延安地区明代干旱灾害与气候变化研究

赵景波,张 冲

(1.宝鸡文理学院陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室,陕西宝鸡 721007; 2.陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安 710062)

延安地区明代干旱灾害与气候变化研究

赵景波1,2,张 冲2

(1.宝鸡文理学院陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室,陕西宝鸡 721007; 2.陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安 710062)

通过对陕西省延安地区明代(公元1368—1644年)历史资料的搜集和整理,对该时期干旱灾害等级、时间变化及成因进行了分析。结果表明:在明代的277年中,延安地区共发生干旱灾害91次,平均每3年发生1次。轻度干旱灾害发生17次,中等干旱灾害发生30次,大干旱灾害发生29次,特大干旱灾害发生15次,分别占到干旱灾害总数的18.7%、32.9%、31.9%和16.5%。大干旱灾害与特大干旱灾害发生频次高是明代延安地区干旱灾害的突出特点,指示明代总体为干旱气候期。延安明代干旱灾害可分为4个阶段,第一阶段为公元1368—1420年,为干旱灾害少发期;第二阶段为公元1421—1520年,为干旱灾害多发期;第三阶段为公元1521—1617年,为干旱灾害少发期;第四阶段为公元1618—1644年,为干旱灾害多发期。各等级干旱灾害特别是大与特大干旱灾害显著增加,指示第二、四阶段气候显著变干,降雨量明显减少。延安地区明代出现了2个极端干旱气候亚阶段,分别在1480—1499年和1626—1641年之间,当时年均降水量比现今少200 mm左右。

干旱灾害;极端干旱;降水量;等级;明代;延安地区

0 引言

延安地区受东亚季风气候影响显著,属于暖温带半干旱气候区[1],降水较少,这直接导致该区干旱灾害发生频繁。统计结果表明,干旱是延安地区最为严重的自然灾害之一[1-5]。因此,科学认识干旱灾害的发生、发展规律,对于人类积极防治干旱灾害,减少干旱灾害带来的各种损失,具有重要意义。对于中国陕西地区历史时期的干旱灾害,前人曾做过一定研究。结果表明[6-9]:陕北地区生态环境脆弱,自然灾害发生频繁,主要以干旱和洪涝最为突出,且干旱灾害发生的频率要明显大于洪涝灾害[10];陕西地区近、现代发生的干旱灾害与降水量分配不均和减少有直接的联系[9,11]。但是,前人并未对明代这一历史时期延安地区的干旱灾害变化和产生原因进行过深入研究。从文献记载中可以看出,明代近300年的历史中,延安地区的自然环境发生过几次较为明显的变化,气候的冷暖干湿异常就是其中一种具体的表现形式。笔者着重探讨了延安地区明代干旱灾害发生的特点、规律并划分干旱灾害等级、查明不同等级干旱灾害的发生频率和原因,从而为该区干旱灾害防治起到借鉴作用。

1 研究区概况

延安地区位于陕北黄土高原丘陵沟壑区,位于北纬35°21′～37°31′、东经107°41′～110°31′之间,北接榆林市,南连咸阳市、铜川市、渭南市,东隔黄河与山西省临汾市、吕梁市相望,西依子午岭与甘肃省庆阳市为邻[1-2]。全区总面积3.70×104km2,辖1区12县,总人口193.88×104。本区属内陆干旱半干旱气候,四季分明,日照充足,昼夜温差大,年均无霜期170 d,年均气温7.7～10.6℃,年均日照数2 300～2 700 h,年均降水量约560.6 mm,最低年降水量仅有330 mm[1-2]。由于降水较少和降水量的年际、年内分配不均,本区干旱灾害时有发生,对该区农业危害最大。

2 干旱灾害等级划分

通常情况下,植物生长与干旱灾害的关系最为紧密。因此,自然条件下植物生长需要的水分不能得到满足,特别是不能满足农作物生长的需要,以致于因缺乏水分而枯萎、干死,称之为干旱灾害[5]。笔者以《西北灾荒史》[5]、《中国气象灾害大典(陕西卷)》[3]和《中国三千年气象记录总集》[12]中对明代延安地区干旱灾害的记载为依据(不包含只描述“陕西旱”的年份),分析和判别干旱灾害持续的时间、植物生长受影响程度等,将该区的干旱灾害划分为4个不同的级别(图1)。

2.1 轻度干旱灾害(1级)

历史资料中未提到干旱灾害对植物生长及百姓生活的影响,而只描述了某地发生了干旱事件,笔者将这种类型划分为轻度干旱灾害。比如“明,正统十二年(公元1447年)冬,陕西无雪。冬十(10)月,延安府并延、绥二卫旱伤”[3-4]。

2.2 中度干旱灾害(2级)

历史资料中记载了因干旱灾害造成粮食歉收而免收赋税,官府筹粮赈灾,笔者将其划分为中度干旱灾害。如“明,成化九年(公元1473年)免陕西延绥、安德、庆阳三卫成化九年屯田子粒三万一千一百石,以旱灾故也”[3-4]。

2.3 大干旱灾害(3级)

历史资料中记载了范围比较大的干旱事件,疫病流行,死者甚多,粮食短缺严重,百姓无食物可吃等,这样的干旱灾害划分为大干旱灾害。如“明,万历十一年(公元1583年)闰二(3)月,赈延安府旱灾,免田租。三(4)月至七(8)月,咸阳不雨,疫行,死者甚重。五(6)月,延安府、西安等州县旱灾”[3-4]。

图1 延安地区明代干旱灾害等级序列Fig.1 Rank Order of Drought Disaster During M ing Dynasty in Yan'an Area

2.4 特大干旱灾害(4级)

历史资料中记载有长时间无雨(1年以上)或江河干枯,人口大量迁移和死亡,饿殍遍野,出现“人吃人”的惨状,这种类型划分为特大干旱灾害。如“明,崇祯二年(公元1629年)延安府一年无雨,草木枯焦。八、九月间,民争采山间蓬草而食,各府、县饿殍载道,人相食,为陕西明代最重之旱灾”[3-4]。

在明代277年中,历史资料共记载延安地区干旱灾害91次[1-2,5]。根据笔者干旱灾害级别划分标准,延安地区轻度干旱灾害发生17次,中度干旱灾害发生30次,大干旱灾害发生29次,特大干旱灾害发生15次,分别占到干旱灾害总数的18.7%、32.9%、31.9%和16.5%。统计表明,大干旱灾害与特大干旱灾害发生频次较高,几乎占到干旱灾害总数的一半(48.4%),这也是明代干旱灾害的一个突出特点。

3 干旱灾害频次变化与特点

3.1 干旱灾害统计的频次变化

图2 延安地区明代干旱灾害每10年间隔发生频次Fig.2 Drought of Disaster Frequency Every 10 Years During M ing Dynasty in Yan'an Area

为了更加深入研究明代延安地区干旱灾害在时间上的变化,笔者以年代为单位统计明代延安地区干旱灾害发生的频次。统计结果(图2)表明,在明代公元1368—1644年(共277年)的历史阶段中,延安地区有明确记载的干旱灾害总计发生91次,平均每3年发生1次。根据明代延安地区干旱灾害的频次变化,将明代从公元1368到1644年分为4个阶段:第一阶段为公元1368—1420年,第二阶段为公元1421—1520年,第三阶段为公元1521—1617年,第四阶段为公元1618—1644年。在第一阶段,发生干旱灾害6次,平均8.8年发生1次,占干旱灾害次数的6.6%;在第二阶段,发生干旱灾害46次,平均2.2年发生1次,占干旱灾害次数的50.5%;在第三阶段,发生干旱灾害24次,平均4.1发生1次,占干旱灾害次数的26.4%;在第四阶段,发生干旱灾害15次,平均1.7年发生1次,占干旱灾害次数的16.5%。可以看出,明代延安地区干旱灾害从早期到晚期呈现“波浪”型变化的特点。

统计显示,公元1480—1489、1490—1499、1630—1639年,每10年中有7次以上干旱灾害,这3个阶段是明代延安地区干旱灾害最频发的时期;发生频次较高的有公元1440—1449、1460—1469、1470—1479、1550—1509、1580—1589年,每10年中有3～5次干旱灾害;发生频次较低的有公元1380—1389、1410—1419、1470—1479、1540—1549、1550—1559、1570—1579年,每10年中有1～2次干旱灾害;没有干旱灾害发生的是公元1390—1399、1400—1409、1590—1599年。

通过统计做出该地区明代以年代为标准的干旱灾害发生频次距平图(图3),揭示延安地区干旱灾害发生特征。由图3可看出,在明代第二阶段公元1430—1520年间和第四阶段公元1620—1640年间,干旱灾害距平值以正值为主;而在明代第一阶段的公元1369—1420年间和第三阶段公元1530—1610年间距平值则以负值为主,而第二阶段和第四阶段的正距平值与第一阶段和第三阶段的负距平值相差较大。这表明明代第二阶段和第四阶段的干旱灾害发生频次显著高于平均值,第一阶段和第四阶段干旱灾害发生频次一般低于平均值,表明明代第二阶段和第四阶段是干旱灾害多发期,第一阶段和第三阶段是干旱灾害较少发生期。

图3 延安地区明代每10年干旱灾害频次距平值变化Fig.3 Variation of Anomalies of the Frequency of Drought Disasters Every 10 Years During M ing Dynasty in Yan'an Area

3.2 最小二乘法拟合的干旱灾害变化

通过最小二乘法比较准确地表示了延安地区明代公元1368—1644年(共277年)的时间序列,以年代为一年次建立趋势线,即拟合回归曲线[13]。得到五次多项式回归方程为

式中:y为干旱灾害次数;x为年份序号;r为相关系数。具体计算方法详见文献[13]。

从五次多项式拟合方程和图4可以看出,延安地区干旱灾害在明代不同时期分布存在明显不均,从明代早期到晚期存在“波浪”型变化的特点。

4 极端干旱亚阶段与降水量

4.1 极端干旱亚阶段

明代延安地区干旱灾害发生频率最高的时期主要在明代第二阶段的公元1480—1499年和明代第四阶段的1626—1641年。第二阶段发生过14次不同等级的干旱灾害(包括5次大干旱灾害以上等级);第四阶段发生13次不同等级的干旱灾害(包括8次大灾害以上等级)。通过查阅历史文献[1-2],公元1480—1499年和1626—1641年,没有发现延安地区有洪涝灾害的记录。公元1484—1486年和公元1639—1641年的特大干旱灾害是罕见的干旱阶段,所以笔者将延安地区明代公元1480—1499年和1626—1641年作为两个极端干旱亚阶段,也代表了2次很严重的干旱气候事件。根据史料记载,从全国来看,在延安地区明代第二次极端干旱亚阶段(1626—1641年),中国西北、华北、华中、华东等省发生特大干旱灾害。这是自公元1400年来持续时间最长、范围最广、灾情最重的一次干旱灾害[3,11-12]。

图4 经五次多项式拟合的延安地区明代干旱灾害变化Fig.4 Change of Drought Disaster After Quintic Polynom ial Fit During M ing Dynasty in Yan'an Area

4.2 极端干旱亚阶段的降水量

为了探求延安地区极端干旱亚阶段的降水量,根据近年来延安的年平均降水量数据可知,20世纪90年代中期2个干旱灾害年的年均降水量分别为360.7、372.1 mm,2000年后最初两年的年均降水量都不足400 mm。根据资料记载,西北在20世纪90年代中期发生了持续时间超过一年的大干旱灾害[10],损失极其严重。例如1995年特大干旱灾害面积超过18 000 km2,绝收面积近7 000 km2,农作物比1994年减产300多万吨[14-15]。西北地区20世纪20年代末发生特大干旱灾害,陕北地区的年降水量不足350 mm[16]。华北平原20世纪70年代初发生严重干旱灾害,当时河北省年平均降水量只有350 mm,华北西部地区的年平均降水量也不足360 mm。根据近代干旱灾害年平均降水量可推断,延安地区明代大干旱灾害发生年的年均降水量普遍在400 mm以下,特大干旱灾害发生年份的年均降水量最多也只有360 mm。由此可初步得到延安地区明代两次严重干旱气候事件发生时的降水量。

5 干旱灾害成因与气候变化

已有研究表明,北纬35°～40°是中国干旱灾害出现机率最高的区域[17]。延安大部分地处中国生态环境脆弱带上,干旱是该区出现机会最多、持续时间最长、危害范围最广、经济损失最大的一种农业自然灾害。通常情况下干旱灾害的发生主要受自然和人类活动两方面因素影响,自然因素主要表现为降水量明显减少等气候异常现象;而人类活动的影响则表现为人类长时间对环境的干预和破坏。

通过对中国20世纪以来发生干旱灾害的史料研究可以看出,区域干旱灾害发生的自然因素表现为:①年降水量明显减少,气候向冷干方向发展;②年降水量季节分配明显不均。一般来说,持续长的大干旱灾害一般是降水量明显减少造成的。明代早期是历史上的相对温暖期[2],在这期间共发生6次干旱灾害,主要以轻中度干旱灾害为主。公元1368—1420年延安地区降水充沛,干旱灾害发生的几率较低,强度和危害性也较小。根据史料记载可以看出,此阶段发生的干旱灾害主要表现为季节性干旱灾害,持续时间不长,强度和对百姓生活危害也不大。从气候类型上来看延安地区属大陆性气候区,降水较少且主要集中在夏季,发生强度较低的季节性干旱灾害是很正常的。春季和夏季是该区农作物生长的主要季节,对水分旺盛的需求量是农作物生长期最主要的特点,这一特点往往使其对水分变化的反应非常灵敏,农作物生长期大气降水偏少,影响作物的正常生长,表现为干旱灾害[18]。延安地区位于黄土高原丘陵沟壑区,土层深厚,地下水资源缺乏,使得大气降水成为本区最主要的补给水源,一旦大气降水减少对农业的补给受到制约[19-24],易发生轻度和中度干旱灾害。

综上所述可以明显看出,公元1421—1520年,各种不同强度干旱灾害的频次,与前一阶段比较都有了明显增加,特别是大干旱灾害和特大干旱灾害的发生次数,呈现出非常明显的增多趋势。这表明在这一历史时期,气候干旱灾害频发,自然环境发生了极大改变。自然环境的急剧恶化主要是由于大范围、区域性的气候冷干化引起的,其他人为因素的影响则是次要的。特大干旱灾害、大干旱灾害的发生,往往表现为一年中四季降水量显著减少和连续几年降水量的显著减少,给农业生产和百姓生活带来灾难。依据历史资料对比分析发现,干旱灾害是由于降水减少引起的,表现为在干旱灾害发生年没有洪水发生;如有洪水发生,说明该年降水集中[23-24]。依据20世纪90年代中期陕西发生的两次大干旱灾害,延安地区年降水量分别为360.7、372.1 mm,可以推断,降水量明显减少造成了该区域四季连旱和持续数年大干旱灾害。根据史料记载,公元1480—1499、1626—1641年无洪水灾害发生。由此认为,延安地区明代第一、二阶段的大干旱灾害与特大干旱灾害主要是年降水量显著减少造成的。另外,人类为了发展农业,不断加大对土地的开垦,不断破坏自然植被,导致土层含水量降低和降水量减少,也可能加剧了干旱灾害的发生的频次。

6 结语

(1)明代277年中,延安地区共发生干旱灾害91次,平均每3年发生1次;轻度干旱灾害发生17次,中等干旱灾害发生30次,大干旱灾害发生29次,特大干旱灾害发生15次,分别占干旱灾害总数的18.7%、32.9%、31.9%、16.5%。大干旱灾害和特大干旱灾害的频繁发生是明代干旱灾害的突出特点,指示明代是气候较为干旱的时期。

(2)延安地区明代干旱灾害从早期到晚期呈现“波浪”型变化的特点,可以区分出4个变化阶段。第一阶段在公元1368—1420年,为干旱灾害少发期;第二阶段在公元1421—1520年,为干旱灾害多发期;第三阶段在公元1521—1617年,为干旱灾害少发期;第四阶段在公元1618—1644年,为干旱灾害多发期。

(3)明代公元1421—1520年和公元1618—1644年,延安地区气候明显变干,降雨量显著减少,是明代的2个气候干旱期,同时也造成了该地区大干旱灾害和特大干旱灾害等不同等级干旱灾害的显著增加。

(4)依据史料判定,明代延安地区共发生了2个极端干旱亚阶段,时间在公元1480—1499年和1626—1641年,当时的年降水量在400 mm以下,比现在少200 mm左右。

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Drought Disaster and Climatic Change During M ing Dynasty in Yan'an Area

ZHAO Jing-bo1,2,ZHANG Chong2

(1.Key Laboratory of Disaster M onitoring and Mechanism Simulating of Shaanxi Province,Baoji University of Arts and Sciences, Baoji721007,Shaanxi,China;2.School of Tourism and Environment,Shaanxi Normal University,Xi'an 710062,Shaanxi,China)

Based on a compilation of historical data of drought disasters in Yan'an A rea during M ing Dynasty (1368-1644),the temporal change,level and reason of drought disasterswere analyzed.The results showed that during 277 yearsof M ing Dynasty,the drought disasters happened 91 times in Yan'an A rea,w ith average once every 3 years.The drought disaster happened 17,30,29 and 15 times fo rmild,middle,great and serious levels, respectively.The high frequency of both great and serious drought disasters was the outstanding feature of the climate during M ing Dynasty in Yan'an A rea,and indicated the climate was arid as a w hole.The distribution of drought disasters in Yan'an A rea during the M ing Dynasty could be divided into four stages:from 1368 to 1420 w ith low frequency of drought disasters(the first stage);from 1421 to 1520 w ith high frequency of drought disasters(the second stage);from 1521 to 1617 w ith low frequency of drought disasters(the third stage);from 1618 to 1644 w ith high frequency of drought disasters(the fo rth stage).The significant dynamicsof f requency of drought disasters among the four stages indicated that the climate in the second and fourth stages were obviously drier w ith decreased p recipitation.In the second and fourth stages,there were two sub-stages of extremely dry climate(1480-1499,1626-1641),in w hich the p recipitation was 200 mm less than that in nowadays.

drought disaster;extremely dry climate;p recipitation;grade;M ing Dynasty;Yan'an A rea

P532

A

1672-6561(2010)04-0430-06

2010-01-25

宝鸡文理学院陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室项目(09JS074);教育部人文社科研究基地重大招标项目(05JJD770014)

赵景波(1953-),男,山东滕州人,教授,博士研究生导师,理学博士,从事第四纪地质与自然地理研究。E-mail:zhaojb@snnu.edu.cn