清代西安地區干旱災害變化特征研究

王朋　張蓓蓓　楊飛

摘要：通過收集1644—1911年間的干旱災害史料，本研究利用數理統計方法對清代西安地區干旱災害變化特征進行了分析。結果顯示，清代1644—1911年間西安地區共發生87次干旱災害，平均3.1年發生1次，其中輕度旱災49次，中度旱災27次，重度旱災11次；在夏季和秋季發生頻次最高，分別為39、26次。清代西安地區干旱災害可劃分為六個階段，第一階段（1644—1671年）、第三階段（1752—1791年）和第五階段（1812—1841年）為少發階段，第二階段（1672—1751年）、第四階段（1792—1811年）和第六階段（1842—1911年）為多發階段，整體呈現少發-頻發交替變化。干旱災害變化存在7a、20a、42a、53a四類變化周期。

關鍵詞：西安地區；清代；干旱災害；周期；小波分析

中圖分類號：S423：P426.616 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2018）08-0137-05

Study on Variation Characteristics of Drought

Disaster in Xian Area during Qing Dynasty

Wang Peng， Zhang Beibei， Yang Fei

（Key Laboratory of Disaster Survey and Mechanism Simulation of Shaanxi Province/College of Geography and

Environment， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji 721013， China）

Abstract Collecting historical data of drought disasters， using mathematical statistical method， we analyzed the variation characteristics of drought disaster in Xian area in Qing Dynasty. The results showed that in Xian area in Qing Dynasty， a total of 87 times of drought disasters occurred， and once every 3.1 years in average； there were 49 times mild droughts， 27 times moderate droughts and 11 times severe droughts. The highest frequency of drought disasters occurred in summer and autumn， with 39 and 26 occurrences respectively. Drought disasters in Xian Area in the Qing Dynasty could be divided into six stages. The first stage （1644-1671）， the third stage （1752-1791）， and the fifth stage （1812-1841） were low stages. The second stage （1672-1751）， the fourth stage （1792-1811） and the sixth stage （1842-1911） were high stages. The overall presentation was less frequent-frequent alternation. There were four types of change period in drought disaster： 7a， 20a， 42a and 53a.

Keywords Xian area； Qing Dynasty； Drought disaster； Cycle； Wavelet analysis

干旱災害是指蒸發量大于降水量導致土壤水分不足，對人類生產活動產生不利影響的一種氣象災害。一般認為干旱氣候多年平均降水量在50～200 mm之間，低于50 mm則為極端干旱氣候[1，2]。干旱災害是中國境內高頻發生的自然災害之一，嚴重影響社會經濟發展[3-5]。統計顯示，我國2000—2016年干旱災害年平均成災面積約1.07×106 km2，糧食損失年均高達279.45×108 kg，飲水困難人口年均超過2 000萬[6]。隨著全球氣候變暖，全球范圍內的極端干旱災害事件頻繁發生，抗旱減災研究已受到眾多國家及學者的重視[7]。

干旱災害是氣候變化的重要指標之一，中國歷史上發生了多次干旱事件，不僅對農業造成重大打擊，還影響了社會穩定，帶來人口銳減和政治危機[8，9]。歷史對人類認識未來具有重要啟迪意義，探究歷史時期氣候變化的過程與機理能為人類應對未來氣候變化提供參考。李峯等[10]認為過去五百年旱澇災害誘發了中國歷史時期的內亂，且不同農業生態區之間存在一定差異。郝志新等[11]利用歷史文獻中描述的旱澇災害狀況，重建了關中地區過去千年的干濕變化特征，并探究了其周期變化特征與氣候驅動因子之間的關系。徐夢雅等[12]認為清代華中地區干旱災害總體上呈下降趨勢，其變化周期與太陽黑子周期相一致。徐玉霞等[13]認為關中地區近一百年干旱災害時空差異顯著，氣候類型和人類活動是影響該地區干旱災害發生的主要因素。本研究基于干旱災害記錄史料，對清代西安地區干旱災害變化特征及其成因進行分析，以能為探索未來氣候變化規律提供歷史依據，同時也為該區抗旱減災工作提供指導。

1 研究區概況

西安古稱長安，是世界四大古都之一，地處107°40′～109°49′E、33°42′～34°45′N之間，位于黃河流域中部關中盆地腹地，西以太白山地及青化黃土臺塬為界，東以灞源山地為界，北臨渭河和黃土高原，南鄰秦嶺，東西長約204 km，南北寬約116 km，面積約為10 108 km2，轄10區3縣。境內地勢起伏差異懸殊，山地平原均有分布，河網密集，渭河、涇河及石川河系過境河流；黑河、灞河與灃河等河流均發源于秦嶺山地或驪東南丘陵，多數由南向北流經渭河平原注入渭河。西安地區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫13.0～13.7℃，年降水量522.4～719.5 mm，7、9月為兩個降水高峰月，冬季寒冷少雨，夏季炎熱多雨，伏旱突出，氣候多變。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與分析方法

本研究數據來源于《清代干旱檔案史料》[14]、《西北災荒史》[15]、《中國災害通史：清代卷》[16]、《陜西歷史自然災害簡要紀實》[17]等史料，統計后利用小波分析、最小二乘法等方法對清代（1644—1911年）西安地區干旱災害頻次特征進行分析。

2.2 干旱災害等級劃分

參考GB/T 20481—2006將干旱災害劃分為輕度、中度、重度三級。

輕度旱災（1級）：降雨不及時，影響農作物播種和生長，未造成大面積減產，部分地區因旱糧食減產出現饑荒，但影響不大。清乾隆二十七年（1762年），自七月至八月，關中始終未得透雨，受旱。

中度旱災（2級）：長時間干旱，河湖斷流，降雨無法滿足農作物播種和生長需要，出現大面積減產，百姓無法承擔賦稅，出現饑荒，受災面積大。清嘉慶六年（1801年）夏，咸寧等二十一州縣雨水短缺，秋禾一律不能豐收，成災五、六、七分。

重度旱災（3級）：久旱無雨，河湖干涸，土地干燥缺水不能播種，莊稼絕收，百姓糧食殆盡，糧食價錢驟漲，民眾逃亡外省，食盡樹皮，至人相食。清光緒三年（1877年），陜西歷冬經春及夏不雨，人相食，赤地千里，至八月，涇、渭幾涸，冬無宿麥，次年春三月乃雨。

3 結果與分析

3.1 干旱災害等級變化

由圖1可知，清代西安地區共發生87次干旱災害，其中輕度旱災發生49次，占比56.32%，平均5.5年發生1次；中度旱災發生27次，占比31.03%，平均9.9年發生1次；重度旱災發生11次，占比12.64%，平均24.4年發生1次。輕度旱災集中發生在十八世紀前半葉、十九世紀初以及十九世紀后半葉到二十世紀初。中度旱災集中發生在十八世紀末和十九世紀末。重度旱災集中發生在十八世紀前半葉和十九世紀后半葉。

3.2 干旱災害季節變化

按照農歷季節劃分標準，統計出不同季節干旱災害發生的頻次。由圖2可知，清代西安地區干旱災害季節分布差異顯著，單季旱災中以夏季和秋季發生頻次最多，分別發生了39、26次；其次是春季，發生了18次；冬季最少，僅發生4次。兩季旱災中以夏秋和春夏發生頻次居多，分別發生了9、5次；其次是春秋和夏冬，分別發生了2、1次。三季連旱集中在春夏秋和夏秋冬，各發生了1次。四季連旱僅發生了2次。

3.3 干旱災害年際變化

以10a為間隔，統計出清代西安地區不同時段干旱災害發生頻次。由圖3可知，清代268年西安地區共發生干旱災害87次，平均3.1年發生1次。按各時段發生頻次多少將干旱災害劃分為六個階段。第一階段1644—1671年，共發生3次，平均9.3年發生1次。第二階段1672—1751年，共發生26次，平均3.1年發生1次。第三階段1752—1791年，共發生8次，平均5年發生1次。第四階段1792—1811年，共發生11次，平均1.8年發生1次。第五階段1812—1841年，共發生4次，平均4.5年發生1次。第六階段1842—1911年，共發生35次，平均2年發生1次。

以10a為間隔統計出清代西安不同時段干旱災害距平值。由圖4可知，第一階段、第三階段和第五階段干旱災害的負距平值較多，第二階段、第四階段和第六階段干旱災害正距平值居多。表明清代西安地區第一、三、五階段為干旱災害少發階段，第二、四、六階段為干旱災害多發階段，呈現出少發-頻發交替變化趨勢。

3.4 干旱災害周期變化

小波分析在信號處理、大氣科學和數值分析等非線性科學領域內應用廣泛，在時間序列研究中主要用于時間序列周期成分的識別等。Morlet小波具有時-頻多分辨功能，其優點是能揭示出時間序列中隱藏的多種變化周期。由圖5小波實部等值線圖和小波方差圖可知，清代西安地區干旱災害存在四類震蕩周期，分別是7～11a、15～25a、40～45a、50～55a。 其中7～11a對應小波方差峰值是7a，15～25a對應峰值是20a，40～45a對應峰值是42a，50～55a對應峰值是53a，表明清代西安地區干旱災害變化存在7a、20a、42a、53a四類變化周期。

3.5 干旱災害最小二乘法擬合

分析干旱災害長時間尺度變化過程是呈上升還是下降趨勢，一般采用多項式擬合的方法。本研究根據最小二乘法原理[18]，基于每10a干旱災害發生的頻次，對清代西安地區干旱災害頻次的時間分布進行五次多項式擬合（圖5），所得擬合函數為

波動變化，十七世紀中葉到十八世紀前半葉以及十九世紀中葉到二十世紀初呈上升趨勢，十八世紀中葉到十九世紀初呈下降趨勢。

4 討論

自然地理環境由氣候、生物等要素組成，各要素之間相互滲透、相互影響，某一要素的變化往往也會導致其它要素發生變化。唐霞等[19]認為人口數量增加，加大對土地墾殖力度，加劇了歷史時期黑河流域旱澇災害的發生。解明恩等[20]認為云南省1950—1999年氣象災害頻發與人口劇增、過度開墾土體和森林資源等不合理活動有較強相關性。陳瑩等[21]認為不合理的森林砍伐、湖泊圍墾等人類活動是影響中國十九世紀以來旱澇災害頻繁發生的重要因素。清朝時期，順治十八年（1661年）全國人口約6.17×107，乾隆五十五年（1790年）全國人口約3.01×108，光緒二十七年（1901）全國人口約4.26×108，面對急劇增長的人口總量，清政府頒布《墾荒令》，實施人口遷移政策，通過向東北等地區移民墾荒獲得更多的自然資源維持生存，這必然會引發一系列環境問題[22]。清代西安地區干旱災害的發生與人口數量的急劇增加和不合理的生產活動密切相關。

5 結論

（1）清代西安地區共發生87次干旱災害，平均3.1年發生1次，其中輕度旱災49次，中度旱災27次，重度旱災11次。單季旱災中以夏季和秋季發生頻次最多，分別發生了39次、26次。兩季旱災中以夏秋和春夏發生頻次居多，分別發生了9次、5次。三季旱災集中在春夏秋和夏秋冬，各發生了1次，四季旱災僅發生了2次。

（2）清代西安地區干旱災害可劃分為六個階段，第一階段（1644—1671年）、第三階段（1752—1791年）和第五階段（1812—1841年）為少發階段，第二階段（1672—1751年）、第四階段（1792—1811年）和第六階段（1842—1911年）為多發階段。

（3）清代西安地區干旱災害變化存在7a、20a、42a、53a四類變化周期，對其干旱災害發生頻次的時間分布進行五次多項式擬合，結果也表明清代西安地區干旱災害的發生呈現波動變化。

參 考 文 獻：

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