明代晋北地区干旱灾害研究

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　　摘要    为研究明代晋北地区干旱灾害的变化规律及其原因，搜集晋北地区的历史资料并进行整理和分析，利用数理方法对该地区旱灾年际变化、季节变化以及周期性变化进行系统的研究。结果表明，明代晋北地区共发生旱灾100次，平均每2.7年发生1次。其中，中度以上旱灾比重高达90%，表明明代该地区域受灾程度严重。明代晋北地区旱灾年际变化呈现出一个不太典型“W”型摆动式，主要特点为多发期和少发期交替波动。该地区春旱、夏旱和春夏连旱时常发生，占旱灾总数的86%。晋北地区具有指示该时代气候特征的2次干旱事件，分别是明代1521—1525年的连续5年大旱和1628年的大旱灾。明代处于气候史上的干冷期，年降水量减少、降水季节分配不均、厄尔尼诺现象和太阳黑子的数量变化等自然因素易引发旱灾。人地矛盾突出，人类大肆垦荒与砍伐树木加剧旱灾频发。
　　关键词    干旱灾害;明代;晋北地区
　　中图分类号    S423        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）08-0201-03                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　干旱灾害是全球范围内频繁发生的一种慢性自然灾害，通常是指某一具体时间的降水量比常年平均降水量显著偏少，进而导致经济发展和人类生活受到较大危害的现象[1]。干旱灾害会引起水资源匮乏、粮食短缺、生态环境恶化等后果，且影响时间长、范围广，直接威胁到国家的粮食安全和经济发展[2]。大范围的干旱灾害在中国时常发生，平均每年有667～2 667 hm2的田地受到灾害，最高时受灾面积达到4 000万hm2，每年导致减产数百万吨到上千万吨的粮食，这表明干旱灾害对我国的发展影响巨大。20世纪50年代，我国学者开始开展干旱灾害方面的研究，至今研究成果已经十分丰硕。从研究尺度来看，既有对一个省或市的中、微观层面研究，也有对一个流域的宏观层面研究[3-6]。从研究内容来看，既有对干旱灾害的时空特征变化等自然规律的研究，也有干旱灾害对农作物影响的风险评估的研究[3，7-9]。从研究方法来看，有标准化降水指数、启发式分割算法、小波分析法等具体数理方法，也有层次分析法、加权综合评价法、模糊集对评价法等综合的评价方法[10-12]。总体来看，干旱灾害的研究成果较为丰富，但多集中在大的研究尺度上，微观层面的研究较少。山西降水偏少、大风日多且蒸发量较大而导致旱灾频发，严重制约着山西的农业发展。其中，晋北地区尤为典型。因此，本文以明代晋北地区的干旱灾害为研究对象，收集大量的历史文献资料，分析旱灾的等级、频率及周期，并探讨干旱灾害的成因，为现代社会应对气候暖干化和干旱灾害提供科学依据。
　　1    研究区概况与分析方法
　　晋北地区位于山西省北部，包括大同市部分县区、朔州市所有县区及忻州市的部分县区，位于东经110°56′30″～114°32′30″，北纬38°39′56″～40°44′35″，面积共31 375 km2。晋北地区北部为内蒙古高原，南部是太原盆地，东部是太行山脉，西部为吕梁山脉。该区域整体地势偏高，海拔在698～3 092 m之间，地形以山地、丘陵和盆地为主。晋北地区是温带大陆性季风气候，全年温差大，平均气温在4.6～6.8 ℃之间，降水量多集中7—9月，年降水量为380～460 mm，年均蒸发量约为2 000 mm。晋北地区是我国典型的农牧交错带，主要农作物为荞麦，该地区全年温差大，降水较少，旱灾频发，影响农作物生长。
　　参照《三千年气象记录总集》《中国气象灾害大典·山西卷》《山西自然灾害史年表》《山西通志》等资料[14-15]，收集关于明代晋北地区旱灾记录的资料，本文依据历史文献资料，对所得数据进行SPSS多项式拟合及小波计算分析。
　　2    明代晋北地区干旱灾害分析
　　2.1    旱灾等级划分
　　根据相关历史资料，将晋北地区明代干旱灾害划分为以下4个等级序列[13-15]。
　　第一级为轻度旱灾。资料中只简单地记载了某个地区的干旱情况，没有涉及所造成的影响或者后果。如1479年，大同等十五卫旱灾[14]。
　　第二级为中度旱灾。资料中有记载旱灾涉及区域较大，使用“大旱”等词，发布免赋税、缓征赋税等政策，造成粮食欠收、人民基本生活水平下降等影响。如1496年，以旱灾免山西大同府属州县及行都司属卫所弘治九年（1496年）秋粮籽粒有差[14]。
　　第三级为大旱灾。资料中描述为地域性大旱，粮食减产十分严重甚至无收成，百姓无以为食，粮食价格一路上涨，社会问题显著等，此类旱灾为大旱灾。如1602年，春，崞县大饥，斗米数百钱，县令李年新各乡施粥，活人甚多[15]。
　　第四级为特大旱灾。旱灾发生的范围大且持续时间长，资料中有表明河流干枯，百姓无食果腹、无家可归并大量死亡，牲畜亦大量死亡，百姓的财产损失巨大，此类旱灾为特大旱灾。如1609年，定襄终岁不雨，大荒，穷民啖草根树皮充饥，死亡不计其数[15]。 　　2.2    旱灾等级特征分析
　　1368—1644年期间，晋北地区明确记录的旱灾共计100次，平均每2.7年发生1次。其中，轻度旱灾发生10次，占旱灾总数的10%;中度旱灾68次，占旱灾总数的68%;大旱灾发生11次，占旱灾总数的11%;特大旱灾发生11次，占旱灾总数的11%。
　　2.3    旱灾的年际变化
　　由图1可看出，1368—1644年晋北地区旱灾频次变化具有一定的规律，呈不太典型“W”型摆动式，即晋北地区旱灾的变化以多发期和少发期的交替波动出现为主要特点[16]，明代前期旱灾发生频数较少，中后期旱灾发生次数较多[17]。具体来说，1365—1474年、1535—1604年这2个时段是旱灾的少发期，1475—1534年、1605—1644年2个时段是旱灾的多发期。
　　整体上来说，1368—1644年晋北地区旱灾频发，平均每10年有3.6次旱灾。1495—1504年，1625—1634年旱灾最频繁，超过7次;其次是1485—1494年，1515—1524年，1525—1534年各有6次旱灾。在1515—1524年的6次旱灾中，四级旱灾有4次，这10年旱灾频发且严重。明代中后期旱灾频发，给百姓带来严重的影响与伤害。
　　2.4    旱灾的季节变化
　　由于记录等原因，历史文献中部分旱灾并没有提及发生的季节。统计中有旱灾发生时间的具体记载共43次，用来分析旱灾的季节变化，见图2。
　　晋北地区的单季旱主要是春旱和夏旱，分别记载了15次和13次，冬旱发生概率小，记载中只有1次。春夏连旱出现了9次，发生次数较多。夏秋旱和春夏秋旱各发生1次，全年旱在记载中有3次。由统计可知，晋北地区在这276年间春旱、夏旱和春夏连旱时常发生，占旱灾总数的86%。
　　2.5    旱灾发生的周期性
　　小波分析可以清楚地揭示出时间序列中隐藏的各种变化周期，特别是在多个时间尺度条件下研究某地干旱潜力变化周期时，具有很大的科学和实用价值[18-19]。不同研究尺度下干旱变化周期也会有所不同，小时间尺度的变化周期往往嵌套在大尺度的变化周期中[20]。本文利用MATLAB软件的Morlet小波分析功能分析了晋北干旱的周期性。
　　1368—1644年晋北干旱周期在不同时间尺度上变化显著。在1465—1534年和1606—1644年期间，主要表现出1～2年的周期性。在10年以下的尺度上无明显规律。在20年以下尺度上，有不明显的16—19年的准周期，1485—1584年旱灾频次较多。
　　3    干旱气候事件
　　正德十六年（1521年）到嘉靖四年（1525年）的连续5年大旱，其中3次特大灾害，2次中度灾害。特别是正德十六年（1521年），大同所属各州县旱灾和雹灾连续不断，灾情相当严重。还有嘉靖元年（1522年），偏关县“大旱，八月不雨，地干千丈，五谷不能种，饿死盈野[14]。”嘉靖二年（1523年），大同、怀仁出现赤地千里的景象。
　　崇祯元年（1628年）发生特大旱灾。灾害波及范围广、持续时间长、五谷无法种植、饿死人口大半，也直接导致了1629年的大饥荒[15]。
　　4    旱灾原因分析
　　4.1    气候变化与旱灾的关系
　　由于气候和地形条件的综合影响，晋北地区易发生旱灾[21-22]。中国气候学家竺可桢和丹麦地球物理学家丹斯加德等人对气候史的研究表明，整个明代都处于气候史上的寒冷期。17世纪的明末清初是本次寒冷期最寒冷的时候，也有人称之为“17世纪小冰期”或“明清宇宙期”[23]。这种特殊的气候背景使明代氣温偏低、降水偏少，从而导致干旱灾害频发。
　　年降水量减少会引起旱灾。不同年份季风环流进退时间与持续长短不一，因而年降水量就会不稳定。当大气环流引发年降水量减少时，就会引发大范围的特大旱灾[24]。由于历史资料的局限性，明代晋北地区的降水量数据无法获得，然而现代干旱年份的降水量可作为历史时期发生旱灾年份的降水量推断依据。根据中国气象科学数据共享服务网中的记录大旱灾年份的降水量数据，大旱灾出现年份的平均降水量约332.7 mm，年降水距平值可达-192.4 mm。依据现代大旱年降水量波动的情况，可大致推断出历史时期该地（特）大旱灾发生时，年降水量<332.7 mm。
　　晋北地区为大陆性季风气候，季节降水不均，且该地区西部高大的太行山脉阻挡了东南季风带来的降水，易发生旱灾。该地区纬度较高，光热资源较丰富，春季大风日较多，加剧了流域的蒸发量。大的蒸发量势必造成土壤含水量经常处于较低状态，墒情较差，易出现干旱。
　　厄尔尼诺现象、太阳黑子的数量与山西省大旱具有很强的相关性[25]。研究认为：在厄尔尼诺发生期间，山西省干旱灾害频繁发生。光绪年间的大旱灾就是受厄尔尼诺事件的影响[23]。在太阳黑子数量为高低值转换过渡期，山西省容易发生旱灾。
　　4.2    人类活动的影响
　　人类活动对地表植被的影响是晋北地区旱灾发生的主要人为影响因素。植被可以保护土壤中的水分，当植被大面积减少时，容易发生水土流失和土地沙漠化。元末明初时期，中原地区战乱不断、灾害不断，导致人口凋零且土地荒芜，而山西受战争和灾害的侵扰很少，总体上安定富足，致使明初山西总人口数大幅度增加，逾六百万人，人地矛盾突出。为了解决人地关系日益紧张的问题，明初朱元璋奖励垦荒，军屯、民屯、商屯在山西均有成效[26]，无数民众为了维持生计而争夺垦辟丘陵山地、河谷平原，导致林地植被大面积破坏。这种大肆垦荒的行为使晋北地区生态环境变得脆弱。另外，明朝中期北京修建宫殿，管涔山树木被大肆砍伐;明代前期森林一望无际，郁郁葱葱;明后期，植被已砍伐殆尽，这进一步加剧了晋北地区生态环境的破坏。晋北地区大面积垦荒，大肆砍伐树木，导致当地水土流失和生态环境恶化，加剧干旱。 　　5    结论
　　（1）明代晋北地区共发生旱灾100次，平均每2.7年发生1次。其中，中度以上旱灾比重高达90%，说明明代晋北地区旱灾十分严重。
　　（2）1368—1644年旱灾年际变化呈现出一个不太典型“W”型摆动式，这说明晋北地区旱灾频数的变化具有一定的规律，即旱灾的变化以多发期和少发期的交替波动出现为主要特点。整体上来说，1368—1644年晋北地区旱灾频发，平均每10年有3.6次旱灾。1495—1504年，1625—1634年旱灾最频繁，超过7次;其次是在1485—1494年，1515—1524年，1525—1534年各有6次旱灾。在1465—1534年和1606—1644年期间，主要表现为1～2年的周期。
　　明代晋北地区的单季旱主要是春旱和夏旱，分别记载了15次和13次，占旱灾总数的65%。冬旱发生概率小，在记载中只有1次。春夏连旱发生了9次，发生次数较多。夏秋旱和春夏秋旱各发生一次，全年旱在记载中有3次。
　　根据资料，明代晋北地区正德十六（1521年）年到嘉靖四年（1525年）的连续5年大旱和崇祯元年（1628年）的旱灾灾情十分严重。
　　明代处于气候史上的干冷期，降水的年际变化和季节分配不均易引起干旱，厄尔尼诺现象、太阳黑子的数量与山西省大旱具有很强的相关性。人地矛盾突出，人类大肆垦荒与砍伐树木加剧旱灾频发、灾情严重。
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