高 策，鄒文卿

（山西大學科學技術哲學研究中心，山西太原 030006）

旱災是指久晴不雨，農作物體內水分大量缺乏，從而導致農作物生長發(fā)育不良而減產甚至絕收的災害［1］。中國古代旱災頻繁，歷代史書、地方志、宮廷檔案、碑文、刻記以及其他文物史料中均有記載，旱災的發(fā)生頻率和強度直接影響著農牧林業(yè)的生產。明代旱災的危害是僅次于水災的自然災害，據鄧拓先生研究表明，明代共發(fā)生旱災174次（水災196次）［2］，與此同時，關于明代（1368-1644）開封地區(qū)，陜南地區(qū)、濟南地區(qū)等的研究結果也表明，旱災發(fā)生的頻率和強度有很大的空間異質性。

汾河流域地處黃河中游，地理位置東經110°30＇～113°32＇，北緯 35°20＇～39°00＇，地處中緯度大陸性季風氣候帶，屬我國東部季風氣候區(qū)與蒙新高原氣候區(qū)過渡帶，受極地大陸氣團和副熱帶海洋氣團的影響，為半干旱、半濕潤型氣候過渡區(qū)［3］。關于整個歷史時期涉及汾河流域的干旱災害，前人盡管已經做過一些研究，但針對明代汾河流域的旱災研究還相當薄弱。此外，當今學術界對于歷史時期旱災等級的劃分標準不統(tǒng)一，大多都是根據史料記載確定當時整個區(qū)域的災害等級，雖然這樣可以直觀地看出一個區(qū)域受害程度，但是因為史料對災害的記載多是以縣為單位的，這樣在評判整個區(qū)域的災害等級時就存在很多的人為性，并且忽略了整個區(qū)域災害的空間差異性。所有關于干旱的統(tǒng)計與分析都是以干旱等級的正確劃分為基礎的，因此歷史時期干旱等級的劃分是否正確，干旱指標的選取是否恰當，在干旱問題的研究中具有特別重大的意義［4］。

本文以縣為單位的等級劃分方法，以《山西自然災害史年表》《中國氣象三千年記錄總集》《中國氣象災害大典（山西卷）》《山西自然災害》《汾河志》為基本資料庫，以線性回歸方法對明代汾河流域旱災頻率和強度的變化趨勢進行估計，并在此基礎上運用t分析方法對旱災的頻率和強度在時間變化上是否存在突變進行檢驗。同時，對明代汾河流域旱災頻率和強度的空間分布進行分析。以便對區(qū)域旱災的研究和汾河流域的旱災防治起到一定的指導作用。

一 研究區(qū)域行政范圍概況

明代，汾河流域內各州縣在1595年之前沒有發(fā)生過較大變化，主要包括3府33個縣，其中太原府13個縣（寧武、靜樂、嵐縣、陽曲、壽陽、太原、榆次、清徐、徐溝、交城、文水、太谷、祁縣），汾州3個縣（平遙、孝義、介休），平陽府17個縣（靈石、汾西、霍州、趙城、岳陽、洪洞、臨汾、襄陵、浮山、太平、翼城、曲沃、絳州、稷山、河津、榮河、萬泉）。明萬歷二十三年（1595）五月，山西府、州、縣變化較大，其后無大變化，最晚的變動時間為萬歷四十三年（1615）。涉及汾河流域的有:（1）汾州府，元為汾州，屬冀寧路，明洪武元年（1368），改冀寧路為太原府，汾州屬太原府，洪武九年（1376）直隸布政司，萬歷二十三年（1595）五月升為汾州府，領1州7縣。（2）汾陽縣，原名西河縣，洪武初省入州，萬歷二十三年（1595）五月復置，更名汾陽縣。（3）靈石縣，萬歷二十三年（1595）由平陽府改屬汾州府，萬歷四十三年（1615）還屬平陽府。明代（1368-1644）汾河流域行政區(qū)劃圖及上游、中游和下游范圍如圖1所示。

圖1 明代（1368-1644）汾河流域行政區(qū)劃圖

二 研究方法介紹

（一）等級劃分方法

根據歷史文獻資料描述旱災的特點，參照趙景波等人對歷史旱災的等級劃分標準［5］，本文從單位縣出發(fā)，主要考察災害的影響和持續(xù)的時間，同時參照相鄰縣的受災情況，將旱災劃分為1級（偏旱）、2級（旱）、3級（大旱）、4級（特大旱）四個等級，具體評判標準如下:

1級（偏旱）:原文只記載“旱”、“傷苗”、“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級（旱）:記載有“旱饑”、“旱蝗”、“夏秋旱”或跨月、跨季度旱，減免賦稅、緩征額賦，小河流的水竭，不在夏季以內的“河水竭”、“井泉涸”，農作物“禾槁”、“禾枯”。如明洪武七年（1374），二月太原平陽州旱蝗，并免租稅;明嘉靖二十九年（1550），七月以旱免太原等府稅糧。

3級（大旱）:較大區(qū)域大旱，赤地千里，糧食嚴重歉（欠）收，記載有“大旱”、“旱大饑”、“大旱蝗”等。如明成化十八年（1482），壽陽夏五月不雨至秋七月，苗盡槁，大旱;明弘治十八年（1505），太谷大旱、大旱饑，道殣相望，五月不雨至七月，苗盡枯。

4級（特大旱）:大河水竭以及夏季多雨季節(jié)時河流“竭”、“涸”，人口大面積死亡，人民生命財產受到重大損失，記載有“歲大饑，人相食”。如明萬歷十四年（1586），太原、平陽、汾陽等屬大旱，赤地千里，餓殍遍野，疫癘死者枕藉;明崇禎十三年（1640），太平大旱，汾水竭，襄陵，大旱汾水竭，饑民北逃不絕，翼城大旱歲饑，人相食。

根據上述等級劃分方法統(tǒng)計得出，在明代277年中，汾河流域范圍內共發(fā)生旱災147年次，2 110縣次，平均每年發(fā)生旱災7.6縣次，平均每個干旱年發(fā)生旱災14.6縣次，其中2級旱災發(fā)生縣次最多（991縣次），幾乎占發(fā)生旱災總縣次的一半（47%），3級旱災次之（561縣次），4級旱災最少，僅占發(fā)生旱災總縣次的10%（圖2）。

圖2 明代（1368-1644）汾河流域各級旱災縣次圖

（二）數據處理

1.數據序列的構建

按照上述災害等級劃分方法，本文首先統(tǒng)計每個縣每年發(fā)生的災害等級，然后計算每個縣發(fā)生旱災總頻次和各級旱災頻次以及每個等級旱災發(fā)生的縣次，接下來以5年為單位分別統(tǒng)計汾河流域各個季節(jié)旱災頻次以及季節(jié)連旱頻次以及汾河流域上中下游發(fā)生旱災頻次。

2.數據處理的方法

線性回歸檢驗（LR）是利用數理統(tǒng)計中用來確定兩種變量間相互依賴的定量關系的一種統(tǒng)計分析方法，采用LR方法處理數據所得結果直觀并且易于理解（線性圖），因此運用十分廣泛。本文利用Sigmaplot 10.0軟件中的線性回歸模塊對明代汾河流域旱災的時空變化特征進行直線單調趨勢檢驗（即對相關系數r，年變率b和截距a進行計算，同時檢驗趨勢b的顯著性）。

t檢驗是一種在σ未知時人們廣泛采用的解決平均數的顯著性檢驗的方法，計算公式為:

式中y1、y2分別表示兩個子系列均值，n1、n2分別表示兩個子系列單位時間段的個數，s1、s2分別表示兩個子系列的方差。本文采用t檢驗對明代汾河流域旱災系列數據進行突變趨勢檢驗，P＜0.1、0.05、0.01和0.001即達到弱顯著、顯著、非常顯著和極顯著水平。

旱災強度平均等級計算方法:由于旱災頻次的高低僅反映區(qū)域旱災的易發(fā)程度，卻不能反映旱災的強度大小，因此本文利用加權平均的方法，求出每個縣的旱災強度平均等級值I，公式如下:

I=（a+2b+3c+4d）/（a+b+c+d），其中:I表示某縣旱災強度平均等級值，a、b、c、d分別表示某縣 1、2、3、4 級旱災發(fā)生頻次。

三 時間變化特征

（一）年度變化

LR檢驗結果表明（圖3所示）:明代汾河流域旱災頻次隨時間呈極顯著增加趨勢（P＜0.001），并且連續(xù)兩年旱的有14次，連續(xù)3年旱的有6次，連續(xù)4年旱的有3次，連續(xù)5年旱的有2次。

圖3 明代（1368-1644）汾河流域旱災頻次變化趨勢圖（a:5年為單位b:50年為單位）

表1 明代（1368-1644）汾河流域旱災t檢驗分析表（5年為單位）

t檢驗結果表明（表1所示）:當n1=21，n2=35時，t的絕對值達到最大（p＜0.001），第二子系列的平均值明顯高于第一子系列的平均值，說明從1473年開始，汾河流域旱災發(fā)生頻率明顯高于之前。在1473年之前21個單位時間內，僅有9次大于均值，而在1473年之后的35個單位時間內，大于均值的次數過半（18次）。明代旱災年度變化分為兩段，在1473年之前的105年中，只有28個干旱年，平均每3.75年發(fā)生一次旱災，是汾河流域旱災發(fā)生較少期，從1473到1644的172年中，就有119年發(fā)生旱災，平均1.45年發(fā)生一次旱災，是旱災發(fā)生頻發(fā)期。另外，旱災發(fā)生頻率最高的年份為1483-1487、1493-1497、1528-1532、1533-1537、1563-1567、1598-1602、1633-1637、1638-1642，每年都有旱災。沒有發(fā)生旱災的年份為1383-1387、1393-1397、1398-1402、1403-1407、1418-1422、1458-1462（圖3左）。

（二）季節(jié)特征

據統(tǒng)計（見下頁圖4所示），在明代277年中，汾河流域旱災就季節(jié)分布來說，夏旱發(fā)生最多，為72次，占28.57%;秋旱和春旱次之，分別發(fā)生43次和41次，占16.27%、17.06%;冬旱發(fā)生最少，發(fā)生16次，占6.35%。在季節(jié)連旱方面，春夏連旱發(fā)生最多，為34次，占13.49%;夏秋連旱次之，發(fā)生27次，占 10.71%;春夏秋連旱較少，為 15次，占5.95%;四季連旱最少，為4次，占1.59%。

圖4 明代（1368-1644）汾河流域各季發(fā)生旱災頻次圖

由此可見，明代汾河流域的旱災是以春、夏、秋旱為主，這三個季節(jié)的旱災占到了總次數的61.9%。而這其中又以夏旱最多，這個階段是秋季作物需水比較多的階段，所以只要出現(xiàn)降水偏少或關鍵節(jié)氣不降雨，極易造成嚴重伏旱。在季節(jié)連旱方面，春夏連旱和夏秋連旱發(fā)生較多。

四 旱災空間分布

明代汾河流域的旱災分布很廣，所有縣都有發(fā)生，平均每個縣發(fā)生62.06次，上游發(fā)生116縣次，平均每個縣發(fā)生36.67次;中游發(fā)生662縣次，平均每個縣發(fā)生47.29次;下游發(fā)生1 332縣次，平均每個縣發(fā)生78.35次。汾河流域下游旱災發(fā)生頻率明顯高于上游和中游（見圖5），說明汾河流域的旱災主要是以下游為主。

圖5 明代（1368-1644）汾河流域上中下游旱災頻次圖

從圖6、7、8可以看出，中游和下游的旱災頻次分別呈非常顯著和極顯著增加趨勢，并且下游旱災遞增速率大于中游，而上游旱災遞增速率不顯著。下面我們將從頻次和強度兩個方面研究明代汾河流域旱災空間分布特征。

圖6 上游旱災頻次（5年為單位）趨勢圖

圖7 中游旱災頻次（5年為單位）趨勢圖

圖8 下游旱災頻次（5年為單位）趨勢圖

（一）頻次分區(qū)

明代汾河流域旱災發(fā)生頻次最少的縣是平遙（26次），平均10.62年發(fā)生一次旱災。發(fā)生最多的縣是臨汾（101次），平均2.73年就發(fā)生一次旱災。其他縣發(fā)生的旱災頻次都在26-101次之間。

根據每個縣發(fā)生的旱災頻次，我們把發(fā)生旱災頻次小于45次的縣歸為不易發(fā)生旱災區(qū)，把發(fā)生旱災頻次在45-82次的縣歸為較易發(fā)生旱災區(qū)，把大于82次的縣歸為極易發(fā)生旱災區(qū)，由此可得出以下結論:

不易發(fā)生旱災的縣有:寧武、靜樂、嵐縣、陽曲、清徐、平遙、汾陽、孝義、介休;較易發(fā)生旱災的縣有:壽陽、徐溝、榆次、交城、太谷、祁縣、文水、靈石、汾西、霍州、洪洞、趙城、岳陽、浮山、襄陵、太平、翼城、絳州、榮河;極易發(fā)生旱災的縣有:太原、臨汾、曲沃、稷山、河津、萬泉。

從整個汾河流域來看，相對上游和中游而言，下游較易發(fā)生旱災，中游的東部較西部易反生旱災，下游的西部較東部易發(fā)生旱災（見圖9）。

圖9 明代（1368-1644）汾河流域旱災頻次分布圖

（二）強度分區(qū)

由旱災強度平均等級計算方法可以得出，各縣旱災平均等級值在2.06-2.81之間，旱災強度最小的是清徐縣和太谷縣（I=2.06），旱災強度最大的是平遙縣（I=2.81）。

我們規(guī)定:當I＜2.25時，該縣為旱災輕度區(qū);當2.25≤I≤2.62時，該縣為旱災較重區(qū);當 I＞2.62時，該縣為旱災極重區(qū)。根據以上原則，我們可以得出:

位于旱災輕度區(qū)的縣有:寧武、靜樂、嵐縣、陽曲、太原、清徐、交城、太谷、祁縣、文水、岳陽、浮山、絳州;位于旱災較重區(qū)的縣有:壽陽、徐溝、榆次、汾陽、孝義、介休、靈石、汾西、霍州、洪洞、趙城、臨汾、襄陵、太平、翼城、曲沃、稷山、河津、萬泉、榮河;位于旱災極重區(qū)的縣有:平遙。

從整個汾河流域來看，相對上游而言，中游和下游旱災強度較大，中游的東部較西部強度大，下游的西部較東部強度大（見圖10）。

五 結論

圖10 明代（1368-1644）汾河流域旱災強度分布圖

（1）明代汾河流域旱災發(fā)生頻率高，在明代277年中，汾河流域共有147年發(fā)生旱災，共發(fā)生旱災2 110縣次，平均1.88年就發(fā)生1次旱災，平均每年發(fā)生旱災7.6縣次，平均每個干旱年發(fā)生旱災14.6縣次，其中以2級旱災為主（占46.97%）。

（2）在明代277年中，汾河流域旱災發(fā)生頻率呈極顯著增加趨勢，且夏旱最多，春旱和秋旱次之，冬旱最少，在季節(jié)連旱方面，春夏連旱發(fā)生最多，夏秋連旱次之，四季連旱最少。1473年為旱災發(fā)生的突變點，1368-1473年為旱災發(fā)生較少期，從1473年開始，旱災發(fā)生頻率明顯加快。

（3）從整個汾河流域來看，上游不易發(fā)生旱災，且強度較小，而下游最易發(fā)生旱災，且強度較大，與此同時，汾河流域中游東部較西部較易反生旱災，且強度相對較大，下游則相反。

張養(yǎng)才研究表明，北緯35°-40°是中國干旱災害出現(xiàn)幾率最高的區(qū)域。［6］汾河流域正處于這一區(qū)域內，生態(tài)環(huán)境脆弱，旱災易發(fā)。旱災的形成主要取決于氣候，氣候學家認為，地球表面的平均溫度如果下降3℃，大氣中的水分將減少20%而導致嚴重旱災。［7］據竺可楨研究，從元末明初開始，我國歷史時期的氣候變化進入了最為漫長的一個寒冷期，歷經500余年，大致是公元1400年至公元1900年［8］。特別是15世紀以來，氣候變寒加劇，至17世紀達到頂峰，明代汾河流域中很多文獻記載了這一變化，如榆次縣東南三十五里的神林峰，“地陰寒，深夏有雪”（萬歷《太原府志》卷八《山川》），下游翼城縣萬歷六年（1578）冬:“大雪，人畜多凍死”（嘉靖《翼城縣志》卷一《地理志》），而氣溫下降可直接導致氣候干旱。

［1］袁祖亮.中國災害通史·明代卷［M］.鄭州:鄭州大學出版社，2009:77.

［2］鄧 拓.中國救荒史［M］.上海:上海書店，1984:30.

［3］裴 群.汾河志［M］.太原:山西人民出版社，2006:4.

［4］蕭廷奎.關于“河北省明清時期干旱情況的分析”一文的商榷意見［J］.地理學報，1962（4）:336-339.

［5］趙景波，郁耀闖.1850-1949年關中地區(qū)干旱災害研究［J］.陜西師范大學學報:自然科學版，2006（4）:99-103.

［6］張養(yǎng)才.中國農業(yè)氣象災害概論［M］.北京:氣象出版社，1991:286.

［7］陳關龍，高 帆.明代農業(yè)自然災害之透視［J］.中國農史，1991（4）:8-15.

［8］竺可楨.中國近五千年來氣候變遷的初步研究［J］.考古學報，1972（1）:15-38.