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明代山西霜雪低溫災害特征與周期規(guī)律分析

2012-09-19 00:47:40孟萬忠趙景波劉曉峰
地域研究與開發(fā) 2012年6期
關鍵詞:霜雪霜凍中度

孟萬忠,趙景波,劉曉峰

(1.陜西師范大學旅游與環(huán)境學院,西安 710062;2.太原師范學院汾河流域科學發(fā)展研究中心,太原 030012)

0 引言

凡是因地面氣溫急劇下降,或因地面氣溫達到某一較低水平,或因地面有一定積雪而造成的災害都屬于霜雪低溫災害[1],包括霜凍、低溫和雪災,低溫是它們共同的特點,因此,歸為一類來研究。目前的研究成果大多集中在近60 a,國外學者的研究表明,20世紀北歐、加拿大、美國的霜凍日數都有減少趨勢[2-4]。我國學者采用不同的指標對全國不同地區(qū)霜、凍、雪等災害的時空變化特征、原因和周期變化規(guī)律等進行了分析[5-10]。此類災害對作物的產量影響巨大,在氣候變暖的背景下仍需重視災害的預防[11-14]。對歷史時期霜雪災害的研究成果較少[15-16],目前也有學者給予關注[17-19]。霜雪低溫災害使尚在生長、未成熟的農作物和經濟作物被凍傷、凍死,造成減產甚至絕收,嚴重威脅糧食生產安全,對山西的農業(yè)生產影響巨大。因此,對該地區(qū)歷史時期此類災害進行研究具有重要的科學和現實意義。本研究以明代歷史文獻記載為依據,探討山西明代霜雪低溫災害發(fā)生的等級、階段和時空變化規(guī)律,并利用小波分析方法[20]分析災害的周期變化,以期對此類災害進行科學的預測和防治。

1 資料與等級劃分

1.1 研究區(qū)概況與資料來源

山西南起34°34'58″N,北至 40°43'30″N,西自 110°14'42″E,東達 114°33'17″E。地處黃河以東,太行山以西,屬黃土高原東部地區(qū)。地形復雜,平均海拔1 000 m以上,地勢東北高,西南低。屬溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫4℃ ~14℃,年降水量400~600 mm,全年無霜期平均80~220 d。

本研究以《中國氣象災害大典·山西卷》[21]等資料對山西明代277年的霜凍、低溫、大雪災害記載的時間、發(fā)生的季節(jié)、災情、受害的農作物種類等為依據進行研究。

1.2 等級劃分

中國氣象局頒布的《中華人民共和國氣象行業(yè)標準》,依據日最低氣溫下降的幅度、低溫強度及植物遭到霜凍害后受害和減產的程度,將霜凍分為輕、中和重霜凍3級;依據24 h的降雪量將雪災分為輕度、中度、重度和特重雪災4級。但明代沒有準確的溫度和降雪量等數據,依據現代的劃分方法是不可行的。因此,對歷史時期的霜凍、低溫和雪災,需要綜合考慮其發(fā)生的季節(jié)、持續(xù)時間、強度、受災范圍以及人、畜、農作物受影響程度的大小,進行等級劃分。

統(tǒng)計表明,明代277年山西共發(fā)生霜雪低溫災害114次,其中霜凍64次,低溫14次,雪災36次。災害劃分為3個等級(表1),其中,輕度22次,占19.3%;中度66次,占57.9%;重度26次,占22.8%。從不同等級災害在時間上的變化(圖1)可知,明代晚期災害發(fā)生最頻繁,且災害的強度最大,其次是中期,早期則頻次和強度均最低。

表1 明代山西霜雪低溫災害等級劃分表Tab.1 Gradation of frost-snow and low-temperature in Shanxi in Ming Dynasty

圖1 明代山西霜雪災害等級變化Fig.1 Change of grade of frost-snow and low-temperature disasters in Shanxi in Ming Dynasty

2 災害的時空變化特征

2.1 空間變化特征

明代山西108個縣州所(只包括今山西境內),其中57個發(fā)生過霜凍災害,12個發(fā)生過低溫災害,34個發(fā)生過雪災。以《中國歷史地圖集》明代山西政區(qū)[22]為底圖,繪制了明代山西霜雪災害發(fā)生頻次空間分布圖(圖2)和災害等級空間分布圖(圖3)。從圖2可知,在地勢低凹的盆地,災害發(fā)生的頻次較高,這是因為冷空氣容易沉積到低部,因此,低凹地帶更容易遭受災害。從圖3可知,明代山西各地發(fā)生災害等級均為中、重度,這與冬季風勢力對山西影響較大有直接關系。

2.2 頻次變化

以30 a為單位,統(tǒng)計出明代山西各時段災害發(fā)生頻次(表2)。根據表2,可將明代山西霜雪低溫災害變化分為兩個階段:1368—1519年為第1階段,發(fā)生災害21次,頻次較低;1520—1664年為第二階段,發(fā)生災害93次,頻次較高。結合表1、表2的統(tǒng)計數據分析可知,在第一階段以輕、中度災害為主,第二階段以中度和重度霜雪災為主。因此,可以判斷在明代中、晚期是山西霜雪災害的高發(fā)期,且強度較大。

表2 明代山西霜雪災害發(fā)生頻次Tab.2 Frequencies of the disasters in Shanxi in Ming Dynasty

明代每30年災害發(fā)生的平均頻次為12.35次,將平均頻次與每30年實際發(fā)生的頻次作差值,可以得出山西霜雪災害距平值(表3)。表3表明,在1368—1519年的第1階段,以負距平值為主,表明該階段災害頻次低于平均頻次,是災害低發(fā)期;1520—1644年的第2階段,以正距平值為主,表明這個階段的災害頻次高于平均頻次,是災害的高發(fā)期。

表3 明代山西霜雪災害距平值Tab.3 Change of anomaly of the disasters frquency in Shanxi in Ming Dynasty

2.3 季節(jié)變化

霜雪低溫災害的發(fā)生具有季節(jié)性的特點,按災害的發(fā)生季節(jié)統(tǒng)計(表4)。從表4可知,春季(農歷正月至三月)占9.65%;夏季(農歷四月至六月)占27.19%;秋季(農歷七月至九月)占41.23%;冬季(農歷十月至十二月)占21.93%。霜凍災害,秋季最頻繁,其次是夏、春季,冬季最少;雪災春季最多,其次是冬季,夏、秋季差不多;低溫以冬、春季為主。

春末夏初是冬季風與夏季風交替作用的季節(jié),氣溫的迅速回升與劇烈降溫現象頻繁出現,對作物的危害尤其明顯。夏季的霜雪災害發(fā)生在農歷四月,對剛出土的農作物和開花的果樹影響嚴重;發(fā)生在五月,對冬小麥的收割和倒茬作物的播種危害嚴重;發(fā)生在六月,對夏播作物和大秋作物的生長不利。如,明嘉靖四十一年(1562),夏四月,襄垣、長治大雪,殺桑害蠶,花果不實;明萬歷十五年(1587),四月,介休隕霜,禾稼盡殺,百姓流徙,餓殍載道;明萬歷二十六年(1598),五月初一,五臺雨雪,麥豆皆死。秋季下霜或雪過早,會使地面溫度降到0℃以下,使正在發(fā)育的農作物受到危害甚至死亡,對秋季作物的收成產生重大影響,嚴重的會造成饑荒發(fā)生。如,明嘉靖十二年(1533),秋八月,柳林、石樓、永和、太谷隕霜殺稼,因雪災、霜凍災致使太谷、祁縣、柳林等地,禾盡殺,大饑,饑民流移相食,道殣相望。冬季和春季發(fā)生的災害,對冬小麥等農作物和家禽、家畜的越冬影響巨大。如,明嘉靖十年(1531),正月望日,洪洞大雨雪,四晝夜不息,平地深三四尺,壕池皆盈,樹枝多壓折,二麥無收;明萬歷六年(1578),冬,洪洞、趙城、翼城大雪,人畜凍死者甚眾。

表4 明代山西霜雪低溫災害季節(jié)分布Tab.4 Seasonal distribution of the disasters in Shanxi in Ming Dynasty

2.4 周期規(guī)律

小波分析方法[20]能夠對時間序列進行局部剖析和大的變化趨勢展示,適宜分析具有不均勻性、多樣性、差異性、隨機性、遲緩性以及重現性等特點的自然災害[23]。氣候變化存在一定的時間尺度和周期性,利用小波對明代山西霜雪低溫災害頻次數據進行處理分析,得到時間尺度/時間序列的關系圖(圖4)。從圖4可知,存在3個明顯的集中區(qū)和3個明顯的峰值,即在低等級層次中存在2~3 a頻率,在中等級層次中存在9~14 a的頻率,在高等級層次中存在45~55 a的頻率。這表明,明代山西霜雪低溫災害存在著2~3 a,9~14 a和45~55 a左右的周期。第2階段周期信號特別明顯,反映出這個階段災害發(fā)生的頻率較高。

圖4 明代山西霜雪低溫災害小波分析Fig.4 Wavelet analysis of the disasters in Shanxi in Ming Dynasty

3 寒冷氣候事件

根據資料分析和判斷可知,明代山西發(fā)生的氣候事件對該地區(qū)重度和中度災害的發(fā)生起到了決定作用。分析發(fā)現,在明代有3年以上出現連續(xù)3次以上重度災害,影響范圍覆蓋3個州府以上,把這樣的極端氣候階段確定為寒冷氣候事件。據此統(tǒng)計,明代山西共發(fā)生4次寒冷氣候事件,分別出現在1531—1533年、1578—1588年、1591—1607年和1631—1642年。

第1次寒冷氣候事件發(fā)生在明嘉靖十年(1531)至嘉靖十二年(1533),發(fā)生3次重度災害,涉及洪洞、太谷、祁縣、柳林、石樓、永和等縣。洪洞“二麥無收”,柳林“禾盡殺,饑民流移相食”,太谷“百卉盡死,秋八月隕霜殺稼”。農作物絕收,饑民流移,甚至發(fā)生人相食的事件,說明災情嚴重。

第2次寒冷氣候事件發(fā)生在明萬歷六年(1578)至萬歷十六年(1588),發(fā)生17次災害,6次重度、9次中度、2次輕度。涉及岳陽、臨晉、猗氏、遼州、朔州、靜樂、隰縣、洪洞、趙城、翼城、解州、臨汾、襄垣、長治、黎城、潞城、介休、岢嵐、五寨、山陰、太谷、鄉(xiāng)寧、絳縣等幾乎山西從南到北全境的州縣,不僅“人畜凍死者甚眾”,而且“發(fā)生饑荒,荒廢并作,死者不計其數”。

第3次寒冷氣候事件發(fā)生在明萬歷十九年(1591)至萬歷三十五年(1607),發(fā)生22次災害,7次重度、12次中度、3次輕度。涉及曲沃、文水、榆次、沁源、高平、五臺、澤州、保德、偏關、代縣、遼州、臨縣、隰縣、臨汾、靜樂、榮河、臨晉、猗氏、山陰、黎城、蒲縣、陽曲等幾乎山西從南到北全境的州縣?!叭笋R多凍死”、“鬻妻兒女者甚眾,僵尸載道”、“且瘟疫,民甚苦久”。

第4次寒冷氣候事件發(fā)生在明崇禎四年(1631)至崇禎十五年(1642),發(fā)生13次災害,5次重度、5次中度、3次輕度。涉及潞城、朔州右衛(wèi)、永和、安邑、萬泉、解州、神池、新絳、絳縣、平魯、介休、榆社、廣靈、大寧等州縣?!皹涠鄡鏊馈?、“隕霜殺桑麥。秋無禾,人相食,死者無數。解州斗米九錢,安邑特災”。

4 結論

(1)明代山西發(fā)生災害共114次,輕度占19.3%;中度占57.9%;重度占22.8%。

(2)可分為兩個階段,1368—1519年為第一階段,頻次較少,強度較弱,以輕、中度災害為主。1520—1644年為第二階段,頻次較高,強度較大,以中度和重度災害為主。

(3)小波分析表明,災害存在2~3 a,9~14 a和45~55 a 3個明顯的周期。

(4)發(fā)生4次寒冷氣候事件,分別出現在1531—1533年、1578—1588年、1591—1607年和 1631—1642年。寒冷氣候事件都發(fā)生在第二階段,表明明代中晚期的氣候比早期寒冷。

明代是中國近5 000年來的第4個寒冷期[24],其中1470年以后是寒冷期中最具代表性的時期[14],華北地區(qū)的冷冬出現在1520年以后[25],寒冷期恰恰也是明代山西霜雪低溫災害發(fā)生頻次較高、強度較大的年代。明代4次寒冷氣候事件均發(fā)生在1520年之后,屬于災害高發(fā)的第二階段,表明明代中晚期的氣候比早期寒冷。由此亦可證明,公元1520—1644年為山西明代異常寒冷的時期,即明代小冰期,與竺可楨先生等人所確定的時間基本一致。

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