山西省明清時(shí)期雹災(zāi)時(shí)空分布特征分析*

瞿 穎，畢碩本，閆業(yè)超，張永華

（南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇南京210044）

山西省明清時(shí)期雹災(zāi)時(shí)空分布特征分析*

瞿 穎，畢碩本，閆業(yè)超，張永華

（南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇南京210044）

通過(guò)收集明清時(shí)期（1372-1911年）山西省歷史文獻(xiàn)資料，整理并分析該地區(qū)的雹災(zāi)頻次、等級(jí)，探索了其時(shí)間分布特征與空間分布特征。明清時(shí)期山西省共發(fā)生雹災(zāi)707次，其中輕度雹災(zāi)246次，中度雹災(zāi)250次，重度雹災(zāi)211次。從時(shí)間分布來(lái)看，山西省雹災(zāi)有明顯的階段性特點(diǎn)，總體呈前期較少，而中后期相對(duì)較多且后期尤為突出的特點(diǎn)；其季節(jié)變化明顯，雹災(zāi)集中分布于夏季，秋季次之，冬春季最少，且夏秋兩季雹災(zāi)發(fā)生頻次占89%。小波分析表明：明清時(shí)期山西省雹災(zāi)分布具有明顯的周期性，主要表現(xiàn)為2年、6～7年、10年、22～24年以及70年的周期，其中第1主周期70年與降水量周期一致。采用交叉小波分析法對(duì)山西省年雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)和降水量情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩者在不同時(shí)間尺度上具有不同程度的相關(guān)關(guān)系。從空間分布來(lái)看，明清時(shí)期山西省的雹災(zāi)頻次分布與強(qiáng)度分布在空間上有一定的一致性，高原及高山地區(qū)較低地更易發(fā)生雹災(zāi)。

明清；雹災(zāi)；時(shí)間特征；交叉小波分析；空間特征；山西

冰雹是從發(fā)展旺盛的積雨云中，以冰球或冰塊的形態(tài)降落到地面的固態(tài)降水，人們通常稱它為“雹子”，也有叫“冷子”、“冷蛋”的［1］。冰雹是一種由降雹引起的自然災(zāi)害，直徑常為5～50 mm左右，也能大至幾十厘米［2］。

近幾十年來(lái)對(duì)于雹災(zāi)的研究，國(guó)外的學(xué)者取得了很大的進(jìn)展。Changnon［3］等利用1896-1995年的資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)美國(guó)高原地區(qū)、落基山脈中部、美國(guó)東南部的雹日數(shù)呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，而其他地區(qū)的雹日數(shù)則呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)；Michalis［4］等對(duì)希臘北部1930-1990年冰雹發(fā)生頻率、時(shí)空分布、強(qiáng)度等級(jí)等進(jìn)行了研究分析，并討論了冰雹下落過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)能對(duì)農(nóng)作物所造成的傷害；Etkin［5］等對(duì)1977-1993年加拿大的冰雹發(fā)生情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)加拿大大部分地區(qū)雹日沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)。綜合上述研究可見(jiàn)，不同地區(qū)的雹災(zāi)發(fā)生情況有不同的變化趨勢(shì)。

國(guó)內(nèi)對(duì)于雹災(zāi)的研究，也主要集中于近幾十年的雹災(zāi)時(shí)空分布及雹災(zāi)日數(shù)變化，且都是基于氣象觀測(cè)站點(diǎn)而進(jìn)行的分析［6-13］，對(duì)于歷史時(shí)期的雹災(zāi)研究較少，只有少量的基于歷史文獻(xiàn)記載進(jìn)行的雹災(zāi)研究。王培華［14］對(duì)元代中國(guó)北方發(fā)生的雹災(zāi)進(jìn)行了時(shí)空分布特征的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)多雹區(qū)分布于30°～45°N，同時(shí)具有散點(diǎn)狀、團(tuán)塊狀、條帶狀、跳躍狀四種地帶分布特征；倪玉平［15］結(jié)合中國(guó)第一歷史檔案館的相關(guān)檔案、《清實(shí)錄》以及各種地方志對(duì)中國(guó)清代的雹災(zāi)進(jìn)行了初步統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)中國(guó)清代發(fā)生雹災(zāi)超過(guò)6 000次，發(fā)生時(shí)段包括了所有的年份及月份，發(fā)生地點(diǎn)覆蓋了全國(guó)所有的省區(qū)；尹建中等［16］以地方志等史料為基礎(chǔ)，對(duì)山東省的雹災(zāi)發(fā)生地域與季節(jié)進(jìn)行了研究，并按災(zāi)情將雹災(zāi)分為輕雹災(zāi)、偏重雹災(zāi)以及重雹災(zāi)三個(gè)等級(jí)；祁子云［17］對(duì)鄂爾多斯高原明代以來(lái)的雹災(zāi)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯高原清代的雹災(zāi)有35～36年、15～20年、5～7年的變化周期，從清代早期至末期，東部和西部地區(qū)雹災(zāi)發(fā)生頻次呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，且東部發(fā)生雹災(zāi)次數(shù)明顯比西部高，兩個(gè)地區(qū)都以中度雹災(zāi)為主，東部發(fā)生重度雹災(zāi)的次數(shù)比西部高。上述研究主要是對(duì)雹災(zāi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，缺乏對(duì)雹災(zāi)的定量研究，尤其是定量的空間分布分析與成因探討。因此，本文以山西省為例，對(duì)明清時(shí)期山西省雹災(zāi)發(fā)生頻次與等級(jí)進(jìn)行深入細(xì)致地分析，以探求山西省雹災(zāi)的發(fā)生規(guī)律，為現(xiàn)代的雹災(zāi)研究提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

表1 明清時(shí)期雹災(zāi)等級(jí)分類

1 研究區(qū)介紹與雹災(zāi)實(shí)況

山西省位于黃河中游地區(qū)，地處黃土高原東部，東與太行山、河北為鄰，西、南與陜西、河南相望，北以外長(zhǎng)城為界與內(nèi)蒙古相鄰。山西是典型的黃土覆蓋的山地高原，地形較為復(fù)雜，境內(nèi)大部分地區(qū)的海拔在1 500 m以上，屬于溫帶季風(fēng)性氣候，年平均溫度在4℃～14℃之間，冬季干燥寒冷，夏季降水集中，春季氣候多變，秋季短暫。

本文主要采用的資料為《中國(guó)三千年氣象記錄總集》［18］、《中國(guó)氣象災(zāi)害大典·山西卷》［2］，其中對(duì)于明清時(shí)期山西的雹災(zāi)有著大量生動(dòng)的記載。如1488年榆次縣出現(xiàn)“五月，雨雹如拳，殺人畜甚眾”，而七月又出現(xiàn)“雨雹，傷禾稼，人相食”。1509年七月“榆次，太谷，壽陽(yáng)，祁縣雨雹傷稼，人相食”。1514年“太平大雨雹，吉州民饑。秋七月，吉州雹傷禾，八月復(fù)雹”。1515年絳縣出現(xiàn)“六月二十一日大雨雹，其大如卵，或如杵，聚三尺余，傷人無(wú)數(shù)，北柳里尤甚”。1576年“六月己巳，長(zhǎng)子雨雹，大者如拳，傷禾稼，人有擊死者。是日，臨晉雨蟲(chóng)如雪；辛未，長(zhǎng)子復(fù)雨雹，大如彈丸，平地壅積”。1665年平順縣出現(xiàn)“六月，冰雹大如碗盞，傷禾破屋，多兇”。1669年汾西縣“是年五月二十三日，冰雹異常，大者如拳，小者如卵，牛畜皆傷，麥無(wú)遺”。1699年襄垣縣“未時(shí)，西川等各村冰雹，如刀形，田禾被傷，居民有打死者”。1716年襄陵縣“雨雹，船窩鎮(zhèn)莫回窯溝水漲發(fā)，沖斃人畜”。1801年長(zhǎng)子縣“大雨雹，水漲，被災(zāi)十八村，傷人數(shù)百口，牲畜死，房屋塌者無(wú)數(shù)”。1857年則發(fā)生了一場(chǎng)大范圍的降雹，二十余縣受災(zāi)，《山西通志·大事記》中載有“虞鄉(xiāng)、榆社、靜樂(lè)、平定、長(zhǎng)治、潞城、黎城、壺關(guān)、永濟(jì)、臨晉、榮河、遼州、和順、平遙、垣曲、太原、文水、鳳臺(tái)及清水河、薩拉齊遭蝗災(zāi)、雹災(zāi)”。1865年定襄縣“六月六日冰雹大降，禾傷，風(fēng)聲如雷，拔樹(shù)折碑，傷禽鳥(niǎo)甚眾”。1877年孟縣“七月，慶三都十三村雹深尺余，風(fēng)吼若雷，屋瓦飛擲，大木撕拔，田禾損傷殆盡，遂至大梗”。1911年榮河縣“四月十五日東南鄉(xiāng)大雨雹，傷麥苗屋瓦”。

本文整理并統(tǒng)計(jì)了這些雹災(zāi)記錄中對(duì)于山西省雹災(zāi)發(fā)生的頻次、嚴(yán)重程度、時(shí)間的記錄，來(lái)對(duì)明清時(shí)期（公元1372-1911年）山西省的雹災(zāi)進(jìn)行分析。主要采用了歷史文獻(xiàn)法、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法以及Morlet小波分析、交叉小波分析、ArcGIS空間分析的方法來(lái)對(duì)明清時(shí)期山西省雹災(zāi)的時(shí)空分布特征進(jìn)行研究。

2 雹災(zāi)等級(jí)劃分

本文綜合統(tǒng)計(jì)了明清時(shí)期山西的雹災(zāi)記錄，共707條。其中包括冰雹的出現(xiàn)時(shí)間及地點(diǎn)、情景；雹災(zāi)的危害程度、范圍；雹災(zāi)對(duì)于農(nóng)業(yè)及人民生產(chǎn)生活所造成的損害、影響。根據(jù)歷史資料對(duì)于所記錄的雹災(zāi)大小、形狀、造成的危害來(lái)對(duì)雹災(zāi)進(jìn)行等級(jí)劃分，將雹災(zāi)劃分為三個(gè)等級(jí)［14］，輕度、中度、重度。圖1為1372-1911年山西各等級(jí)雹災(zāi)的分布情況，其中一級(jí)雹災(zāi)共246次，二級(jí)雹災(zāi)共250次，三級(jí)雹災(zāi)共211次。表1為各等級(jí)雹災(zāi)的分類依據(jù)。

圖1 1372-1911年山西雹災(zāi)等級(jí)變化

3 明清時(shí)期山西省雹災(zāi)時(shí)空分布特征分析

明清時(shí)期山西省共有105個(gè)州縣（不包括現(xiàn)在屬于內(nèi)蒙古的地區(qū)），其中有95個(gè)有雹災(zāi)記錄。山西是我國(guó)冰雹災(zāi)害較為嚴(yán)重的省份之一，雹災(zāi)是山西省第二大氣象災(zāi)害，僅次于干旱災(zāi)害，各地的冰雹都有成災(zāi)的可能［2］，常常對(duì)農(nóng)業(yè)及人民的生產(chǎn)生活造成影響?，F(xiàn)代的研究結(jié)果表明：山西冰雹的發(fā)生具有明顯的季節(jié)特點(diǎn)及地域分布的特點(diǎn)，降雹一般分布在4-11月，且五臺(tái)山、恒山等地是冰雹多發(fā)地帶。對(duì)于山西省歷史時(shí)期的雹災(zāi)研究比較少，因此本文分析了明清小冰期期間山西省的雹災(zāi)發(fā)生頻次及雹災(zāi)時(shí)空分布特點(diǎn)。

3.1 雹災(zāi)的時(shí)間分布特征

3.1.1 雹災(zāi)的頻次變化

整理統(tǒng)計(jì)歷史文獻(xiàn)資料，山西省明清時(shí)期共發(fā)生雹災(zāi)707次，平均每年1.31次。對(duì)1372-1911年期間年雹災(zāi)次數(shù)進(jìn)行分析，以研究其變化趨勢(shì)。圖2為山西雹災(zāi)年頻次變化圖，對(duì)其進(jìn)行10年滑動(dòng)平均，可以看出，1475年以前山西的雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)比較少，1475年以后開(kāi)始增加，1514年左右達(dá)到了一次極大值，共發(fā)生11次雹災(zāi)，隨后次數(shù)呈現(xiàn)減少與增加的波動(dòng)，在1857年達(dá)到了最高峰，共計(jì)發(fā)生20次雹災(zāi)。

圖2 1372-1911年山西雹災(zāi)的年變化

根據(jù)雹災(zāi)發(fā)生的年頻次，以20年為單位，對(duì)山西省各個(gè)時(shí)段發(fā)生雹災(zāi)的頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行2次多項(xiàng)式擬合及6次多項(xiàng)式擬合，結(jié)果如圖3所示。從2次多項(xiàng)式的擬合結(jié)果可以看出，總體上明清時(shí)期山西省雹災(zāi)發(fā)生頻次呈上升趨勢(shì)。從6次多項(xiàng)式的擬合結(jié)果看來(lái)，可以依據(jù)雹災(zāi)發(fā)生的頻次差異，將其分為4個(gè)階段，第一階段為1372-1491年，共計(jì)發(fā)生雹災(zāi)25次，平均每年發(fā)生0.21次；第二階段為1492-1671年，共計(jì)發(fā)生雹災(zāi)328次，平均每年發(fā)生1.82次；第三階段為1672-1851年，共計(jì)發(fā)生雹災(zāi)202次，平均每年發(fā)生1.12次；第四階段為1852-1911年，共計(jì)發(fā)生雹災(zāi)152次，平均每年發(fā)生2.53次。由此可見(jiàn)，明清時(shí)期，山西省雹災(zāi)發(fā)生的年頻次分布不均，第2、4階段發(fā)生的頻次較高，該時(shí)期是易發(fā)生雹災(zāi)時(shí)期；第1，3階段發(fā)生的頻次較低，為雹災(zāi)低發(fā)的時(shí)期。3.1.2 雹災(zāi)的發(fā)生的季節(jié)變化與等級(jí)變化

圖3 1372-1911年山西雹災(zāi)的發(fā)生頻次與2次多次多項(xiàng)式、6次多項(xiàng)式擬合曲線

為了研究山西省雹災(zāi)發(fā)生的季節(jié)差異，對(duì)明清時(shí)期山西省發(fā)生的所有雹災(zāi)依據(jù)其發(fā)生的季節(jié)進(jìn)行劃分（圖4），有時(shí)間記錄的共559次，其中，春季發(fā)生的次數(shù)為23次，占總發(fā)生頻次的4%；夏季發(fā)生的次數(shù)為359次，占總發(fā)生頻次的64%；秋季發(fā)生的次數(shù)為160次，占總發(fā)生頻次的29%；冬季發(fā)生的次數(shù)17次，占總發(fā)生頻次的3%。山西的雹災(zāi)通常發(fā)生在夏季和秋季，約93%的雹災(zāi)發(fā)生在這兩個(gè)季節(jié)，春季與冬季發(fā)生雹災(zāi)的概率相對(duì)較小，只占7%。現(xiàn)代的研究結(jié)果表明，1957至1999年間，山西省夏季發(fā)生冰雹的時(shí)間約占66%，秋季約為16%，春季約為18%，冬季則無(wú)雹災(zāi)發(fā)生。對(duì)比可見(jiàn)，明清小冰期期間，山西夏季雹災(zāi)與現(xiàn)代發(fā)生的頻次相近，春季則比現(xiàn)在低得多，秋季則比現(xiàn)在高得多。

不同嚴(yán)重程度的雹災(zāi)對(duì)于人民生產(chǎn)生活所造成的影響是不同的，根據(jù)歷史記錄中的冰雹大小、形狀等特征及其造成的災(zāi)害程度將雹災(zāi)分為輕度、中度以及重度雹災(zāi)。根據(jù)歷史文獻(xiàn)記載對(duì)明清時(shí)期山西省發(fā)生的所有雹災(zāi)進(jìn)行定級(jí)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出（圖4）：明清時(shí)期山西省共發(fā)生輕度雹災(zāi)246次，占總次數(shù)的35%；中度雹災(zāi)250次，占總次數(shù)的35%；重度雹災(zāi)211次30%。由此可見(jiàn)，各等級(jí)的雹災(zāi)發(fā)生概率相近。對(duì)春夏秋冬四季每個(gè)季節(jié)三種等級(jí)的雹災(zāi)發(fā)生的頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果如圖5所示，從該圖中可以明顯的看出，各季節(jié)發(fā)生三種等級(jí)的雹災(zāi)頻次相近。

圖4 1372-1911年山西雹災(zāi)的季節(jié)分布及等級(jí)分布

圖5 1372-1911年山西各季節(jié)雹災(zāi)各等級(jí)頻次

3.1.3 雹災(zāi)發(fā)生的周期規(guī)律

氣候變化具有一定的時(shí)間尺度和周期性［20］。小波分析不僅可以揭示氣候變化在不同時(shí)間尺度下的周期特征，還可以揭示各種周期信號(hào)隨時(shí)間變化的強(qiáng)弱［21-23］。為了研究山西省雹災(zāi)發(fā)生頻次的周期規(guī)律，本文采用Morlet小波對(duì)1372-1911年山西省雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)進(jìn)行處理，得到的結(jié)果如圖6所示，圖中的符號(hào)反映了振蕩的位相，正負(fù)中心值反映的是不同尺度的振幅最大值。其中，正值對(duì)應(yīng)的是雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)較高的時(shí)期，負(fù)值對(duì)應(yīng)的則是雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)較少的時(shí)期。由圖6可見(jiàn)，1372-1911年山西省雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)具有5個(gè)較明顯的變化周期，分別為2年、6～7年、10年、22～24年、70年。70年尺度的周期在1472-1712年之間，22～24年尺度的周期變化在1472-1652年和1832-1892年之間，10年尺度及10年尺度以下的周期變化相對(duì)具有全域性。

根據(jù)小波變換的原理，可以用小波方差圖來(lái)確定信號(hào)中所存在的主要時(shí)間尺度，即序列存在的主周期。圖7為1372-1911年山西省雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)的小波方差圖，從該圖中可以看出，小波方差曲線由5個(gè)明顯不同的峰值，對(duì)應(yīng)的分別是2年、6年、10年、22年、70年的主周期。其中，70年時(shí)間尺度的方差值最高，說(shuō)明70年左右的周期振蕩信號(hào)最強(qiáng)，即為第1主周期，第2、3、4、5主周期分別為22年、10年、6年、2年。結(jié)合太陽(yáng)活動(dòng)周期的研究成果，可以發(fā)現(xiàn)在這些顯著性的周期中，70年和降水量的周期有一定的一致性，22年和10年都和太陽(yáng)黑子的活動(dòng)周期相對(duì)一致，說(shuō)明山西省的雹災(zāi)發(fā)生規(guī)律與一些常見(jiàn)的氣候變化周期有著一致的反映。

圖6 1372-1911年山西雹災(zāi)的Morlet小波圖

圖7 1372-1911年山西雹災(zāi)的小波方差

3.1.4 1470-1911年雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)與旱澇等級(jí)交叉分析

通過(guò)Morlet小波分析發(fā)現(xiàn)，1372-1911年山西省雹災(zāi)年發(fā)生次數(shù)的第1主周期為70年，與降水量的周期一致。雹災(zāi)是一種陣發(fā)性的天氣災(zāi)害，它的出現(xiàn)常伴隨著大風(fēng)、強(qiáng)降水的天氣，因而可以推測(cè)在某些時(shí)間尺度上雹災(zāi)的周期與降水量有一定的聯(lián)系。為了探討降水情況對(duì)于雹災(zāi)發(fā)生的影響及兩者所具有的關(guān)系，本文采用交叉小波變換和小波相干譜來(lái)對(duì)兩者進(jìn)行分析，其中以《中國(guó)近五百年旱澇分布圖集》中山西地區(qū)的旱澇等級(jí)的大小來(lái)表示該地區(qū)的降水量情況，由于該旱澇等級(jí)始于1470年，因此對(duì)1470-1911年間山西省的年雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)和旱澇等級(jí)進(jìn)行交叉小波分析，結(jié)果如下圖所示，圖8為兩者的交叉小波功率譜圖，圖9為交叉小波相干譜圖。從圖8中可以看出，山西省的雹災(zāi)發(fā)生情況與降水量在不同時(shí)間尺度上有著相關(guān)關(guān)系，其中1470-1700年間兩者在40～80年尺度上密切相關(guān)，且1470-1625年位相差箭頭水平向左，說(shuō)明在該時(shí)段40～80年尺度上降水量超前雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)1／2個(gè)周期。1825-1875年雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)在16～28年時(shí)間尺度上與降水量關(guān)系密切，且位相差箭頭水平向右，說(shuō)明在該尺度上降水量超前雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)1個(gè)周期。交叉小波相干譜可以很好地彌補(bǔ)在能量低值區(qū)相關(guān)性不高的問(wèn)題，從圖9中可以看出，1470-1525年雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)和降水量在32～64年尺度上也具有顯著的相關(guān)關(guān)系。綜合上述可以發(fā)現(xiàn)，降水量會(huì)在不同的時(shí)間尺度上對(duì)雹災(zāi)的發(fā)生產(chǎn)生影響。

圖8 1470-1911年山西雹災(zāi)次數(shù)和旱澇等級(jí)的交叉小波功率譜

圖9 1470-1911年山西雹災(zāi)次數(shù)和旱澇等級(jí)的交叉小波相干譜

3.2 雹災(zāi)的空間分布特征

本文采用的是《中國(guó)歷史地圖集—清時(shí)期》山西省的行政區(qū)劃圖為底圖，對(duì)各縣發(fā)生的雹災(zāi)次數(shù)及等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪圖，圖10為1372-1911年山西省雹災(zāi)發(fā)生頻次空間分布圖，圖11為1372-1911年山西省雹災(zāi)等級(jí)空間分布圖。

圖10 1372-1911年山西雹災(zāi)發(fā)生頻次空間分布圖

由圖10可見(jiàn)，山西省各縣的雹災(zāi)次數(shù)分布廣泛，且具有明顯的地域性特點(diǎn)。1372-1911年山西省的大同、平定、榆次、武鄉(xiāng)、襄垣、屯留、長(zhǎng)子、長(zhǎng)治、壺關(guān)、高平地區(qū)有文獻(xiàn)記載的雹災(zāi)次數(shù)達(dá)到15次及以上，遠(yuǎn)高于其他地區(qū)；而廣靈、河曲、保德、臨縣、代州、崞縣、定襄、靜樂(lè)、陽(yáng)曲、太原、壽陽(yáng)、榆社、太谷等地的雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)在6～14次之間，發(fā)生的頻次也較高；而天鎮(zhèn)、陽(yáng)高、左云、右玉、懷仁、山陰、神池、興縣、嵐縣、鄉(xiāng)寧、石樓等地的雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)則在0～5次之間，相對(duì)而言是雹災(zāi)發(fā)生頻次較低的地區(qū)。山西省地形條件較復(fù)雜，境內(nèi)有呂梁山脈、云中山脈、恒山山脈、五臺(tái)山脈、系舟山脈、太岳山脈、太行山脈等。高大的山脈地形對(duì)氣流具有制約、抬升、熱力及背風(fēng)坡的作用，使雹云易常在某些山區(qū)發(fā)生，沿著一定的路徑移動(dòng)，從而對(duì)冰雹的降落產(chǎn)生影響［19］，山區(qū)較盆地和平川更易發(fā)生雹災(zāi)，高原及高山地區(qū)較低地更易發(fā)生雹災(zāi)，其中太行山脈附近是雹災(zāi)多發(fā)區(qū)。

從圖11中可以看出，1372-1911年山西省的黎城、潞城、襄垣一帶以重度雹災(zāi)為主，交城、文水、汾陽(yáng)一帶以輕度雹災(zāi)為主，雹災(zāi)發(fā)生等級(jí)呈明顯的片狀分布，山地和高原地區(qū)的雹災(zāi)等級(jí)較平川和低地高，雹災(zāi)頻次分布與強(qiáng)度分布在空間上有一定的一致性，地形對(duì)于雹災(zāi)的發(fā)生有明顯影響。由此可見(jiàn)，明清時(shí)期山西省雹災(zāi)的發(fā)生頻次受海拔和地形的影響作用較為顯著。

圖11 1372-1911年山西雹災(zāi)等級(jí)空間分布圖

4 雹災(zāi)發(fā)生的成因及影響

冰雹是一種固態(tài)的降水形式，它的形成不僅需要具備形成一般降水的三個(gè)條件，即充沛的水汽、抬升力、不穩(wěn)定的層結(jié)條件，還需要具備冰雹形成的特殊天氣條件［2］。山西處于中緯度地區(qū)，有較頻繁的極鋒活動(dòng)和急流活動(dòng)，并且省內(nèi)地形分布復(fù)雜，地勢(shì)起伏較大，受此影響地面受熱不均，容易形成強(qiáng)大的局地?zé)崃?duì)流，容易形成冰雹［19］。6月份開(kāi)始，副熱帶高壓、極鋒急流開(kāi)始活躍，華北、東北常出現(xiàn)低渦，從而使得山西省夏季比較容易產(chǎn)生冰雹天氣。其中，山西省境內(nèi)的太行山東側(cè)、五臺(tái)山以及呂梁山北部的地區(qū)，由于處在低層的東南氣流或是偏南氣流的迎風(fēng)坡地區(qū)，相較而言會(huì)利于冰雹天氣的發(fā)生。

山西省是我國(guó)雹災(zāi)較為嚴(yán)重的省份之一，對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的損害。歷史文獻(xiàn)中關(guān)于冰雹襲擊農(nóng)作物尤其是小麥等的記載較多，常造成禾傷、殺稼、民饑等，中度乃至重度的雹災(zāi)還會(huì)造成樹(shù)木房屋被摧毀、家禽牲畜被打傷乃至打死，甚至有人被打傷致死的情況出現(xiàn)。明清時(shí)期的雹災(zāi)對(duì)于人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了較大影響，農(nóng)作物被毀，顆粒無(wú)收，生活難以維持，雹災(zāi)還常常危害人畜安全，因此研究雹災(zāi)的發(fā)生規(guī)律有著重要的意義，也可以為現(xiàn)代的雹災(zāi)研究提供依據(jù)，為全球氣候變暖的背景下雹災(zāi)的發(fā)生可能性及規(guī)律變化提供基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

本文通過(guò)搜集整理1372-1911年山西省歷史文獻(xiàn)記載中的雹災(zāi)事件記載并對(duì)其進(jìn)行處理分析，研究了山西省雹災(zāi)發(fā)生的時(shí)間以及空間規(guī)律特征，結(jié)論如下所示。

（1）明清時(shí)期山西省共發(fā)生雹災(zāi)707次，其中輕度、中度、重度各246次、250次、211次。以20年為單位對(duì)山西省雹災(zāi)發(fā)生頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，依據(jù)頻次差異將1372-1911年山西省雹災(zāi)的發(fā)生分為4個(gè)階段：第2、4階段發(fā)生的頻次較高，是易發(fā)生雹災(zāi)時(shí)期；第1、3階段發(fā)生的頻次較低，為雹災(zāi)低發(fā)的時(shí)期。

（2）通過(guò)對(duì)山西省雹災(zāi)發(fā)生的季節(jié)和等級(jí)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，山西的雹災(zāi)通常發(fā)生在夏季和秋季，共占93%；春季與冬季發(fā)生雹災(zāi)的概率相對(duì)較小，共占7%。在等級(jí)分布上，輕度、中度、重度各占35%、35%、30%，說(shuō)明山西省明清時(shí)期各等級(jí)的雹災(zāi)發(fā)生的頻次差異較小。

（3）利用Morlet小波變化方法對(duì)山西省雹災(zāi)發(fā)生頻次的周期性規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1372-1911年山西省雹災(zāi)發(fā)生頻次具有5個(gè)較明顯的變化周期，分別為2年、6～7年、10年、22～24年、70年。通過(guò)小波方差圖可以確定1372-1911年山西省雹災(zāi)發(fā)生頻次具有2年、6年、10年、22年、70年的主周期，其中70年的第1主周期與降水量周期一致。交叉小波分析結(jié)果表明，降水量情況在不同時(shí)間尺度上與年雹災(zāi)發(fā)生次數(shù)有著不同的相關(guān)關(guān)系。

（4）對(duì)1372-1911年山西省各州縣雹災(zāi)發(fā)生的頻次和等級(jí)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)山區(qū)較盆地和平川更易發(fā)生雹災(zāi)，高原及高山地區(qū)較低地更易發(fā)生雹災(zāi)，其中太行山脈附近是雹災(zāi)多發(fā)區(qū)。雹災(zāi)發(fā)生等級(jí)呈明顯的片狀分布，山地和高原地區(qū)的雹災(zāi)等級(jí)較平川和低地高，雹災(zāi)頻次分布與強(qiáng)度分布在空間上有一定的一致性，地形對(duì)于雹災(zāi)的發(fā)生有明顯影響。

［1］ 李陽(yáng)，白瑞芳，李強(qiáng)，等.山西冰雹的氣候特征與災(zāi)害［J］.山西氣象，1998（1）：21-24.

［2］ 溫克剛.中國(guó)氣象災(zāi)害大典·山西卷［M］.北京：氣象出版社，2008.

［3］ Changnon SA，Changnon D.Long-term fluctuations in hail incidences in the United States［J］.J Climate，2000，13（3）：658-664.

［4］ Michalis S，Terence M，Jonathan D C.Hail frequency，distribution and intensity in Northern Greece［J］.Atmospheric Research，2009，93（1／3）：526-533.

［5］ Etkin D，Brun SE.A note on Canada’s hail climatology：1977-1993［J］.Int JClimatol，1999，19（12）：1357-1373.

［6］ 韓根夫.河北冰雹災(zāi)害的特征分析［J］.災(zāi)害學(xué)，1999，14（2）：43-46.

［7］ 包云軒，覃文娜，高蘋(píng)，等.江蘇省近30年冰雹災(zāi)害的時(shí)空變化規(guī)律［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2012，21（5）：196-206.

［8］ 李清森，金玉梅，苗志成，等.河北張家口地區(qū)雹災(zāi)區(qū)劃研究［J］.災(zāi)害學(xué)，2000，15（1）：31-35.

［9］ 姚勝芳，黃治逢，農(nóng)孟松，等.廣西冰雹的活動(dòng)特點(diǎn)［J］.熱帶地理，2008，28（2）：119-123.

［10］蔡義勇，王宏，余永江.福建省冰雹時(shí)空分布與天氣氣候特征分析［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2009，18（4）：43-49.

［11］劉全根，湯懋蒼.中國(guó)降雹的氣候特征［J］.地理學(xué)報(bào)，1966，32（1）：48-65.

［12］閔晶晶，曹曉鐘，段宇輝，等.近30年京津冀地區(qū)冰雹的氣候特征和突變分析［J］.氣象，2012，38（2）：189-196.

［13］孫旭映，龐朝云，李寶梓.甘肅冰雹災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)的影響及其防御對(duì)策研究［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2004，18（5）：34-37.

［14］王培華.元代北方雹災(zāi)的時(shí)空特點(diǎn)及國(guó)家救災(zāi)減災(zāi)措施［J］.中國(guó)歷史地理論，1999（2）：47-54.

［15］倪玉平.清代冰雹災(zāi)害的初步統(tǒng)計(jì)分析［J］.江蘇社會(huì)科學(xué)，2012（1）：218-224.

［16］尹建中，劉呈慶.山東明清時(shí)期雹災(zāi)史料的初步分析［J］.山東師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1998，13（4）：421-423.

［17］祁子云.鄂爾多斯高原明代以來(lái)水澇災(zāi)害、霜雪災(zāi)害及雹災(zāi)研究［D］.西安：陜西師范大學(xué)，2013：1-71.

［18］張德二.中國(guó)三千年氣象記錄總集［M］.南京，江蘇：教育出版社，2004.

［19］李新生，張勇，張紅雨，等.山西冰雹的時(shí)空分布特征［C］／／北京：第28屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，廈門(mén)：中國(guó)氣象學(xué)會(huì)，2011.

［20］孟萬(wàn)忠，趙景波，王尚義.山西清代霜雪災(zāi)害的特點(diǎn)與周期規(guī)律研究［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2012，21（4）：40-47.

［21］葛哲學(xué)，沙威.小波分析理論與MATLABR2007實(shí)現(xiàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007：42-43.

［22］LAN KM，WENGHengyi.Climate signal detection usingwavelet transform：how tomake a time series sing［J］.Bulletin of the A-merican Meteorological Society.1995，76：2391-2402.

［23］Torrence C，Compo G P.A practical guide to wavelet analysis［J］.Bulletin of the Meteorological Society.1997，79（1）：61-78.

Analysis of Spatial and Temporal Distribution of Hail Disasters in Shanxi during M ing and Qing Dynasty

Qu Ying，Bi Shuoben，Yan Yechao and Zhang Yonghua
（School of Geography and Remote Sensing，Nanjing University of Information Science＆Technology，Nanjing 210044，China）

We arrange and analyze the frequencies and grades of hail disasters to explore the spatial and temporal distribution of hail disasters in Shanxi from 1372 to 1911 through the collection of historic literacy of Shanxi. Therewere 707 hail disasters in this province from 1372 to 1911，among them，mid，moderate and serious ones are 246，250 and 211 respectively.From the temporal distribution，the hail disaster in Shanxi has obvious stage characteristics，with a general upward trend，less in the early stage，more in themiddle and later，especially severe in the late stage；its seasonal change is obvious，disasters aremore concentrated in summer，less in autumn，least in winter and spring，and the total occurrence frequency accounts for 89%in summer and autumn.Wavelet transform result shows：the distribution of hail disasters in Shanxi from 1372 to 1911 has significant periodicity，the disasters have three periods of 2a，6 to 7a，10a，22 to 24a and 70a，among them the firstmain period 70a is in consistent with the precipitation period.Using crosswaveletmethod to analyze the relation between the precipitation and annual numbers of hail disasters in Shanxi Province，it is found that the relation between precipitation and annual numbers of hail disasters has different degree of correlation on different time scales.Seeing from the spatial distribution，there is a certain degree of consistency of the frequency distribution and intensity distribution of hail disasters in Shanxi during Ming and Qing Dynasty，plateau and mountain area were highly prone to hail disasters than lowland.

Ming and Qing dynasty；hail disasters；temporal characteristics；crosswavelet transform；spatial characteristics；Shanxi

X43；S42

A

1000-811X（2015）04-0202-07

10.3969／j.issn.1000-811X.2015.04.035

瞿穎，畢碩本，閆業(yè)超，等.山西省明清時(shí)期雹災(zāi)時(shí)空分布特征分析［J］.災(zāi)害學(xué)，2015，30（4）：202-208.［Qu Ying，Bi Shuoben，Yan Yechao，etal.Analysis of spatial and temporal distribution of hail disasters in Shanxiduring Ming and Qing Dynasty［J］.Journal of Catastrophology，2015，30（4）：202-208.］*

2015-03-26 修回日期：2015-05-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“中國(guó)明清時(shí)期氣候?yàn)?zāi)害時(shí)空演變特征挖掘研究”（41271410、41071253）

瞿穎（1990-），女，回族，江蘇揚(yáng)州人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榭臻g數(shù)據(jù)挖掘.E-mail：1184153945＠qq.com