明代汾河流域旱災(zāi)時空特征分析

高 策，鄒文卿

（山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究中心，山西太原 030006）

旱災(zāi)是指久晴不雨，農(nóng)作物體內(nèi)水分大量缺乏，從而導(dǎo)致農(nóng)作物生長發(fā)育不良而減產(chǎn)甚至絕收的災(zāi)害［1］。中國古代旱災(zāi)頻繁，歷代史書、地方志、宮廷檔案、碑文、刻記以及其他文物史料中均有記載，旱災(zāi)的發(fā)生頻率和強度直接影響著農(nóng)牧林業(yè)的生產(chǎn)。明代旱災(zāi)的危害是僅次于水災(zāi)的自然災(zāi)害，據(jù)鄧拓先生研究表明，明代共發(fā)生旱災(zāi)174次（水災(zāi)196次）［2］，與此同時，關(guān)于明代（1368-1644）開封地區(qū)，陜南地區(qū)、濟南地區(qū)等的研究結(jié)果也表明，旱災(zāi)發(fā)生的頻率和強度有很大的空間異質(zhì)性。

汾河流域地處黃河中游，地理位置東經(jīng)110°30＇～113°32＇，北緯 35°20＇～39°00＇，地處中緯度大陸性季風(fēng)氣候帶，屬我國東部季風(fēng)氣候區(qū)與蒙新高原氣候區(qū)過渡帶，受極地大陸氣團和副熱帶海洋氣團的影響，為半干旱、半濕潤型氣候過渡區(qū)［3］。關(guān)于整個歷史時期涉及汾河流域的干旱災(zāi)害，前人盡管已經(jīng)做過一些研究，但針對明代汾河流域的旱災(zāi)研究還相當(dāng)薄弱。此外，當(dāng)今學(xué)術(shù)界對于歷史時期旱災(zāi)等級的劃分標準不統(tǒng)一，大多都是根據(jù)史料記載確定當(dāng)時整個區(qū)域的災(zāi)害等級，雖然這樣可以直觀地看出一個區(qū)域受害程度，但是因為史料對災(zāi)害的記載多是以縣為單位的，這樣在評判整個區(qū)域的災(zāi)害等級時就存在很多的人為性，并且忽略了整個區(qū)域災(zāi)害的空間差異性。所有關(guān)于干旱的統(tǒng)計與分析都是以干旱等級的正確劃分為基礎(chǔ)的，因此歷史時期干旱等級的劃分是否正確，干旱指標的選取是否恰當(dāng)，在干旱問題的研究中具有特別重大的意義［4］。

本文以縣為單位的等級劃分方法，以《山西自然災(zāi)害史年表》《中國氣象三千年記錄總集》《中國氣象災(zāi)害大典（山西卷）》《山西自然災(zāi)害》《汾河志》為基本資料庫，以線性回歸方法對明代汾河流域旱災(zāi)頻率和強度的變化趨勢進行估計，并在此基礎(chǔ)上運用t分析方法對旱災(zāi)的頻率和強度在時間變化上是否存在突變進行檢驗。同時，對明代汾河流域旱災(zāi)頻率和強度的空間分布進行分析。以便對區(qū)域旱災(zāi)的研究和汾河流域的旱災(zāi)防治起到一定的指導(dǎo)作用。

一 研究區(qū)域行政范圍概況

明代，汾河流域內(nèi)各州縣在1595年之前沒有發(fā)生過較大變化，主要包括3府33個縣，其中太原府13個縣（寧武、靜樂、嵐縣、陽曲、壽陽、太原、榆次、清徐、徐溝、交城、文水、太谷、祁縣），汾州3個縣（平遙、孝義、介休），平陽府17個縣（靈石、汾西、霍州、趙城、岳陽、洪洞、臨汾、襄陵、浮山、太平、翼城、曲沃、絳州、稷山、河津、榮河、萬泉）。明萬歷二十三年（1595）五月，山西府、州、縣變化較大，其后無大變化，最晚的變動時間為萬歷四十三年（1615）。涉及汾河流域的有:（1）汾州府，元為汾州，屬冀寧路，明洪武元年（1368），改冀寧路為太原府，汾州屬太原府，洪武九年（1376）直隸布政司，萬歷二十三年（1595）五月升為汾州府，領(lǐng)1州7縣。（2）汾陽縣，原名西河縣，洪武初省入州，萬歷二十三年（1595）五月復(fù)置，更名汾陽縣。（3）靈石縣，萬歷二十三年（1595）由平陽府改屬汾州府，萬歷四十三年（1615）還屬平陽府。明代（1368-1644）汾河流域行政區(qū)劃圖及上游、中游和下游范圍如圖1所示。

圖1 明代（1368-1644）汾河流域行政區(qū)劃圖

二 研究方法介紹

（一）等級劃分方法

根據(jù)歷史文獻資料描述旱災(zāi)的特點，參照趙景波等人對歷史旱災(zāi)的等級劃分標準［5］，本文從單位縣出發(fā)，主要考察災(zāi)害的影響和持續(xù)的時間，同時參照相鄰縣的受災(zāi)情況，將旱災(zāi)劃分為1級（偏旱）、2級（旱）、3級（大旱）、4級（特大旱）四個等級，具體評判標準如下:

1級（偏旱）:原文只記載“旱”、“傷苗”、“歉（欠）收”。如明洪武三年（1370），太谷夏旱、太原旱、曲沃旱;明宣德八年（1433），曲沃、太原“旱”。

2級（旱）:記載有“旱饑”、“旱蝗”、“夏秋旱”或跨月、跨季度旱，減免賦稅、緩征額賦，小河流的水竭，不在夏季以內(nèi)的“河水竭”、“井泉涸”，農(nóng)作物“禾槁”、“禾枯”。如明洪武七年（1374），二月太原平陽州旱蝗，并免租稅;明嘉靖二十九年（1550），七月以旱免太原等府稅糧。

3級（大旱）:較大區(qū)域大旱，赤地千里，糧食嚴重歉（欠）收，記載有“大旱”、“旱大饑”、“大旱蝗”等。如明成化十八年（1482），壽陽夏五月不雨至秋七月，苗盡槁，大旱;明弘治十八年（1505），太谷大旱、大旱饑，道殣相望，五月不雨至七月，苗盡枯。

4級（特大旱）:大河水竭以及夏季多雨季節(jié)時河流“竭”、“涸”，人口大面積死亡，人民生命財產(chǎn)受到重大損失，記載有“歲大饑，人相食”。如明萬歷十四年（1586），太原、平陽、汾陽等屬大旱，赤地千里，餓殍遍野，疫癘死者枕藉;明崇禎十三年（1640），太平大旱，汾水竭，襄陵，大旱汾水竭，饑民北逃不絕，翼城大旱歲饑，人相食。

根據(jù)上述等級劃分方法統(tǒng)計得出，在明代277年中，汾河流域范圍內(nèi)共發(fā)生旱災(zāi)147年次，2 110縣次，平均每年發(fā)生旱災(zāi)7.6縣次，平均每個干旱年發(fā)生旱災(zāi)14.6縣次，其中2級旱災(zāi)發(fā)生縣次最多（991縣次），幾乎占發(fā)生旱災(zāi)總縣次的一半（47%），3級旱災(zāi)次之（561縣次），4級旱災(zāi)最少，僅占發(fā)生旱災(zāi)總縣次的10%（圖2）。

圖2 明代（1368-1644）汾河流域各級旱災(zāi)縣次圖

（二）數(shù)據(jù)處理

1.數(shù)據(jù)序列的構(gòu)建

按照上述災(zāi)害等級劃分方法，本文首先統(tǒng)計每個縣每年發(fā)生的災(zāi)害等級，然后計算每個縣發(fā)生旱災(zāi)總頻次和各級旱災(zāi)頻次以及每個等級旱災(zāi)發(fā)生的縣次，接下來以5年為單位分別統(tǒng)計汾河流域各個季節(jié)旱災(zāi)頻次以及季節(jié)連旱頻次以及汾河流域上中下游發(fā)生旱災(zāi)頻次。

2.數(shù)據(jù)處理的方法

線性回歸檢驗（LR）是利用數(shù)理統(tǒng)計中用來確定兩種變量間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計分析方法，采用LR方法處理數(shù)據(jù)所得結(jié)果直觀并且易于理解（線性圖），因此運用十分廣泛。本文利用Sigmaplot 10.0軟件中的線性回歸模塊對明代汾河流域旱災(zāi)的時空變化特征進行直線單調(diào)趨勢檢驗（即對相關(guān)系數(shù)r，年變率b和截距a進行計算，同時檢驗趨勢b的顯著性）。

t檢驗是一種在σ未知時人們廣泛采用的解決平均數(shù)的顯著性檢驗的方法，計算公式為:

式中y1、y2分別表示兩個子系列均值，n1、n2分別表示兩個子系列單位時間段的個數(shù)，s1、s2分別表示兩個子系列的方差。本文采用t檢驗對明代汾河流域旱災(zāi)系列數(shù)據(jù)進行突變趨勢檢驗，P＜0.1、0.05、0.01和0.001即達到弱顯著、顯著、非常顯著和極顯著水平。

旱災(zāi)強度平均等級計算方法:由于旱災(zāi)頻次的高低僅反映區(qū)域旱災(zāi)的易發(fā)程度，卻不能反映旱災(zāi)的強度大小，因此本文利用加權(quán)平均的方法，求出每個縣的旱災(zāi)強度平均等級值I，公式如下:

I=（a+2b+3c+4d）/（a+b+c+d），其中:I表示某縣旱災(zāi)強度平均等級值，a、b、c、d分別表示某縣 1、2、3、4 級旱災(zāi)發(fā)生頻次。

三 時間變化特征

（一）年度變化

LR檢驗結(jié)果表明（圖3所示）:明代汾河流域旱災(zāi)頻次隨時間呈極顯著增加趨勢（P＜0.001），并且連續(xù)兩年旱的有14次，連續(xù)3年旱的有6次，連續(xù)4年旱的有3次，連續(xù)5年旱的有2次。

圖3 明代（1368-1644）汾河流域旱災(zāi)頻次變化趨勢圖（a:5年為單位b:50年為單位）

表1 明代（1368-1644）汾河流域旱災(zāi)t檢驗分析表（5年為單位）

t檢驗結(jié)果表明（表1所示）:當(dāng)n1=21，n2=35時，t的絕對值達到最大（p＜0.001），第二子系列的平均值明顯高于第一子系列的平均值，說明從1473年開始，汾河流域旱災(zāi)發(fā)生頻率明顯高于之前。在1473年之前21個單位時間內(nèi)，僅有9次大于均值，而在1473年之后的35個單位時間內(nèi)，大于均值的次數(shù)過半（18次）。明代旱災(zāi)年度變化分為兩段，在1473年之前的105年中，只有28個干旱年，平均每3.75年發(fā)生一次旱災(zāi)，是汾河流域旱災(zāi)發(fā)生較少期，從1473到1644的172年中，就有119年發(fā)生旱災(zāi)，平均1.45年發(fā)生一次旱災(zāi)，是旱災(zāi)發(fā)生頻發(fā)期。另外，旱災(zāi)發(fā)生頻率最高的年份為1483-1487、1493-1497、1528-1532、1533-1537、1563-1567、1598-1602、1633-1637、1638-1642，每年都有旱災(zāi)。沒有發(fā)生旱災(zāi)的年份為1383-1387、1393-1397、1398-1402、1403-1407、1418-1422、1458-1462（圖3左）。

（二）季節(jié)特征

據(jù)統(tǒng)計（見下頁圖4所示），在明代277年中，汾河流域旱災(zāi)就季節(jié)分布來說，夏旱發(fā)生最多，為72次，占28.57%;秋旱和春旱次之，分別發(fā)生43次和41次，占16.27%、17.06%;冬旱發(fā)生最少，發(fā)生16次，占6.35%。在季節(jié)連旱方面，春夏連旱發(fā)生最多，為34次，占13.49%;夏秋連旱次之，發(fā)生27次，占 10.71%;春夏秋連旱較少，為 15次，占5.95%;四季連旱最少，為4次，占1.59%。

圖4 明代（1368-1644）汾河流域各季發(fā)生旱災(zāi)頻次圖

由此可見，明代汾河流域的旱災(zāi)是以春、夏、秋旱為主，這三個季節(jié)的旱災(zāi)占到了總次數(shù)的61.9%。而這其中又以夏旱最多，這個階段是秋季作物需水比較多的階段，所以只要出現(xiàn)降水偏少或關(guān)鍵節(jié)氣不降雨，極易造成嚴重伏旱。在季節(jié)連旱方面，春夏連旱和夏秋連旱發(fā)生較多。

四 旱災(zāi)空間分布

明代汾河流域的旱災(zāi)分布很廣，所有縣都有發(fā)生，平均每個縣發(fā)生62.06次，上游發(fā)生116縣次，平均每個縣發(fā)生36.67次;中游發(fā)生662縣次，平均每個縣發(fā)生47.29次;下游發(fā)生1 332縣次，平均每個縣發(fā)生78.35次。汾河流域下游旱災(zāi)發(fā)生頻率明顯高于上游和中游（見圖5），說明汾河流域的旱災(zāi)主要是以下游為主。

圖5 明代（1368-1644）汾河流域上中下游旱災(zāi)頻次圖

從圖6、7、8可以看出，中游和下游的旱災(zāi)頻次分別呈非常顯著和極顯著增加趨勢，并且下游旱災(zāi)遞增速率大于中游，而上游旱災(zāi)遞增速率不顯著。下面我們將從頻次和強度兩個方面研究明代汾河流域旱災(zāi)空間分布特征。

圖6 上游旱災(zāi)頻次（5年為單位）趨勢圖

圖7 中游旱災(zāi)頻次（5年為單位）趨勢圖

圖8 下游旱災(zāi)頻次（5年為單位）趨勢圖

（一）頻次分區(qū)

明代汾河流域旱災(zāi)發(fā)生頻次最少的縣是平遙（26次），平均10.62年發(fā)生一次旱災(zāi)。發(fā)生最多的縣是臨汾（101次），平均2.73年就發(fā)生一次旱災(zāi)。其他縣發(fā)生的旱災(zāi)頻次都在26-101次之間。

根據(jù)每個縣發(fā)生的旱災(zāi)頻次，我們把發(fā)生旱災(zāi)頻次小于45次的縣歸為不易發(fā)生旱災(zāi)區(qū)，把發(fā)生旱災(zāi)頻次在45-82次的縣歸為較易發(fā)生旱災(zāi)區(qū)，把大于82次的縣歸為極易發(fā)生旱災(zāi)區(qū)，由此可得出以下結(jié)論:

不易發(fā)生旱災(zāi)的縣有:寧武、靜樂、嵐縣、陽曲、清徐、平遙、汾陽、孝義、介休;較易發(fā)生旱災(zāi)的縣有:壽陽、徐溝、榆次、交城、太谷、祁縣、文水、靈石、汾西、霍州、洪洞、趙城、岳陽、浮山、襄陵、太平、翼城、絳州、榮河;極易發(fā)生旱災(zāi)的縣有:太原、臨汾、曲沃、稷山、河津、萬泉。

從整個汾河流域來看，相對上游和中游而言，下游較易發(fā)生旱災(zāi)，中游的東部較西部易反生旱災(zāi)，下游的西部較東部易發(fā)生旱災(zāi)（見圖9）。

圖9 明代（1368-1644）汾河流域旱災(zāi)頻次分布圖

（二）強度分區(qū)

由旱災(zāi)強度平均等級計算方法可以得出，各縣旱災(zāi)平均等級值在2.06-2.81之間，旱災(zāi)強度最小的是清徐縣和太谷縣（I=2.06），旱災(zāi)強度最大的是平遙縣（I=2.81）。

我們規(guī)定:當(dāng)I＜2.25時，該縣為旱災(zāi)輕度區(qū);當(dāng)2.25≤I≤2.62時，該縣為旱災(zāi)較重區(qū);當(dāng) I＞2.62時，該縣為旱災(zāi)極重區(qū)。根據(jù)以上原則，我們可以得出:

位于旱災(zāi)輕度區(qū)的縣有:寧武、靜樂、嵐縣、陽曲、太原、清徐、交城、太谷、祁縣、文水、岳陽、浮山、絳州;位于旱災(zāi)較重區(qū)的縣有:壽陽、徐溝、榆次、汾陽、孝義、介休、靈石、汾西、霍州、洪洞、趙城、臨汾、襄陵、太平、翼城、曲沃、稷山、河津、萬泉、榮河;位于旱災(zāi)極重區(qū)的縣有:平遙。

從整個汾河流域來看，相對上游而言，中游和下游旱災(zāi)強度較大，中游的東部較西部強度大，下游的西部較東部強度大（見圖10）。

五 結(jié)論

圖10 明代（1368-1644）汾河流域旱災(zāi)強度分布圖

（1）明代汾河流域旱災(zāi)發(fā)生頻率高，在明代277年中，汾河流域共有147年發(fā)生旱災(zāi)，共發(fā)生旱災(zāi)2 110縣次，平均1.88年就發(fā)生1次旱災(zāi)，平均每年發(fā)生旱災(zāi)7.6縣次，平均每個干旱年發(fā)生旱災(zāi)14.6縣次，其中以2級旱災(zāi)為主（占46.97%）。

（2）在明代277年中，汾河流域旱災(zāi)發(fā)生頻率呈極顯著增加趨勢，且夏旱最多，春旱和秋旱次之，冬旱最少，在季節(jié)連旱方面，春夏連旱發(fā)生最多，夏秋連旱次之，四季連旱最少。1473年為旱災(zāi)發(fā)生的突變點，1368-1473年為旱災(zāi)發(fā)生較少期，從1473年開始，旱災(zāi)發(fā)生頻率明顯加快。

（3）從整個汾河流域來看，上游不易發(fā)生旱災(zāi)，且強度較小，而下游最易發(fā)生旱災(zāi)，且強度較大，與此同時，汾河流域中游東部較西部較易反生旱災(zāi)，且強度相對較大，下游則相反。

張養(yǎng)才研究表明，北緯35°-40°是中國干旱災(zāi)害出現(xiàn)幾率最高的區(qū)域。［6］汾河流域正處于這一區(qū)域內(nèi)，生態(tài)環(huán)境脆弱，旱災(zāi)易發(fā)。旱災(zāi)的形成主要取決于氣候，氣候?qū)W家認為，地球表面的平均溫度如果下降3℃，大氣中的水分將減少20%而導(dǎo)致嚴重旱災(zāi)。［7］據(jù)竺可楨研究，從元末明初開始，我國歷史時期的氣候變化進入了最為漫長的一個寒冷期，歷經(jīng)500余年，大致是公元1400年至公元1900年［8］。特別是15世紀以來，氣候變寒加劇，至17世紀達到頂峰，明代汾河流域中很多文獻記載了這一變化，如榆次縣東南三十五里的神林峰，“地陰寒，深夏有雪”（萬歷《太原府志》卷八《山川》），下游翼城縣萬歷六年（1578）冬:“大雪，人畜多凍死”（嘉靖《翼城縣志》卷一《地理志》），而氣溫下降可直接導(dǎo)致氣候干旱。

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