明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害時(shí)空變化

郝小剛，孟萬忠，王亞輝

(太原師范學(xué)院歷史地理與環(huán)境變遷研究所，山西晉中 030619)

0 引言

近年來全球氣候狀況呈整體變暖的趨勢，但是，極端寒冷氣候事件卻屢屢發(fā)生，影響十分嚴(yán)重。2008年1月中國南方發(fā)生的雪災(zāi)，給20個(gè)省區(qū)造成了嚴(yán)重的災(zāi)情，導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1516.5億元人民幣;2012年1月下旬到2月上旬，中日韓等東亞地區(qū)遭遇了極寒天氣。寒冷氣候事件在氣候變暖的大背景下所造成的破壞力不容忽視，因此，對(duì)霜雪低溫災(zāi)害以及寒冷氣候事件的研究十分必要。國外學(xué)者在研究霜凍時(shí)發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)北歐有減少的趨勢［1－3］，國內(nèi)對(duì)霜雪低溫災(zāi)害的研究多集中在單一領(lǐng)域，如只對(duì)低溫、雪災(zāi)或者霜災(zāi)進(jìn)行研究［4－12］。近年來以趙景波先生為代表的一些學(xué)者把霜雪低溫災(zāi)害放到一起進(jìn)行研究，進(jìn)而探討與寒冷氣候事件的關(guān)系［13－15］。孟萬忠、王尚義對(duì)山西地區(qū)的霜雪低溫災(zāi)害進(jìn)行了全面的分析，通過時(shí)空分布探索其發(fā)生規(guī)律，指出了該地的寒冷氣候事件［16－18］。

目前對(duì)明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的綜合研究還較少，本文以明代河北地區(qū)的霜雪低溫災(zāi)害為研究對(duì)象，分析了這一時(shí)期河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生頻次、等級(jí)、空間特征、周期規(guī)律以及寒冷氣候事件，以期對(duì)該地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的防治提供一定的借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

依照《明史·地理志》［19］、《中國行政區(qū)劃通史》(明代卷)［20］中河北地區(qū)的政區(qū)沿革，并參考《中國歷史地圖集》［21］明代河北的政區(qū)地圖，可知明代河北地區(qū)在經(jīng)過“行在”、“京師”等幾度名稱變化后，最后定名為京師，也稱“北直隸”。正德九年(1514)北直隸管轄范圍為“府八，直隸州二，屬州十七，縣一百一十六”①《明史》卷40志第十六《地理志一》883頁。。這個(gè)數(shù)目至明末未變，根據(jù)各縣的災(zāi)害記錄，統(tǒng)計(jì)出霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生頻次，并以《中國歷史地圖集》［21］萬歷末年北直隸(京師)的行政圖作為研究底圖，該區(qū)范圍基本囊括在今京津冀范圍之內(nèi)。明代北直隸的行政區(qū)劃范圍與當(dāng)今河北地區(qū)行政區(qū)劃面積、范圍雖有所出入，但基本的地理單元并未改變，“北至宣府，外為遼地;東至遼海，與山東界;南至東明，與山東河南界;西至阜平，與山西界”②《明史》卷40志第十六《地理志一》884頁。。從大的地理單元和地理位置看，該地區(qū)地處華北平原核心地帶，西面太行山，與山西交界，北與內(nèi)蒙古、東北地區(qū)相接，南接中原腹地即今河南省，東南毗鄰山東半島，正東瀕臨渤海。地勢西北高，東南低，氣候?yàn)闇貛Ъ撅L(fēng)季候，夏季暖熱多雨，冬季寒冷干燥，年溫差、晝夜溫差均較大。

2 數(shù)據(jù)來源與等級(jí)劃分方法

本文數(shù)據(jù)主要來源于《明史·地理志》［19］和《中國災(zāi)害通史·明代卷》［22］等明代河北各府、州、縣志的資料記載。

霜雪低溫災(zāi)害是指地面氣溫迅速降低造成的災(zāi)害，包括農(nóng)業(yè)災(zāi)害、經(jīng)濟(jì)災(zāi)害等［23］，其特點(diǎn)是低溫。依據(jù)《中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，將霜雪低溫災(zāi)害進(jìn)行等級(jí)劃分，但由于明代河北地區(qū)缺乏對(duì)氣溫和降水量的逐年記錄，因此，對(duì)明代該地區(qū)的霜雪低溫災(zāi)害等級(jí)的劃分需綜合考慮其發(fā)生的時(shí)間、強(qiáng)度、影響范圍的廣度以及當(dāng)?shù)厥転?zāi)范圍和程度?；诖耍⒄涨叭说膭澐址椒ǎ?3－18］，將霜雪低溫災(zāi)害劃分為輕度、中度和重度3個(gè)等級(jí)(主要依據(jù)災(zāi)害對(duì)人類的影響)，其中輕度指的是資料中記載有對(duì)人類生活影響較小的災(zāi)害，如出現(xiàn)“低溫”“隕霜”等的記載;中度指的是不僅對(duì)人們生活生產(chǎn)造成傷害還會(huì)損壞農(nóng)作物，如有“隕霜?dú)⒓凇?、“隕霜傷麥”等的記錄;重度指的是大范圍降溫積雪，進(jìn)而對(duì)農(nóng)作物以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成重大影響的災(zāi)害，并有凍死牲畜、人等影響惡劣的事件。

3 結(jié)果分析

3.1 霜雪低溫災(zāi)害的等級(jí)變化特征

為便于統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)合明代京師行政區(qū)劃的變遷情況，將明代277年分為明前期(1368—1435)、明中期(1436—1572)、明后期(1573—1644)三個(gè)階段。

通過統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)明代277年間河北地區(qū)共發(fā)生霜雪低溫災(zāi)害68次，其中雪災(zāi)最多，占43次，其次是霜凍，占16次，低溫發(fā)生次數(shù)最少，為9次。按照上文災(zāi)害的劃分級(jí)別，可以得出:輕度災(zāi)害40次，占58.9%;中度19次，占27.9%;重度9次，占13.2%。根據(jù)災(zāi)害的不同等級(jí)與時(shí)間的關(guān)系(圖1)，可以看出，有明一代，中后期災(zāi)害發(fā)生最為頻繁，后期災(zāi)害的強(qiáng)度最大，而前期頻次和強(qiáng)度卻較低，明代河北霜雪低溫災(zāi)害主要是一級(jí)災(zāi)害居多，二級(jí)其次，三級(jí)災(zāi)害較少，一級(jí)災(zāi)害的發(fā)生最為頻繁。

圖1 明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害等級(jí)變化Fig．1 Change of grade of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

3.2 霜雪低溫災(zāi)害的年際變化特征

以30年為單位，做出統(tǒng)計(jì)圖，根據(jù)圖2可知，明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生頻次為中后期頻繁，前期較低，從整體上看，霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生頻次呈現(xiàn)出由低到高再到“平穩(wěn)”的態(tài)勢。

圖2 明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害頻次變化Fig．2 Change of frequencies of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

圖3 明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害距平值變化Fig．3 Variation of the distance value of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

將平均頻次與每30年實(shí)際頻次做差值，得出每30年的距平值，并運(yùn)用最小二乘法下的6次多項(xiàng)式的擬合曲線得出圖3，根據(jù)圖3，可以將該地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的變化劃分為三個(gè)階段:1368—1429年為第1階段，與明前期(1368—1435年)大致吻合;1430—1519為第2階段，屬于明中期;1520—1644為第三階段，為明代中后期。結(jié)合等級(jí)變化圖(圖1)與距平值變化圖(圖3)，可知:第一階段以輕度霜雪低溫災(zāi)害為主，并且距平值為負(fù)值，災(zāi)害發(fā)生頻率最低;第二階段以中度霜雪低溫災(zāi)害為主，距平值主要為正值，災(zāi)害頻次較高;第三階段距平值較小，以正值居多，霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生頻次較高，且以重度霜雪低溫災(zāi)害為主。因此，可以進(jìn)一步判斷出明代前期霜雪低溫災(zāi)害發(fā)生頻次少且等級(jí)低，而中后期災(zāi)害發(fā)生頻次多且等級(jí)高。

3.3 霜雪低溫災(zāi)害的季節(jié)變化特征

根據(jù)表1，可以看出明代河北霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生呈現(xiàn)出冬春季節(jié)頻發(fā)，夏秋季節(jié)發(fā)生較低的特征。春季災(zāi)害最多，春季的寒潮對(duì)農(nóng)作物以及居民生活影響最大，氣溫回暖后往往有劇烈的冷空氣來襲;冬季氣溫驟降，氣候寒冷，雪災(zāi)、低溫災(zāi)害頻發(fā)，冬季特別是冬春之交雪災(zāi)最頻繁和最重，對(duì)冬小麥特別是家禽、家畜影響最大，在明代后期，常有凍死牲畜的事件。秋季，每次冷空氣來襲都加劇近地表寒冷程度，10月份以霜凍為主，對(duì)農(nóng)作物影響嚴(yán)重，甚至造成饑荒。夏季是一年四季氣溫最高的季節(jié)，霜雪低溫災(zāi)害發(fā)生頻次最低。

圖4 明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害頻次空間分布圖Fig．4 Spatial distribution of frequency of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

表1 明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害季節(jié)分布表Tab．1 Seasonal distribution of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

3.4 霜雪低溫災(zāi)害的空間分布特征

通過統(tǒng)計(jì)明代各縣的災(zāi)害頻次，累加可得出各府的災(zāi)害頻次。根據(jù)《中國歷史地圖集》［21］明代京師圖，以明代河北(京師)的8個(gè)府，2個(gè)直隸州，1個(gè)鎮(zhèn)為區(qū)域繪制出該地區(qū)災(zāi)害發(fā)生的空間分布圖(圖4、圖5)，明代京師共17個(gè)屬州，116個(gè)縣，其中有59個(gè)地區(qū)發(fā)生過霜雪低溫災(zāi)害。根據(jù)圖4和圖5可知，明代該地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的空間分布特征明顯。

圖5 明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害等級(jí)空間分布圖Fig．5 Spatial distribution of grade of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

綜合災(zāi)害的發(fā)生頻次與等級(jí)(圖4、圖5)，可以看出，明代京師地區(qū)順天府發(fā)生頻次最高，災(zāi)害等級(jí)最高。其次是保定府、真定府、河間府、廣平府和宣府鎮(zhèn)，其中保定府和真定府的災(zāi)害等級(jí)相對(duì)較高，從整體上看，霜雪低溫災(zāi)害的分布特征與冬季風(fēng)的行進(jìn)路徑趨于一致，冬夏季風(fēng)的交匯、活動(dòng)區(qū)是霜雪低溫災(zāi)害的頻發(fā)區(qū)。從災(zāi)害的發(fā)生等級(jí)來看，重一級(jí)的災(zāi)害分布在順天府、保定府和真定府，主要分布在燕山一帶以及燕山以南地區(qū)，以及太行山以東、西山一帶。山區(qū)的氣溫低于平原且晝夜溫差大，加上山區(qū)作物種類組合較為單一［24］，抗凍能力較弱，因此在受到冷空氣及寒潮等低溫天氣影響時(shí)，災(zāi)害容易頻發(fā)?？梢钥闯?，明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的分布除與冬季風(fēng)的活動(dòng)路徑一致外，地形因素也是影響該地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害空間分布的一個(gè)因素。

3.5 霜雪低溫災(zāi)害的周期規(guī)律

明代處于“明清小冰期”的開始階段，中國氣候總體偏冷、偏寒［25－26］。對(duì)明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害發(fā)生頻次進(jìn)行周期規(guī)律分析，得出不同尺度下災(zāi)害的周期變化關(guān)系圖(圖6)。根據(jù)小波系數(shù)實(shí)部等值圖(6a)，當(dāng)小波系數(shù)實(shí)部值為正數(shù)時(shí)(實(shí)線表示)，災(zāi)害發(fā)生頻次較多，信號(hào)較強(qiáng);實(shí)部值為負(fù)數(shù)時(shí)(虛線表示)，災(zāi)害發(fā)生次數(shù)較少，信號(hào)較弱，由此可以更加清楚的看出災(zāi)害發(fā)生的總體情況;再根據(jù)小波方差圖(6b)得出霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生周期存在著多尺度的特征，災(zāi)害存在著 9a，20a、31a和41a左右的周期，其中在41a左右的震蕩周期最為強(qiáng)烈。

4 寒冷氣候事件

通常把連續(xù)3年以上出現(xiàn)的中度、重度災(zāi)害的狀況稱為寒冷氣候事件，其特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間長、危害性大［17］83。明代河北地區(qū)共有2次寒冷氣候事件來襲，第一次在1523—1540年、第二次在1641—1643年。

第一次寒冷氣候事件發(fā)生1523—1540年(明嘉靖二年至明嘉靖十九年)，期間發(fā)生了重大雪災(zāi)與霜凍。如明世宗嘉靖八年(1529)，大城縣、文安縣、河間縣、滄州市、鹽山縣、阜城縣、景縣、深縣、武強(qiáng)縣、晉縣均發(fā)生了重大霜災(zāi)。資料中記載有:“阜城縣，八月，是年大饑”、“晉縣，秋霜早降，殺稼”、“滄州市，八月，霜?dú)⒑獭钡取?/p>

圖 6明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害小波分析Fig．6 Wavelet analysis of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

第二次寒冷氣候事件發(fā)生在1641—1643年(明崇禎十四年至明崇禎十六年)，這期間，主要是大雪持續(xù)時(shí)間和影響范圍廣，如1643年，安新縣“正月二十五日，雪片大如拳，晝巳時(shí)晦如夜，午時(shí)方明”。

從霜雪災(zāi)害發(fā)生的階段來看，1520—1644年為霜雪災(zāi)害的高發(fā)期，而兩次寒冷氣候事件也在此階段發(fā)生，因此可以說明1520—1644年是明代較為寒冷的時(shí)期。

5 討論

對(duì)明代霜雪低溫災(zāi)害的時(shí)空分布進(jìn)行研究，不僅可以為當(dāng)今的災(zāi)害防治提供一定的借鑒意義，還可以通過其成因的探討，進(jìn)而探索其災(zāi)害背后的發(fā)生規(guī)律，從而更加全面系統(tǒng)的指導(dǎo)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)踐。14世紀(jì)后半葉至20世紀(jì)初，是中國近5000年來的第四個(gè)寒冷期，特別是1470年以后的寒冷期最具代表性［27］。河北地區(qū)的霜雪低溫災(zāi)害在明代中后期處于高發(fā)期，河北地區(qū)的冷冬出現(xiàn)在1520年以后［28］，而明代河北地區(qū)的霜雪低溫災(zāi)害也正是在1520年后呈現(xiàn)出高強(qiáng)度的特點(diǎn)，這是對(duì)氣候變化的響應(yīng)。同時(shí)，霜雪低溫災(zāi)害作為一種氣象災(zāi)害，發(fā)生規(guī)律整體上受寒冷氣候控制，1520—1644年是明代霜雪低溫災(zāi)害頻次和等級(jí)最高的階段，也是河北異常寒冷的時(shí)期，即明代的“小冰期”。

明清時(shí)期，北半球已經(jīng)進(jìn)入寒冷階段，但受區(qū)域位置和地理環(huán)境的影響，中國氣候表現(xiàn)出不穩(wěn)定的變化狀態(tài)，其中中國東部地區(qū)明顯寒冷［29－32］。但是不同區(qū)域內(nèi)氣候變化又呈現(xiàn)出不同特點(diǎn)［31］，山西地區(qū)在明清時(shí)期共發(fā)生過6次寒冷氣候事件［16－17］，在明代發(fā)生了 3次寒冷氣候事件［17］83，河北地區(qū)在明代的寒冷氣候事件為2次，低于山西地區(qū)，一方面是因?yàn)樯轿鞯靥廃S土高原，海拔高，冬季氣溫相對(duì)寒冷，另一方面，是由于中國冬季風(fēng)的高壓強(qiáng)度往往在冬季氣溫變化中起著決定性作用，控制著中國北方地區(qū)的冷暖［33］，山西地區(qū)距離冬季風(fēng)源地近，強(qiáng)大的冷空氣分西、中、東三條路徑侵入山西［34］，而河北地區(qū)雖處于冬夏季風(fēng)交匯的前沿地帶，但受東西向的燕山山脈和南北向的太行山山脈阻擋，冬季風(fēng)相對(duì)較弱，明代河北地區(qū)的霜雪低溫災(zāi)害在頻次和強(qiáng)度方面明顯低于明代山西地區(qū)。總之，霜雪低溫災(zāi)害受區(qū)域地形與區(qū)域氣候的影響，表現(xiàn)出明顯的區(qū)域特性，但從整體上看，霜雪低溫災(zāi)害的分布與冬季風(fēng)的行進(jìn)路徑趨于一致。

6 結(jié)論

(1)明代河北地區(qū)(京師)霜雪低溫災(zāi)害共發(fā)生了 68次，輕度、中度和重度占比分別為:58.9%，27.9%和13.2%。其中以輕度災(zāi)害居多，但受災(zāi)面廣，具有連續(xù)性頻發(fā)現(xiàn)象。

(2)明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生具有明顯階段性特征，1368—1429年為第1階段，以輕中度霜雪低溫災(zāi)害為主，災(zāi)害發(fā)生頻率較低;1430—1519為第2階段，以中度霜雪低溫災(zāi)害為主，災(zāi)害頻次最高;1520—1644為第三階段，以重度霜雪低溫災(zāi)害為主，明代中、晚期是河北霜雪低溫災(zāi)害的高發(fā)期，且強(qiáng)度較大。

(3)明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的分布具有明顯的空間差異性。地形與季風(fēng)活動(dòng)的是影響災(zāi)害空間差異的重要因素;明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的分布特征與冬季風(fēng)的活動(dòng)路徑趨于一致。

(4)小波分析顯示，明代河北地區(qū)霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生周期存在著多尺度的特征，災(zāi)害存在著9a，20a、31a和41a左右的周期，其中在41a左右的震蕩周期最為強(qiáng)烈。明代中晚期的氣候比早期寒冷，該地霜雪低溫災(zāi)害的發(fā)生是對(duì)明代“小冰期”的響應(yīng)。

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