中葉到十九世紀(jì)初呈下降趨勢。

4 討論

自然地理環(huán)境由氣候、生物等要素組成，各要素之間相互滲透、相互影響，某一要素的變化往往也會導(dǎo)致其它要素發(fā)生變化。唐霞等[19]認為人口數(shù)量增加，加大對土地墾殖力度，加劇了歷史時期黑河流域旱澇災(zāi)害的發(fā)生。解明恩等[20]認為云南省1950—1999年氣象災(zāi)害頻發(fā)與人口劇增、過度開墾土體和森林資源等不合理活動有較強相關(guān)性。陳瑩等[21]認為不合理的森林砍伐、湖泊圍墾等人類活動是影響中國十九世紀(jì)以來旱澇災(zāi)害頻繁發(fā)生的重要因素。清朝時期，順治十八年（1661年）全國人口約6.17×107，乾隆五十五年（1790年）全國人口約3.01×108，光緒二十七年（1901）全國人口約4.26×108，面對急劇增長的人口總量，清政府頒布《墾荒令》，實施人口遷移政策，通過向東北等地區(qū)移民墾荒獲得更多的自然資源維持生存，這必然會引發(fā)一系列環(huán)境問題[22]。清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害的發(fā)生與人口數(shù)量的急劇增加和不合理的生產(chǎn)活動密切相關(guān)。

5 結(jié)論

（1）清代西安地區(qū)共發(fā)生87次干旱災(zāi)害，平均3.1年發(fā)生1次，其中輕度旱災(zāi)49次，中度旱災(zāi)27次，重度旱災(zāi)11次。單季旱災(zāi)中以夏季和秋季發(fā)生頻次最多，分別發(fā)生了39次、26次。兩季旱災(zāi)中以夏秋和春夏發(fā)生頻次居多，分別發(fā)生了9次、5次。三季旱災(zāi)集中在春夏秋和夏秋冬，各發(fā)生了1次，四季旱災(zāi)僅發(fā)生了2次。

（2）清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害可劃分為六個階段，第一階段（1644—1671年）、第三階段（1752—1791年）和第五階段（1812—1841年）為少發(fā)階段，第二階段（1672—1751年）、第四階段（1792—1811年）和第六階段（1842—1911年）為多發(fā)階段。

（3）清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害變化存在7a、20a、42a、53a四類變化周期，對其干旱災(zāi)害發(fā)生頻次的時間分布進行五次多項式擬合，結(jié)果也表明清代西安地區(qū)干旱災(zāi)害的發(fā)生呈現(xiàn)波動變化。

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