明代晉北地區(qū)干旱災(zāi)害研究

趙源思 蘇迎慶 ?？〗?

摘要? ? 為研究明代晉北地區(qū)干旱災(zāi)害的變化規(guī)律及其原因，搜集晉北地區(qū)的歷史資料并進行整理和分析，利用數(shù)理方法對該地區(qū)旱災(zāi)年際變化、季節(jié)變化以及周期性變化進行系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，明代晉北地區(qū)共發(fā)生旱災(zāi)100次，平均每2.7年發(fā)生1次。其中，中度以上旱災(zāi)比重高達90%，表明明代該地區(qū)域受災(zāi)程度嚴重。明代晉北地區(qū)旱災(zāi)年際變化呈現(xiàn)出一個不太典型“W”型擺動式，主要特點為多發(fā)期和少發(fā)期交替波動。該地區(qū)春旱、夏旱和春夏連旱時常發(fā)生，占旱災(zāi)總數(shù)的86%。晉北地區(qū)具有指示該時代氣候特征的2次干旱事件，分別是明代1521—1525年的連續(xù)5年大旱和1628年的大旱災(zāi)。明代處于氣候史上的干冷期，年降水量減少、降水季節(jié)分配不均、厄爾尼諾現(xiàn)象和太陽黑子的數(shù)量變化等自然因素易引發(fā)旱災(zāi)。人地矛盾突出，人類大肆墾荒與砍伐樹木加劇旱災(zāi)頻發(fā)。

關(guān)鍵詞? ? 干旱災(zāi)害;明代;晉北地區(qū)

中圖分類號? ? S423? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）08-0201-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

干旱災(zāi)害是全球范圍內(nèi)頻繁發(fā)生的一種慢性自然災(zāi)害，通常是指某一具體時間的降水量比常年平均降水量顯著偏少，進而導(dǎo)致經(jīng)濟發(fā)展和人類生活受到較大危害的現(xiàn)象[1]。干旱災(zāi)害會引起水資源匱乏、糧食短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等后果，且影響時間長、范圍廣，直接威脅到國家的糧食安全和經(jīng)濟發(fā)展[2]。大范圍的干旱災(zāi)害在中國時常發(fā)生，平均每年有667～2 667 hm2的田地受到災(zāi)害，最高時受災(zāi)面積達到4 000萬hm2，每年導(dǎo)致減產(chǎn)數(shù)百萬噸到上千萬噸的糧食，這表明干旱災(zāi)害對我國的發(fā)展影響巨大。20世紀50年代，我國學(xué)者開始開展干旱災(zāi)害方面的研究，至今研究成果已經(jīng)十分豐碩。從研究尺度來看，既有對一個省或市的中、微觀層面研究，也有對一個流域的宏觀層面研究[3-6]。從研究內(nèi)容來看，既有對干旱災(zāi)害的時空特征變化等自然規(guī)律的研究，也有干旱災(zāi)害對農(nóng)作物影響的風(fēng)險評估的研究[3，7-9]。從研究方法來看，有標準化降水指數(shù)、啟發(fā)式分割算法、小波分析法等具體數(shù)理方法，也有層次分析法、加權(quán)綜合評價法、模糊集對評價法等綜合的評價方法[10-12]?？傮w來看，干旱災(zāi)害的研究成果較為豐富，但多集中在大的研究尺度上，微觀層面的研究較少。山西降水偏少、大風(fēng)日多且蒸發(fā)量較大而導(dǎo)致旱災(zāi)頻發(fā)，嚴重制約著山西的農(nóng)業(yè)發(fā)展。其中，晉北地區(qū)尤為典型。因此，本文以明代晉北地區(qū)的干旱災(zāi)害為研究對象，收集大量的歷史文獻資料，分析旱災(zāi)的等級、頻率及周期，并探討干旱災(zāi)害的成因，為現(xiàn)代社會應(yīng)對氣候暖干化和干旱災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)。

1? ? 研究區(qū)概況與分析方法

晉北地區(qū)位于山西省北部，包括大同市部分縣區(qū)、朔州市所有縣區(qū)及忻州市的部分縣區(qū)，位于東經(jīng)110°56′30″～114°32′30″，北緯38°39′56″～40°44′35″，面積共31 375 km2。晉北地區(qū)北部為內(nèi)蒙古高原，南部是太原盆地，東部是太行山脈，西部為呂梁山脈。該區(qū)域整體地勢偏高，海拔在698～3 092 m之間，地形以山地、丘陵和盆地為主。晉北地區(qū)是溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年溫差大，平均氣溫在4.6～6.8 ℃之間，降水量多集中7—9月，年降水量為380～460 mm，年均蒸發(fā)量約為2 000 mm。晉北地區(qū)是我國典型的農(nóng)牧交錯帶，主要農(nóng)作物為蕎麥，該地區(qū)全年溫差大，降水較少，旱災(zāi)頻發(fā)，影響農(nóng)作物生長。

參照《三千年氣象記錄總集》《中國氣象災(zāi)害大典·山西卷》《山西自然災(zāi)害史年表》《山西通志》等資料[14-15]，收集關(guān)于明代晉北地區(qū)旱災(zāi)記錄的資料，本文依據(jù)歷史文獻資料，對所得數(shù)據(jù)進行SPSS多項式擬合及小波計算分析。

2? ? 明代晉北地區(qū)干旱災(zāi)害分析

2.1? ? 旱災(zāi)等級劃分

根據(jù)相關(guān)歷史資料，將晉北地區(qū)明代干旱災(zāi)害劃分為以下4個等級序列[13-15]。

第一級為輕度旱災(zāi)。資料中只簡單地記載了某個地區(qū)的干旱情況，沒有涉及所造成的影響或者后果。如1479年，大同等十五衛(wèi)旱災(zāi)[14]。

第二級為中度旱災(zāi)。資料中有記載旱災(zāi)涉及區(qū)域較大，使用“大旱”等詞，發(fā)布免賦稅、緩征賦稅等政策，造成糧食欠收、人民基本生活水平下降等影響。如1496年，以旱災(zāi)免山西大同府屬州縣及行都司屬衛(wèi)所弘治九年（1496年）秋糧籽粒有差[14]。

第三級為大旱災(zāi)。資料中描述為地域性大旱，糧食減產(chǎn)十分嚴重甚至無收成，百姓無以為食，糧食價格一路上漲，社會問題顯著等，此類旱災(zāi)為大旱災(zāi)。如1602年，春，崞縣大饑，斗米數(shù)百錢，縣令李年新各鄉(xiāng)施粥，活人甚多[15]。

第四級為特大旱災(zāi)。旱災(zāi)發(fā)生的范圍大且持續(xù)時間長，資料中有表明河流干枯，百姓無食果腹、無家可歸并大量死亡，牲畜亦大量死亡，百姓的財產(chǎn)損失巨大，此類旱災(zāi)為特大旱災(zāi)。如1609年，定襄終歲不雨，大荒，窮民啖草根樹皮充饑，死亡不計其數(shù)[15]。

2.2? ? 旱災(zāi)等級特征分析

1368—1644年期間，晉北地區(qū)明確記錄的旱災(zāi)共計100次，平均每2.7年發(fā)生1次。其中，輕度旱災(zāi)發(fā)生10次，占旱災(zāi)總數(shù)的10%;中度旱災(zāi)68次，占旱災(zāi)總數(shù)的68%;大旱災(zāi)發(fā)生11次，占旱災(zāi)總數(shù)的11%;特大旱災(zāi)發(fā)生11次，占旱災(zāi)總數(shù)的11%。

2.3? ? 旱災(zāi)的年際變化

由圖1可看出，1368—1644年晉北地區(qū)旱災(zāi)頻次變化具有一定的規(guī)律，呈不太典型“W”型擺動式，即晉北地區(qū)旱災(zāi)的變化以多發(fā)期和少發(fā)期的交替波動出現(xiàn)為主要特點[16]，明代前期旱災(zāi)發(fā)生頻數(shù)較少，中后期旱災(zāi)發(fā)生次數(shù)較多[17]。具體來說，1365—1474年、1535—1604年這2個時段是旱災(zāi)的少發(fā)期，1475—1534年、1605—1644年2個時段是旱災(zāi)的多發(fā)期。

整體上來說，1368—1644年晉北地區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)，平均每10年有3.6次旱災(zāi)。1495—1504年，1625—1634年旱災(zāi)最頻繁，超過7次;其次是1485—1494年，1515—1524年，1525—1534年各有6次旱災(zāi)。在1515—1524年的6次旱災(zāi)中，四級旱災(zāi)有4次，這10年旱災(zāi)頻發(fā)且嚴重。明代中后期旱災(zāi)頻發(fā)，給百姓帶來嚴重的影響與傷害。

2.4? ? 旱災(zāi)的季節(jié)變化

由于記錄等原因，歷史文獻中部分旱災(zāi)并沒有提及發(fā)生的季節(jié)。統(tǒng)計中有旱災(zāi)發(fā)生時間的具體記載共43次，用來分析旱災(zāi)的季節(jié)變化，見圖2。

晉北地區(qū)的單季旱主要是春旱和夏旱，分別記載了15次和13次，冬旱發(fā)生概率小，記載中只有1次。春夏連旱出現(xiàn)了9次，發(fā)生次數(shù)較多。夏秋旱和春夏秋旱各發(fā)生1次，全年旱在記載中有3次。由統(tǒng)計可知，晉北地區(qū)在這276年間春旱、夏旱和春夏連旱時常發(fā)生，占旱災(zāi)總數(shù)的86%。

2.5? ? 旱災(zāi)發(fā)生的周期性

小波分析可以清楚地揭示出時間序列中隱藏的各種變化周期，特別是在多個時間尺度條件下研究某地干旱潛力變化周期時，具有很大的科學(xué)和實用價值[18-19]。不同研究尺度下干旱變化周期也會有所不同，小時間尺度的變化周期往往嵌套在大尺度的變化周期中[20]。本文利用MATLAB軟件的Morlet小波分析功能分析了晉北干旱的周期性。

1368—1644年晉北干旱周期在不同時間尺度上變化顯著。在1465—1534年和1606—1644年期間，主要表現(xiàn)出1～2年的周期性。在10年以下的尺度上無明顯規(guī)律。在20年以下尺度上，有不明顯的16—19年的準周期，1485—1584年旱災(zāi)頻次較多。

3? ? 干旱氣候事件

正德十六年（1521年）到嘉靖四年（1525年）的連續(xù)5年大旱，其中3次特大災(zāi)害，2次中度災(zāi)害。特別是正德十六年（1521年），大同所屬各州縣旱災(zāi)和雹災(zāi)連續(xù)不斷，災(zāi)情相當(dāng)嚴重。還有嘉靖元年（1522年），偏關(guān)縣“大旱，八月不雨，地干千丈，五谷不能種，餓死盈野[14]?！奔尉付辏?523年），大同、懷仁出現(xiàn)赤地千里的景象。

崇禎元年（1628年）發(fā)生特大旱災(zāi)。災(zāi)害波及范圍廣、持續(xù)時間長、五谷無法種植、餓死人口大半，也直接導(dǎo)致了1629年的大饑荒[15]。

4? ? 旱災(zāi)原因分析

4.1? ? 氣候變化與旱災(zāi)的關(guān)系

由于氣候和地形條件的綜合影響，晉北地區(qū)易發(fā)生旱災(zāi)[21-22]。中國氣候?qū)W家竺可楨和丹麥地球物理學(xué)家丹斯加德等人對氣候史的研究表明，整個明代都處于氣候史上的寒冷期。17世紀的明末清初是本次寒冷期最寒冷的時候，也有人稱之為“17世紀小冰期”或“明清宇宙期”[23]。這種特殊的氣候背景使明代氣溫偏低、降水偏少，從而導(dǎo)致干旱災(zāi)害頻發(fā)。

年降水量減少會引起旱災(zāi)。不同年份季風(fēng)環(huán)流進退時間與持續(xù)長短不一，因而年降水量就會不穩(wěn)定。當(dāng)大氣環(huán)流引發(fā)年降水量減少時，就會引發(fā)大范圍的特大旱災(zāi)[24]。由于歷史資料的局限性，明代晉北地區(qū)的降水量數(shù)據(jù)無法獲得，然而現(xiàn)代干旱年份的降水量可作為歷史時期發(fā)生旱災(zāi)年份的降水量推斷依據(jù)。根據(jù)中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)中的記錄大旱災(zāi)年份的降水量數(shù)據(jù)，大旱災(zāi)出現(xiàn)年份的平均降水量約332.7 mm，年降水距平值可達-192.4 mm。依據(jù)現(xiàn)代大旱年降水量波動的情況，可大致推斷出歷史時期該地（特）大旱災(zāi)發(fā)生時，年降水量<332.7 mm。

晉北地區(qū)為大陸性季風(fēng)氣候，季節(jié)降水不均，且該地區(qū)西部高大的太行山脈阻擋了東南季風(fēng)帶來的降水，易發(fā)生旱災(zāi)。該地區(qū)緯度較高，光熱資源較豐富，春季大風(fēng)日較多，加劇了流域的蒸發(fā)量。大的蒸發(fā)量勢必造成土壤含水量經(jīng)常處于較低狀態(tài)，墑情較差，易出現(xiàn)干旱。

厄爾尼諾現(xiàn)象、太陽黑子的數(shù)量與山西省大旱具有很強的相關(guān)性[25]。研究認為：在厄爾尼諾發(fā)生期間，山西省干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生。光緒年間的大旱災(zāi)就是受厄爾尼諾事件的影響[23]。在太陽黑子數(shù)量為高低值轉(zhuǎn)換過渡期，山西省容易發(fā)生旱災(zāi)。

4.2? ? 人類活動的影響

人類活動對地表植被的影響是晉北地區(qū)旱災(zāi)發(fā)生的主要人為影響因素。植被可以保護土壤中的水分，當(dāng)植被大面積減少時，容易發(fā)生水土流失和土地沙漠化。元末明初時期，中原地區(qū)戰(zhàn)亂不斷、災(zāi)害不斷，導(dǎo)致人口凋零且土地荒蕪，而山西受戰(zhàn)爭和災(zāi)害的侵擾很少，總體上安定富足，致使明初山西總?cè)丝跀?shù)大幅度增加，逾六百萬人，人地矛盾突出。為了解決人地關(guān)系日益緊張的問題，明初朱元璋獎勵墾荒，軍屯、民屯、商屯在山西均有成效[26]，無數(shù)民眾為了維持生計而爭奪墾辟丘陵山地、河谷平原，導(dǎo)致林地植被大面積破壞。這種大肆墾荒的行為使晉北地區(qū)生態(tài)環(huán)境變得脆弱。另外，明朝中期北京修建宮殿，管涔山樹木被大肆砍伐;明代前期森林一望無際，郁郁蔥蔥;明后期，植被已砍伐殆盡，這進一步加劇了晉北地區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞。晉北地區(qū)大面積墾荒，大肆砍伐樹木，導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮亮魇Ш蜕鷳B(tài)環(huán)境惡化，加劇干旱。

5? ? 結(jié)論

（1）明代晉北地區(qū)共發(fā)生旱災(zāi)100次，平均每2.7年發(fā)生1次。其中，中度以上旱災(zāi)比重高達90%，說明明代晉北地區(qū)旱災(zāi)十分嚴重。

（2）1368—1644年旱災(zāi)年際變化呈現(xiàn)出一個不太典型“W”型擺動式，這說明晉北地區(qū)旱災(zāi)頻數(shù)的變化具有一定的規(guī)律，即旱災(zāi)的變化以多發(fā)期和少發(fā)期的交替波動出現(xiàn)為主要特點。整體上來說，1368—1644年晉北地區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)，平均每10年有3.6次旱災(zāi)。1495—1504年，1625—1634年旱災(zāi)最頻繁，超過7次;其次是在1485—1494年，1515—1524年，1525—1534年各有6次旱災(zāi)。在1465—1534年和1606—1644年期間，主要表現(xiàn)為1～2年的周期。

明代晉北地區(qū)的單季旱主要是春旱和夏旱，分別記載了15次和13次，占旱災(zāi)總數(shù)的65%。冬旱發(fā)生概率小，在記載中只有1次。春夏連旱發(fā)生了9次，發(fā)生次數(shù)較多。夏秋旱和春夏秋旱各發(fā)生一次，全年旱在記載中有3次。

根據(jù)資料，明代晉北地區(qū)正德十六（1521年）年到嘉靖四年（1525年）的連續(xù)5年大旱和崇禎元年（1628年）的旱災(zāi)災(zāi)情十分嚴重。

明代處于氣候史上的干冷期，降水的年際變化和季節(jié)分配不均易引起干旱，厄爾尼諾現(xiàn)象、太陽黑子的數(shù)量與山西省大旱具有很強的相關(guān)性。人地矛盾突出，人類大肆墾荒與砍伐樹木加劇旱災(zāi)頻發(fā)、災(zāi)情嚴重。

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