清代西安地区干旱灾害变化特征研究

王朋　张蓓蓓　杨飞

摘要：通过收集1644—1911年间的干旱灾害史料，本研究利用数理统计方法对清代西安地区干旱灾害变化特征进行了分析。结果显示，清代1644—1911年间西安地区共发生87次干旱灾害，平均3.1年发生1次，其中轻度旱灾49次，中度旱灾27次，重度旱灾11次；在夏季和秋季发生频次最高，分别为39、26次。清代西安地区干旱灾害可划分为六个阶段，第一阶段（1644—1671年）、第三阶段（1752—1791年）和第五阶段（1812—1841年）为少发阶段，第二阶段（1672—1751年）、第四阶段（1792—1811年）和第六阶段（1842—1911年）为多发阶段，整体呈现少发-频发交替变化。干旱灾害变化存在7a、20a、42a、53a四类变化周期。

关键词：西安地区；清代；干旱灾害；周期；小波分析

中图分类号：S423：P426.616 文献标识号：A 文章编号：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

干旱灾害是指蒸发量大于降水量导致土壤水分不足，对人类生产活动产生不利影响的一种气象灾害。一般认为干旱气候多年平均降水量在50～200 mm之间，低于50 mm则为极端干旱气候[1，2]。干旱灾害是中国境内高频发生的自然灾害之一，严重影响社会经济发展[3-5]。统计显示，我国2000—2016年干旱灾害年平均成灾面积约1.07×106 km2，粮食损失年均高达279.45×108 kg，饮水困难人口年均超过2 000万[6]。随着全球气候变暖，全球范圍内的极端干旱灾害事件频繁发生，抗旱减灾研究已受到众多国家及学者的重视[7]。

干旱灾害是气候变化的重要指标之一，中国历史上发生了多次干旱事件，不仅对农业造成重大打击，还影响了社会稳定，带来人口锐减和政治危机[8，9]。历史对人类认识未来具有重要启迪意义，探究历史时期气候变化的过程与机理能为人类应对未来气候变化提供参考。李峯等[10]认为过去五百年旱涝灾害诱发了中国历史时期的内乱，且不同农业生态区之间存在一定差异。郝志新等[11]利用历史文献中描述的旱涝灾害状况，重建了关中地区过去千年的干湿变化特征，并探究了其周期变化特征与气候驱动因子之间的关系。徐梦雅等[12]认为清代华中地区干旱灾害总体上呈下降趋势，其变化周期与太阳黑子周期相一致。徐玉霞等[13]认为关中地区近一百年干旱灾害时空差异显著，气候类型和人类活动是影响该地区干旱灾害发生的主要因素。本研究基于干旱灾害记录史料，对清代西安地区干旱灾害变化特征及其成因进行分析，以能为探索未来气候变化规律提供历史依据，同时也为该区抗旱减灾工作提供指导。

1 研究区概况

西安古称长安，是世界四大古都之一，地处107°40′～109°49′E、33°42′～34°45′N之间，位于黄河流域中部关中盆地腹地，西以太白山地及青化黄土台塬为界，东以灞源山地为界，北临渭河和黄土高原，南邻秦岭，东西长约204 km，南北宽约116 km，面积约为10 108 km2，辖10区3县。境内地势起伏差异悬殊，山地平原均有分布，河网密集，渭河、泾河及石川河系过境河流；黑河、灞河与沣河等河流均发源于秦岭山地或骊东南丘陵，多数由南向北流经渭河平原注入渭河。西安地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温13.0～13.7℃，年降水量522.4～719.5 mm，7、9月为两个降水高峰月，冬季寒冷少雨，夏季炎热多雨，伏旱突出，气候多变。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与分析方法

本研究数据来源于《清代干旱档案史料》[14]、《西北灾荒史》[15]、《中国灾害通史：清代卷》[16]、《陕西历史自然灾害简要纪实》[17]等史料，统计后利用小波分析、最小二乘法等方法对清代（1644—1911年）西安地區干旱灾害频次特征进行分析。

2.2 干旱灾害等级划分

参考GB/T 20481—2006将干旱灾害划分为轻度、中度、重度三级。

轻度旱灾（1级）：降雨不及时，影响农作物播种和生长，未造成大面积减产，部分地区因旱粮食减产出现饥荒，但影响不大。清乾隆二十七年（1762年），自七月至八月，关中始终未得透雨，受旱。

中度旱灾（2级）：长时间干旱，河湖断流，降雨无法满足农作物播种和生长需要，出现大面积减产，百姓无法承担赋税，出现饥荒，受灾面积大。清嘉庆六年（1801年）夏，咸宁等二十一州县雨水短缺，秋禾一律不能丰收，成灾五、六、七分。

重度旱灾（3级）：久旱无雨，河湖干涸，土地干燥缺水不能播种，庄稼绝收，百姓粮食殆尽，粮食价钱骤涨，民众逃亡外省，食尽树皮，至人相食。清光绪三年（1877年），陕西历冬经春及夏不雨，人相食，赤地千里，至八月，泾、渭几涸，冬无宿麦，次年春三月乃雨。

3 结果与分析

3.1 干旱灾害等级变化

由图1可知，清代西安地区共发生87次干旱灾害，其中轻度旱灾发生49次，占比56.32%，平均5.5年发生1次；中度旱灾发生27次，占比31.03%，平均9.9年发生1次；重度旱灾发生11次，占比12.64%，平均24.4年发生1次。轻度旱灾集中发生在十八世纪前半叶、十九世纪初以及十九世纪后半叶到二十世纪初。中度旱灾集中发生在十八世纪末和十九世纪末。重度旱灾集中发生在十八世纪前半叶和十九世纪后半叶。

3.2 干旱灾害季节变化

按照农历季节划分标准，统计出不同季节干旱灾害发生的频次。由图2可知，清代西安地区干旱灾害季节分布差异显著，单季旱灾中以夏季和秋季发生频次最多，分别发生了39、26次；其次是春季，发生了18次；冬季最少，仅发生4次。两季旱灾中以夏秋和春夏发生频次居多，分别发生了9、5次；其次是春秋和夏冬，分别发生了2、1次。三季连旱集中在春夏秋和夏秋冬，各发生了1次。四季连旱仅发生了2次。

3.3 干旱灾害年际变化

以10a为间隔，统计出清代西安地区不同时段干旱灾害发生频次。由图3可知，清代268年西安地区共发生干旱灾害87次，平均3.1年发生1次。按各时段发生频次多少将干旱灾害划分为六个阶段。第一阶段1644—1671年，共发生3次，平均9.3年发生1次。第二阶段1672—1751年，共发生26次，平均3.1年发生1次。第三阶段1752—1791年，共发生8次，平均5年发生1次。第四阶段1792—1811年，共发生11次，平均1.8年发生1次。第五阶段1812—1841年，共发生4次，平均4.5年发生1次。第六阶段1842—1911年，共发生35次，平均2年发生1次。

以10a为间隔统计出清代西安不同时段干旱灾害距平值。由图4可知，第一阶段、第三阶段和第五阶段干旱灾害的负距平值较多，第二阶段、第四阶段和第六阶段干旱灾害正距平值居多。表明清代西安地区第一、三、五阶段为干旱灾害少发阶段，第二、四、六阶段为干旱灾害多发阶段，呈现出少发-频发交替变化趋势。

3.4 干旱灾害周期变化

小波分析在信号处理、大气科学和数值分析等非线性科学领域内应用广泛，在时间序列研究中主要用于时间序列周期成分的识别等。Morlet小波具有时-频多分辨功能，其优点是能揭示出时间序列中隐藏的多种变化周期。由图5小波实部等值线图和小波方差图可知，清代西安地区干旱灾害存在四类震荡周期，分别是7～11a、15～25a、40～45a、50～55a。 其中7～11a对应小波方差峰值是7a，15～25a对应峰值是20a，40～45a对应峰值是42a，50～55a对应峰值是53a，表明清代西安地区干旱灾害变化存在7a、20a、42a、53a四类变化周期。

3.5 干旱灾害最小二乘法拟合

分析干旱灾害长时间尺度变化过程是呈上升还是下降趋势，一般采用多项式拟合的方法。本研究根据最小二乘法原理[18]，基于每10a干旱灾害发生的频次，对清代西安地区干旱灾害频次的时间分布进行五次多项式拟合（图5），所得拟合函数为

波动变化，十七世纪中叶到十八世纪前半叶以及十九世纪中叶到二十世纪初呈上升趋势，十八世纪中叶到十九世纪初呈下降趋势。

4 讨论

自然地理环境由气候、生物等要素组成，各要素之间相互渗透、相互影响，某一要素的变化往往也会导致其它要素发生变化。唐霞等[19]认为人口数量增加，加大对土地垦殖力度，加剧了历史时期黑河流域旱涝灾害的发生。解明恩等[20]认为云南省1950—1999年气象灾害频发与人口剧增、过度开垦土体和森林资源等不合理活动有较强相关性。陈莹等[21]认为不合理的森林砍伐、湖泊围垦等人类活动是影响中国十九世纪以来旱涝灾害频繁发生的重要因素。清朝时期，顺治十八年（1661年）全国人口约6.17×107，乾隆五十五年（1790年）全国人口约3.01×108，光绪二十七年（1901）全国人口约4.26×108，面对急剧增长的人口总量，清政府颁布《垦荒令》，实施人口迁移政策，通过向东北等地区移民垦荒获得更多的自然资源维持生存，这必然会引发一系列环境问题[22]。清代西安地区干旱灾害的发生与人口数量的急剧增加和不合理的生产活动密切相关。

5 结论

（1）清代西安地區共发生87次干旱灾害，平均3.1年发生1次，其中轻度旱灾49次，中度旱灾27次，重度旱灾11次。单季旱灾中以夏季和秋季发生频次最多，分别发生了39次、26次。两季旱灾中以夏秋和春夏发生频次居多，分别发生了9次、5次。三季旱灾集中在春夏秋和夏秋冬，各发生了1次，四季旱灾仅发生了2次。

（2）清代西安地区干旱灾害可划分为六个阶段，第一阶段（1644—1671年）、第三阶段（1752—1791年）和第五阶段（1812—1841年）为少发阶段，第二阶段（1672—1751年）、第四阶段（1792—1811年）和第六阶段（1842—1911年）为多发阶段。

（3）清代西安地区干旱灾害变化存在7a、20a、42a、53a四类变化周期，对其干旱灾害发生频次的时间分布进行五次多项式拟合，结果也表明清代西安地区干旱灾害的发生呈现波动变化。

参 考 文 献：

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