明代晋陕峡谷区干旱灾害时空特征分析

2017-10-12刘政鸿

江西农业学报 2017年10期

关键词：峡谷灾害

王程，刘政鸿

(陕西省水土保持生态环境监测中心，陕西西安 710004)

明代晋陕峡谷区干旱灾害时空特征分析

王程，刘政鸿*

(陕西省水土保持生态环境监测中心，陕西西安 710004)

通过对明代晋陕峡谷区历史资料的搜集整理，统计分析了该地区干旱灾害的时空分布特征。结果表明，明代晋陕峡谷区共发生干旱灾害143次，平均每1.93 a发生1次，其中轻度干旱灾害、中度干旱灾害、重度干旱灾害、特大干旱灾害发生分别占干旱灾害总数的13.99%、41.26%、16.78%、27.97%，各级干旱灾害频次发生的周期分别为5 a、18 a、28 a、52 a左右。在时间上，干旱灾害发生频次呈现出波动性增加趋势，大致可分为干旱灾害少发期-平稳增加期-缓慢增加3个阶段，且主要发生在夏季。在空间上，研究区内干旱灾害发生频次呈现出由北向南增加的趋势。干旱灾害对社会的影响主要表现人口、经济以及社会秩序3个方面。

明代；晋陕峡谷；干旱灾害；时间特征；空间特征

Abstract： The temporal and spatial distribution characteristics of drought disasters in the valley area of Shanxi-Shaanxi in Ming dynasty were statistically analyzed through the collection and collation of related historical data. The results showed that: in the valley area of Shanxi-Shaanxi in Ming dynasty, a total of 143 times of drought disasters occurred, once every 1.93 years in average; the mild drought, moderate drought, severe drought, and severest drought disasters accounted for 13.99%, 41.26%, 16.78% and 27.97% of all drought disasters, respectively, and their occurrence periodicity was about 5 a, 18 a, 28 a and 52 a, separately. In the temporal distribution, the occurrence frequency of drought disasters showed a fluctuant increasing trend, which could be roughly divided into three stages: less occurrence stage, steady increasing stage and slow growth stage, and drought disasters occurred mainly in summer. In the spatial distribution, the occurrence frequency of drought disasters in the studied area revealed a trend of increasing from the north to the south. The impacts of drought disasters on the society was reflected mainly in the following three aspects: population, economy and social order.

Keywords： Ming dynasty; Shanxi-Shaanxi valley; Drought disaster; Temporal characteristics; Spatial characteristics

近年来，在全球变暖的气候背景下，极端气候水文事件的发生频率以及强度都发生了改变，引起了国内外学者的广泛关注[1]。极端气候水文事件包括洪水、台风、高温、低温、干旱等，局部地区极端气候水文事件的频繁发生，会对该地区甚至全球的生态环境以及经济发展产生严重影响。王宏等[2]指出，自2009年秋季至2010年春季，云南和广西部分地区发生了特大干旱，对灾区造成农业减产和人畜饮水困难。王佳等[3]对山西明清时期旱灾的分析研究表明：明清时期山西旱灾多于洪灾。吴彤等[4]研究指出，内蒙古地区的主要灾害是干旱灾害，春季和夏季是清后期该地区干旱灾害发生的集中季节。研究区晋陕峡谷位于晋陕蒙毗邻地区，区域内水土流失严重，因此对该区域干旱灾害进行分析研究具有重要的现实意义。

1 资料与方法

1.1研究区概况

晋陕峡谷位于山西省、内蒙古、陕西省三省区的交界处，被称之为“晋陕峡谷”黄河段，北起内蒙古托克托县河口镇，南至山西省河津县与陕西省韩城市交界的龙门，全长726 km，沿线共有27个县(市)，属于黄河中游地段[5]。晋陕峡谷地处黄土高原之上，南北狭长、东西略窄，地表起伏很大，高山峻岭纵横，丘陵河谷交错。研究区内地势两侧高中间低西起吕梁山，东倚鄂尔多斯高原，西侧是长城沿线，长城一线以北地势低平，长城以南海拔较高，分布着典型的黄土地貌[6]。晋陕峡谷地区主要气候类型为暖温带季风气候和温带草原气候，同时具有大陆性气候特征，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，雨热同期，冬夏温差较大，降水季节分布不均，主要集中在夏秋两季。

图1 晋陕峡谷区

1.2数据来源与方法

文中所用数据主要来源于历史文献资料，我国许多历史文献资料中对于历代发生自然灾害的时间、灾情、赈灾和救灾情况的记载都比较详细和准确。本文所统计的相关资料来源于《中国救荒史》[7]、《中国西部农业气象灾害》[8]、《中国历代天灾人祸表》[9]、《中国农业自然灾害史料集》[10]、《西北灾荒史》[11]、《中国气象灾害大典·山西卷》[12]、《山西自然灾害史年表》[13]、《山西自然灾害》[14]、《中国气象灾害大典·陕西卷》[15]、《陕西省自然灾害史料》[16]、《陕西省自然灾害简要纪实》[17]、《中国气象灾害大典·内蒙古卷》[18]、《内蒙古自然灾害通志》[19]、《内蒙古历代自然灾害史料》[20]、《内蒙古历代自然灾害史料续辑》[21]等，并根据地方县志等对所统计的资料进行了补充修正。

文中选取明代(1368～1644年)这一历史时期进行研究，统计资料均为史料中明确记载的干旱灾害时间事件。在时间特征的分析过程中，季节划分以史料记载中的农历为依据，也就是说春季为每年农历1～3月，夏季为农历4～6月，秋季为农历7～9月，冬季则为农历10～12月。本文所记载的数据中连续两季的干旱灾害并非指干旱灾害实际发生了整6个月，而是指此次发生的干旱灾害跨两个季节，同样跨月份的干旱灾害也并不是指干旱灾害实际发生60 d。

本文首先通过量化方法，将所搜集的干旱灾害资料进行量化定级处理，并运用最小二乘法[22]、小波分析法对干旱灾害时间特征进行分析。接着在ArcGis软件平台上利用反距离权重法对晋陕峡谷区明代干旱灾害的空间分布特征进行分析。

2 结果与分析

2.1干旱灾害等级特征分析

历史资料中对于干旱灾害的记载多采用语言描述，因此对灾情分等定级难度较大，目前学术界还没有统一的标准，但是通过统计学的处理，大部分学者在分等定级时，已将定性的干旱灾害进行了量化处理，转化为可比较的参数。以《中国救荒史》与《中国气象灾害大典》等文献资料中对明代晋陕峡谷区干旱灾害记载为依据，分析和判断干旱灾害持续的时间、强度，以及受灾区域和灾情描述等，对明代发生在晋陕峡谷地区的干旱灾害进行分级。4个干旱灾害等级的划分标准情况如下。

2.1.1 1级为轻度干旱灾害史料中只用“旱”、“不雨”、“无雪”等简单词语描述和记载的记录，只描述了个别地区发生了干旱灾害，并没有提到对农业生产及百姓生活的影响，灾害持续时间短，灾情程度小。例如，明嘉靖三十七年(1558年)，乡宁县“乡宁旱”。文中将历史文献中有这一类描述或记载的干旱灾害划分为轻度干旱灾害。

2.1.2 2级为中度干旱灾害史料中有“大旱”、“民饥”、“粮食歉收”、“官府筹粮赈灾”、“缓征额赋”等记载的干旱灾害，其灾害的时间长、灾区范围广，并提及了对人民生产生活的影响。例如，明洪武五年(1372年)，清水河县“天久旱不雨，禾未入土”，石楼县“石楼饥”；明景泰二年(1451年)，清水河县“旱灾民饥，免被灾税粮”；明嘉靖七年(1528年)，乡宁“乡宁大旱”。

2.1.3 3级为重度干旱灾害史料中记载的百姓“大饥”、“无以为食”，粮食歉收严重，价格飞涨，以及人畜饮水困难的干旱灾害，其灾害的时间长、灾区范围广。例如，明天顺七年(1463年)，清水河县、托克托县“旱，人民艰窘，比者天时荒旱，米麦腾贵”；明万历十二年(1584年)，米脂“旱，饥，斗米银三钱”；明崇祯元年(1628年)，永和、乡宁“春、夏大旱，八月始雨”。将历史文献中有这一类描述和记载的干旱灾害归为重度干旱灾害。

2.1.4 4级为特大干旱灾害史料中记载的跨季节或年度无雨，河流断流，人口大量迁移和死亡，“卖妻鬻子”，甚至出现“人相食”惨状的干旱灾害。例如：明景泰三年(1452年)，清水河县“人民逃移河南就食”；明崇祯十四年(1641年)，偏关、河曲、吉县、乡宁、河津“偏关旱大饥，民王元士施地埋殍，掘坑深度三丈，数日而满。河曲旱大饥。吉州大饥，斗米麦自八钱至一两五六钱不等。乡宁奇荒，人相食。河津五月汾河干，八月大旱，野无青草，斗米至一两有奇，次年人相食”。将历史文献中有这一类描述和记载的干旱灾害归为特大干旱灾害。

据本文文献统计资料得出，明代晋陕峡谷区共发生干旱灾害143次，平均每1.93 a发生1次干旱灾害。根据以上描述的干旱灾害等级划分标准对晋陕峡谷区明代的干旱灾害进行划分等级处理(图2)：1级轻度干旱灾害发生20次，2级中度干旱灾害发生59次，3级重度干旱灾害发生24次，4级特大干旱灾害发生40次，分别占干旱灾害总数的13.99%、41.26%、16.78%、27.97%。由此可知，在明代276 a期间，晋陕峡谷区中度干旱灾害发生次数最多，轻度干旱灾害发生次数最少，特大干旱灾害发生次数较多。晋陕峡谷区明代发生的干旱灾害以中度干旱灾害和特大干旱灾害为主，占干旱灾害总数的69.23%。

图2 明代晋陕峡谷区干旱灾害等级频次比例

2.2干旱灾害的时间特征分析

2.2.1 干旱灾害频次变化为了进一步认识干旱灾害变化的特点，本文以10 a为单位对晋陕峡谷区明代发生的干旱灾害频次进行统计。由图3可知，1378～1387年、1388～1397年和1398～1407年无干旱灾害记录，是干旱灾害少发期；1478～1487年、1488～1497年、1498～1507年、1528～1537年、1528～1537年、1578～1587年、1608～1617年和1628～1637年干旱灾害发生频次分别为9、8、8、10、9、8和10次，这段时间内干旱灾害发生较为频繁，是干旱灾害多发期。

图4为明代晋陕峡谷区干旱灾害频次距平值，由图4可以看出，1437年以前晋陕峡谷区的干旱灾害频次距平值均为负值，说明这一时段的干旱灾害发生频次低于平均频次，干旱灾害发生较少；1438～1537年间，除了1468～1477年干旱灾害距平值为负值外，其余干旱灾害距平值均为正值，说明这一时段为干旱灾害频次高发期；1538～1644年间，除1558～1567年、1568～1577年、1578～1587年、1608～1617年、1628～1637年和1638～1644年干旱灾害距平值为正值外，其余时间段干旱灾害距平值均为负值，说明这一时段干旱灾害的发生频率较低。干旱灾害距平值最高值出现在1528～1537年和1628～1637年，说明在这2个时期内干旱灾害发生频率最高。

图3 明代晋陕峡谷区干旱灾害频次统计结果

图4 明代晋陕峡谷区干旱灾害频次距平图

为了更加清楚地认识晋陕峡谷区明代干旱灾害的阶段性特征，本文对研究区内明代干旱灾害以10 a为单位统计后进行6次多项式拟合，拟合后曲线如图5所示。拟合曲线方程为：y=2E-06x6-0.0002x5+0.0099x4-0.1951x3+1.8932x2-7.3663x+9.295，相关系数R2为0.5856，能够通过显著性水平α=0.01的检验。

由图5可知，明代晋陕峡谷区干旱灾害的阶段性特征显著，可以划分为以下3个阶段：第一阶段为1368～1427年，在这50 a内，共发生了干旱灾害6次，占干旱灾害总数的4.2%，平均每8.3 a发生1次干旱灾害，是干旱灾害发生频次最少的时期；第二阶段为1428～1537年，在这110 a内，共发生了干旱灾害74次，占干旱灾害总数的51.7%，平均每1.5 a发生1次干旱灾害，干旱灾害发生周期较短，干旱灾害发生频次表现为波动性增加趋势，但波动幅度不大，这一时期是干旱灾害发生的平稳增加期；第三阶段为1538～1644年，在这110 a内，共发了生干旱灾害63次，是研究区内明代发生干旱灾害频次较多的阶段，占干旱灾害总数的44.1%，平均每1.75 a发生1次干旱灾害，是明代晋陕峡谷区干旱灾害缓慢增加的时期。由以上分析可知，明代晋陕峡谷区干旱灾害发生表现出明显的阶段性，具体表现为干旱灾害少发期-平稳增加期-缓慢增加的3个阶段。

2.2.2 干旱灾害月份与季节特征对明代研究区内具有明确的月份和季节记载的干旱灾害分别进行了统计。据统计结果可知，明代晋陕峡谷区有明确月份记载的干旱灾害共发生73次。干旱灾害发生的月份分布不均，集中发生在4、5、6月，各月份发生的干旱灾害分别占有明确月份记载的干旱灾害总数的12.33%、16.44%和16.44%，共占干旱灾害总数的45.21%。在历史文献资料记载中，明代晋陕峡谷区有明确季节记载的干旱灾害共发生87次。其中单季干旱灾害共发生43次，单季干旱灾害发生次数最多的是夏季，其次是春季和秋季，冬季干旱灾害发生最少，仅发生3次，占单季干旱灾害总数的6.98%。除单季干旱灾害外，季节性连旱也是明代晋陕峡谷区干旱灾害的显著特征之一，晋陕峡谷区的季节性连旱主要表现为春夏两季连旱、夏秋两季连旱、秋冬两季连旱与春夏秋三季连旱。研究区域的季节性连旱主要以春夏两季连旱为主，共发生10次，占季节性连旱总次数的47.62%，春夏秋三季连旱最少，仅发生2次，占季节性连旱总次数的9.5%。在40次特大干旱灾害中，共有16次发生在春、夏两季，由此可见，明代晋陕峡谷区干旱灾害的发生具有明显的季节性特征，各季节发生发的干旱灾害频次不同，干旱灾害主要集中发生在春、夏两季。

2.2.3 干旱灾害发生的周期性特征为了探明晋陕峡谷区明代发生的干旱灾害不同等级的周期特点，本文在Matlab软件平台上采用小波分析的方法对研究区内的干旱灾害等级序列数据进行分析，分析结果如图6所示。干旱灾害等级序列存在4个明显变化中心，在低等级层次中存在5 a左右的频率，在中、高等级分别存在18 a左右、28 a左右的频率，在最高等级中存在52 a左右的频率。由此表明，晋陕峡谷区明代轻度干旱灾害存在5 a左右的变化周期，中度干旱灾害存在18 a左右的变化周期，重度干旱灾害存在28 a左右的变化周期，特大干旱灾害存在52 a左右的变化周期。由以上分析可知，晋陕峡谷区明代发生的不同等级的干旱灾害发生的周期具有差异性。

2.3干旱灾害的空间特征分析

统计晋陕峡谷区各县(市)明代发生的干旱灾害频次，统计结果如图7所示，明代晋陕峡谷区干旱灾害频次发生较多的为内蒙古地区清水河县，发生干旱灾害次数为65次；其次为山西省乡宁县，发生干旱灾害次数为61次；干旱灾害频次发生最少的地区为山西省柳林县，仅发生干旱灾害4次；其次为陕西省韩城市与内蒙古地区的准格尔旗，均发生了5次。从整体上来说，晋陕峡谷区明代干旱灾害发生频次呈现出由北向南增加的趋势，研究区北部东部较西部少，研究区南侧东部较西部多，但干旱发生灾害频次最高的县(市)位于研究区的北侧，而研究区最北侧的韩城市是发生干旱灾害频次较少的地区。

图7 晋陕峡谷区明代干旱灾害空间分布

3 干旱灾害对社会的影响

干旱灾害的频繁发生会对人类社会的发展产生严重的影响，当人类社会的生产力水平比较低下时，能够承受和应对各种自然灾害与气候变化的能力也相对较低，随着社会发展和科学技术水平的提高，人类对自然灾害的承受能力与防御能力也得到了相应的提高，但由于人口快速增长、人口密度增加，工农业与畜牧业规模扩大，导致自然灾害所造成的损失也越来越大[23]。干旱灾害对人类的影响主要包括人口、社会经济、社会秩序等方面。

3.1对人口的影响

本文在对晋陕蒙毗邻地区历史时期干旱灾害资料进行统计的过程中发现，特大干旱灾害记录中频频提及对人口的影响，例如饿殍遍野、民相食、父子夫妇相剖啖、道殣相望、十亡八九等。晋陕峡谷区明代的干旱灾害对人口的影响，主要有人口死亡和人口迁移，因干旱灾害而引发的疾病，以及对人口素质和当地居民生活质量带来较大的影响。干旱灾害所引起的次生灾害也对当地百姓的生命活动造成巨大的威胁。在正常情况下，人口数量应不断增加，人口质量应不断提高，人口结构也慢慢趋于合理化。然而严重的干旱灾害发生后，正常的社会人口发展趋势常常会被打乱，导致大量人口迁移、人口素质和人口数量全部降低[24]。晋陕蒙毗邻地区历史时期干旱灾害主要导致社会人口数量减少、人口大规模迁徙以及灾区居民生活质量下降等几个方面。

3.2对社会经济的影响

晋陕峡谷区明代的农业发展基本处于“靠天吃饭”的状态，即便是现代科技发达，人们的富足仍需依靠自然的恩赐。干旱灾害作为频繁发生的自然灾害之一，会导致人口大规模迁移和死亡，进而导致劳动力的减少。足够的劳动力是农业生产力的一个基本要素，社会劳动力人口的急剧减少，会对农业经济的发展产生很大的影响。我国古代以小农经济为主，劳动力的多少，直接关系到农业经济收入的多少，同时也间接关系到其他事业的兴废。劳动力的减少致使大部分田地荒废，无人耕种，农业收成随之骤减。同时干旱灾害会使农作物体内水分失去平衡，使作物受旱、枯萎，影响农作物正常生长发育，导致农作物减产。另外，干旱灾害会延误农作物耕种，减少农作物面积，特别是水田作物，同样导致粮食减产。

3.3对社会秩序的影响

通过对晋陕峡谷区明代的干旱灾害资料的统计分析得出，干旱灾害在一定程度上会导致社会动荡，引发战乱。干旱灾害引发的饥荒导致人口的大规模迁移和大量死亡，造成劳动力的大量减少甚至耕地荒废，最终导致农业减产，严重影响了社会经济发展和国家税收。此外，人口大规模迁移也导致户籍难以管理，在一定程度上扰乱了社会秩序，成为影响社会稳定的一个因素。干旱灾害可以催化社会动荡，干旱灾害发生时，灾民的生命安全受到威胁，为了生存就会进行抢粮、抗租、劫财等影响社会秩序的行为，甚至会发动暴乱和人民起义等，这些行为打击了统治者对社会统治的基础。

4 结论

(1)明代晋陕峡谷区共发生干旱灾害143次，平均每1.93 a发生1次干旱灾害。从等级规模上看，主要以中度干旱灾害和特大干旱灾害为主。研究区内轻度干旱灾害发生20次、中度干旱灾害发生59次、重度干旱灾害发生24次、特大干旱灾害发生40次，分别占干旱灾害总数的13.99%、41.26%、16.78%、27.97%。

(2)明代晋陕峡谷区内干旱灾害表现出明显的阶段性变化特征，不同阶段干旱灾害发生的频次呈现出波动性变化趋势，共分为干旱灾害少发期-平稳增加期-缓慢增加的3个阶段。

(3)明代晋陕峡谷区内干旱灾害的发生具有明显的季节集中性特点，灾害主要发生在夏季。各级干旱灾害频次发生的周期存在差异，轻度干旱灾害存在5 a左右的变化周期，中度干旱灾害存在18 a左右的变化周期，重度干旱灾害存在28 a左右的变化周期，特大干旱灾害存在52 a左右的变化周期。

(4)干旱灾害发生频次空间分布差异明显，研究区内明代干旱灾害发生频次呈现出由北向南增加的趋势，但干旱发生灾害频次最高的县(市)位于研究区的北侧，而研究区最北侧的韩城市是发生干旱灾害频次较少的地区。

(5)明代晋陕峡谷区干旱灾害对社会的影响主要表现在造成人口死亡、人口迁移、灾民生活质量下降，影响农作物正常生长发育、延误农作物耕种等导致粮食减产，同时干旱灾害在一定程度上会导致社会动荡或引发战乱。

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