明代晉北地區(qū)干旱災害研究

趙源思 蘇迎慶 牛俊杰

摘要? ? 為研究明代晉北地區(qū)干旱災害的變化規(guī)律及其原因，搜集晉北地區(qū)的歷史資料并進行整理和分析，利用數理方法對該地區(qū)旱災年際變化、季節(jié)變化以及周期性變化進行系統(tǒng)的研究。結果表明，明代晉北地區(qū)共發(fā)生旱災100次，平均每2.7年發(fā)生1次。其中，中度以上旱災比重高達90%，表明明代該地區(qū)域受災程度嚴重。明代晉北地區(qū)旱災年際變化呈現(xiàn)出一個不太典型“W”型擺動式，主要特點為多發(fā)期和少發(fā)期交替波動。該地區(qū)春旱、夏旱和春夏連旱時常發(fā)生，占旱災總數的86%。晉北地區(qū)具有指示該時代氣候特征的2次干旱事件，分別是明代1521—1525年的連續(xù)5年大旱和1628年的大旱災。明代處于氣候史上的干冷期，年降水量減少、降水季節(jié)分配不均、厄爾尼諾現(xiàn)象和太陽黑子的數量變化等自然因素易引發(fā)旱災。人地矛盾突出，人類大肆墾荒與砍伐樹木加劇旱災頻發(fā)。

關鍵詞? ? 干旱災害;明代;晉北地區(qū)

中圖分類號? ? S423? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）08-0201-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

干旱災害是全球范圍內頻繁發(fā)生的一種慢性自然災害，通常是指某一具體時間的降水量比常年平均降水量顯著偏少，進而導致經濟發(fā)展和人類生活受到較大危害的現(xiàn)象[1]。干旱災害會引起水資源匱乏、糧食短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等后果，且影響時間長、范圍廣，直接威脅到國家的糧食安全和經濟發(fā)展[2]。大范圍的干旱災害在中國時常發(fā)生，平均每年有667～2 667 hm2的田地受到災害，最高時受災面積達到4 000萬hm2，每年導致減產數百萬噸到上千萬噸的糧食，這表明干旱災害對我國的發(fā)展影響巨大。20世紀50年代，我國學者開始開展干旱災害方面的研究，至今研究成果已經十分豐碩。從研究尺度來看，既有對一個省或市的中、微觀層面研究，也有對一個流域的宏觀層面研究[3-6]。從研究內容來看，既有對干旱災害的時空特征變化等自然規(guī)律的研究，也有干旱災害對農作物影響的風險評估的研究[3，7-9]。從研究方法來看，有標準化降水指數、啟發(fā)式分割算法、小波分析法等具體數理方法，也有層次分析法、加權綜合評價法、模糊集對評價法等綜合的評價方法[10-12]。總體來看，干旱災害的研究成果較為豐富，但多集中在大的研究尺度上，微觀層面的研究較少。山西降水偏少、大風日多且蒸發(fā)量較大而導致旱災頻發(fā)，嚴重制約著山西的農業(yè)發(fā)展。其中，晉北地區(qū)尤為典型。因此，本文以明代晉北地區(qū)的干旱災害為研究對象，收集大量的歷史文獻資料，分析旱災的等級、頻率及周期，并探討干旱災害的成因，為現(xiàn)代社會應對氣候暖干化和干旱災害提供科學依據。

1? ? 研究區(qū)概況與分析方法

晉北地區(qū)位于山西省北部，包括大同市部分縣區(qū)、朔州市所有縣區(qū)及忻州市的部分縣區(qū)，位于東經110°56′30″～114°32′30″，北緯38°39′56″～40°44′35″，面積共31 375 km2。晉北地區(qū)北部為內蒙古高原，南部是太原盆地，東部是太行山脈，西部為呂梁山脈。該區(qū)域整體地勢偏高，海拔在698～3 092 m之間，地形以山地、丘陵和盆地為主。晉北地區(qū)是溫帶大陸性季風氣候，全年溫差大，平均氣溫在4.6～6.8 ℃之間，降水量多集中7—9月，年降水量為380～460 mm，年均蒸發(fā)量約為2 000 mm。晉北地區(qū)是我國典型的農牧交錯帶，主要農作物為蕎麥，該地區(qū)全年溫差大，降水較少，旱災頻發(fā)，影響農作物生長。

參照《三千年氣象記錄總集》《中國氣象災害大典·山西卷》《山西自然災害史年表》《山西通志》等資料[14-15]，收集關于明代晉北地區(qū)旱災記錄的資料，本文依據歷史文獻資料，對所得數據進行SPSS多項式擬合及小波計算分析。

2? ? 明代晉北地區(qū)干旱災害分析

2.1? ? 旱災等級劃分

根據相關歷史資料，將晉北地區(qū)明代干旱災害劃分為以下4個等級序列[13-15]。

第一級為輕度旱災。資料中只簡單地記載了某個地區(qū)的干旱情況，沒有涉及所造成的影響或者后果。如1479年，大同等十五衛(wèi)旱災[14]。

第二級為中度旱災。資料中有記載旱災涉及區(qū)域較大，使用“大旱”等詞，發(fā)布免賦稅、緩征賦稅等政策，造成糧食欠收、人民基本生活水平下降等影響。如1496年，以旱災免山西大同府屬州縣及行都司屬衛(wèi)所弘治九年（1496年）秋糧籽粒有差[14]。

第三級為大旱災。資料中描述為地域性大旱，糧食減產十分嚴重甚至無收成，百姓無以為食，糧食價格一路上漲，社會問題顯著等，此類旱災為大旱災。如1602年，春，崞縣大饑，斗米數百錢，縣令李年新各鄉(xiāng)施粥，活人甚多[15]。

第四級為特大旱災。旱災發(fā)生的范圍大且持續(xù)時間長，資料中有表明河流干枯，百姓無食果腹、無家可歸并大量死亡，牲畜亦大量死亡，百姓的財產損失巨大，此類旱災為特大旱災。如1609年，定襄終歲不雨，大荒，窮民啖草根樹皮充饑，死亡不計其數[15]。

2.2? ? 旱災等級特征分析

1368—1644年期間，晉北地區(qū)明確記錄的旱災共計100次，平均每2.7年發(fā)生1次。其中，輕度旱災發(fā)生10次，占旱災總數的10%;中度旱災68次，占旱災總數的68%;大旱災發(fā)生11次，占旱災總數的11%;特大旱災發(fā)生11次，占旱災總數的11%。

2.3? ? 旱災的年際變化

由圖1可看出，1368—1644年晉北地區(qū)旱災頻次變化具有一定的規(guī)律，呈不太典型“W”型擺動式，即晉北地區(qū)旱災的變化以多發(fā)期和少發(fā)期的交替波動出現(xiàn)為主要特點[16]，明代前期旱災發(fā)生頻數較少，中后期旱災發(fā)生次數較多[17]。具體來說，1365—1474年、1535—1604年這2個時段是旱災的少發(fā)期，1475—1534年、1605—1644年2個時段是旱災的多發(fā)期。

整體上來說，1368—1644年晉北地區(qū)旱災頻發(fā)，平均每10年有3.6次旱災。1495—1504年，1625—1634年旱災最頻繁，超過7次;其次是1485—1494年，1515—1524年，1525—1534年各有6次旱災。在1515—1524年的6次旱災中，四級旱災有4次，這10年旱災頻發(fā)且嚴重。明代中后期旱災頻發(fā)，給百姓帶來嚴重的影響與傷害。

2.4? ? 旱災的季節(jié)變化

由于記錄等原因，歷史文獻中部分旱災并沒有提及發(fā)生的季節(jié)。統(tǒng)計中有旱災發(fā)生時間的具體記載共43次，用來分析旱災的季節(jié)變化，見圖2。

晉北地區(qū)的單季旱主要是春旱和夏旱，分別記載了15次和13次，冬旱發(fā)生概率小，記載中只有1次。春夏連旱出現(xiàn)了9次，發(fā)生次數較多。夏秋旱和春夏秋旱各發(fā)生1次，全年旱在記載中有3次。由統(tǒng)計可知，晉北地區(qū)在這276年間春旱、夏旱和春夏連旱時常發(fā)生，占旱災總數的86%。

2.5? ? 旱災發(fā)生的周期性

小波分析可以清楚地揭示出時間序列中隱藏的各種變化周期，特別是在多個時間尺度條件下研究某地干旱潛力變化周期時，具有很大的科學和實用價值[18-19]。不同研究尺度下干旱變化周期也會有所不同，小時間尺度的變化周期往往嵌套在大尺度的變化周期中[20]。本文利用MATLAB軟件的Morlet小波分析功能分析了晉北干旱的周期性。

1368—1644年晉北干旱周期在不同時間尺度上變化顯著。在1465—1534年和1606—1644年期間，主要表現(xiàn)出1～2年的周期性。在10年以下的尺度上無明顯規(guī)律。在20年以下尺度上，有不明顯的16—19年的準周期，1485—1584年旱災頻次較多。

3? ? 干旱氣候事件

正德十六年（1521年）到嘉靖四年（1525年）的連續(xù)5年大旱，其中3次特大災害，2次中度災害。特別是正德十六年（1521年），大同所屬各州縣旱災和雹災連續(xù)不斷，災情相當嚴重。還有嘉靖元年（1522年），偏關縣“大旱，八月不雨，地干千丈，五谷不能種，餓死盈野[14]。”嘉靖二年（1523年），大同、懷仁出現(xiàn)赤地千里的景象。

崇禎元年（1628年）發(fā)生特大旱災。災害波及范圍廣、持續(xù)時間長、五谷無法種植、餓死人口大半，也直接導致了1629年的大饑荒[15]。

4? ? 旱災原因分析

4.1? ? 氣候變化與旱災的關系

由于氣候和地形條件的綜合影響，晉北地區(qū)易發(fā)生旱災[21-22]。中國氣候學家竺可楨和丹麥地球物理學家丹斯加德等人對氣候史的研究表明，整個明代都處于氣候史上的寒冷期。17世紀的明末清初是本次寒冷期最寒冷的時候，也有人稱之為“17世紀小冰期”或“明清宇宙期”[23]。這種特殊的氣候背景使明代氣溫偏低、降水偏少，從而導致干旱災害頻發(fā)。

年降水量減少會引起旱災。不同年份季風環(huán)流進退時間與持續(xù)長短不一，因而年降水量就會不穩(wěn)定。當大氣環(huán)流引發(fā)年降水量減少時，就會引發(fā)大范圍的特大旱災[24]。由于歷史資料的局限性，明代晉北地區(qū)的降水量數據無法獲得，然而現(xiàn)代干旱年份的降水量可作為歷史時期發(fā)生旱災年份的降水量推斷依據。根據中國氣象科學數據共享服務網中的記錄大旱災年份的降水量數據，大旱災出現(xiàn)年份的平均降水量約332.7 mm，年降水距平值可達-192.4 mm。依據現(xiàn)代大旱年降水量波動的情況，可大致推斷出歷史時期該地（特）大旱災發(fā)生時，年降水量<332.7 mm。

晉北地區(qū)為大陸性季風氣候，季節(jié)降水不均，且該地區(qū)西部高大的太行山脈阻擋了東南季風帶來的降水，易發(fā)生旱災。該地區(qū)緯度較高，光熱資源較豐富，春季大風日較多，加劇了流域的蒸發(fā)量。大的蒸發(fā)量勢必造成土壤含水量經常處于較低狀態(tài)，墑情較差，易出現(xiàn)干旱。

厄爾尼諾現(xiàn)象、太陽黑子的數量與山西省大旱具有很強的相關性[25]。研究認為：在厄爾尼諾發(fā)生期間，山西省干旱災害頻繁發(fā)生。光緒年間的大旱災就是受厄爾尼諾事件的影響[23]。在太陽黑子數量為高低值轉換過渡期，山西省容易發(fā)生旱災。

4.2? ? 人類活動的影響

人類活動對地表植被的影響是晉北地區(qū)旱災發(fā)生的主要人為影響因素。植被可以保護土壤中的水分，當植被大面積減少時，容易發(fā)生水土流失和土地沙漠化。元末明初時期，中原地區(qū)戰(zhàn)亂不斷、災害不斷，導致人口凋零且土地荒蕪，而山西受戰(zhàn)爭和災害的侵擾很少，總體上安定富足，致使明初山西總人口數大幅度增加，逾六百萬人，人地矛盾突出。為了解決人地關系日益緊張的問題，明初朱元璋獎勵墾荒，軍屯、民屯、商屯在山西均有成效[26]，無數民眾為了維持生計而爭奪墾辟丘陵山地、河谷平原，導致林地植被大面積破壞。這種大肆墾荒的行為使晉北地區(qū)生態(tài)環(huán)境變得脆弱。另外，明朝中期北京修建宮殿，管涔山樹木被大肆砍伐;明代前期森林一望無際，郁郁蔥蔥;明后期，植被已砍伐殆盡，這進一步加劇了晉北地區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞。晉北地區(qū)大面積墾荒，大肆砍伐樹木，導致當地水土流失和生態(tài)環(huán)境惡化，加劇干旱。

5? ? 結論

（1）明代晉北地區(qū)共發(fā)生旱災100次，平均每2.7年發(fā)生1次。其中，中度以上旱災比重高達90%，說明明代晉北地區(qū)旱災十分嚴重。

（2）1368—1644年旱災年際變化呈現(xiàn)出一個不太典型“W”型擺動式，這說明晉北地區(qū)旱災頻數的變化具有一定的規(guī)律，即旱災的變化以多發(fā)期和少發(fā)期的交替波動出現(xiàn)為主要特點。整體上來說，1368—1644年晉北地區(qū)旱災頻發(fā)，平均每10年有3.6次旱災。1495—1504年，1625—1634年旱災最頻繁，超過7次;其次是在1485—1494年，1515—1524年，1525—1534年各有6次旱災。在1465—1534年和1606—1644年期間，主要表現(xiàn)為1～2年的周期。

明代晉北地區(qū)的單季旱主要是春旱和夏旱，分別記載了15次和13次，占旱災總數的65%。冬旱發(fā)生概率小，在記載中只有1次。春夏連旱發(fā)生了9次，發(fā)生次數較多。夏秋旱和春夏秋旱各發(fā)生一次，全年旱在記載中有3次。

根據資料，明代晉北地區(qū)正德十六（1521年）年到嘉靖四年（1525年）的連續(xù)5年大旱和崇禎元年（1628年）的旱災災情十分嚴重。

明代處于氣候史上的干冷期，降水的年際變化和季節(jié)分配不均易引起干旱，厄爾尼諾現(xiàn)象、太陽黑子的數量與山西省大旱具有很強的相關性。人地矛盾突出，人類大肆墾荒與砍伐樹木加劇旱災頻發(fā)、災情嚴重。

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