高策，邹文卿
(山西大学科学技术哲学研究中心，山西太原030006)
摘要:文章通过对明代277年(1368－1644)汾河流域旱灾史料的整理和分析，采用以县为单位的旱灾等级划分标准，利用线性趋势估计法对当时整个汾河流域旱灾的时空变化特征进行分析，并且从频率和强度两个方面研究旱灾的空间分布，同时以t分析方法对旱灾在时间变化上是否存在突变进行检验。结果表明:(1)明代汾河流域共发生旱灾147年次，平均1．88年发生1次旱灾，平均每年发生旱灾7．6县次，其中以2级旱灾为主(占46．97%)。(2)在明代277年中，汾河流域旱灾发生频率呈极显著增加趋势，且夏旱最多，春旱和秋旱次之，冬旱最少，在季节连旱方面，春夏连旱发生最多，夏秋连旱次之，四季连旱最少。1473年为旱灾频率发生的突变点，1368－1473年为旱灾发生较少期，从1473年开始，旱灾发生频率明显加快。(3)从整个汾河流域来看，上游不易发生旱灾，且强度较小，而下游最易发生旱灾，且强度较大，与此同时，汾河流域中游东部较西部易反生旱灾，且强度相对较大，下游则相反。明代气候变冷是汾河流域旱灾频发的主要原因。
关键词:明代;汾河流域;旱灾;时空特征
中图分类号:N09 文献标识码:A 文章编号:1000－5935(2013)01－0021－06
旱灾是指久晴不雨，农作物体内水分大量缺乏，从而导致农作物生长发育不良而减产甚至绝收的灾害［1］。中国古代旱灾频繁，历代史书、地方志、宫廷档案、碑文、刻记以及其他文物史料中均有记载，旱灾的发生频率和强度直接影响着农牧林业的生产。明代旱灾的危害是仅次于水灾的自然灾害，据邓拓先生研究表明，明代共发生旱灾174次(水灾196次)［2］，与此同时，关于明代(1368－1644)开封地区，陕南地区、济南地区等的研究结果也表明，旱灾发生的频率和强度有很大的空间异质性。
汾河流域地处黄河中游，地理位置东经110°30'～113°32'，北纬35°20'～39°00'，地处中纬度大陆性季风气候带，属我国东部季风气候区与蒙新高原气候区过渡带，受极地大陆气团和副热带海洋气团的影响，为半干旱、半湿润型气候过渡区［3］。关于整个历史时期涉及汾河流域的干旱灾害，前人尽管已经做过一些研究，但针对明代汾河流域的旱灾研究还相当薄弱。此外，当今学术界对于历史时期旱灾等级的划分标准不统一，大多都是根据史料记载确定当时整个区域的灾害等级，虽然这样可以直观地看出一个区域受害程度，但是因为史料对灾害的记载多是以县为单位的，这样在评判整个区域的灾害等级时就存在很多的人为性，并且忽略了整个区域灾害的空间差异性。所有关于干旱的统计与分析都是以干旱等级的正确划分为基础的，因此历史时期干旱等级的划分是否正确，干旱指标的选取是否恰当，在干旱问题的研究中具有特别重大的意义［4］。
本文以县为单位的等级划分方法，以《山西自然灾害史年表》《中国气象三千年记录总集》《中国气象灾害大典(山西卷)》《山西自然灾害》《汾河志》为基本资料库，以线性回归方法对明代汾河流域旱灾频率和强度的变化趋势进行估计，并在此基础上运用t分析方法对旱灾的频率和强度在时间变化上是否存在突变进行检验。同时，对明代汾河流域旱灾频率和强度的空间分布进行分析。以便对区域旱灾的研究和汾河流域的旱灾防治起到一定的指导作用。
一 研究区域行政范围概况
明代，汾河流域内各州县在1595年之前没有发生过较大变化，主要包括3府33个县，其中太原府13个县(宁武、静乐、岚县、阳曲、寿阳、太原、榆次、清徐、徐沟、交城、文水、太谷、祁县)，汾州3个县(平遥、孝义、介休)，平阳府17个县(灵石、汾西、霍州、赵城、岳阳、洪洞、临汾、襄陵、浮山、太平、翼城、曲沃、绛州、稷山、河津、荣河、万泉)。明万历二十三年(1595)五月，山西府、州、县变化较大，其后无大变化，最晚的变动时间为万历四十三年(1615)。涉及汾河流域的有:(1)汾州府，元为汾州，属冀宁路，明洪武元年(1368)，改冀宁路为太原府，汾州属太原府，洪武九年(1376)直隶布政司，万历二十三年(1595)五月升为汾州府，领1州7县。(2)汾阳县，原名西河县，洪武初省入州，万历二十三年(1595)五月复置，更名汾阳县。(3)灵石县，万历二十三年(1595)由平阳府改属汾州府，万历四十三年(1615)还属平阳府。明代(1368－1644)汾河流域行政区划图及上游、中游和下游范围如图1所示。
图1 明代(1368－1644)汾河流域行政区划图
二 研究方法介绍
(一)等级划分方法
根据历史文献资料描述旱灾的特点，参照赵景波等人对历史旱灾的等级划分标准［5］，本文从单位县出发，主要考察灾害的影响和持续的时间，同时参照相邻县的受灾情况，将旱灾划分为1级(偏旱)、2级(旱)、3级(大旱)、4级(特大旱)四个等级，具体评判标准如下:
1级(偏旱):原文只记载“旱”、“伤苗”、“歉(欠)收”。如明洪武三年(1370)，太谷夏旱、太原旱、曲沃旱;明宣德八年(1433)，曲沃、太原“旱”。
2级(旱):记载有“旱饥”、“旱蝗”、“夏秋旱”或跨月、跨季度旱，减免赋税、缓征额赋，小河流的水竭，不在夏季以内的“河水竭”、“井泉涸”，农作物“禾槁”、“禾枯”。如明洪武七年(1374)，二月太原平阳州旱蝗，并免租税;明嘉靖二十九年(1550)，七月以旱免太原等府税粮。
3级(大旱):较大区域大旱，赤地千里，粮食严重歉(欠)收，记载有“大旱”、“旱大饥”、“大旱蝗”等。如明成化十八年(1482)，寿阳夏五月不雨至秋七月，苗尽槁，大旱;明弘治十八年(1505)，太谷大旱、大旱饥，道殣相望，五月不雨至七月，苗尽枯。
4级(特大旱):大河水竭以及夏季多雨季节时河流“竭”、“涸”，人口大面积死亡，人民生命财产受到重大损失，记载有“岁大饥，人相食”。如明万历十四年(1586)，太原、平阳、汾阳等属大旱，赤地千里，饿殍遍野，疫疠死者枕藉;明崇祯十三年(1640)，太平大旱，汾水竭，襄陵，大旱汾水竭，饥民北逃不绝，翼城大旱岁饥，人相食。
根据上述等级划分方法统计得出，在明代277年中，汾河流域范围内共发生旱灾147年次，2110县次，平均每年发生旱灾7．6县次，平均每个干旱年发生旱灾14．6县次，其中2级旱灾发生县次最多(991县次)，几乎占发生旱灾总县次的一半(47%)，3级旱灾次之(561县次)，4级旱灾最少，仅占发生旱灾总县次的10%(图2)。
图2 明代(1368－1644)汾河流域各级旱灾县次图
(二)数据处理
1．数据序列的构建
按照上述灾害等级划分方法，本文首先统计每个县每年发生的灾害等级，然后计算每个县发生旱灾总频次和各级旱灾频次以及每个等级旱灾发生的县次，接下来以5年为单位分别统计汾河流域各个季节旱灾频次以及季节连旱频次以及汾河流域上中下游发生旱灾频次。
2．数据处理的方法
线性回归检验(LR)是利用数理统计中用来确定两种变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法，采用LR方法处理数据所得结果直观并且易于理解(线性图)，因此运用十分广泛。本文利用Sigmaplot10．0软件中的线性回归模块对明代汾河流域旱灾的时空变化特征进行直线单调趋势检验(即对相关系数r，年变率b和截距a进行计算，同时检验趋势b的显著性)。
t检验是一种在σ未知时人们广泛采用的解决平均数的显著性检验的方法，计算公式为:
式中y1、y2分别表示两个子系列均值，n1、n2分别表示两个子系列单位时间段的个数，s1、s2分别表示两个子系列的方差。本文采用t检验对明代汾河流域旱灾系列数据进行突变趋势检验，P＜0．1、0．05、0．01和0．001即达到弱显著、显著、非常显著和极显著水平。
旱灾强度平均等级计算方法:由于旱灾频次的高低仅反映区域旱灾的易发程度，却不能反映旱灾的强度大小，因此本文利用加权平均的方法，求出每个县的旱灾强度平均等级值I，公式如下:
I=(a+2b+3c+4d)/(a+b+c+d)，其中:I表示某县旱灾强度平均等级值，a、b、c、d分别表示某县1、2、3、4级旱灾发生频次。
三 时间变化特征
(一)年度变化
LR检验结果表明(图3所示):明代汾河流域旱灾频次随时间呈极显著增加趋势(P＜0．001)，并且连续两年旱的有14次，连续3年旱的有6次，连续4年旱的有3次，连续5年旱的有2次。
图3 明代(1368－1644)汾河流域旱灾频次变化趋势图(a:5年为单位b:50年为单位)
表1 明代(1368－1644)汾河流域旱灾t检验分析表(5年为单位)
子系列
(以5a为单位) | 长度/5a | 均值 | 标准差 | 变异系数 | t检验 |
t | p |
1368－1372)～
(1468－1472) | 21 | 1.33 | 1.15 | 0.87 | -6.1876 | <0.001 |
(1473－1477)～
(1643－1644) | 35 | 3.40 | 1.24 | 0.37 | | |
t检验结果表明(表1所示):当n1=21，n2=35时，t的绝对值达到最大(p＜0．001)，第二子系列的平均值明显高于第一子系列的平均值，说明从1473年开始，汾河流域旱灾发生频率明显高于之前。在1473年之前21个单位时间内，仅有9次大于均值，而在1473年之后的35个单位时间内，大于均值的次数过半(18次)。明代旱灾年度变化分为两段，在1473年之前的105年中，只有28个干旱年，平均每3．75年发生一次旱灾，是汾河流域旱灾发生较少期，从1473到1644的172年中，就有119年发生旱，平均1．45年发生一次旱灾，是旱灾发生频发期。另外，旱灾发生频率最高的年份为1483－1487、1493－1497、1528－1532、1533－1537、1563－1567、1598－1602、1633－1637、1638－1642，每年都有旱灾。没有发生旱灾的年份为1383－1387、1393－1397、1398－1402、1403－1407、1418－1422、1458－1462(图3左)。
(二)季节特征
据统计(见下页图4所示)，在明代277年中，汾河流域旱灾就季节分布来说，夏旱发生最多，为72次，占28.57%;秋旱和春旱次之，分别发生43次和41次，占16.27%、17.06%;冬旱发生最少，发生16次，占6.35%。在季节连旱方面，春夏连旱发生最多，为34次，占13.49%;夏秋连旱次之，发生27次，占10.71%;春夏秋连旱较少，为15次，占5.95%;四季连旱最少，为4次，占1.59%。
图4 明代(1368－1644)汾河流域各季发生旱灾频次图
由此可见，明代汾河流域的旱灾是以春、夏、秋旱为主，这三个季节的旱灾占到了总次数的61.9%。而这其中又以夏旱最多，这个阶段是秋季作物需水比较多的阶段，所以只要出现降水偏少或关键节气不降雨，极易造成严重伏旱。在季节连旱方面，春夏连旱和夏秋连旱发生较多。
四 旱灾空间分布
代汾河流域的旱灾分布很广，所有县都有发生，平均每个县发生62.06次，上游发生116县次，平均每个县发生36.67次;中游发生662县次，平均每个县发生47.29次;下游发生1332县次，平均每个县发生78.35次。汾河流域下游旱灾发生频率明显高于上游和中游(见图5)，说明汾河流域的旱灾主要是以下游为主。
图5 明代(1368－1644)汾河流域上中下游旱灾频次图
图6、7、8可以看出，中游和下游的旱灾频次分别呈非常显著和极显著增加趋势，并且下游旱灾递增速率大于中游，而上游旱灾递增速率不显著。下面我们将从频次和强度两个方面研究明代汾河流域旱灾空间分布特征。
图6 上游旱灾频次(5年为单位)趋势图
图7 中游旱灾频次(5年为单位)趋势图
图8 下游旱灾频次(5年为单位)趋势图
(一)频次分区
代汾河流域旱灾发生频次最少的县是平遥(26次)，平均10.62年发生一次旱灾。发生最多的县是临汾(101次)，平均2.73年就发生一次旱灾。其他县发生的旱灾频次都在26－101次之间。
据每个县发生的旱灾频次，我们把发生旱灾频次小于45次的县归为不易发生旱灾区，把发生旱灾频次在45－82次的县归为较易发生旱灾区，把大于82次的县归为极易发生旱灾区，由此可得出以下结论:
不易发生旱灾的县有:宁武、静乐、岚县、阳曲、清徐、平遥、汾阳、孝义、介休;较易发生旱灾的县有:寿阳、徐沟、榆次、交城、太谷、祁县、文水、灵石、汾西、霍州、洪洞、赵城、岳阳、浮山、襄陵、太平、翼城、绛州、荣河;极易发生旱灾的县有:太原、临汾、曲沃、山、河津、万泉。
整个汾河流域来看，相对上游和中游而言，下游较易发生旱灾，中游的东部较西部易反生旱灾，下游的西部较东部易发生旱灾(见图9)。
图9 明代(1368－1644)汾河流域旱灾频次分布图
(二)强度分区
旱灾强度平均等级计算方法可以得出，各县旱灾平均等级值在2.06－2.81之间，旱灾强度最小的是清徐县和太谷县(I=2.06)，旱灾强度最大的是平遥县(I=2.81)。
我们规定:当I＜2.25时，该县为旱灾轻度区;当2.25≤I≤2.62时，该县为旱灾较重区;当I＞2.62时，该县为旱灾极重区。根据以上原则，我们可以得出:
于旱灾轻度区的县有:宁武、静乐、岚县、阳曲、太原、清徐、交城、太谷、祁县、文水、岳阳、浮山、绛州;位于旱灾较重区的县有:寿阳、徐沟、榆次、汾阳、孝义、介休、灵石、汾西、霍州、洪洞、赵城、临汾、襄陵、太平、翼城、曲沃、稷山、河津、万泉、荣河;位于旱灾极重区的县有:平遥。
从整个汾河流域来看，相对上游而言，中游和下游旱灾强度较大，中游的东部较西部强度大，下游的西部较东部强度大(见图10)。
图10 明代(1368－1644)汾河流域旱灾强度分布图
五 结论
(1)明代汾河流域旱灾发生频率高，在明代277中，汾河流域共有147年发生旱灾，共发生旱灾2110县次，平均1.88年就发生1次旱灾，平均每年发生旱灾7.6县次，平均每个干旱年发生旱灾14．6县次，其中以2级旱灾为主(占46.97%)。
(2)在明代277年中，汾河流域旱灾发生频率呈极显著增加趋势，且夏旱最多，春旱和秋旱次之，冬旱最少，在季节连旱方面，春夏连旱发生最多，夏秋连旱次之，四季连旱最少。1473年为旱灾发生的突变点，1368－1473年为旱灾发生较少期，从1473年开始，旱灾发生频率明显加快。
(3)从整个汾河流域来看，上游不易发生旱灾，且强度较小，而下游最易发生旱灾，且强度较大，与此同时，汾河流域中游东部较西部较易反生旱灾，且强度相对较大，下游则相反。
张养才研究表明，北纬35°－40°是中国干旱灾害出现几率最高的区域。［6］汾河流域正处于这一区域内，生态环境脆弱，旱灾易发。旱灾的形成主要取决于气候，气候学家认为，地球表面的平均温度如果下降3℃，大气中的水分将减少20%而导致严重旱灾。［7］据竺可桢研究，从元末明初开始，我国历史时期的气候变化进入了最为漫长的一个寒冷期，历经500余年，大致是公元1400年至公元1900年［8］。特别是15世纪以来，气候变寒加剧，至17世纪达到顶峰，明代汾河流域中很多文献记载了这一变化，如次县东南三十五里的神林峰，“地阴寒，深夏有雪”(万历《太原府志》卷八《山川》)，下游翼城县万历六年(1578)冬:“大雪，人畜多冻死”(嘉靖《翼城县志》卷一《地理志》)，而气温下降可直接导致气候干旱。
参考文献:
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