陕西省榆林地区1644-1949年旱灾与干旱气候事件

罗小庆, 赵景波,2, 马晓华

(1.陕西师范大学 旅游与环境学院, 陕西 西安 710062;

2.中国科学院 地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室, 陕西 西安 710075)

陕西省榆林地区1644-1949年旱灾与干旱气候事件

罗小庆1, 赵景波1,2, 马晓华1

(1.陕西师范大学 旅游与环境学院, 陕西 西安 710062;

2.中国科学院 地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室, 陕西 西安 710075)

摘要：[目的] 揭示榆林地区1644—1949年干旱灾害等级、时间变化及成因。[方法] 根据历史文献统计分析，并应用小波分析等方法。[结果] 在1644—1949年的306 a里,榆林地区有明确记载的旱灾86次,平均每3.6 a发生1次。其中轻度旱灾发生32次，中度旱灾发生41次，大旱灾发生7次，特大旱灾发生6次,分别占旱灾总数的37.2%,47.7%,8.1%和7.0%。榆林地区1644—1949年旱灾变化可分为2个阶段,第Ⅰ阶段为1644—1829年,为旱灾少发阶段;第Ⅱ阶段为1830—1949年,为旱灾多发阶段。该区1876—1879年、1899—1901年和1928—1931年连年发生严重旱灾,代表了3次干旱气候事件的存在,在此期间,榆林地区的气候性质发生了改变,由温带半干旱大陆性季风气候转变为温带干旱非季风气候。榆林地区1644—1949年的旱灾有7 a左右的短周期,14 a左右的中周期,36 a左右的长周期。[结论] 榆林地区旱灾发生的根本原因是当年降水量的减少,大旱灾和特大旱灾发生年的降水量分别减少100 mm余和150 mm余,中小规模的旱灾部分是降水量集中造成,部分是年降水量减少造成的。旱灾等级与频次指示,1644—1829年为气候较湿润阶段,1830—1949年为气候较干旱阶段。

关键词：榆林地区; 1644—1949年间; 旱灾变化; 旱灾等级; 旱灾成因; 干旱气候事件

旱灾是危害农业生产的主要自然灾害之一，对其研究受到了国内外的重视。国外对现代旱灾风险评估和监测研究较多[1-2]。由于很多国家没有或缺少历史文献记录，用这种方法研究旱灾的较少。我国在这方面具有独特优势，开展的研究较多。榆林属半干旱区，自然灾害频繁，尤以旱灾、雹灾、洪涝、霜冻、风沙灾为多，且危害大，素有“三年两头旱，一年不旱遭水患”之称[3]。关于榆林地区近代和现代的干旱灾害，前人进行过一定的研究，结果表明榆林地区生态环境脆弱，自然灾害发生频繁，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[4-6]。1960—2000年，榆林地区干旱具有明显的持续性和季节性特点，年际变化大体上有20 a 振荡周期，降水少、降水变幅大、季降水分布不均是榆林多干旱发生的主要因素[7-8]。改进农田水利技术，合理利用气候资源，是保证榆林地区农业稳步发展的有效措施[9-10]。然而，目前还缺少对榆林地区1644—1949年干旱灾害的系统研究。本文通过对1644—1949年历史资料的收集与分析，探讨榆林地区1644—1949年干旱灾害发生的特点、干旱等级、规律，以期揭示不同等级干旱灾害发生原因，对该区干旱灾害的预测和旱灾防治提供科学依据。

1数据来源与方法

榆林地区位于陕西省最北部，处于北纬36°57′—39°34′，东经107°28′—111°15′，长城从东北向西南斜贯其中。本区东隔黄河与山西省相望，北邻内蒙古自治区，西连宁夏回族自治区和甘肃省，南接延安市[11]。全区总面积为4.36×104km2，辖1区11县，总人口3.52×106。地貌大体以长城为界分为两部分，北部为风沙草滩区，占总面积的42%；南部为黄土丘陵沟壑区，占58%。该区属暖温带和温带半干旱大陆性季风气候，年均气温为10 ℃，年均降水量约400 mm。由于降水较少和降水量的年际、年内分配不均，干旱灾害时有发生，并对该区农业产生严重威胁。

本文所使用的旱灾资料主要来自地方志、《西北灾荒史》[12]《中国三千年气象记录总集》[13]《陕西省志·气象志》[14]和《陕西历史自然灾害—简要纪实》[15]中所记载的榆林地区干旱灾情。在本文进行资料统计时不区分年内旱灾次数，一年中有多次旱灾的按1次计算。榆林地区的降水量数据来源于中国气象科学数据共享服务网(http:∥cdc.cma.gov.cn)。

本文研究方法主要包括历史文献资料的收集与判读，滑动平均值拟合分析，Morlet小波分析等方法。在气候诊断中，使用小波变换不仅可得出气候序列变化的尺度，还可以显现出变化的时间位置，对气候预测十分有用。本文主要选用Morlet小波分析旱灾发生的周期性，并借助小波方差进行小波分析检验，从而确定旱灾的显著周期。

2结果与分析

2.1　榆林地区1644-1949年旱灾等级划分

干旱是指由水分的收支或供求不平衡形成的水分短缺现象[16]。纵观旱灾的记载，多是农业旱灾，其实质是由于雨水短缺、引起土壤中水分的供应不能满足作物需要，导致农业减产或失收[15]。根据《西北灾荒史》[12]《中国三千年气象记录总集》[13]《陕西省志·气象志》[14]和《陕西历史自然灾害简要纪实》[15]中对榆林地区干旱灾害的记载(包括只描述“陕西旱”的年份)，以干旱灾害持续时间、强度、受灾范围大小以及受影响程度的大小等为依据，将榆林地区的干旱灾害划分为轻度旱灾、中度旱灾、大旱灾和特大旱灾4个等级。

(1) 第Ⅰ级是轻度干旱灾害。历史资料中未提及干旱灾害对农作物生长和百姓生活的影响，而只是简单记载某些地区发生了干旱灾害，本文将这种旱灾划分为轻度干旱灾害。比如“清，康熙四十七年(公元1708年)秋，绥德州旱”[12-13，15]。

(2) 第Ⅱ级是中度干旱灾害。历史资料中记载了由于干旱灾害造成粮食歉收而免收赋税，官府筹粮赈灾，本文将其划分为中度干旱灾害。如“清，道光十五年(公元1835年)十二月，展缓陕西绥德、米脂、清涧、吴堡四州、县被旱歉区带征额赋”[12-13，15]。

(3) 第Ⅲ级是大干旱灾害。史料中记载了范围比较大的干旱事件，赤地千里，粮食短缺严重、价格飞涨，百姓无以为食，疫病流行，死者甚多等，这样的旱灾归为大干旱灾害。如“清，乾隆四年(公元1739年)佳县大旱，饥，群狼食人；横山大旱，饥馑连年”[12-13，15]。

(4) 第Ⅳ级是特大干旱灾害。史料中描述了在全国或全省范围内发生的干旱事件，河流断流，人畜大量迁移和死亡，跨年度的连续干旱，出现“人吃人”的惨状，将这种情况划分为特大干旱灾害。如“清，光绪三年(公元1877年)陕西、甘肃苦旱。是岁，山、陕大旱，人相食”[12-13]。

在1644—1949年的306 a中，历史资料共记载榆林地区干旱灾害86次。按本文干旱灾害等级划分标准，轻度干旱灾害发生32次，占旱灾总数的37.2%；中度干旱灾害发生41次，占旱灾总数的47.7%；大干旱灾害发生7次，占旱灾总数的8.1%；特大干旱灾害发生6次，占旱灾总数的7.0%(图1)。由此可见，榆林地区轻度旱灾和中度旱灾发生频次高，占到旱灾总数的3/4还多(84.9%)，大旱灾和特大旱灾发生频次低，这是1644—1949年榆林旱灾的突出特点。在1644—1949年发生的86次旱灾中，8 a连旱1次，5 a连旱2次，4 a连旱5次，3 a连旱4次，2 a连旱10次，其余的16次为隔年发生的旱灾，表明榆林地区的旱灾具有间隔分散发生的特点。

图1　榆林地区1644-1949年干旱灾害等级变化

2.2　榆林地区1644-1949年旱灾频次变化

为了更加深入研究榆林地区1644—1949年干旱灾害的时间变化，本文以10 a为单位统计了1644—1949年榆林地区干旱灾害发生的频次。由图2可知，在1644—1949年的306 a里，榆林地区有明确记载的干旱灾害为86次，平均每3.6 a发生1次。

根据旱灾资料的统计可知，榆林地区1644—1949年干旱灾害变化可分为2个阶段，第1个阶段在1644—1829年之间，共发生干旱灾害29次，平均每6.4 a发生1次，是旱灾较低发阶段。第2个阶段在1830—1949年之间，共发生旱灾57次，平均每2.1 a发生1次，是旱灾较高发生阶段。

图2　榆林地区1644-1949年干旱灾害频次变化

为了更清晰地表示榆林地区1644—1949年旱灾特点，本文以20 a为周期的滑动平均值来拟合该区1644—1949年的旱灾变化(图3)。从图3中可以看出，榆林地区1644—1949年旱灾亦可分为2个阶段，在1644—1829年距平值大部分为负值，表明旱灾发生频次较低；在1830—1949年旱灾距平值以正值为主，指示这一时期旱灾发生频次较高。

图3　滑动平均拟合后的榆林地区1644-1949年干旱灾害变化

2.3　榆林地区1644-1949年旱灾季节变化

榆林地区1644—1949年干旱灾害的季节分布也明显不均。史书中载有“夏旱”、“秋旱”或载明“月份”的旱灾记录共50条，通过资料统计，在农历1月、2月和12月各发生旱灾2次，农历10月和11月各25次，农历7月、8月各31次，农历3月、4月、5月、6月和9月分别发生15，16，17，35和26次。依季节划分，该区春季发生旱灾16次，夏季达39次，秋季达41次，冬季为26次。可见，榆林地区该时期的旱灾主要集中于夏、秋两季，冬季次之，春季最少。

1644—1949年榆林地区也出现了连季旱灾。统计得知，榆林地区春夏旱、夏秋旱、秋冬旱和冬春旱分别发生15，30，25和2次，三季连旱中的秋冬春旱灾发生1次，冬春夏旱灾发生2次。表明榆林地区该时期出现频率最高的连季旱灾是夏秋旱，其次为秋冬旱和春夏旱，冬春旱发生最少，三季连旱的发生频率均很低。

2.4　榆林地区1644-1949年旱灾发生周期

应用Matlab软件，采用Morlet小波分析程序对1644—1949年榆林地区旱灾的周期特性进行分析。结果见图4 a和图4 b。由图4 a可知，在30～50 a周期上震荡显著，形成4个高能量震荡核(粗实线)和5个低能量震荡核(细虚线)。4个高能量震荡核分别形成于1782—1806年、1830—1847年、1876—1901年、1928—1941年，表明这4个时期为旱灾多发阶段。5个低能量震荡核分别形成于1691—1719年、1766—1781年、1814—1829年、1848—1875年、1905—1919年，表明这5个时期旱灾较少。在10～22 a周期和3～8 a周期上也形成了多个震荡核。在其小波方差图(图4 b)上，可以看到3个峰值，分别对应准7 a，14 a，36 a，说明该区1644—1949年间的旱灾有7 a左右的短周期，14 a左右的中周期，36 a左右的长周期。其中36 a的周期上方差值最大，为第一主周期，第二主周期是准7 a。认识旱灾发生的周期对旱灾的防灾减灾工作意义很大。

a 小波变换等值线　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　b 小波方差

图4榆林地区1644-1949旱灾小波变换等值线图和小波方差图

3讨 论

3.1　气温变化与旱灾

王业键等曾对华北、华东地区的气候冷暖期和自然灾害的相关性进行研究，显示暖期自然灾害较少，冷期自然灾害较多[17]。为了查明榆林地区气候冷暖变化与旱灾的关系，本文依据葛全胜等[18]和刘晓宏等[19]依树轮记录对过去近千年气候冷暖变化的重建，选取1644—1949年之间的冷暖变化阶段，并与1644—1949年的旱灾频次加以比较(表1)。从表1可以看出，1644—1949年气候温暖时期持续时间较长，旱灾发生几率为3.4 a/次；气候寒冷时间稍短，旱灾发生几率为3.9 a/次。说明气候偏暖期旱灾发生多，气候偏冷期旱灾发生较少，与华北、华东地区基本吻合。

表1　榆林地区1644-1949年气候冷暖变化和旱灾频次比较

3.2　降水量变化与旱灾

为了进一步揭示旱灾与降水量之间的关系，我们根据中国气象科学数据共享服务网(http:∥cdc.cma.gov.cn)中提供的1951—2010年榆林地区的榆林、横山、绥德三个测站的降水量资料，以及《陕西历史自然灾害简要纪实》[13]中该地区的旱灾资料，得出该区在近60 a来旱灾等级与降水量之间的关系(图5)。图5显示，近60 a该区年降水量呈波动下降趋势，旱灾等级和降水量之间基本呈负相关，即旱灾等级越高，降水量越少。1955年该区发生了大旱灾，同年降水量为299.4 mm，比多年平均的405 mm减少了105.6 mm。1999—2001年该区连续3 a出现特大旱灾，1999年、2000年榆林地区的年降水量分别为271.3 mm，263.1 mm，分别减少了133.7 mm和141.9 mm。由此可以得出，榆林地区大旱灾发生年降水量一般为300 mm左右，特大旱灾发生年份为270 mm或更低。表明榆林地区持续时间较长的大旱灾、特大旱灾是年降水量明显减少引起的，大旱灾发生时年降水量通常减少100 mm余，特大旱灾年降水量可减少150 mm余。

图5　榆林地区近60 a降水量变化趋势与及其干旱灾害发生强度的关系

1957年、2004年榆林地区发生轻度旱灾，在这两年该区年降水量分别为333.8 mm和347.0 mm。1971年、2006年榆林地区出现中度旱灾，同年该地降水量为332.8 mm和340.4 mm。这表明许多轻度旱灾和中度旱灾发生时，年降水减少70 mm余，指示有些轻度旱灾和中度旱灾伴随年降水量的减少。但是也有一些持续短的规模较小的轻度旱灾和中度旱灾不是年降水量减少的造成的，而是由于降水量集中造成的。如1963年榆林地区年降水量比正常多20 mm左右，但是降水分布不均，出现了轻度旱灾。1975年榆林地区发生中度旱灾，同年该区降水量并未减少，为410.6 mm。

由以上分析可知，降水量变化引起旱灾的原因有两种，一是气候变干，年降水量显著减少，这是造成大旱灾、特大旱灾和部分中度及轻度旱灾原因；二是年降水量基本没有变化，而是降水量季节分配显著不均[7，19]，这是造成部分中度旱灾和轻度旱灾原因。

3.3　干旱气候事件与旱灾

把持续3 a或更多年的气候干旱并有大旱灾或特大旱灾发生的气候阶段确定为干旱气候事件。通过历史资料的统计分析知，榆林地区1644—1949年具有代表性的重大干旱气候事件共有3次，分别是1876—1879年、1899—1901年和1928—1931年。这3次干旱气候事件的特点如下。

第1次干旱气候事件发生在清光绪二年(1876年)至光绪五年(1879年)，榆林地区连旱4 a，其中1877年是全国性的大旱灾发生阶段，西北地区发生了毁灭性大旱，“陕西、甘肃苦旱”，“山、陕大旱，人相食”[12-13，15]。灾区主要在陕西地区，“陕西春夏不雨，赤地千里，人相食，道殣相望，鬻女弃男，指不胜曲，为百余年来未有之奇”[12-13，15]。榆林地区发生了特大旱灾，“渭北各州县苦旱尤甚，树皮草根掘食殆尽，卖妻鬻子，时有所闻”[12-13，15]。

第2次干旱气候事件发生在清光绪二十五年(1899年)至光绪二十七年(1901年)，榆林地区连旱3 a。虽然1899年和1901年仅发生中度旱灾，旱灾等级不高，但是旱灾范围广大，1899年的旱灾波及甘肃、青海、宁夏的部分地区，1901年的旱灾几乎影响了全国。1900年，整个北方地区遍遭大旱，以陕西和山西为最重，“本年陕省被灾之重，几与光绪二、三年(公元1876—1877年)情形相埒”[12-13，15]。榆林地区发生了特大旱灾，旱情最重的渭北州、县“饥民乏食，甚至有挖草根、剥树皮以延残喘者，嗷鸿遍野”[12-13，15]。

第3次干旱气候事件发生在民国十七年(1928年)至民国二十年(1931年)。榆林地区连旱4 a，发生特大旱灾3次，大旱灾1次。民国十七年(1928年)至民国十九年(1930年)为西北地区的毁灭性大旱，“陕西从十七年起至十九年冬，三年不雨，六料未收”[12-13，15]，惨烈的兵、匪之害，又大大加重了灾害程度，造成空前大饥荒，“陕西民国十九年与十七年相比人口减少94万余人”[12-13，15]，成为西北历史上成灾最重的大旱灾。

综上所述，榆林地区1644—1949年的3次干旱气候事件范围广，旱灾等级高。查阅文献资料得知，干旱事件发生阶段没有或很少有洪灾发生，表明是典型的干旱阶段。

3.4　旱灾反映的气候变化

上述表明，榆林地区在1644—1949年的旱灾主要是降水减少引起的，特别是大旱、特大旱更是降水量显著减少造成的，范围较广的轻度与中度旱灾也是降水量减少造成。因此，根据旱灾的等级和发生频次，我们可以分析气候的干湿变化。其他地区的研究也表明，旱灾主要是年降水量减少的结果[5]。资料表明，在1644—1949年的旱灾可分为两个阶段，其中1830—1949年旱灾发生频次是1644—1829年的3倍，特大旱灾和3次干旱气候事件都发生在1830—1949年，大旱灾与中度旱灾也以1830—1949年居多。由此可以确定，1644—1829年是气候相对湿润阶段，1830—1949年是气候相对干旱阶段。

在榆林地区1644—1949年3次干旱灾害事件发生期间，年降水量显著减少，为270～300 mm，即由温带半干旱气候的400 mm余年降水量减少到了温带干旱气候的年降水量，表明干旱气候事件发生时榆林地区的气候性质发生了改变，由温带半干旱大陆性季风气候转变为温带干旱非季风气候。

3.5　榆林地区现代旱灾预防

榆林地区1644—1949年距今最近，现代旱灾是过去旱灾的延续，公元1644—1949年的旱灾发生周期可以作为现代旱灾预测的科学依据，也是预防旱灾和减少旱灾损失的重要参考依据。前述的榆林地区旱灾周期分析表明，榆林地区1644—1949年的旱灾有7 a左右的短周期，14 a左右的中周期，36 a左右的长周期。根据这一周期分析结果，我们得知该区7 a左右就会发生一次旱灾，14 a左右可能会出现更大的旱灾，会在7 a一次的基础上增加约14 a周期的1次旱灾或2次旱灾叠加，这时的旱灾规模较大，等级较高，造成的危害更大。36 a周期的旱灾规模最大，影响范围广，等级最高，持续时间最长，造成的危害最大。因此，除在较小规模旱灾发生年做好减灾工作之外，还要做好旱灾发生年之后的第7 a前后可能发生旱灾的抗旱准备，并在约14 a周期和36 a左右周期旱灾发生前的一定时间，做好抗大旱的准备，减少旱灾造成的损失。

4结 论

(1) 榆林地区在1644—1949年的306 a里，共发生干旱灾害86次，平均每3.6 a发生一次。榆林地区1644—1949年以轻度旱灾和中度旱灾占优势，大旱灾和特大旱灾发生频次低。轻度干旱灾害发生32次，中度干旱灾害发生41次，大干旱灾害发生7次，特大干旱灾害发生6次，分别占干旱灾害总数的37.2%，47.7%，8.1%和7.0%。榆林地区在1644—1949年，秋季和夏季旱灾发生频率最高，冬季次之，春季最少。

(2) 榆林地区1644—1949年干旱灾害变化可分为2个阶段。第1个阶段为1644—1829年，共发生干旱灾害29次，平均每6.4 a发生1次，为干旱灾害少发阶段。第2个阶段在1830—1949年之间，共发生干旱灾害57次，平均每2.1 a发生1次，干旱灾害频次比第1个阶段明显增加，为干旱灾害多发阶段。

(3) 榆林地区1644—1949年的旱灾有7 a左右的短周期，14 a左右的中周期，36 a左右的长周期。其中36 a的周期是第一主周期，准7 a周期是第二主周期。该区的旱灾发生周期可以作为旱灾预防的参考依据。

(4) 榆林地区1644—1949年出现了3次干旱灾害事件，分别在1876—1879年、1899—1901年和1928—1931年之间。干旱气候事件发生时榆林地区的气候性质发生了改变，由温带半干旱大陆性季风气候转变为温带干旱非季风气候。

(5) 导致榆林地区1644—1949年干旱灾害发生的根本原因是气候变化，持续长的大旱灾、特大旱灾以及分布范围较广的中度及轻度旱灾一半是由年降水量显著减少造成的，而持续短的规模较小的中度和轻度旱灾是年内降水量分布不均造成的。

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Drought Disaster and Drought Events in Yulin Area of Shaanxi Province from 1644 to 1949

LUO Xiaoqing1， ZHAO Jingbo1,2， MA Xiaohua1

(1.CollegeofTourismandEnvironment,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an,

Shaanxi710062,China; 2.StateKeyLaboratoryofLoessandQuaternaryGeology,

EnvironmentalInstituteofEarth,ChineseAcademyofSciences,Xi’an,Shaanxi710075,China)

Abstract：[Objective] To reveal the level, temporal change and reason of drought disasters in Yulin area of Shaanxi Province during the period of 1644—1949. [Methods] Compilation of historical data and wavelet analysis method were used to research relevant problem.[Results] During the 306 years from 1644 to 1949, the drought disasters clearly recorded were 86 times, with average once every 3.6 years. The drought disaster happened 32, 41, 7 and 6 times for mild, middle, great and serious levels, respectively. The distribution of drought disasters in Yulin area during the period of 1644—1949 could be divided into two stages: from 1644 to 1829 with low drought frequency, from 1830 to 1949 with high drought frequency. The continuous drought disasters from 1876 to 1879, 1899 to 1901 and 1928 to 1931 were particularly serious, representing the arid climate event. According to wavelets analysis, it was known that there were mainly 7-year period, 14-year period and 36-year period for drought in Yulin area.[Conclusion] Most of the drought were caused by decreasing of precipitation. In general, precipitation decreased more than 100 mm and 150 mm in the years of great and serious drought, separately. Precipitation that distributed non-uniformly and changed greatly in different years was the main cause of mild and middle drought disasters. Grades and times of drought disasters indicates that climate was more humid during 1644 to 1829 than that during 1830—1949.

Keywords:Yulin area; during 1644-1949; drought frequency; drought level; reason of drought; drought disaster

文献标识码：A

文章编号：1000-288X(2015)01-0311-06

中图分类号：P426.616

通信作者：赵景波(1953—),男(汉族),山东省滕州市人,博士，教授,博士生导师,主要从事环境科学与自然地理研究。E-mail:zhaojb@snnu.edu.cn。

收稿日期：2014-02-13修回日期：2014-03-13

资助项目：国家社会科学基金重大项目“鄂尔多斯高原历史地理研究”(11&ZD097); 中国博士后科学资助项目“黄土高原近六百年气候变化研究”(2013 M532014)

第一作者：罗小庆(1989—),女(汉族),陕西省岐山县人,硕士研究生,研究方向为自然地理学。E-mail:luoxq0815@126.com。