明代关中地区干旱灾害时空特征

赵正坤，张永福，王 娟

(新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046)



明代关中地区干旱灾害时空特征

赵正坤，张永福，王 娟

(新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046)

摘要[目的]探讨明代关中地区干旱灾害的时空特征。[方法]通过对关中地区明代(公元1368～1644年)干旱灾害资料的搜集、整理，对明代277 a中关中地区发生的旱灾的划分等级、频次、受灾范围以及时空特征进行了分析，比较了各个县的发生频次和受灾程度。[结果]在明代277 a中，关中地区发生干旱灾害共145次，基本上平均每1.91 a发生1次。根据干旱等级分为轻度干旱、中度干旱、大旱灾和特大旱灾。并且旱灾具有周期性和季节性，主要表现为夏旱、秋旱、冬旱、春旱和连旱。从明代前期到后期，干旱灾害发生频次具有显著波动变化的特征，而且持续时间长，灾情严重，其中宝鸡地区发生次数高于其他地区。[结论]在明代的277 a中，关中地区发生灾害基本上呈现增加趋势，为当前关中地区的防灾减灾提供了理论依据。

关键词干旱灾害；关中地区；明代；灾害等级；时空分布

人类在生存发展过程中常会受到自然环境的影响，而人类的生产生活又对自然环境构成一定的影响，形成多元复合双向制约机制[1]，干旱灾害就是这种机制下较常见的现象。旱灾是由于长期降水量偏少，破坏正常的水分循环，导致水分平衡失调的一种气象灾害。虽然关中地区属于北半球暖温带半湿润季风气候，但是由于气温和降水的相对比率变化较大，更易形成气象灾害。在以农业为主的历史时期，人们对防灾减灾认知能力有限的情况下，次灾害造成的危害相当严重。因此，对历史时期干旱灾害的时空特征和发生机制进行研究，可提升人们对灾害自然属性、灾害机制的深层次认知，且有助于了解和预测未来关中地区干旱灾害的变化趋势，为干旱灾害的预测和防灾减灾提供参考。

目前，许多学者对干旱灾害的研究一方面主要集中在单个年段(如清代、元代)或者复合年段(如明清时期)，一方面是对陕西省的其他地区(如延安地区)进行研究，并取得了一系列研究成果，但对于明代关中地区干旱灾害时空特征的研究甚少。鉴于此，笔者结合文献史料记载，对明代277 a中关中地区发生的旱灾的划分等级、频次、受灾范围以及时空特征进行了分析，比较了各个县的发生频次和受灾程度，旨在为关中地区旱灾的预测和防灾减灾提供理论依据。

1数据来源与方法

1.1研究区概况关中位于陕西省中部的河谷平原，西起宝鸡，东至潼关，海拔300～600 m，东西长约360 km。北以北山山脉为界，南以秦岭北坡为界，地势西高东低，向西闭合成一峡谷呈喇叭形分布，盆地平面轮廓呈牛角状，号称“八百里秦川”[2]。关中包括西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南5个省辖地级市，共54个县(市、区)，总面积达5.55万km2。关中是渭河地垫基础上经黄土沉积和河流冲积形成的平原，南北两侧呈不对称性阶梯台地。具有明显的大陆性季风气候特点, 年平均降水500～700 mm,年平均气温12～13 ℃[3]。1.2数据来源该研究所用干旱灾害的资料和相关数据来源主要是明代地方志材料、今人干旱灾害研究成果中的史料汇编以及今人论著等。具体包括陕西地情网中明代关中地区各地方志、《西北灾荒史》、《中国灾害通史(明代卷)》以及对历史时期关中地区干旱灾害研究的各个学者的研究文献资料等。

1.3研究方法

1.3.1指标建立。指标的建立包括旱灾等级划分、旱灾变化频率以及旱灾受灾范围。文献中记载的旱灾大多是定性的描述，对旱灾的定量评价甚少。对于旱灾等级的划分没有明确的标准，但与“干旱”和“旱灾”在史料中的记录有关系，可用对农业生产和人类生产生活造成的影响程度来判断“干旱”是否成为“旱灾”。在史料中显示“大旱”、“连年干旱成灾”的，通常都是干旱对农业生产和人类生产生活造成了严重的伤害，指大旱灾或者特大旱灾。依据记载的旱灾持续时间、强度、受灾面积以及受灾程度等因素，将明代关中地区的干旱灾害划分为1级(轻度旱灾)、2级(中度旱灾)、3级(大旱灾)、4级(特大旱灾)4个等级(表1)。旱灾变化频率主要反映的是干旱灾害的年际变化、关中地区各县发生旱灾次数情况等。旱灾受灾范围主要反映灾害发生时受到影响的地区。

表1　关中地区明代干旱灾害等级

1.3.2数据处理及图表制作。根据建立的指标，将数据处理为以下字段：旱灾等级、灾害年份、各县、灾害频次、受灾县份程度等，分别将各个字段的数据进行相关处理。对处理的数据应用Microsoft excel和Mapinfo软件制图。

2结果与分析

2.1干旱灾害的时间特征分析

2.1.1干旱灾害年际变化。根据袁林先生的《西北灾荒史》、《中国灾害通史(明代卷)》以及关中地区各个市、县地方志的相关旱灾的史料记载，以30 a为单位，将明代1368～1644年的277 a分成10个阶段(表2)。在明代的277 a中，总计发生灾害145次(1 a中发生多次旱灾的合并为以此计算)，平均每1.91 a发生1次。发生灾害次数由高到低依次为第9阶段、第8阶段(第5阶段)、第3阶段(第4阶段)、第7阶段、第6阶段、第2阶段、第10阶段和第1阶段，分别为23、18、17、16、14、11、6和5次；发生的概率(取整)为16%、12%、12%、11%、10%、8%、4%和3%。第1阶段发生5次，平均6 a发生1次；第2阶段11次，平均2.73 a发生1次；第3和第4阶段均发生17次，平均1.76 a发生1次；第5和第8阶段均发生18次，平均1.67 a发生1次；第6阶段发生14次，平均2.14 a发生1次；第7阶段发生16次，平均1.88 a发生1次；第9阶段发生23次，平均1.30 a发生1次；第10阶段发生6次，平均1.17 a发生1次。由此可见，从明代初期到中期到晚期，旱灾发生间隔年限越来越短，晚期(第9和第10阶段)是旱灾发生重灾区，该时期时局动荡、战争连连、更朝换代，水利建修方面处于弱势，民众在预防、治理方面的认知有限，因此，灾害极其严重。在1638～1644年发生的6次灾害都是影响人民生活、农业生产、经济发展的大旱灾和特大旱灾，涉及的范围和旱情都达到了顶峰。

表2　干旱灾害年际分布

为了能够清楚地说明明代关中地区干旱灾害在时间上的变化,以10 a为单位来统计该地区干旱灾害发生的频次。由图1 可知,在统计的27个10 a和1个7 a中，除了1388～1397年未发生干旱灾害外，其余各个年份都有干旱灾害的发生，其中最多的是1628～1637年，发生灾害10次，平均每年发生1次；其次是1438～1447、1488～1497和1548～1557年3个年段，发生干旱灾害均是9次，平均1.11 a发生1次；除此之外，其他年段也发生不同频次的干旱灾害。由此可见,明代中后期是关中地区干旱灾害发生的高发期，从早期到中期再到晚期呈现增加的趋势，主要与气候的异常和降水不均有关。明代处于“寒冷期”的初期，该时期气候寒冷且干燥，易引发各种气象灾害[4]。

图1　关中地区干旱灾害发生频次变化Fig.1　Change of occurring frequency of drought disasters in the central Shaanxi Plain in Ming Dynasty

2.1.2干旱灾害距平变化分析。由图2可知，1368～1437、1448～1477、1498～1527、1538～1547、1558～1577、1588～1607年这6个年段以负距平值为主，表明该时段里旱灾频次低于平均频次，是旱灾较少发生期；1438～1447、1478～1497、1528～1537、1548～1557、1578～1587、1607～1644年这6个年段基本以正距平值为主，表明该阶段旱灾频次高于平均频次，是旱灾较高发生期。

另外，旱灾发生次数波动较大，也就是说，相隔一定年限发生较少次数的旱灾，进而随后就会发生较多的旱灾。

由此看来，不论是灾害的高发期和低发期还是旱灾发生的平稳期，灾害的分布都是不平衡的，总是表现出一定的起伏状态，具有此起彼伏的周期性特征。还有灾害发生的频次及其危害程度是不同的，也就是说，灾害发生频次最小的时期不一定是灾害造成危害最小的时期。

图2　关中地区干旱灾害频次距平值变化Fig.2　Change of occurring frequency anomaly of drought disasters in the central Shaanxi Plain in Ming Dynasty

图3　明代关中地区干旱灾害频次拟合曲线Fig.3　Fitting curve of frequency change of drought disaster in the Shaanxi Plain in Ming Dynasty

2.1.3旱灾变化趋势。旱灾的变化趋势是指在某特定的时间段内体现的一种趋势，呈现出的趋势是上升或者下降，可用一元线性和二阶多项式拟合趋势来对这种趋势进行具体分析。根据干旱灾害在不同年代的变化，得出一元线性方程式：y=0.147x+3.047 6，二阶拟合方程：y=-0.007 5x2+0.364 6x+1.959 4,式中x表示年份段，即x=1,2,3,…,28代表1368～1377,…，1638～1644。由图3可知，一元线性拟合表现出干旱灾害次数呈现上升趋势，但增加的幅度不是很大；二阶多项式拟合表现在1368～1577年，干旱灾害呈现上升趋势，在1577～1644年基本处于稳定趋势(变化稳定)。

2.1.4旱灾的周期分析。对于旱灾的周期分析，可采用Matlab7.0、Suffer9.0和Excel软件进行分析。短期的天气过程造成的旱灾影响较小，长期的天气过程造成的旱灾影响严重，规模较大，和气候有着密切的关系。小波分析不仅揭示气候变化的不同时间尺度下的周期特征，而且揭示各种周期信号随时间变化的强弱。小波变换是一种分析非稳态信号周期谱特征的有效方法，在各项研究中已经得到广泛应用。Morlet小波是一个连续性的平面波，利用Morlet处理数据可知：小波转换系数为负值，说明周期信号较弱，周期不显著；若为正值，说明周期信号较强，周期较显著。

对关中地区明代旱灾周期的分析见图4(实线代表转换系数为正值，虚线代表转换系数为负值)，在明代早期的1368～1388年，主要表现为5～10 a的周期；1398～1638年，10～20 a的周期较显著；1428～1528年，主要表现为30～35 a的周期振荡特征；1528～1608年，主要表现40～45 a的周期振荡特征。由此可见，旱灾的变化特征较显著。

图4　明代关中地区旱灾小波分析Fig.4　Wavelet analysis on drought disaster in the Shaanxi Plain in Ming Dynasty

2.2干旱灾害的空间特征分析经统计以及Mapinfo软件的运用，绘制旱灾空间分布图。由图5可知，明代干旱灾害在关中地区各个地方均有发生，将发生次数分成以下6个层次：65次≤旱灾次数<50次，有千阳县、户县和武功县等地；50次≤旱灾次数<40次，有西安市、礼泉县；30次≤旱灾次数<40次，有宝鸡市眉县、凤县等地；20次≤旱灾次数<30次，有西安市高陵县、宝鸡市、兴平县和长武县、渭南市的富平县、合阳县和华阴市等地；10次≤旱灾次数<20次，主要有周至县、潼关和澄城以及华县等周边县地等；低于10次的有太白县、泾阳县、韩城、蒲城县、宜君县等地。关中地区灾害发生频繁，主要与关中地区所处的地理位置以及气候环境有紧密联系。

图5　关中地区明代干旱灾害空间分析Fig.5　Spatial analysis of drought disaster in the Shaanxi Plain in Ming Dynasty

2.3干旱灾害的成因

2.3.1旱灾发生的自然因素。对于旱灾发生的自然条件可概括为以下几点：①气候变化。气候状况与自然灾害有着密切联系，气候波动是造成灾害频繁发生的重要原因之一。明代的气候是我国气候史上比较重要的一个阶段，是在寒冷的大背景下动态变化的过程，这种变化虽然不是很剧烈，但也引起了异常的波动，导致灾害的发生。关中地区属于典型的温带大陆性气候，降水不足，仅仅以当地的降水量满足生产、生活的需求是远远不够的，所以该区旱灾多发是必然的，而且以春旱、夏旱和连旱为主，这就造就了旱灾的季节性变化。②各种灾害的相互作用。各种自然灾害的发生不是孤立的，他们之间或多或少存在着一些联系，某些灾害的发生可能是另外某些灾害发生的原因，如“旱后必涝”。③地质活动。地质活动是形成包括旱灾在内的自然灾害的重要因素。明代关中地区发生了历史时期伤亡最重、影响最重、经济损失严重的罕见性地震(1556年)。

2.3.2旱灾发生的人为因素。灾害的发生与人类活动息息相关，在一定程度上是人类活动的结果。因此，人为因素是旱灾发生的重要原因之一。具体可从以下几点阐述：①农业活动对环境的破坏。在生产力落后的当时，提高耕垦面积是提高经济的重要手段，但是过度的垦殖加之不完善的技术不可避免地会出现弊大于利的后果，造成生态平衡的破坏。如1638～1640年出现了“赤地千里，饿殍遍地，卖儿鬻女”的特大旱灾。②破坏森林，破坏生态平衡。由于人口的增加，土地不断开发，大量的森林被破坏，地表植被遭到严重破坏，这是造成水土流失和荒漠化的原因，对农业的生产也有很大的危害。关中地区以秦岭北坡为界，到明代后期，终南山的砍伐范围不断增加，致使关中地区的生态环境严重失衡。③时局的动荡因素。战争最终的结果是百姓的痛苦。尸体的不及时处理会导致病毒滋生，瘟疫盛行。

3结论与讨论

通过对明代关中地区干旱灾害资料的收集统计分析，对明代关中地区干旱灾害的规律、特征以及时空分布有以下几点认识： ①明代关中地区共发生干旱灾害145次，平均每1.91 a发生1次。该时期关中地区发生灾害频繁，是灾害高发期。②明代中后期关中地区发生的特大灾害、连旱稍多，严重影响民计民生，对该时期关中地区的农业经济影响甚大。③旱灾的区域性相对明显，关中东南部发生次数多于西北部；有阶段性以及季节性。④旱灾趋势拟合中，一元线性呈现增加趋势，二阶多项式从增加趋于稳定。⑤在明代早期的1368～1388年，主要表现为5～10 a的周期；1398～1638年，10～20 a的周期较显著；1428～1528年，主要表现为30～35 a的周期振荡特征；1528～1608年，主要表现为40～45 a的周期振荡特征。由此可见，旱灾的变化特征较显著。

一般来说，干旱灾害是与农业生产联系密切。从农业生产的角度来讲，在一定时期内，农作物吸收的水分不能满足正常的需要，危害了农作物的正常发育，甚至使之凋萎、枯死，造成农作物减产甚至绝收，即构成了干旱灾害[3]，属于气象灾害。相比其他的灾害，旱灾持续的时间长、影响的范围严重，而且对农业生产造成直接的很严重的损失，并伴随着人员伤亡。赵景波等[5]在研究旱灾趋势时采用最小二乘法进行拟合；马莉等[6]在研究旱灾时间变化规律时运用了R/S分析法。对于旱灾周期的研究采取小波分析。前人采用的方法对旱灾研究具有重要的借鉴意义，但是对于不同地方发生灾害的比较研究甚少，只是对整体进行研究，所以得到的经验都是整体的。该研究对明代关中地区5市34县发生旱灾的程度进行比较，得出具体的地方发生灾害的情况；对旱灾趋势运用一元线性拟合和二阶多项式拟合，比较在2种情况下旱灾趋势拟合程度。将该研究结果与前人研究结论相结合，可使人们从整体和局部认知灾害，从而为预测和防灾减灾提供可靠依据。该研究数据多出自史料，提高数据的全面性是今后研究的重要突破。另外，该研究因素单一，结合降水等因素对旱灾进行分析是今后研究的重点。

参考文献

[1] 朱士光.关于当前加强历史地理学理论建设问题的思考[J].陕西师范大学学报(哲学社会科学版),1999,28(1):90-94.

[2] 赵景波,李艳芳,董雯，等.关中地区清代干旱灾害研究[J].干旱区研究, 2008,25(6):871-876.

[3] 袁林.西北灾荒史[M].兰州:甘肃人民出版社, 1994: 32-73.

[4] 赵景波, 郁耀闯, 王长燕.1850-1949 年关中地区干旱灾害研究[J].陕西师大学报(自然科学版), 2006, 34(4):99-103.

[5] 赵景波,陈颖,周旗.延安地区明代、清代干旱灾害与气候变化对比研究[J].自然灾害学报,2011,20(5):82-89.

[6] 马莉,赵景波.明代陕南地区旱灾时空特征分析[J].干旱区资源与环境,2009,23(4):115-119.

基金项目国家自然科学基金项目(40771194，41261049)；新疆大学博士启动基金项目(BS110124)。

作者简介赵正坤(1986- )，男，陕西周至人，硕士研究生，研究方向：地理信息系统。

收稿日期2016-03-28

中图分类号S 423

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)15-096-05

Spatial and Temporal Characteristics of Drought Disaster in the Central Shaanxi Plain in Ming Dynasty

ZHAO Zheng-kun, ZHANG Yong-fu, WANG Juan

(College of Resource and Environment Sciences, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046)

Abstract[Objective] The aim was to discuss the temporal and spatial characteristics of drought disasters in the central Shaanxi Plain in Ming Dynasty. [Method] Through collection of drought disaster data in the central Shaanxi Plain in Ming Dynasty(AD 1368-1644), the grade, frequency, range, spatial and temporal characteristics of drought disaster in the central Shaanxi Plain were analyzed, the frequency and disaster degree in each county was compared. [Result] In Ming Dynasty 277 years, there were 145 times drought disaster totally in the central Shaanxi Plain, with the average rate of 1.91 each year. According to drought level, there were mild drought, medium drought, great drought and especially big drought. Drought disaster was featured by season, which was composed by drought in summer, autumn, winter, spring. From the earlier stage to the later stage of Ming Dynasty, the drought rate was fluctuated, longer and serious. Among them Baoji suffered the disaster more than other areas. [Conclusion] During 277 years of Ming Dynasty, the trend of disasters in the central Shaanxi Plain presented an increasing trend, which can provide theoretical basis for preventing and reducing disasters in the central Shaanxi Plain.

Key wordsDrought disaster; The central Shaanxi Plain; Ming Dynasty; Disaster level; Spatial and temporal distribution