明清時(shí)期干濕變化規(guī)律研究

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1、明清時(shí)期干濕變化規(guī)律研究 明清時(shí)期干濕變化規(guī)律研究 2015/12/04 《干旱區(qū)資源與環(huán)境雜志》2016年第一期 近年來，全球氣候變化問題已經(jīng)成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。對(duì)全球氣候變化進(jìn)行深入細(xì)致研究，目的是為當(dāng)前以及今后一個(gè)時(shí)期的氣候變化做出正確而有效的分析。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用歷史氣候資料、冰芯、樹木年輪等資料對(duì)不同地區(qū)歷史時(shí)期干濕特征進(jìn)行了研究。竺可楨［1］開啟了我國(guó)歷史氣候研究。此后，中國(guó)氣象局氣象科學(xué)院編寫的《中國(guó)近五百年旱澇圖集》，將1470年以來近5

2、00年的旱澇分布情況制成了圖集。張德二編撰了《中國(guó)三千年氣象記錄總集》。王紹武分析中國(guó)東部近500年旱澇情況，得出利用歷史文獻(xiàn)資料重建的旱澇分布類型和利用現(xiàn)代器測(cè)資料分析出的旱澇分布型高度一致。湯仲鑫搜集河北保定地區(qū)旱澇災(zāi)情，并與現(xiàn)代降水資料對(duì)比分析從而將旱澇資料定量化，建立起逐年的旱澇等級(jí)。張德二利用清代"晴雨錄"資料，重建了北京等地的高分辨率降水序列。鄭景云利用雨雪分寸文獻(xiàn)資料，建立了華北地區(qū)的降水序列。張德二使用插值方法反演生成網(wǎng)格式降水量距平場(chǎng)。張德二利用"晴雨錄"資料，重建了北京地區(qū)1724－1904年降水序列，之后又利用南京等地"晴雨錄"資料，重建了18世紀(jì)南京、蘇州和杭州等三地的

3、降水序列。丁賢法根據(jù)云南省近500年的旱澇災(zāi)害時(shí)間分布序列，預(yù)測(cè)了未來旱澇災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間。許多學(xué)者對(duì)我國(guó)歷史氣候進(jìn)行了諸多研究，但還存在許多不足。1)文獻(xiàn)資料缺記、錯(cuò)記和重復(fù)記載等。需要正確從資料中提取信息。2)對(duì)干濕時(shí)空特征研究，新的研究方法沒有隨之引入。3)研究干濕空間分型，都是基于大尺度、大范圍，研究的精細(xì)化程度不夠。4)把定性的文獻(xiàn)記錄轉(zhuǎn)化為定量的氣候參數(shù)，主要通過人工定級(jí)方法，會(huì)存在較大主觀因素。5)利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)干濕進(jìn)行深入研究不足。6)利用歷史文獻(xiàn)資料對(duì)蘇浙皖滬進(jìn)行精細(xì)化研究的報(bào)道少見。 1研究區(qū)概況和資料來源 研究區(qū)包括江蘇省、安徽省、上海市和浙江省。該地區(qū)位于

4、中國(guó)中東部，頻臨東海。四季分明，春溫多變，冬冷夏熱，氣候溫暖濕潤(rùn)。文中采用的資料來源于《中國(guó)三千年氣象記錄總集》(簡(jiǎn)稱《總集》)和《中國(guó)近五百年旱澇分布圖集》(簡(jiǎn)稱《圖集》)等?！犊偧窂母黝愇墨I(xiàn)中搜集出我國(guó)公元前13世紀(jì)到1911年，全國(guó)各地大氣物理現(xiàn)象、天氣與氣候狀況以及氣象狀況有關(guān)文字記錄?！秷D集》一共查閱了地方志等資料2100余種，輯錄歷史資料約220萬字，采用5個(gè)等級(jí)表示降水的多寡，繪制出從1470年開始?xì)v年旱澇分布圖510幅。重建干濕等級(jí)序列。(1)利用歷史資料進(jìn)行干濕等級(jí)評(píng)定。(2)對(duì)區(qū)域干濕等級(jí)序列進(jìn)行重建，采用如下公式。式中:k值為研究區(qū)域干濕指數(shù);F表示降水量較多的單站點(diǎn)干

5、濕等級(jí)值，包括2級(jí)偏澇和1級(jí)澇;D表示降水量較少的單站點(diǎn)干濕等級(jí)值，包括4級(jí)偏旱和5級(jí)旱;E表示正常的單站點(diǎn)干濕等級(jí)值，N為區(qū)域內(nèi)的單站點(diǎn)個(gè)數(shù)的總和。計(jì)算得出區(qū)域干濕等級(jí)指數(shù)k值，依據(jù)表2劃分為5個(gè)等級(jí)。 2結(jié)果分析 2．1干濕等級(jí)序列重建圖1是通過計(jì)算區(qū)域干濕等級(jí)指數(shù)k值，經(jīng)過區(qū)域旱澇等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表，獲得每一年研究區(qū)的干濕等級(jí)值，然后建立起干濕等級(jí)序列。從圖1可以看出，明清時(shí)期蘇浙皖滬地區(qū)干濕等級(jí)是波動(dòng)變化的。在544年中，發(fā)生澇災(zāi)年份多于旱災(zāi)發(fā)生的年份;一共發(fā)生澇災(zāi)214次，占總年數(shù)的39．3%，平均每2．5年發(fā)生一次;一共發(fā)生旱災(zāi)130次，占總年數(shù)的23．9%，平均每4．2年

6、發(fā)生一次。 2．2干濕趨勢(shì)分析從圖2中可以看出，明清時(shí)期蘇浙皖滬濕潤(rùn)變化趨勢(shì)為下降－上升－平穩(wěn)－下降。擬合曲線顯示明代澇災(zāi)明顯低于清代澇災(zāi)，明代為澇災(zāi)少發(fā)期，清代為澇災(zāi)多發(fā)期。1368年－1550年與1900年－1911年，擬合曲線為負(fù)值;1551年－1899年，擬合曲線為正值。1368年－1400年洪澇災(zāi)害有明顯下降趨勢(shì)，1401年－1600年洪澇災(zāi)害存在明顯上升趨勢(shì)，1601年－1850年洪澇災(zāi)害緩慢上升，1851年－1911年洪澇災(zāi)害擬合曲線顯著下降。從圖3中可以看出，明清時(shí)期蘇浙皖滬地區(qū)干旱災(zāi)害變化趨勢(shì)為上升－平穩(wěn)－下降。擬合曲線顯示明代旱災(zāi)高于清代旱災(zāi)，明代為旱災(zāi)多發(fā)期，清代為

7、旱災(zāi)少發(fā)期。1368－1400年和1701－1911年，擬合曲線為負(fù)值，旱災(zāi)發(fā)生次數(shù)低于平均值。1401－1700年，擬合曲線為正值，旱災(zāi)發(fā)生的次數(shù)高于平均值。1368－1450年，擬合曲線顯著上升，1451－1700年，擬合曲線較為平穩(wěn)，1700－1911年，擬合曲線緩慢下降。 2．3干濕階段性特征分析為了解蘇浙皖滬明清時(shí)期干濕變化趨勢(shì)，使用11年滑動(dòng)平均方法和累積距平分析方法做出曲線圖4和圖5。由圖4可知，干濕發(fā)生可以分為7個(gè)主要階段:1368－1427年以澇災(zāi)為主，澇災(zāi)發(fā)生次數(shù)和強(qiáng)度要大于旱災(zāi);1428－1467年以旱災(zāi)為主，旱災(zāi)發(fā)生的強(qiáng)度和次數(shù)要大于澇災(zāi);1468－1520年，旱

8、澇災(zāi)害交替進(jìn)行，總體上表現(xiàn)為旱澇均衡狀態(tài);1521－1550年以旱災(zāi)為主，澇災(zāi)發(fā)生次數(shù)和強(qiáng)度低于旱災(zāi);1551－1633年，以澇災(zāi)為主，澇災(zāi)發(fā)生強(qiáng)度和次數(shù)多于旱災(zāi)，該時(shí)間段內(nèi)1617－1621年，也存在旱災(zāi)發(fā)生強(qiáng)度較大的現(xiàn)象;1634－1662年以旱災(zāi)為主，滑動(dòng)平均值達(dá)到了最大為4，旱災(zāi)發(fā)生強(qiáng)度較大。1663－1911年以澇災(zāi)發(fā)生為主，旱澇災(zāi)害交替進(jìn)行，滑動(dòng)平均值較多年份低于正常等級(jí)值。對(duì)明清時(shí)期長(zhǎng)江下游干濕進(jìn)行累積距平分析。1368年開始，累積距平曲線開始顯著下降，一直持續(xù)到1427年，該段時(shí)間內(nèi)主要是以澇災(zāi)為主，1427年處出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn);1428－1467年累積距平曲線呈現(xiàn)明顯上升，該

9、段時(shí)間內(nèi)旱災(zāi)發(fā)生較多，1467年是比較明顯的拐點(diǎn);1468－1520年，累積距平曲線波動(dòng)上升和下降，干濕交替進(jìn)行，1521年是明顯的拐點(diǎn);1521－1550年，累積距平曲線明顯上升，旱災(zāi)發(fā)生較為明顯，1551年是比較明顯的拐點(diǎn);1551－1633年曲線明顯下降，澇災(zāi)發(fā)生較多，1634年是比較明顯的拐點(diǎn);1634－1911年曲線處于緩慢下降趨勢(shì)，以澇災(zāi)發(fā)生為主。 2．4干濕序列周期分析圖6為明清時(shí)期蘇浙皖滬地區(qū)500多年干濕序列的Morlet變換圖，橫軸為年份，縱軸為周期值，上部分為低頻區(qū)域，等值線相對(duì)稀疏，對(duì)應(yīng)著較長(zhǎng)的尺度周期震蕩;下半部分為高頻區(qū)域，等值線比較稠密，對(duì)應(yīng)于較短的尺度周期

10、性震蕩。為了方便分析旱澇變化的周期特征，在圖中以實(shí)線(正值)表示旱災(zāi)的發(fā)生，虛線(負(fù)值)表示澇災(zāi)的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，2年、8－11年、18年、30年、50年、75年、100年和150年左右準(zhǔn)周期比較明顯，成為全序列的主控周期。 3討論 (1)干濕變化在一定氣候背景下發(fā)生，許多學(xué)者對(duì)蘇浙皖滬歷史氣候進(jìn)行了研究。在上個(gè)世紀(jì)90年代，一些學(xué)者認(rèn)為"水災(zāi)的發(fā)生低于旱災(zāi)的發(fā)生"，這種情況在明清時(shí)期的長(zhǎng)江下游是不適用的。從圖1中看出，以水災(zāi)多發(fā)為主。(2)馮曉黎［21］研究長(zhǎng)江中下游歷史旱澇特征，發(fā)現(xiàn)1470－2000年澇年發(fā)生的次數(shù)要多于旱年。龔志強(qiáng)研究中國(guó)近530年干濕變化，得知總體特征為"

11、干－干－濕－濕－干"。反映了1470－1670年氣候?yàn)楦稍铮?671－1870年氣候?yàn)闈駶?rùn)。徐新創(chuàng)研究1470－2000年長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏半年干濕變化，發(fā)現(xiàn)99%置信度水平，16世紀(jì)50年代和17世紀(jì)20年代分別出現(xiàn)由干旱轉(zhuǎn)濕潤(rùn)和由濕潤(rùn)轉(zhuǎn)干旱的突變;95%置信度水平，16世紀(jì)20年代和19世紀(jì)50年代出現(xiàn)由濕潤(rùn)變?yōu)楦珊低蛔儯?8世紀(jì)40年代和19世紀(jì)20年代出現(xiàn)由干旱轉(zhuǎn)為濕潤(rùn)突變。(3)史久恩對(duì)長(zhǎng)江中下游5－8月降水量進(jìn)行分析，得到8年左右干濕周期;陳育峰整理氣候周期與天體周期對(duì)應(yīng)關(guān)系表，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)18年與日月引潮力變化的18．61年相近，存在較大尺度的準(zhǔn)100年左右周期，該周期和太陽(yáng)活動(dòng)周期有關(guān)

12、。徐新創(chuàng)研究1470－2000年長(zhǎng)江中下游夏半年干濕變化頻譜分析，發(fā)現(xiàn)干濕主要周期存在40、30和18年。葛全勝分析1736年以來長(zhǎng)江中下游梅雨變化時(shí)發(fā)現(xiàn)了20－30年與40年的年際周期。 4結(jié)論 (1)將《總集》和《圖集》等資料存入屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。利用"典型詞典"對(duì)其中干濕和正常年份記錄進(jìn)行提取，使用干濕等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行干濕資料定量化處理，獲取干濕等級(jí)序列。(2)從明清時(shí)期蘇浙皖滬地區(qū)干濕等級(jí)序列中可以看出，濕潤(rùn)年份多于干旱年份。使用最小二乘法對(duì)干濕進(jìn)行了擬合分析，濕潤(rùn)在1550年之前為負(fù)距平，之后為正距平，干旱在1700年之前為正距平，之后為負(fù)距平;使用滑動(dòng)平均和累積距平方法對(duì)干濕階段性進(jìn)行分析，干濕發(fā)生可以分為7個(gè)主要階段:1368－1427年、1428－1467年、1468－1520年、1521－1550年、1551－1633年、1634－1662年和1663－1911年;使用小波分析方法對(duì)干濕周期性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)旱澇災(zāi)害有2年、8－11年、18年、30年、50年、75年、100年和150年左右準(zhǔn)周期。