明代關中地區干旱災害時空特征

趙正坤，張永福，王 娟

(新疆大學資源與環境科學學院，新疆烏魯木齊 830046)

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明代關中地區干旱災害時空特征

趙正坤，張永福，王 娟

(新疆大學資源與環境科學學院，新疆烏魯木齊 830046)

摘要[目的]探討明代關中地區干旱災害的時空特征。[方法]通過對關中地區明代(公元1368～1644年)干旱災害資料的搜集、整理，對明代277 a中關中地區發生的旱災的劃分等級、頻次、受災范圍以及時空特征進行了分析，比較了各個縣的發生頻次和受災程度。[結果]在明代277 a中，關中地區發生干旱災害共145次，基本上平均每1.91 a發生1次。根據干旱等級分為輕度干旱、中度干旱、大旱災和特大旱災。并且旱災具有周期性和季節性，主要表現為夏旱、秋旱、冬旱、春旱和連旱。從明代前期到后期，干旱災害發生頻次具有顯著波動變化的特征，而且持續時間長，災情嚴重，其中寶雞地區發生次數高于其他地區。[結論]在明代的277 a中，關中地區發生災害基本上呈現增加趨勢，為當前關中地區的防災減災提供了理論依據。

關鍵詞干旱災害；關中地區；明代；災害等級；時空分布

人類在生存發展過程中常會受到自然環境的影響，而人類的生產生活又對自然環境構成一定的影響，形成多元復合雙向制約機制[1]，干旱災害就是這種機制下較常見的現象。旱災是由于長期降水量偏少，破壞正常的水分循環，導致水分平衡失調的一種氣象災害。雖然關中地區屬于北半球暖溫帶半濕潤季風氣候，但是由于氣溫和降水的相對比率變化較大，更易形成氣象災害。在以農業為主的歷史時期，人們對防災減災認知能力有限的情況下，次災害造成的危害相當嚴重。因此，對歷史時期干旱災害的時空特征和發生機制進行研究，可提升人們對災害自然屬性、災害機制的深層次認知，且有助于了解和預測未來關中地區干旱災害的變化趨勢，為干旱災害的預測和防災減災提供參考。

目前，許多學者對干旱災害的研究一方面主要集中在單個年段(如清代、元代)或者復合年段(如明清時期)，一方面是對陜西省的其他地區(如延安地區)進行研究，并取得了一系列研究成果，但對于明代關中地區干旱災害時空特征的研究甚少。鑒于此，筆者結合文獻史料記載，對明代277 a中關中地區發生的旱災的劃分等級、頻次、受災范圍以及時空特征進行了分析，比較了各個縣的發生頻次和受災程度，旨在為關中地區旱災的預測和防災減災提供理論依據。

1數據來源與方法

1.1研究區概況關中位于陜西省中部的河谷平原，西起寶雞，東至潼關，海拔300～600 m，東西長約360 km。北以北山山脈為界，南以秦嶺北坡為界，地勢西高東低，向西閉合成一峽谷呈喇叭形分布，盆地平面輪廓呈牛角狀，號稱“八百里秦川”[2]。關中包括西安、銅川、寶雞、咸陽、渭南5個省轄地級市，共54個縣(市、區)，總面積達5.55萬km2。關中是渭河地墊基礎上經黃土沉積和河流沖積形成的平原，南北兩側呈不對稱性階梯臺地。具有明顯的大陸性季風氣候特點, 年平均降水500～700 mm,年平均氣溫12～13 ℃[3]。1.2數據來源該研究所用干旱災害的資料和相關數據來源主要是明代地方志材料、今人干旱災害研究成果中的史料匯編以及今人論著等。具體包括陜西地情網中明代關中地區各地方志、《西北災荒史》、《中國災害通史(明代卷)》以及對歷史時期關中地區干旱災害研究的各個學者的研究文獻資料等。

1.3研究方法

1.3.1指標建立。指標的建立包括旱災等級劃分、旱災變化頻率以及旱災受災范圍。文獻中記載的旱災大多是定性的描述，對旱災的定量評價甚少。對于旱災等級的劃分沒有明確的標準，但與“干旱”和“旱災”在史料中的記錄有關系，可用對農業生產和人類生產生活造成的影響程度來判斷“干旱”是否成為“旱災”。在史料中顯示“大旱”、“連年干旱成災”的，通常都是干旱對農業生產和人類生產生活造成了嚴重的傷害，指大旱災或者特大旱災。依據記載的旱災持續時間、強度、受災面積以及受災程度等因素，將明代關中地區的干旱災害劃分為1級(輕度旱災)、2級(中度旱災)、3級(大旱災)、4級(特大旱災)4個等級(表1)。旱災變化頻率主要反映的是干旱災害的年際變化、關中地區各縣發生旱災次數情況等。旱災受災范圍主要反映災害發生時受到影響的地區。

表1　關中地區明代干旱災害等級

1.3.2數據處理及圖表制作。根據建立的指標，將數據處理為以下字段：旱災等級、災害年份、各縣、災害頻次、受災縣份程度等，分別將各個字段的數據進行相關處理。對處理的數據應用Microsoft excel和Mapinfo軟件制圖。

2結果與分析

2.1干旱災害的時間特征分析

2.1.1干旱災害年際變化。根據袁林先生的《西北災荒史》、《中國災害通史(明代卷)》以及關中地區各個市、縣地方志的相關旱災的史料記載，以30 a為單位，將明代1368～1644年的277 a分成10個階段(表2)。在明代的277 a中，總計發生災害145次(1 a中發生多次旱災的合并為以此計算)，平均每1.91 a發生1次。發生災害次數由高到低依次為第9階段、第8階段(第5階段)、第3階段(第4階段)、第7階段、第6階段、第2階段、第10階段和第1階段，分別為23、18、17、16、14、11、6和5次；發生的概率(取整)為16%、12%、12%、11%、10%、8%、4%和3%。第1階段發生5次，平均6 a發生1次；第2階段11次，平均2.73 a發生1次；第3和第4階段均發生17次，平均1.76 a發生1次；第5和第8階段均發生18次，平均1.67 a發生1次；第6階段發生14次，平均2.14 a發生1次；第7階段發生16次，平均1.88 a發生1次；第9階段發生23次，平均1.30 a發生1次；第10階段發生6次，平均1.17 a發生1次。由此可見，從明代初期到中期到晚期，旱災發生間隔年限越來越短，晚期(第9和第10階段)是旱災發生重災區，該時期時局動蕩、戰爭連連、更朝換代，水利建修方面處于弱勢，民眾在預防、治理方面的認知有限，因此，災害極其嚴重。在1638～1644年發生的6次災害都是影響人民生活、農業生產、經濟發展的大旱災和特大旱災，涉及的范圍和旱情都達到了頂峰。

表2　干旱災害年際分布

為了能夠清楚地說明明代關中地區干旱災害在時間上的變化,以10 a為單位來統計該地區干旱災害發生的頻次。由圖1 可知,在統計的27個10 a和1個7 a中，除了1388～1397年未發生干旱災害外，其余各個年份都有干旱災害的發生，其中最多的是1628～1637年，發生災害10次，平均每年發生1次；其次是1438～1447、1488～1497和1548～1557年3個年段，發生干旱災害均是9次，平均1.11 a發生1次；除此之外，其他年段也發生不同頻次的干旱災害。由此可見,明代中后期是關中地區干旱災害發生的高發期，從早期到中期再到晚期呈現增加的趨勢，主要與氣候的異常和降水不均有關。明代處于“寒冷期”的初期，該時期氣候寒冷且干燥，易引發各種氣象災害[4]。

圖1　關中地區干旱災害發生頻次變化Fig.1　Change of occurring frequency of drought disasters in the central Shaanxi Plain in Ming Dynasty

2.1.2干旱災害距平變化分析。由圖2可知，1368～1437、1448～1477、1498～1527、1538～1547、1558～1577、1588～1607年這6個年段以負距平值為主，表明該時段里旱災頻次低于平均頻次，是旱災較少發生期；1438～1447、1478～1497、1528～1537、1548～1557、1578～1587、1607～1644年這6個年段基本以正距平值為主，表明該階段旱災頻次高于平均頻次，是旱災較高發生期。

另外，旱災發生次數波動較大，也就是說，相隔一定年限發生較少次數的旱災，進而隨后就會發生較多的旱災。

由此看來，不論是災害的高發期和低發期還是旱災發生的平穩期，災害的分布都是不平衡的，總是表現出一定的起伏狀態，具有此起彼伏的周期性特征。還有災害發生的頻次及其危害程度是不同的，也就是說，災害發生頻次最小的時期不一定是災害造成危害最小的時期。

圖2　關中地區干旱災害頻次距平值變化Fig.2　Change of occurring frequency anomaly of drought disasters in the central Shaanxi Plain in Ming Dynasty

圖3　明代關中地區干旱災害頻次擬合曲線Fig.3　Fitting curve of frequency change of drought disaster in the Shaanxi Plain in Ming Dynasty

2.1.3旱災變化趨勢。旱災的變化趨勢是指在某特定的時間段內體現的一種趨勢，呈現出的趨勢是上升或者下降，可用一元線性和二階多項式擬合趨勢來對這種趨勢進行具體分析。根據干旱災害在不同年代的變化，得出一元線性方程式：y=0.147x+3.047 6，二階擬合方程：y=-0.007 5x2+0.364 6x+1.959 4,式中x表示年份段，即x=1,2,3,…,28代表1368～1377,…，1638～1644。由圖3可知，一元線性擬合表現出干旱災害次數呈現上升趨勢，但增加的幅度不是很大；二階多項式擬合表現在1368～1577年，干旱災害呈現上升趨勢，在1577～1644年基本處于穩定趨勢(變化穩定)。

2.1.4旱災的周期分析。對于旱災的周期分析，可采用Matlab7.0、Suffer9.0和Excel軟件進行分析。短期的天氣過程造成的旱災影響較小，長期的天氣過程造成的旱災影響嚴重，規模較大，和氣候有著密切的關系。小波分析不僅揭示氣候變化的不同時間尺度下的周期特征，而且揭示各種周期信號隨時間變化的強弱。小波變換是一種分析非穩態信號周期譜特征的有效方法，在各項研究中已經得到廣泛應用。Morlet小波是一個連續性的平面波，利用Morlet處理數據可知：小波轉換系數為負值，說明周期信號較弱，周期不顯著；若為正值，說明周期信號較強，周期較顯著。

對關中地區明代旱災周期的分析見圖4(實線代表轉換系數為正值，虛線代表轉換系數為負值)，在明代早期的1368～1388年，主要表現為5～10 a的周期；1398～1638年，10～20 a的周期較顯著；1428～1528年，主要表現為30～35 a的周期振蕩特征；1528～1608年，主要表現40～45 a的周期振蕩特征。由此可見，旱災的變化特征較顯著。

圖4　明代關中地區旱災小波分析Fig.4　Wavelet analysis on drought disaster in the Shaanxi Plain in Ming Dynasty

2.2干旱災害的空間特征分析經統計以及Mapinfo軟件的運用，繪制旱災空間分布圖。由圖5可知，明代干旱災害在關中地區各個地方均有發生，將發生次數分成以下6個層次：65次≤旱災次數<50次，有千陽縣、戶縣和武功縣等地；50次≤旱災次數<40次，有西安市、禮泉縣；30次≤旱災次數<40次，有寶雞市眉縣、鳳縣等地；20次≤旱災次數<30次，有西安市高陵縣、寶雞市、興平縣和長武縣、渭南市的富平縣、合陽縣和華陰市等地；10次≤旱災次數<20次，主要有周至縣、潼關和澄城以及華縣等周邊縣地等；低于10次的有太白縣、涇陽縣、韓城、蒲城縣、宜君縣等地。關中地區災害發生頻繁，主要與關中地區所處的地理位置以及氣候環境有緊密聯系。

圖5　關中地區明代干旱災害空間分析Fig.5　Spatial analysis of drought disaster in the Shaanxi Plain in Ming Dynasty

2.3干旱災害的成因

2.3.1旱災發生的自然因素。對于旱災發生的自然條件可概括為以下幾點：①氣候變化。氣候狀況與自然災害有著密切聯系，氣候波動是造成災害頻繁發生的重要原因之一。明代的氣候是我國氣候史上比較重要的一個階段，是在寒冷的大背景下動態變化的過程，這種變化雖然不是很劇烈，但也引起了異常的波動，導致災害的發生。關中地區屬于典型的溫帶大陸性氣候，降水不足，僅僅以當地的降水量滿足生產、生活的需求是遠遠不夠的，所以該區旱災多發是必然的，而且以春旱、夏旱和連旱為主，這就造就了旱災的季節性變化。②各種災害的相互作用。各種自然災害的發生不是孤立的，他們之間或多或少存在著一些聯系，某些災害的發生可能是另外某些災害發生的原因，如“旱后必澇”。③地質活動。地質活動是形成包括旱災在內的自然災害的重要因素。明代關中地區發生了歷史時期傷亡最重、影響最重、經濟損失嚴重的罕見性地震(1556年)。

2.3.2旱災發生的人為因素。災害的發生與人類活動息息相關，在一定程度上是人類活動的結果。因此，人為因素是旱災發生的重要原因之一。具體可從以下幾點闡述：①農業活動對環境的破壞。在生產力落后的當時，提高耕墾面積是提高經濟的重要手段，但是過度的墾殖加之不完善的技術不可避免地會出現弊大于利的后果，造成生態平衡的破壞。如1638～1640年出現了“赤地千里，餓殍遍地，賣兒鬻女”的特大旱災。②破壞森林，破壞生態平衡。由于人口的增加，土地不斷開發，大量的森林被破壞，地表植被遭到嚴重破壞，這是造成水土流失和荒漠化的原因，對農業的生產也有很大的危害。關中地區以秦嶺北坡為界，到明代后期，終南山的砍伐范圍不斷增加，致使關中地區的生態環境嚴重失衡。③時局的動蕩因素。戰爭最終的結果是百姓的痛苦。尸體的不及時處理會導致病毒滋生，瘟疫盛行。

3結論與討論

通過對明代關中地區干旱災害資料的收集統計分析，對明代關中地區干旱災害的規律、特征以及時空分布有以下幾點認識： ①明代關中地區共發生干旱災害145次，平均每1.91 a發生1次。該時期關中地區發生災害頻繁，是災害高發期。②明代中后期關中地區發生的特大災害、連旱稍多，嚴重影響民計民生，對該時期關中地區的農業經濟影響甚大。③旱災的區域性相對明顯，關中東南部發生次數多于西北部；有階段性以及季節性。④旱災趨勢擬合中，一元線性呈現增加趨勢，二階多項式從增加趨于穩定。⑤在明代早期的1368～1388年，主要表現為5～10 a的周期；1398～1638年，10～20 a的周期較顯著；1428～1528年，主要表現為30～35 a的周期振蕩特征；1528～1608年，主要表現為40～45 a的周期振蕩特征。由此可見，旱災的變化特征較顯著。

一般來說，干旱災害是與農業生產聯系密切。從農業生產的角度來講，在一定時期內，農作物吸收的水分不能滿足正常的需要，危害了農作物的正常發育，甚至使之凋萎、枯死，造成農作物減產甚至絕收，即構成了干旱災害[3]，屬于氣象災害。相比其他的災害，旱災持續的時間長、影響的范圍嚴重，而且對農業生產造成直接的很嚴重的損失，并伴隨著人員傷亡。趙景波等[5]在研究旱災趨勢時采用最小二乘法進行擬合；馬莉等[6]在研究旱災時間變化規律時運用了R/S分析法。對于旱災周期的研究采取小波分析。前人采用的方法對旱災研究具有重要的借鑒意義，但是對于不同地方發生災害的比較研究甚少，只是對整體進行研究，所以得到的經驗都是整體的。該研究對明代關中地區5市34縣發生旱災的程度進行比較，得出具體的地方發生災害的情況；對旱災趨勢運用一元線性擬合和二階多項式擬合，比較在2種情況下旱災趨勢擬合程度。將該研究結果與前人研究結論相結合，可使人們從整體和局部認知災害，從而為預測和防災減災提供可靠依據。該研究數據多出自史料，提高數據的全面性是今后研究的重要突破。另外，該研究因素單一，結合降水等因素對旱災進行分析是今后研究的重點。

參考文獻

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[2] 趙景波,李艷芳,董雯，等.關中地區清代干旱災害研究[J].干旱區研究, 2008,25(6):871-876.

[3] 袁林.西北災荒史[M].蘭州:甘肅人民出版社, 1994: 32-73.

[4] 趙景波, 郁耀闖, 王長燕.1850-1949 年關中地區干旱災害研究[J].陜西師大學報(自然科學版), 2006, 34(4):99-103.

[5] 趙景波,陳穎,周旗.延安地區明代、清代干旱災害與氣候變化對比研究[J].自然災害學報,2011,20(5):82-89.

[6] 馬莉,趙景波.明代陜南地區旱災時空特征分析[J].干旱區資源與環境,2009,23(4):115-119.

基金項目國家自然科學基金項目(40771194，41261049)；新疆大學博士啟動基金項目(BS110124)。

作者簡介趙正坤(1986- )，男，陜西周至人，碩士研究生，研究方向：地理信息系統。

收稿日期2016-03-28

中圖分類號S 423

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)15-096-05

Spatial and Temporal Characteristics of Drought Disaster in the Central Shaanxi Plain in Ming Dynasty

ZHAO Zheng-kun, ZHANG Yong-fu, WANG Juan

(College of Resource and Environment Sciences, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046)

Abstract[Objective] The aim was to discuss the temporal and spatial characteristics of drought disasters in the central Shaanxi Plain in Ming Dynasty. [Method] Through collection of drought disaster data in the central Shaanxi Plain in Ming Dynasty(AD 1368-1644), the grade, frequency, range, spatial and temporal characteristics of drought disaster in the central Shaanxi Plain were analyzed, the frequency and disaster degree in each county was compared. [Result] In Ming Dynasty 277 years, there were 145 times drought disaster totally in the central Shaanxi Plain, with the average rate of 1.91 each year. According to drought level, there were mild drought, medium drought, great drought and especially big drought. Drought disaster was featured by season, which was composed by drought in summer, autumn, winter, spring. From the earlier stage to the later stage of Ming Dynasty, the drought rate was fluctuated, longer and serious. Among them Baoji suffered the disaster more than other areas. [Conclusion] During 277 years of Ming Dynasty, the trend of disasters in the central Shaanxi Plain presented an increasing trend, which can provide theoretical basis for preventing and reducing disasters in the central Shaanxi Plain.

Key wordsDrought disaster; The central Shaanxi Plain; Ming Dynasty; Disaster level; Spatial and temporal distribution