昆明1322年至2013年旱涝历史的重建

刘东升，张虎才

(云南师范大学 旅游与地理科学学院，高原湖泊生态与全球变化重点实验室，高原地理过程与环境云南省重点实验室，云南 昆明 650500)



昆明1322年至2013年旱涝历史的重建

刘东升，张虎才*

(云南师范大学 旅游与地理科学学院，高原湖泊生态与全球变化重点实验室，高原地理过程与环境云南省重点实验室，云南 昆明 650500)

利用《云南省气象灾害史料》、《中国近500年旱涝分布图集》、《中国气象灾害大典云南卷》记载的昆明旱涝灾害资料，通过数学分析、旱涝指数化等级划分，重建昆明元代以来的旱涝等级序列，分析昆明1322年至2013年旱涝灾害发生的周期性变化，并对昆明旱涝灾害的发生原因进行了初步探讨。研究表明：1322年至2013年昆明692 a旱涝灾害频发，且以涝灾为主。小波分析结果指出昆明旱涝灾害具有显著的周期性，第一主周期39 a，第二主周期11 a，第三主周期4 a。昆明692 a旱涝灾害分为3个阶段，其变化总体趋势是：先趋向于涝，后趋向于旱；2009年至2013年5年连旱是1700年以来旱趋势的发展。昆明旱涝灾害的发生与太阳活动、ENSO、季风气候和气候变化等自然因素密切相关。

昆明；旱涝灾害；季风气候；变化规律

0 引言

旱涝灾害对人类生活和社会经济发展影响巨大。近年来，随着全球变化幅度、频率和影响范围的日益加强和扩大，世界范围内的旱涝灾害不仅给许多国家的生态环境、粮食安全、水资源和能源带来了严重的影响，甚至关系到社会的稳定与国家的安全。作为对中国国民经济负面影响最大的自然灾害之一，旱涝灾害也越来越受到人们的重视，致力于旱涝灾害的研究已成为灾害学领域最为活跃的课题之一[1]。

昆明在气候上处于季风气候控制区，地质构造复杂、地形起伏剧烈、岩溶地貌发育，季节性明显的降水分配和贫瘠土壤层不仅导致昆明存在季节性水资源短缺，也极易引发自然灾害，例如频发的旱涝灾害已经给该地区的农作物的生长和人民生活造成严重的影响，特别是2009年至2013年连续5年的干旱，更是最近几十年来最严重的气象干旱事件。针对云南省的旱涝灾害，已经有不少专家学者进行了研究，并取得了一定的成果[2-7]。然而涉及到昆明旱涝灾害发生规律的研究甚少，且研究尺度很短。因此从昆明旱涝灾害历史记录资料入手，并把历史记录与现代器测资料进行对比和同一化处理，进而系统地分析并探讨了昆明1322年至2013年692 a旱涝灾害的发生规律，对于从历史记录的角度研究区域灾害性天气过程，进而为昆明制定长远的防涝抗旱措施以及未来水资源的合理利用等方面具有重要的理论和现实意义。

1 研究区域概况和研究方法

昆明市位于云贵高原中部(东经102°10′～103°40′，北纬24°23′～26°22′)，总体地势北部高，南部低，由北向南呈阶梯状逐渐降低。气候类型为亚热带高原季风气候，夏无酷暑，冬无严寒，年温差较小，有“春城”之称；据气象数据，昆明多年平均降雨量约为958 mm，而2009年年平均降雨量为630 mm，2010为830 mm，2011年为591 mm，2012年为771 mm，2013年为786 mm，形成5年降水量偏少的连旱。昆明是云南省的省会城市，也是西南第三大城市，面积21 473 km2，常住人口657.9万人(2013年)，管辖六区一市七县，即五华区、盘龙区、官渡区、西山区、呈贡区、东川区、安宁市、晋宁县、富民县、嵩明县、宜良县、石林彝族自治县、寻甸回族彝族自治县、禄劝彝族苗族自治县。

图1 研究区域

本文主要参考《云南省气象灾害史料》、《中国近500年旱涝分布图集》、《中国气象灾害大典云南卷》中关于昆明条目旱涝灾害的记载，通过整理、归纳，获得了系统的历史时期昆明旱涝灾害的信息，并运用数理统计方法，根据书中旱涝等级，参考《中国近500年旱涝分布图集》中的转换方法，计算获得旱涝指数。由于不同历史资料中记载的灾情差异很大，当出现明显不一致时，遵循少数服从多数、无从有、轻从重的原则进行处理。凡同一年份旱涝先后出现者，如春旱夏涝、夏旱秋涝等则以夏季情况为主。凡以上3本书记载均空缺的年份则默认为无灾。1322～2000年的旱涝等级即依据这三本书。

由于在昆明的旱涝灾害记录中元朝以前的数千年只有寥寥数条，从1322年开始记录才丰富和可靠起来，故以1322年作为本研究起点。至于研究的时间终点则截止于2013年，即昆明5年连旱的结束时间。时间跨越692年，历经元朝、明朝、清朝、中华民国和中华人民共和国5个历史时期。

根据史料，将旱涝等级划分为两个等级，一级旱涝灾害：大旱、大涝，二级旱涝灾害：旱、涝，并且定义一级旱涝灾害破坏力是二级旱涝灾害的两倍。在作图的时候则转化成旱涝指数，旱涝指数根据水量多寡划分，即大旱1，旱2，正常3，涝4，大涝5。为了和历史资料所得的旱涝等级相一致，在依据器测降水量确定旱涝等级时一般采用站点所在地区的5～9月降水量，按以下标准评定[8]，例如2001～2013年的旱涝等级即依据这个标准通过下式计算获得。

(1)

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(4)

(5)

2 昆明692 a旱涝灾害发生规律分析

2.1 昆明692 a旱涝灾害的频率

根据统计结果，各个历史时期昆明旱涝灾害频率具有以下特征(表1)：元朝97年间关于昆明旱涝的共记载9次，平均9.3a一次旱涝灾害；明朝276年间共记载47次，平均5.9a一次；清朝268年间共记载111次，平均2.4a一次；民国38a共记载28次，平均1.4a一次；1949至2013年的65a共记载54次，平均1.2a一次。从以上变化数据可以看出，自元朝到中华人民共和国截止2013年，旱涝灾害频率呈上升态势，其中以中华人民共和国截止2013年的65a发生的旱涝灾害最为频繁，平均1.2a就有一次。

表1 昆明各个历史时期旱涝灾害次数统计表

昆明692a共发生旱涝灾害总次数249次(表2)，占总年数的百分比为36.0%；其中旱灾有105次，占总年数的百分比为15.2%；涝灾144次，占总年数的百分比为20.8%。如以级别程度划分则包括旱74次，占总年数的百分比为10.7%；大旱31次，占总年数的百分比为4.5%；涝119次，占总年数的百分比为17.2%；大涝25次，占总年数的百分比为3.6%。从发生的频率来看，昆明692a涝灾的发生频率高于旱灾的发生频率，即昆明692a旱涝灾害是以涝灾为主。

表2 昆明1322年至2013旱涝灾害发生等级次数表

2.2 昆明692 a旱涝灾害周期分析

通过morlet小波分析对所获数据进行周期性检验，并绘制小波功率谱图，功率谱曲线每一峰值对应尺度下存在较为显著的周期，最高峰值对应最显著周期。图2中的功率谱曲线存在3个峰值，可见对应了3个显著的周期，这样获得昆明过去692a旱涝灾害存在显著的39a第一主周期、11a次主周期和4a第三主周期。其中39a和11a周期与严华生等人的研究所得昆明旱涝变化主要存在40a和11a的周期的结论一致[7]。

图2 昆明692 a旱涝灾害morlet小波分析

2.3 昆明692 a旱涝灾害阶段性

2.3.1 昆明旱涝灾害的3个阶段性

根据图3中的旱涝分割线与滑动平均曲线相交将滑动平均曲线分成3部分，这可以被作为昆明692a旱涝灾害的3个阶段。其中第一阶段：1322～1449年的129a，昆明自然灾害以旱灾为主，未出现涝灾，其中极旱年出现在滑动平均最低值附近，即1342～1365年；之后分别在1450、1452出现了两次连续记载的涝灾，灾害情况发生突变，由此进入第二阶段：即1450～1899年，在这449a，昆明自然灾害转为以涝灾为主，极涝年出现在滑动平均最高值附近，即分别于1630、1633、1634、1638年出现的3次涝灾和1次大涝。到1900、1911年出现两次连续大旱，灾害情况再一次发生突变，由此进入第三阶段：即1900～2013年，在这114a，昆明自然灾害转为以旱灾为主，这一阶段很不不稳定，曾出现多次以涝灾为主的时段，尤以1910s～1930s波动最大。

2.3.2 昆明旱涝灾害第三阶段的波动性

如前所述，从1900到2013年的这114a，昆明虽然以旱灾为主，但不稳定，可以进一步分为以下几个次级阶段。从图可以看出1900年以后，旱涝分割线与滑动平均曲线有多个交点，但是以1911、1928、1961、1974、1990、2002年这6个交点附近旱涝差别最大，故以这6个点作为分界点，进一步划分为偏旱的1900～1910年、偏涝的1911～1928年、偏旱的1929～1960年、偏涝的1961～1974年、偏旱的1975～1989年、偏涝的1990～2002年和偏旱的2003～2013，其中2009～2013年昆明的5年连旱就处于最后一个偏旱时期。

图3 昆明692 a旱涝灾害散点图附加趋势线、滑动平均与旱涝分割线

2.4 昆明692 a旱涝灾害趋势性分析

根据图3中的变化可以看出昆明692a旱涝灾害的总体趋势是：先趋向于涝，后趋向于旱(图3)。趋势线峰值对应的年份为1700年，所以1700年可以被认为是昆明旱涝趋势重要的转变时间：1700年以前昆明涝灾呈逐年上升趋势，其中1332～1449年是在旱灾为主的阶段，而1450～1770年则是涝灾为主的阶段；1700年以后昆明涝灾呈下降趋势，但在不同时期也存在差异，其中1771～1899年是以涝灾为主的阶段呈下降趋势，而1900～2013年则是以旱灾为主的阶段呈下降趋势。

3 讨论

3.1 太阳活动与昆明旱涝灾害的相关性

太阳活动是影响地球上气候、植被、水文等诸多方面最重要的因素之一，因此太阳活动也毫无例外的与旱涝灾害之间存在着一定的关联性。一些研究者通过分析区域气象数据发现气温、气压、降雨量等气象因子具有11a、22a、80a和180a等变化周期，并与太阳活动周期可以对比[9]。再如吴晓华研究指出，中国的冷暖和早涝出现的世纪变化与太阳活动的世纪变化相对应[10]。太阳活动大幅度衰减与中国发生特大干早事件相呼应[11]。

本文通过对昆明旱涝灾害的周期性进行分析发现，昆明旱涝灾害存在11a的第二主周期，而这11a的第二主周期与太阳黑子的11年周期相对应。1958～2011年，太阳黑子的减少趋势与昆明干旱化趋势相一致[12]。可见，太阳活动对于昆明旱涝灾害的周期性具有显著影响。

3.2 ENSO对昆明旱涝灾害的影响

海洋与大气的相互作用和关联，气象上把两者合称为ENSO(ElNio/LaNia-SouthernOscillation，简写ENSO)。ENSO和季风是气候异常研究中两个重要课题[13]。ENSO是导致全球各地旱涝灾害的主要过程和起因，例如1998年长江洪水、2008年南方雪灾都与其有关。昆明地处西南地区中部，ElNio年，西南地区降水偏多；LaNia年则变化不一，出现中部降水偏多，而东、西部偏少得现象[14]。

ENSO具有2a～7a的准周期[15]，昆明旱涝灾害的第三主周期4a与其相对应。据研究，ElNino事件发展期、LaNina事件衰弱期以及印度洋海温偏暖是昆明2009～2013年5年连旱的重要原因[16]。可见，ENSO对于昆明旱涝灾害的周期性也具有显著影响。

3.3 季风气候与昆明旱灾和涝灾的关系

昆明地处云贵高原，受到西南季风、东南季风的双重影响，使得处于干旱带上的昆明拥有充沛的降雨量。但是由于季风气候的特点以及位置、地形 的影响，降水的时间和空间分布不均。在空间上，降水量分别从东部、南部、西部向中部北部递减，所以东部、南部、西部多涝，中部北部多旱。在时间上，由于干湿季分明的气候特点，在干季(11月～次年4月)多旱，雨季(5～10月)多涝，并可分为夏涝和秋涝。

气候因素中的降水因子与旱涝灾害直接相关。对昆明气象局记录的昆明1951～2013年63年的降雨量和旱涝灾害之间进行相关关系分析表明，两者的相关系数达到了0.77，呈显著正相关。这也证明了通过降水量函数确定旱涝等级方法的科学性。并且，通过昆明63年的降雨量数据得出多年平均降雨量是981.9mm，其中旱灾年的降雨量基本上都是低于平均降雨量，涝灾年的降雨量基本上都是高于平均降雨量，所以昆明旱涝灾害的一个降雨量特征就是基本上偏离多年平均降雨量，但是偏离多年平均降雨量不一定会发生旱涝灾害，降水分布的均匀与否决定着涝灾的形成。

图4 昆明1951～2013降雨量与旱涝灾害相关关系分析

3.4 气候变化对昆明旱涝灾害的影响

气候变化是指长时期内气候状况的变化，其中气候冷暖波动是气候变化的一般形式[17]，这里笔者拟对百年尺度的气候变化对昆明旱涝灾害的影响做一探讨。

14世纪到19世纪是公认的小冰期，这一时期气候不但寒冷而且湿润[18]。云贵地区北部有青藏高原和高大山系的阻隔，相应地冷气流的南下机率降低，导致降温不明显的区域特色。希夏邦玛达索普冰芯的高积累量，以及最近喜玛拉雅山北麓沉错的沉积物分析都揭示了小冰期的这种气候特征，例如硅藻-盐度转换函数定量小冰期时湖水盐度仅400～500mg/L，仅仅是现代湖水的1/3，高山降雪量大，低处的湖水淡化，表明这时印度季风降水较丰，也具有冷湿气候特点[19]。从以上分析得知小冰期时期云贵地区降温不明显，但湿度变化响应显著。在这种气候背景下，明清时期昆明涝灾明显。据统计1322～1900年关于昆明旱涝的记载共159次，其中大旱19次，旱41次，涝80次，大涝19次，根据前面定义的一级旱涝灾害破坏力是二级旱涝灾害的两倍，旱涝灾害破坏力比为79∶118，可以看出涝灾更严重。

明清小冰期之后，气温开始回升，进入现代增暖期，自20世纪80年代以来气候变暖的趋势愈来愈明显，随之而来的是云南近百年来出现明显的干旱化趋势[2]；昆明1929～2009年年降水量、降水日数有减少的趋势，1987年以来变化更为显著[20]。据统计1901～2013年关于昆明旱涝的记载共90次，其中大旱12次，旱33次，涝39次，大涝6次，旱涝灾害破坏力比为57∶51，可以看出旱灾更严重。

因此气候变化对于昆明旱涝灾害的影响有一个规律，即温暖期对应旱灾多，寒冷期对应涝灾多。如明清小冰期涝灾多，现代增暖期旱灾多。这是由于西南季风影响下的气候演化特征就是暖干-冷湿气候交替变化，昆明地处西南地区，主要受西南季风影响，所以也自然存在这样一种气候交替变化。

3.5 与其他地区气候变化的比较

3.5.1 与云南洱海沉积记录的气候变化的比较

张振克等[21]指出近2000年来云南洱海沉积记录的气候变化可以分为5个阶段，其中第三、第四和第五阶段可与昆明692年旱涝灾害记录的气候变化进行比较。890～450aBP，洱海气候较暖干，存在明显冷湿波动；450～130aBP，气候冷湿；130aBP以来，气候向偏暖干发展，存在冷湿波动。昆明692年旱涝灾害记录的气候变化共分为3个阶段。678aBP～551aBP(1322a～1449a)，昆明以旱灾为主，这一阶段很稳定，未出现涝灾为主的时段，气候暖干；550aBP～101aBP(1450a～1899a)，以涝灾为主，这一阶段较稳定，气候冷湿；100aBP(1900a以来)以来，以旱灾为主，这一阶段不稳定，出现多次以涝灾为主的时段，气候向偏暖干发展。通过比较发现昆明与洱海近700年来的气候变化相同，同一阶段具有相同的温湿变化，且具有暖干-冷湿交替的特点，同时在第三阶段冷湿波动大。

3.5.2 与东部地区气候变化的比较

沈才明等[22]指出，公元1500年以后中国北方最干的时候出现在1640年，最湿的时候出现在1964年；长江中下游地区最干的时候出现在1589年，最湿的时候出现在1954年。昆明1500以后极旱年是1900～1911年，极涝年是1630～1638年。中国北方与长江中下游地区最干的时候都是在明清小冰期时期，昆明小冰期时期是湿润的；中国北方与长江中下游地区最湿的时候是在现代增暖期，而昆明最干的时候是在现代增暖期。综合得出，昆明与东部地区极旱年与极涝年所处气候变化时期正好相反：东部地区明清小冰期时期出现极旱年，而昆明明清小冰期时期出现极涝年；东部地区现代增暖期出现极涝年，而昆明现代增暖期出现极旱年。

根据历史气候记录，葛全胜等[23]重建了中国古代历朝的气候变化、沈才明等[22]分析了东部地区异常降水事件特征。表4中引用了他们对元代和明清时期的冷暖干湿变化研究结论以及20世纪的冷暖干湿变化情况。通过比较得出昆明历史记录的旱涝灾害所反应的气候变化与中国东部地区700a气候变化在温度变化方面具有一致性，但是湿度变化却相反。二者同属北半球，温度变化自然具有一致性。湿度变化相反可能与昆明地处西南地区，主要受西南季风影响，而西南季风影响下的气候演化特征就是暖干-冷湿气候交替变化；东部地区受东南季风影响，存在的是暖湿-冷干气候交替变化，所以二者之间的湿度变化相反。张娴等[23]指出小冰期在中国不同地区的代用指标记录中均存在，但是在温湿配置方面不尽相同。温湿配置的差异主要体现在：东部季风区小冰期时期总体上冷干，而西部地区则是冷湿。

表3 昆明与东部地区历史记录的气候变化比较

注：*资料来源于葛全胜《中国历朝气候变化》[21]；**资料来源于沈才明《CharacteristicsofanomalousprecipitationeventsovereasternChinaduringthepastfivecenturies》[20].

4 结论

(1)就旱涝灾害发生规律方面：通过统计分析发现，昆明过去692a旱涝灾害频发，涝灾发生频率明显高于旱灾发生频率，这样可以推出一个昆明过去692a气候总体来讲以涝灾为主的结论。通过小波功率谱分析可以看出，昆明692a旱涝灾害存在显著的第一主周期39a，第二主周期11a，第三主周期4a。同时，昆明旱涝灾害的发生具有明显的阶段性，第一阶段：1322～1449年，129a，昆明以旱灾为主，未出现涝灾为主的时段；第二阶段：1450～1899年，这449a，昆明以涝灾为主；第三阶段：1900～2013年，这114a，这一阶段昆明虽然以旱灾为主，但表现不稳定，可以进一步划分出六个小阶段。同时可以进一步分辨出在1322年至2013年692a，昆明旱涝灾害的总趋势是先趋向于涝，后趋向于旱；2009～2013年昆明的5年大旱是自1700年以来旱趋势的发展。昆明旱涝灾害的发生具有连续性的特点，从连灾频率看，中华人民共和国1949～2003年以平均1.4a一次连灾高居榜首；从连灾数量看，昆明692a连旱发生最少，旱涝连灾发生最多；从连灾种类看，元朝连灾种类最少。不同种类不同等级的灾害存在着连续发生的特点。

(2)就旱涝灾害成因来看：自然因素对昆明旱涝灾害的发生起着决定性作用，具体来讲主要表现在太阳活动、ENSO、全球变化、季风气候4个方面。太阳黑子活动与ENSO对昆明旱涝灾害的周期性具有显著影响；全球气候变化对于昆明旱涝灾害的影响有一个规律：温暖期对应旱灾多，寒冷期对应涝灾多；季风气候对旱涝灾害的发生具有控制作用，夏秋降水集中、强度增大则多涝，冬春干旱程度增强、时间延迟时多旱；并且受水汽运移影响，昆明东部、南部、西部多涝，中部北部多旱；昆明1951～2013年63a的降雨量和旱涝灾害呈显著正相关关系。

(3)与云南洱海沉积记录的气候变化的比较得出：昆明与洱海近700年来的气候变化相同，同一阶段具有相同的温湿变化，且具有暖干-冷湿交替的特点，同时在第三阶段冷湿波动大。与东部地区气候变化的比较得出：昆明与东部地区500a来极旱年与极涝年所处气候变化时期正好相反；昆明历史记录的旱涝灾害所反应的气候变化与中国东部地区700a气候变化在温度变化方面具有一致性，但是湿度变化却相反。

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RECONSTRUCTION THE HISTORICAL DROUGHT AND FLOOD DISASTERS FROM 1322 TO 2013 AD IN KUNMING

LIU Dong-sheng， ZHANG Hu-cai

(KeyLaboratoryofPlateauLakeEcologyandGlobalChange，KeyLaboratoryofthePlateauSurfaceProcessandEnvironmentChanges，CollegeofTourismandGeographyScience，YunnanNormalUniversity，Kunming650500，Yunnan，China)

Using the data of Kunming drought and flood disasters recorded inHistoricalmeteorologicaldisastersinYunnan，Chinesenearly500yearsAtlasoffloodanddroughtdistribution，ThevolumeofYunnaninThecollectionofgreatclassicsofChinesemeteorologicaldisasters，through classification of drought and flood disasters in Kunming，reconstruction of drought and flood disasters grade series since the Yuan Dynasty in Kunming，analyzed cyclical changes in drought and flood disasters occurred in Kunming from 1322 to 2013 AD，and the reasons for the occurrence of drought and flood disasters in Kunming were discussed.Studies have shown that：from 1322 to 2013 AD，drought and flood disasters in Kunming took place frequently in 692 years，and the main disaster is flood.Wavelet analysis results indicate that the drought and flood in Kunming has significant periodicity，the first main period is 39a，the second main period is 11a，and the third main period is 4a.The 692 a’s drought and flood disasters in Kunming can be divided into three stages.The overall trend of Kunming in 692 a between drought and flood disasters are：at first，tends to flood，then tends to dry；From 2009 to 2013 AD five years of drought is the development of drought tendency in 1700 AD.The drought and flood disasters are closely related to solar activity，ENSO，monsoon climate，climatic change play a fundamental role.

Kunming；drought and flood disasters；change law；influence factors

2015-08-27；

2015-11-07．

云南省高端人才引进项目(2010CI111)；湖泊沉积与环境变化云南省创新团队项目(2010CI).

刘东升(1989-)，男，安徽省人，硕士研究生，主要从事全球变化研究.

*通信作者：张虎才(1962-)，男，陕西省风翔县人，教授，博士，主要从事全球变化研究.

P467

A

1001-7852(2015)06-0008-07