歷史時期陜西霜冷災害時空分布特征研究

邢海虹

(陜西理工學院漢水文化研究中心，陜西漢中 723000)

霜冷災害是我國發生頻繁的災害類型，常給農業生產、生態環境等造成嚴重不利影響。目前，國內外很多學者對近年來霜冷災害的發展趨勢、周期變化［1］及發生原因等進行了研究。從已有研究來看，大多利用逐日最低氣溫等氣象數據進行技術分析［2］，或對某區域某一歷史時期霜冷災害特征進行研究［3］，從長時間段把握霜冷災害發生規律的研究較少，對霜冷災害時空特征成因的深入分析也鮮見報道。

陜西省位于東經 105°29'-111°15'，北緯 31°42'-39°35'之間，從北到南分為陜北高原、關中平原、秦巴山地3個地貌區。全省年平均氣溫13.7℃，年平均降水量340～1 240 mm，陜南為亞熱帶濕潤區，關中為暖溫帶半濕潤區，陜北為中溫帶半干旱區。

本文擬對歷史時期陜西霜冷災害發生情況進行文獻統計學研究，了解陜西歷史時期霜冷災害發生的時空規律，期望為陜西的霜冷災害防治提供有益探索。

1 數據與處理

按照文獻記述的受災狀況，參照現代霜冷災害分級標準［4］，把歷史時期發生的災害劃分為輕、中、重3個等級。①輕度災害。有“霜”、“隕霜殺稼”等記載，未記載對生產、生活的影響。如晉元康五年(公元795年)，“秦雍二州，隕霜殺稼”。②中度災害。有草木皆死、收成減少、減免額賦等記載。如宋淳化二年(公元991年)，“商縣、山陽、洛南霜，草木皆死”。③重度災害。有民田絕收，饑餓流散，人畜死傷等記錄。如“咸豐十一年(公元1861年)，禮泉，大寒，人多凍死”。

以《中國氣象災害大典陜西卷》［5］為主要數據來源，并參考《西北災荒史》［6］進行核實。從公元前244-公元1911年，共發生災害98次。其中輕度災害 52次，占53%，中度災害 25次，占26%，重度災害21次，占22%。

2 霜冷災害時間特征

2.1 災害等級、頻次的變化特征

給輕度災害賦值1，中度災害賦值2，重度災害賦值3，做時序災次散點圖，在此圖上疊加中國氣候變化曲線，得圖2。以每100年為單位，統計災害發生頻次，進行六次多項式擬合(圖3)。可以看出公元前244-公元1911年，霜冷災害有明顯增多的趨勢。統計時段的前1000年，共計發生災害21次，平均約50年發生1次。統計時段的后1 066年，共計發生災害96次，平均約11年發生1次，災害發生的時間間隔越來越小，發生的頻次越來越高。災害發生的等級在各個時段表現比較一致，各時段大、中、小災害分布比較均勻。

2.2 災害周期的變化特征

圖3六次多項式擬合曲線有3個明顯的峰和兩個明顯的谷，表明在時間序列的演化上，存在災害活動較少的相對平靜期和災害頻繁出現的相對活躍期，可見公元前244-公元1911年，霜冷災害存在明顯的周期性，且振幅呈不斷增加趨勢。

圖1 公元前244-公元1911年陜西霜冷災害頻次與氣溫關系圖Fig.1 The relationship of the frost and snow disaster frequency and temperature from 244a BC to 1911a in Shaanxi province

圖2 公元前244-公元1911年陜西災害頻次圖Fig.2 The frost and snow disaster frequency and degree in a year from 244a BC to 1911a in Shaanxi province

圖3 公元前244-公元1911年陜西年內霜冷災害程度、頻次圖Fig.3 The frost and snow disaster frequency and degree in a year from 244a BC to 1911a in Shaanxi province

長周期指百年以上的周期，亦即世紀周期。由圖3六次多項式擬合曲線的第二、第三波段可以發現存在1 000年左右的長周期，由圖3柱形圖可以發現還存在100-200年的長周期。短周期指的是幾年至幾十年的周期。由圖2可見，在第二三個千年長周期中，廣泛存在短周期。對統計數據進行深入分析，發現在魏晉南北朝冷期和宋至清末的冷期廣泛存在15年左右的短周期和2-5年的短周期。

2.3 災害年內變化特征

公元前244-公元1911年，霜冷災害的年內發生主要在3-10月的作物生長期，98%的次災害都發生在這一時期。其中3-5月、8-10月的春秋轉換季節是霜冷災害的多發期，分別占到總發生次數的43%和51%，而每年夏季的6、7月，是霜冷災害少發期，僅占總發生次數的4%。每年11月至次年2月的作物休眠期是霜冷災害的少發期，僅占總發生次數的2%。

2.4 時間特征的成因

2.4.1 全球氣候變化的影響

統計時段內，氣溫下降絕對值在4℃左右，長期的氣侯變冷使冷空氣更為劇烈，造成霜冷災害更趨多發。在此期間，中國氣候經歷了多次冷暖交替的周期性波動(見圖1)，導致了霜冷災害的周期性發生［7］(見圖2)。

2.4.2 中國季風氣候的影響 季風是陜西氣候的首要特征，冬季風和夏季風的強烈轉換必然影響霜冷災害的發生。春秋兩季是季風轉換季節，冷暖空氣對沖劇烈，而此時恰逢農作物或處于苗期花期，或處于收獲成熟期，容易發生霜冷災害。當夏季風絕對強過冬季風時，冷空氣不再能夠產生較大影響，霜冷災害才會絕對減少。而當冬季風絕對強過夏季風時，陜西則處于農作物休眠時期，冷空氣雖強，但不易成災。

3 霜冷災害空間分異特征

3.1 災害總影響程度的空間分異

等級加權頻次是對不同等級災害分別賦予不同權重，然后對所有發生災害進行加權求和。輕、中、重災害權重系數分別取1，2，3。按照等級加權頻次圖(圖4d)，霜冷災害最宏觀的空間特征表現為北多南少，災害的空間分異與氣候區、地貌區關系密切，可劃分為:陜北長城沿線多災重災區、陜北黃土高原次多災中災區、關中平原次多災中災區、陜南秦巴山區少災輕災區。

圖4 公元前244-公元1911年陜西年內霜冷災害程度、頻次圖Fig.4 The frost and snow disaster frequency and degree in a year from 244a BC to 1911a in Shaanxi province

3.2 年內變化特征的空間分異

計算陜西縣域范圍不同季節霜冷災害等級加權頻次的百分比，可以用來研究各縣霜冷災害的季節特征(圖6)。陜北、關中、陜南霜冷災害的季節特征存在明顯差異。陜南屬于春秋災害多發型，尤以春季為多。3-5月陜南災害的等級加權頻數占到總數的65%，8-9月陜南災害的等級加權頻數占到總數的24%，春秋季節轉換期應加強防災工作。關中屬于春季多發，其他季節均衡型，3-5月災害的等級加權頻數占總數的72%，6-7月、11月至次年2月、8-10月各個階段災害均有可能發生，但所占百分比均比較低，對于關中縣區來說，春季防霜冷災害關系重大。陜北屬于秋季多發型，其全年82%的災害發生在秋季，秋季防霜冷災害意義重大。

3.3 空間分異的成因

3.3.1 南北狹長的地域范圍 陜西南北跨3個氣候區，陜南每年2-3月份作物已經開始生長，而此時夏季風尚未絕對強過冬季風，一旦遭遇較強冷空氣，就會造成災情;陜北春天推 遲至4-5月份，此時夏季風已絕對強過冬季風，9-10月份陜北恰逢作物成熟期，蒙古高壓已開始作用，故多秋季型災害。關中介于兩者之間，過渡性特征比較明顯。

3.3.2 3列近東西向的山脈 長城沿線、“北山”一線、秦嶺一線是地形的轉換界限，是災害分異的基礎。長城沿線靠近蒙古冷高壓中心，且位于冬季風冷空氣迎風坡，多災重災。長城沿線到“北山”之間，受長城沿線山地阻擋，多發中災。北山至秦嶺的關中平原區，地勢低平，利于冷空氣堆積，多發重災。秦嶺阻隔南下冷空氣，陜南主要為輕災。

圖5 公元前244-公元1911年陜西年內霜冷災害程度、頻次圖Fig.5 The frost and snow disaster frequency and degree in a year from 244a BC to 1911a in Shaanxi province

3.3.3 局地微地形的影響 四大災害區內部存在的差異則主要是局地微地形的影響。如陜北長城沿線地形西高東低，冷空氣遇到地勢高的地方，常常沿地勢低的地方繞行，并在相對低平區堆積，因此地勢越低平，越容易發生霜冷災害。陜北長城沿線多災重災區霜冷災害東多西少就是地形西高東低造成的。另外如關中平原霜冷災害的多發、陜北沿洛河河道災害多發均是因為其地形地勢利于冷空氣流通堆積的緣故。更細微的空間差異也主要是源于地形影響，如迎風坡往往阻擋冷空氣，冷空氣堆積于此，造成霜冷災害，而背風坡恰恰相反，霜冷災害要低發的多。陜北的少發區，陜南少發區均是這個原因造成的。

3.3.4 農業布局等人文因素 關中平原自秦以來就是重要農業區，同等致災因子會加劇災情，故多重災。再如長城沿線湖盆灘地是戌邊的重要農牧業基地，也加劇了這一地帶的災情。

4 結論

1)霜冷災害明顯增多，存在千年、100-200年長周期，也有15年，2-5年短周期;春秋轉換期最易發生霜冷災害。

2)劃分了陜北長城沿線多災重災區、陜北黃土高原次多災中災區、關中平原次多災中災區、陜南秦巴山區少災輕災區4個災害單元。

3)全球氣候變化、中國季風氣候是導致災害的時間特征，南北狹長的地域范圍、近東西向的3列山脈、局地地形及農業布局等是影響災害的空間特征。

［1］ 李輝.試論北朝時期霜冷凍等低溫災害發生的特點［J］.長春師范學院學報(人文社會科學版)，2008，27(2):26-31.

［2］ 邢閃，趙景波.陜南地區清代霜冷災害及分形特征研究［J］.自然災害學報，2012，21(3):86-91.

［3］ 趙景波，陳穎，周旗.關中平原清代霜冷災害特點與周期研究［J］.地球科學與環境學報，2012，34(3):75-82.

［4］ 中國氣象局.中華人民共和國氣象行業標準QXT119-2010［M］.北京:氣象出版社，2010:5.

［5］ 溫克剛.中國氣象災害大典［M］.陜西卷.北京:氣象出版社，2005:167-190.

［6］ 袁林.西北災荒史［M］.蘭州:甘肅人民出版社，1994:1202-1244.

［7］竺可楨.中國近五千年來氣候變遷的初步研究［J］.考古學報，1972(1):15-38.