歷史時(shí)期陜西霜冷災(zāi)害時(shí)空分布特征研究

邢海虹

(陜西理工學(xué)院漢水文化研究中心，陜西漢中 723000)

霜冷災(zāi)害是我國(guó)發(fā)生頻繁的災(zāi)害類型，常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等造成嚴(yán)重不利影響。目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)近年來(lái)霜冷災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)、周期變化［1］及發(fā)生原因等進(jìn)行了研究。從已有研究來(lái)看，大多利用逐日最低氣溫等氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)分析［2］，或?qū)δ硡^(qū)域某一歷史時(shí)期霜冷災(zāi)害特征進(jìn)行研究［3］，從長(zhǎng)時(shí)間段把握霜冷災(zāi)害發(fā)生規(guī)律的研究較少，對(duì)霜冷災(zāi)害時(shí)空特征成因的深入分析也鮮見報(bào)道。

陜西省位于東經(jīng) 105°29'-111°15'，北緯 31°42'-39°35'之間，從北到南分為陜北高原、關(guān)中平原、秦巴山地3個(gè)地貌區(qū)。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(rùn)區(qū)，關(guān)中為暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū)，陜北為中溫帶半干旱區(qū)。

本文擬對(duì)歷史時(shí)期陜西霜冷災(zāi)害發(fā)生情況進(jìn)行文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)研究，了解陜西歷史時(shí)期霜冷災(zāi)害發(fā)生的時(shí)空規(guī)律，期望為陜西的霜冷災(zāi)害防治提供有益探索。

1 數(shù)據(jù)與處理

按照文獻(xiàn)記述的受災(zāi)狀況，參照現(xiàn)代霜冷災(zāi)害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［4］，把歷史時(shí)期發(fā)生的災(zāi)害劃分為輕、中、重3個(gè)等級(jí)。①輕度災(zāi)害。有“霜”、“隕霜?dú)⒓凇钡扔涊d，未記載對(duì)生產(chǎn)、生活的影響。如晉元康五年(公元795年)，“秦雍二州，隕霜?dú)⒓凇?。②中度?zāi)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(yáng)、洛南霜，草木皆死”。③重度災(zāi)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(guó)氣象災(zāi)害大典陜西卷》［5］為主要數(shù)據(jù)來(lái)源，并參考《西北災(zāi)荒史》［6］進(jìn)行核實(shí)。從公元前244-公元1911年，共發(fā)生災(zāi)害98次。其中輕度災(zāi)害 52次，占53%，中度災(zāi)害 25次，占26%，重度災(zāi)害21次，占22%。

2 霜冷災(zāi)害時(shí)間特征

2.1 災(zāi)害等級(jí)、頻次的變化特征

給輕度災(zāi)害賦值1，中度災(zāi)害賦值2，重度災(zāi)害賦值3，做時(shí)序?yàn)?zāi)次散點(diǎn)圖，在此圖上疊加中國(guó)氣候變化曲線，得圖2。以每100年為單位，統(tǒng)計(jì)災(zāi)害發(fā)生頻次，進(jìn)行六次多項(xiàng)式擬合(圖3)?？梢钥闯龉?44-公元1911年，霜冷災(zāi)害有明顯增多的趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)時(shí)段的前1000年，共計(jì)發(fā)生災(zāi)害21次，平均約50年發(fā)生1次。統(tǒng)計(jì)時(shí)段的后1 066年，共計(jì)發(fā)生災(zāi)害96次，平均約11年發(fā)生1次，災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間間隔越來(lái)越小，發(fā)生的頻次越來(lái)越高。災(zāi)害發(fā)生的等級(jí)在各個(gè)時(shí)段表現(xiàn)比較一致，各時(shí)段大、中、小災(zāi)害分布比較均勻。

2.2 災(zāi)害周期的變化特征

圖3六次多項(xiàng)式擬合曲線有3個(gè)明顯的峰和兩個(gè)明顯的谷，表明在時(shí)間序列的演化上，存在災(zāi)害活動(dòng)較少的相對(duì)平靜期和災(zāi)害頻繁出現(xiàn)的相對(duì)活躍期，可見公元前244-公元1911年，霜冷災(zāi)害存在明顯的周期性，且振幅呈不斷增加趨勢(shì)。

圖1 公元前244-公元1911年陜西霜冷災(zāi)害頻次與氣溫關(guān)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(zāi)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(nèi)霜冷災(zāi)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(zhǎng)周期指百年以上的周期，亦即世紀(jì)周期。由圖3六次多項(xiàng)式擬合曲線的第二、第三波段可以發(fā)現(xiàn)存在1 000年左右的長(zhǎng)周期，由圖3柱形圖可以發(fā)現(xiàn)還存在100-200年的長(zhǎng)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(gè)千年長(zhǎng)周期中，廣泛存在短周期。對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)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(zāi)害年內(nèi)變化特征

公元前244-公元1911年，霜冷災(zāi)害的年內(nèi)發(fā)生主要在3-10月的作物生長(zhǎng)期，98%的次災(zāi)害都發(fā)生在這一時(shí)期。其中3-5月、8-10月的春秋轉(zhuǎn)換季節(jié)是霜冷災(zāi)害的多發(fā)期，分別占到總發(fā)生次數(shù)的43%和51%，而每年夏季的6、7月，是霜冷災(zāi)害少發(fā)期，僅占總發(fā)生次數(shù)的4%。每年11月至次年2月的作物休眠期是霜冷災(zāi)害的少發(fā)期，僅占總發(fā)生次數(shù)的2%。

2.4 時(shí)間特征的成因

2.4.1 全球氣候變化的影響

統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，氣溫下降絕對(duì)值在4℃左右，長(zhǎng)期的氣侯變冷使冷空氣更為劇烈，造成霜冷災(zāi)害更趨多發(fā)。在此期間，中國(guó)氣候經(jīng)歷了多次冷暖交替的周期性波動(dòng)(見圖1)，導(dǎo)致了霜冷災(zāi)害的周期性發(fā)生［7］(見圖2)。

2.4.2 中國(guó)季風(fēng)氣候的影響 季風(fēng)是陜西氣候的首要特征，冬季風(fēng)和夏季風(fēng)的強(qiáng)烈轉(zhuǎn)換必然影響霜冷災(zāi)害的發(fā)生。春秋兩季是季風(fēng)轉(zhuǎn)換季節(jié)，冷暖空氣對(duì)沖劇烈，而此時(shí)恰逢農(nóng)作物或處于苗期花期，或處于收獲成熟期，容易發(fā)生霜冷災(zāi)害。當(dāng)夏季風(fēng)絕對(duì)強(qiáng)過冬季風(fēng)時(shí)，冷空氣不再能夠產(chǎn)生較大影響，霜冷災(zāi)害才會(huì)絕對(duì)減少。而當(dāng)冬季風(fēng)絕對(duì)強(qiáng)過夏季風(fēng)時(shí)，陜西則處于農(nóng)作物休眠時(shí)期，冷空氣雖強(qiáng)，但不易成災(zāi)。

3 霜冷災(zāi)害空間分異特征

3.1 災(zāi)害總影響程度的空間分異

等級(jí)加權(quán)頻次是對(duì)不同等級(jí)災(zāi)害分別賦予不同權(quán)重，然后對(duì)所有發(fā)生災(zāi)害進(jìn)行加權(quán)求和。輕、中、重災(zāi)害權(quán)重系數(shù)分別取1，2，3。按照等級(jí)加權(quán)頻次圖(圖4d)，霜冷災(zāi)害最宏觀的空間特征表現(xiàn)為北多南少，災(zāi)害的空間分異與氣候區(qū)、地貌區(qū)關(guān)系密切，可劃分為:陜北長(zhǎng)城沿線多災(zāi)重災(zāi)區(qū)、陜北黃土高原次多災(zāi)中災(zāi)區(qū)、關(guān)中平原次多災(zāi)中災(zāi)區(qū)、陜南秦巴山區(qū)少災(zāi)輕災(zāi)區(qū)。

圖4 公元前244-公元1911年陜西年內(nèi)霜冷災(zāi)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(nèi)變化特征的空間分異

計(jì)算陜西縣域范圍不同季節(jié)霜冷災(zāi)害等級(jí)加權(quán)頻次的百分比，可以用來(lái)研究各縣霜冷災(zāi)害的季節(jié)特征(圖6)。陜北、關(guān)中、陜南霜冷災(zāi)害的季節(jié)特征存在明顯差異。陜南屬于春秋災(zāi)害多發(fā)型，尤以春季為多。3-5月陜南災(zāi)害的等級(jí)加權(quán)頻數(shù)占到總數(shù)的65%，8-9月陜南災(zāi)害的等級(jí)加權(quán)頻數(shù)占到總數(shù)的24%，春秋季節(jié)轉(zhuǎn)換期應(yīng)加強(qiáng)防災(zāi)工作。關(guān)中屬于春季多發(fā)，其他季節(jié)均衡型，3-5月災(zāi)害的等級(jí)加權(quán)頻數(shù)占總數(shù)的72%，6-7月、11月至次年2月、8-10月各個(gè)階段災(zāi)害均有可能發(fā)生，但所占百分比均比較低，對(duì)于關(guān)中縣區(qū)來(lái)說，春季防霜冷災(zāi)害關(guān)系重大。陜北屬于秋季多發(fā)型，其全年82%的災(zāi)害發(fā)生在秋季，秋季防霜冷災(zāi)害意義重大。

3.3 空間分異的成因

3.3.1 南北狹長(zhǎng)的地域范圍 陜西南北跨3個(gè)氣候區(qū)，陜南每年2-3月份作物已經(jīng)開始生長(zhǎng)，而此時(shí)夏季風(fēng)尚未絕對(duì)強(qiáng)過冬季風(fēng)，一旦遭遇較強(qiáng)冷空氣，就會(huì)造成災(zāi)情;陜北春天推 遲至4-5月份，此時(shí)夏季風(fēng)已絕對(duì)強(qiáng)過冬季風(fēng)，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(zāi)害。關(guān)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(zhǎng)城沿線、“北山”一線、秦嶺一線是地形的轉(zhuǎn)換界限，是災(zāi)害分異的基礎(chǔ)。長(zhǎng)城沿線靠近蒙古冷高壓中心，且位于冬季風(fēng)冷空氣迎風(fēng)坡，多災(zāi)重災(zāi)。長(zhǎng)城沿線到“北山”之間，受長(zhǎng)城沿線山地阻擋，多發(fā)中災(zāi)。北山至秦嶺的關(guān)中平原區(qū)，地勢(shì)低平，利于冷空氣堆積，多發(fā)重災(zāi)。秦嶺阻隔南下冷空氣，陜南主要為輕災(zāi)。

圖5 公元前244-公元1911年陜西年內(nèi)霜冷災(zāi)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(zāi)害區(qū)內(nèi)部存在的差異則主要是局地微地形的影響。如陜北長(zhǎng)城沿線地形西高東低，冷空氣遇到地勢(shì)高的地方，常常沿地勢(shì)低的地方繞行，并在相對(duì)低平區(qū)堆積，因此地勢(shì)越低平，越容易發(fā)生霜冷災(zāi)害。陜北長(zhǎng)城沿線多災(zāi)重災(zāi)區(qū)霜冷災(zāi)害東多西少就是地形西高東低造成的。另外如關(guān)中平原霜冷災(zāi)害的多發(fā)、陜北沿洛河河道災(zāi)害多發(fā)均是因?yàn)槠涞匦蔚貏?shì)利于冷空氣流通堆積的緣故。更細(xì)微的空間差異也主要是源于地形影響，如迎風(fēng)坡往往阻擋冷空氣，冷空氣堆積于此，造成霜冷災(zāi)害，而背風(fēng)坡恰恰相反，霜冷災(zāi)害要低發(fā)的多。陜北的少發(fā)區(qū)，陜南少發(fā)區(qū)均是這個(gè)原因造成的。

3.3.4 農(nóng)業(yè)布局等人文因素 關(guān)中平原自秦以來(lái)就是重要農(nóng)業(yè)區(qū)，同等致災(zāi)因子會(huì)加劇災(zāi)情，故多重災(zāi)。再如長(zhǎng)城沿線湖盆灘地是戌邊的重要農(nóng)牧業(yè)基地，也加劇了這一地帶的災(zāi)情。

4 結(jié)論

1)霜冷災(zāi)害明顯增多，存在千年、100-200年長(zhǎng)周期，也有15年，2-5年短周期;春秋轉(zhuǎn)換期最易發(fā)生霜冷災(zāi)害。

2)劃分了陜北長(zhǎng)城沿線多災(zāi)重災(zāi)區(qū)、陜北黃土高原次多災(zāi)中災(zāi)區(qū)、關(guān)中平原次多災(zāi)中災(zāi)區(qū)、陜南秦巴山區(qū)少災(zāi)輕災(zāi)區(qū)4個(gè)災(zāi)害單元。

3)全球氣候變化、中國(guó)季風(fēng)氣候是導(dǎo)致災(zāi)害的時(shí)間特征，南北狹長(zhǎng)的地域范圍、近東西向的3列山脈、局地地形及農(nóng)業(yè)布局等是影響災(zāi)害的空間特征。

［1］ 李輝.試論北朝時(shí)期霜冷凍等低溫災(zāi)害發(fā)生的特點(diǎn)［J］.長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)(人文社會(huì)科學(xué)版)，2008，27(2):26-31.

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

［3］ 趙景波，陳穎，周旗.關(guān)中平原清代霜冷災(zāi)害特點(diǎn)與周期研究［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，34(3):75-82.

［4］ 中國(guó)氣象局.中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QXT119-2010［M］.北京:氣象出版社，2010:5.

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

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

［7］竺可楨.中國(guó)近五千年來(lái)氣候變遷的初步研究［J］.考古學(xué)報(bào)，1972(1):15-38.