Drought and flood disaster chain and its response to climate change in Baoji region during the Ming and Qing dynasties
WANHonglian1,2,, SONGHailong2, ZHUChanchan2, ZHANGMi2 1. Key Laboratory of Disaster Monitoring and Mechanism Simulation of Shaanxi Province, BaojiUniversity of Arts and Sciences, Baoji 721013, Shaanxi, China2. College of Geography andEnvironment, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721013, Shaanxi, China 收稿日期:2016-07-25 修回日期:2016-10-19 网络出版日期:2017-01-20 版权声明:2017《地理学报》编辑部本文是开放获取期刊文献,在以下情况下可以自由使用:学术研究、学术交流、科研教学等,但不允许用于商业目的. 基金资助:国家自然科学基金项目(41371497)陕西省科技计划项目(2016KTCL03-17)宝鸡文理学院自然地理学陕西省重点学科基金项目陕西省教育厅重点实验室项目(15JS008)宝鸡市科技计划项目(14SFGG-2)宝鸡文理学院重点项目(ZK16031) 作者简介: -->作者简介:万红莲(1969-), 女, 陕西麟游人, 博士, 教授, 硕士生导师, 中国地理学会会员(S110004099M), 主要从事资源开发与环境变迁、历史时期的灾害等方面的研究和教学工作。E-mail: hyhm2006@163.com
关键词:宝鸡地区;旱涝灾害链;气候变化;时空分布;小波分析 Abstract In this paper, the literatures about the drought and flood disasters in Baoji region during the Ming and Qing dynasties were collected and sorted. The drought and flood disaster chains were discussed, while the response to climate change in Baoji region during 1368-1911 years was analyzed by using the accumulative anomaly method, moving average method and wavelet analysis and so on. The results showed that 297 events of drought and flood disasters occurred in Baoji during 1368-1911, while drought occurred 191 times and flood 106 times, accounting for 64.31% and 35.69%, respectively. There were obvious stage characteristics for drought and flood disasters, with drought episodes mainly observed from 1368 to 1644, while during 1645-1804 a fluctuant phase emerged, and the period 1805-1911 experienced drought episodes, presenting the alternating drought-wet period on the whole. Meanwhile there were three periods (70a, 110a and 170a) of oscillation on time scale of drought and flood existence, which had relationship with sunspot activity cycle. Drought and flood disasters had obvious variations in space; the northern and eastern parts of the Weihe river basin were prone to drought and flood. The occurrence of drought and flood disaster chains was a response to global climate change during the Ming and Qing dynasties in Baoji. Since the 1760s, the global climate deterioration has led to frequent extreme drought and flood disaster events.
Keywords:Baoji region;drought and flood disaster chains;climate change;spatial temporal distribution characteristics;wavelet analysis -->0 PDF (1955KB)元数据多维度评价相关文章收藏文章 本文引用格式导出EndNoteRisBibtex收藏本文--> 万红莲, 宋海龙, 朱婵婵, 张咪. 明清时期宝鸡地区旱涝灾害链及其对气候变化的响应[J]. , 2017, 72(1): 27-38 https://doi.org/10.11821/dlxb201701003 WANHonglian, SONGHailong, ZHUChanchan, ZHANGMi. Drought and flood disaster chain and its response to climate change in Baoji region during the Ming and Qing dynasties[J]. 地理学报, 2017, 72(1): 27-38 https://doi.org/10.11821/dlxb201701003 在气候变暖大背景下,气候变化产生的问题越来越受到社会各界的重视[1-4]。中国地处亚洲东部,季风强弱的变化直接影响着全国各地旱涝灾害的分布和变化。近年来,极端气候事件的出现加剧了旱涝灾害的频繁发生。因此,认识气候变化规律、减轻旱涝灾害对区域发展的影响及人类对全球气候变化的响应逐渐成为学术界研究的热点和焦点问题[5-8]。旱涝灾害是中国历朝历代发生最为频繁的两种自然灾害[9],给区域社会经济、农业生产及人民生命财产安全带来了重大影响。中国历史文化底蕴深厚,自有文字记录以来,就有关于自然灾害的记载,其中,有关旱涝灾害连续而丰富的历史文献记载为研究区域历史旱涝灾害、重建历史气候演变过程提供了可能[10-15]。随着社会经济的发展,旱涝灾害已经成为阻碍经济发展的重要因素之一,故对旱涝灾害的研究也成为区域防灾减灾的重点。 目前,学术界对历史时期旱涝灾害的研究取得了较多成果[16-19]。周旗[5, 20]对过去1500年宝鸡地区旱涝灾害的时空分布特征和规律分析,认为宝鸡地区农业旱涝灾害与全球气候变化相对应,区域旱涝灾害的发生是对环境变化的响应;万红莲等[21-22]研究发现近1400年宝鸡地区洪涝灾害的发生主要是地理位置、气候异常波动和人类活动等因素共同作用的结果,并给区域社会经济的发展产生了很大影响。这些研究结论和大尺度范围内对旱涝灾害的研究成果[14-18]大致相同,均对旱涝灾害及其影响等方面做了分析,但目前鲜有文献探讨区域旱涝灾害链及其对全球气候变化的响应过程。 因此,以明清时期旱涝灾害资料为基础,结合近年国内对百年至千年尺度旱涝灾害与全球气候冷暖变化的对应关系研究成果[23-25],以“灾害链”为切入点,总结宝鸡地区1368-1911年旱涝灾害的时空分布格局及其周期变化规律,探讨区域旱涝灾害链对气候变化的响应过程,以期为该地区的旱涝灾害预测及开展防涝抗旱减灾活动提供参考依据。
统计结果(图1,表2)表明:1368-1911年,宝鸡地区共发生297次旱涝灾害事件,其中旱灾和涝灾分别发生191次和106次,分别占旱涝灾害发生总次数的64.31%和35.69%。在旱涝灾害的等级划分中,1级特大涝灾共发生31次,占旱涝灾害发生次数的5.7%;2级严重涝灾发生39次,占旱涝灾害发生次数的7.17%;3级轻度涝灾发生36次,占旱涝灾害发生次数的6.62%;4级正常年份次数247次,占总年数的45.4%;5级轻度旱灾发生68次,占旱涝灾害发生次数的12.5%;6级严重旱灾发生101次,占旱涝灾害发生次数的18.57%;7级特大旱灾发生22次,占旱涝灾害发生次数的4.04%。整体上看,明清时期宝鸡地区的旱灾次数多于涝灾次数,气候相对偏旱。在旱涝灾害的等级中,存在着连续性旱涝灾害的分布特征,即大旱之后必有大涝,大涝之后必有大旱,呈现旱涝灾害链相互交替出现的现象。 显示原图|下载原图ZIP|生成PPT 图11368-1911年宝鸡地区旱涝灾害等级变化序列 -->Fig. 1The drought and flood grade sequence changes in Baoji region from 1368 to 1911 -->
Tab. 2 表2 表2宝鸡地区544年旱涝灾害发生频次、频率表 Tab. 2The drought and flood grade frequency of Baoji region in 544 years
以50年为单位统计明清时期宝鸡地区旱涝灾害的年际变化特征(表2)。明清时期宝鸡地区共发生297次旱涝灾害,平均每1.83年发生1次,在中后期发生频次较高,整体上呈现出增加的趋势。在不同阶段旱涝灾害发生频次有所变化,具体为:1368-1670年及1721-1820年以干旱灾害为主;1821-1911年以洪涝灾害为主;1671-1720年旱涝灾害发生频次基本持平。 对宝鸡地区1368-1911年旱涝灾害等级累积距平,并做11年滑动平均,以突显太阳活动平均11年的周期震荡(图2)。从图2中看出,宝鸡地区旱涝灾害具有较为明显的阶段性特征,1368-1644年为上升阶段,期间可细分为1368-1530年与1581-1644年快速上升阶段和1531-1580年缓慢上升阶段,表明了该时期旱灾比涝灾发生的频率要高;1645-1804年为旱涝灾害波动阶段,表明了宝鸡地区该时期气候变化极不稳定,旱涝灾害发生异常;1805-1911年为下降阶段,又可分为1805-1853年与1868-1911年快速下降阶段和1854-1867年基本持平阶段,表明了该时期涝灾比旱灾的发生频率要高。整体上看,明清时期宝鸡地区旱涝灾害波动较为明显,大致呈现出干旱期—湿润期的交替特征,旱灾集中出现在中前期阶段,涝灾集中出现在后期阶段。 显示原图|下载原图ZIP|生成PPT 图2明清时期宝鸡地区旱涝灾害等级距平序列 -->Fig. 2The anomaly series of drought and flood grades in Baoji region during the Ming and Qing dynasties -->
3.3 旱涝灾害的季节变化特征
采用中国农历历法划分季节,即春季1-3月(公历3-5月),夏季4-6月(公历6-8月),秋季7-9月(公历9-11月),冬季10-12月(公历12月-次年2月)。资料统计没有具体季节记录的旱涝灾害有87次,有具体季节记载的共发生210次(其中,旱灾发生128次,涝灾发生82次)。 宝鸡地区旱涝灾害主要以单季旱涝灾害为主,同时也有双连季、三连季甚至四季旱涝灾害的发生(图3)。旱涝灾害中以旱灾为主,单季是旱灾的多发期,而其以夏季最多,统计共发生41次;在双季旱中以夏秋连旱为主,共发生20次,同时也出现三连季和四季全旱的情况。洪涝灾害以单季涝灾为主,秋季是涝灾的频发期,共发生35次;双季涝中以夏秋连涝居多,共发生9次。在历史资料中没有出现三季及四季连涝的记载。由以上分析可知,明清时期宝鸡地区旱涝灾害的年内季节变化集中于夏、秋及夏秋连季,旱涝灾害的这种季节性分布与夏季风的活动有关[32]。宝鸡地处内陆季风边缘区,夏季受东亚季风、印度低压及西太平洋副高压的共同作用,温热多雨和炎热干燥的天气交替出现;冬季受青藏高压及内蒙古高压影响,天气较为寒冷干燥;春、秋季节则处于冬、夏季风过渡阶段,降水极不稳定,这是造成宝鸡地区旱涝灾害集中于夏、秋季节的主要原因,也使宝鸡地区年平均降水量介于590~900 mm之间。 显示原图|下载原图ZIP|生成PPT 图3明清时期宝鸡地区旱涝灾害的季节分布 -->Fig. 3The seasonal distribution of drought and flood disasters in Baoji region during the Ming and Qing dynasties -->
3.4 旱涝灾害的空间变化特征
宝鸡市辖3区(统称“宝鸡”)9县(由于太白县于1961年建县,所以统计资料中未涉及太白县)[21-33],通过对旱涝灾害逐次统计,结果表明明清时期宝鸡地区旱涝灾害在各县区分布不同(图4)。 显示原图|下载原图ZIP|生成PPT 图4明清时期宝鸡地区旱涝灾害空间分布 -->Fig. 4The spatial distribution of drought and flood disasters in Baoji region during the Ming and Qing dynasties -->
利用Matlab软件对明清时期宝鸡地区544年旱涝灾害等级序列进行小波分析(图5),并对旱涝灾害周期做相关分析。小波分析实部图(图5a)显示,明清时期宝鸡地区旱涝灾害在时间尺度上呈现出明显的交替性特征,大旱之后存在大涝的现象,同样在大涝之后也必有大旱的发生,但整体上以偏旱为主,与竺可桢[11]和朱士光等[34]认为明清时期中国气候偏旱,处于“明清小冰期”的研究结论相符;小波方差图(图5b)显示,旱涝灾害在60~80年、95~115年及160~180年附近存在3个振荡周期,其中在160~180年附近的振荡周期最为强烈,且旱涝灾害在160~180年附近与李艳芳等[35]研究的西北地区旱涝灾害存在168年周期基本一致,同时与徐振韬等[36]对太阳黑子活动平均周期存在5.5年、11年、17年、80年及178年的研究相对应,表明了明清时期宝鸡地区旱涝灾害与太阳活动周期有着密切关系。 显示原图|下载原图ZIP|生成PPT 图5明清时期宝鸡地区旱涝灾害小波分析实部图与小波方差图 -->Fig. 5The real wavelet analysis and wavelet variance analysis of drought and flood disasters in Baoji region during the Ming and Qing dynasties -->
据葛全胜、郑景云、方修琦等[39-45]研究,过去2000以来区域尺度下温度和干湿变化对降水有很大影响,尤其是明清时期,北半球已经进入寒冷阶段,但受区域位置、地理环境和季风的共同作用,中国气候表现出不稳定的变化状态,进而使该时期在全国范围内出现旱涝交替发生的现象。其中,中国东部地区明显寒冷,西部地区的寒冷程度却不明显[43],在这种大背景下不同的小区域内气候变化又呈现出不同特点[44];自祁连山东段、柴达木盆地东沿至秦岭西侧地区,14世纪、16世纪后半叶至17世纪初、18世纪后半叶气候湿润,其他时段气候干旱,最干旱的时段出现在15世纪和17世纪后期至18世纪初[46-48]。朱士光等[34]对历史时期关中地区气候变化研究认为,关中地区在14世纪后半叶以及16世纪初至70年代、18世纪及19世纪前半叶气温较为暖和,15世纪后半叶、16世纪80年代至17世纪30年代、17世纪后半叶及19世纪后半叶气候颇为寒冷。14世纪后半叶至20世纪初,全球气候处于“小冰期”阶段,此时中国气候也比较干冷[11, 34],尽管在小尺度范围内这种变化有所差异,但区域在气候温暖期降水较多,在气候寒冷期降水较少,而在气候异常波动阶段往往是极端气象灾害频发时期[11, 34, 43-45],与《中国近五百年旱涝分布图集》[30]和《中国西北地区近500年旱涝分布图集(1470-2008)》[31]中记录的1470年以来中国及关中地区旱涝等级变化基本一致。 在这种气候变化背景下,利用统计数据对明清时期宝鸡地区旱涝灾害等级做11年滑动平均(图6),发现与关中地区旱涝等级的变化有很好的对应关系。从旱涝等级的滑动平均看,上升曲线表示旱灾发生次数较多,下降曲线表示涝灾发生次数较多,在正常年份以上表示偏旱,在正常年份以下表示偏涝。16世纪之前、16世纪末至17世纪前半叶、18世纪后半叶,旱灾发生次数较多且整体上偏旱,表明了该时期宝鸡地区气候较为寒冷干燥;16世纪、17世纪后半叶至18世纪前半叶、19世纪以后涝灾发生次数较多且整体偏涝,表明了该时期宝鸡地区气候相对温暖湿润,这与宝鸡地区旱涝灾害时空分布特征基本一致。宝鸡地区旱涝灾害链的发生与关中地区的气候总体变化大致相同,同时与明清时期全球气候变化基本同向,但不完全同步,这与宝鸡地区所处的区域位置及地理环境相关。受西太平洋副高压、青藏高压及内蒙古高压的共同作用,同时在季风气候强弱变化的情况下,区域旱涝灾害表现出不稳定的变化状态,并呈链状发生。在上述的每个阶段内,区域的旱涝灾害与气温在较小尺度上还存在一些波动,旱涝灾害取决于区域降水量及降水的集中程度,而降水量受区域气温高低影响极大[34]。倘若气候较为暖湿,受区域气候波动影响,在降水较为集中的情况下,也会导致区域性旱涝灾害的发生。 显示原图|下载原图ZIP|生成PPT 图6明清时期宝鸡地区旱涝灾害等级11年滑动平均 -->Fig. 6The 11 years moving average of drought and flood disaster grades in Baoji region during the Ming and Qing dynasties -->
(1)1368-1911年,宝鸡地区共发生297次旱涝灾害事件,其中旱灾和涝灾分别发生191次和106次,占旱涝灾害发生总次数的64.31%和35.69%。明清时期宝鸡地区的旱灾次数多于涝灾次数,气候相对偏旱。在旱涝灾害的等级中,存在着连续性旱涝灾害的分布特征,呈现旱涝灾害链相互交替出现的现象。 (2)宝鸡地区旱涝灾害具有较为明显的阶段性特征,1368-1644年为偏旱阶段,1645-1804年为旱涝灾害波动阶段,1805-1911年为偏涝阶段,整体上呈现出干旱—湿润期的交替特征。旱涝灾害在时间尺度上大致存在70年、110年和170年左右3个振荡周期,与太阳黑子活动周期相对应,同时与全球气候变化过程基本同向。在旱涝灾害中以单季旱涝灾害为主,同时也有双连季、三连季甚至四季旱涝灾害的发生。 (3)明清时期宝鸡地区旱涝灾害具有显著的空间差异性特征。旱灾集中分布在秦岭以北地区,具有北多南少的分布特点;涝灾则集中在渭河流域以南及宝鸡以东各县;渭河流域以北、以东地区,即渭河、千河和漆水河流域中下游既是旱灾的多发区,也是涝灾的多发区。 (4)明清时期宝鸡地区旱涝灾害链与全球气候变化有很好的对应关系,它是对全球气候变化的响应过程。18世纪60年代以来,在人类活动的影响下,全球气候环境恶化导致极端旱涝灾害事件频繁发生。 The authors have declared that no competing interests exist.
ZhaoYu, MuXingmin, JiangChong.Analysis on the variation of drought & flood grades from 1470 to 2008 in Lanzhou area. , 2014, 21(1): 132-136, 141. [本文引用: 1]
YeBaisong, ZhaoChengyi, JiangFengqing, et al.Characteristics of the flood and drought disasters in the Tarim River Basin in recent 300 years. , 2014, 36(1): 173-182.
BiShuoben, QianYujun, ChenChangchun, et al.Characteristics and comparative analysis of reconstructed drought/flood grade sequence in the eastern Northwest China from 1470 to 1912. , 2016, 39(1): 12-21.
XuXiaoyu, ZhuJiwei, XieJiancang, et al.Analysis of spatial and temporal distribution characteristics and evolution trend of drought and flood disasters from 1470 to 2012 in Shaanxi Province. Journal of Xi'an University of , 2015, 31(2): 231-237. [本文引用: 2]
ZhouQi.Analysis on the correspondence between the agricultural disasters caused by droughts and water loggings in Baoji and the climate change in East China during the past 1500 years. , 2003, 20(2): 123-126. [本文引用: 2]
WangJinhong, LvJuan, LiuHeping, et al.Drought-flood variation characteristics and trends in arid northwestern China during 1470-2008. , 2014, 25(5): 625-631.
ZhangKunjia, YangShuai, SuYun.A comparison of spatial and temporal distribution of flood and drought in Ming and Qing Dynasty. , 2014, 5(6): 385-391. [本文引用: 1]
Bradley RS.High resolution record of past climate from monsoon Asia, the last 2000 years and beyond, recommendations for research . , 1993: 1-24.
[14]
XuXinchuang, GeQuansheng, ZhengJingyun, et al.Reconstruction and comparative analysis of dry/wet series in last 500 years in Hubei Province. , 2010, 29(6): 1045-1055. [本文引用: 1]
ZhangJian, ManZhimin, XiaoWeiwei, et al.Research on sequence reconstruction and characteristics diagnosis of droughts and floods in the Middle Yellow River since the Qing Dynasty (1644-2009). , 2013, 32(9): 1579-1590. [本文引用: 1]
YuanYuan, HuangShaoni, GuoChunyan, et al.The reconstruction and trend study of Shaanxi province's drought and floods grade in recent 500 years. , 2015, 33(5): 232-236, 244. [本文引用: 1]
PeiLin, YanZhongwei, YangHui.Multidecadal variability of dry/wet patterns in eastern China and their relationship with the Pacific decadal oscillation in the last 413 years. , 2015, 60(1): 97-108.
GeQuansheng, LiuLulu, ZhengJingyun, et al.Spatial patterns of drought/flood over eastern China in the periods of anomalous solar activity during the past millennium. , 2016, 71(5): 707-717. [本文引用: 1]
LiXiliang, LiuWei, FengYang, et al.Change laws of drought and flood disasters in Shijiazhuang region in recent 545 years. , 2016, 30(5): 156-161. [本文引用: 1]
HaoZhixin, ZhengJingyun, GeQuansheng, et al.Spatial patterns of precipitation anomalies for 30-yr warm periods in China during the past 2000 years. , 2012, 26(3): 278-288. [本文引用: 1]
[24]
GeQuansheng, LiuJian, FangXiuqi, et al.General characteristics of temperature change and centennial warm periods during the past 2000 years. , 2013, 68(5): 579-592. [本文引用: 1]
ZhengJingyun, HaoZhixin, ZhangXuezhen, et al.Drought/flood spatial patterns in centennial cold and warm periods of the past 2000 years over eastern China. , 2014, 59(30): 2964-2971. [本文引用: 1]
WanHonglian, LiuDongyue, SongHailong.Earthquake disasters and its spatial and temporal distribution characteristics of Baoji in history period. , 2016, 36(3): 1-5. [本文引用: 1]
FangXiuqi, SuYun, YinJun, et al.Transmission of climate change impacts from temperature change to grain harvests, famines and peasant uprisings in the historical China. , 2015, 45(6): 831-842. [本文引用: 1]
GeQuansheng, LiuHaolong, ZhengJingyun, et al.The climate change and social development over the last two millennia in China. , 2013, 35(1): 9-21. [本文引用: 1]
GeQuansheng, ZhengJingyun, HaoZhixin.PAGES synthesis study on climate change in Asia over the last 2000 years: Progresses and perspectives. , 2015, 70(3): 355-363.
ZhengJingyun, ShaoXuemei, HaoZhixin, et al.An overview of research on climate change in China during the past 2000 years. , 2010, 29(9): 1561-1570. [本文引用: 1]
GeQuansheng, ZhengJingyun, HaoZhixin, et al.State-of-the-arts in the study of climate change over China for the past 2000 years. , 2014, 69(9): 1248-1258. [本文引用: 2]
Zhang PZ, ChengH, EdwardsR, et al.A test of climate, sun, and culture relationships from an 1810-year Chinese cave record. , 2008, 322(5903): 940-942.
[48]
YangB, QinC, Wang JL, et al.A 3500-year tree-ring record of annual precipitation on the northeastern Tibetan Plateau. , 2014, 111(8): 2903-2908. [本文引用: 1]
[49]
RenZhenqiu.Climate anomalies and astronomy nearly five thousand years of China. , 1986, (1): 298-303. [本文引用: 1]
ZhengJingyun, HaoZhixin, FangXiuqi, et al.Changing characteristics of extreme climate events during past 2000 years in China. , 2014, 33(1): 3-12. [本文引用: 1]