明清时期干湿变化规律研究

明清时期干湿变化规律研究明清时期干湿变化规律研究 2015/12/04 干旱区资源与环境杂志2016年第一期近年来，全球气候变化问题已经成为人们所关注的焦点问题之一。对全球气候变化进行深入细致研究，目的是为当前以及今后一个时期的气候变化做出正确而有效的分析。国内外许多学者利用历史气候资料、冰芯、树木年轮等资料对不同地区历史时期干湿特征进行了研究。竺可桢1开启了我国历史气候研究。此后，中国气象局气象科学院编写的中国近五百年旱涝图集，将1470年以来近500年的旱涝分布情况制成了图集。张德二编撰了中国三千年气象记录总集。王绍武分析中国东部近500年旱涝情况，得出利用历史文献资料重建的旱涝分布类型和利用现代器测资料分析出的旱涝分布型高度一致。汤仲鑫搜集河北保定地区旱涝灾情，并与现代降水资料对比分析从而将旱涝资料定量化，建立起逐年的旱涝等级。张德二利用清代晴雨录资料，重建了北京等地的高分辨率降水序列。郑景云利用雨雪分寸文献资料，建立了华北地区的降水序列。张德二使用插值方法反演生成网格式降水量距平场。张德二利用晴雨录资料，重建了北京地区17241904年降水序列，之后又利用南京等地晴雨录资料，重建了18世纪南京、苏州和杭州等三地的降水序列。丁贤法根据云南省近500年的旱涝灾害时间分布序列，预测了未来旱涝灾害的发生时间。许多学者对我国历史气候进行了诸多研究，但还存在许多不足。1)文献资料缺记、错记和重复记载等。需要正确从资料中提取信息。2)对干湿时空特征研究，新的研究方法没有随之引入。3)研究干湿空间分型，都是基于大尺度、大范围，研究的精细化程度不够。4)把定性的文献记录转化为定量的气候参数，主要通过人工定级方法，会存在较大主观因素。5)利用现代信息技术对干湿进行深入研究不足。6)利用历史文献资料对苏浙皖沪进行精细化研究的报道少见。1研究区概况和资料来源研究区包括江苏省、安徽省、上海市和浙江省。该地区位于中国中东部，频临东海。四季分明，春温多变，冬冷夏热，气候温暖湿润。文中采用的资料来源于中国三千年气象记录总集(简称总集)和中国近五百年旱涝分布图集(简称图集)等。总集从各类文献中搜集出我国公元前13世纪到1911年，全国各地大气物理现象、天气与气候状况以及气象状况有关文字记录。图集一共查阅了地方志等资料2100余种，辑录历史资料约220万字，采用5个等级表示降水的多寡，绘制出从1470年开始历年旱涝分布图510幅。重建干湿等级序列。(1)利用历史资料进行干湿等级评定。(2)对区域干湿等级序列进行重建，采用如下公式。式中:k值为研究区域干湿指数;F表示降水量较多的单站点干湿等级值，包括2级偏涝和1级涝;D表示降水量较少的单站点干湿等级值，包括4级偏旱和5级旱;E表示正常的单站点干湿等级值，N为区域内的单站点个数的总和。计算得出区域干湿等级指数k值，依据表2划分为5个等级。2结果分析21干湿等级序列重建图1是通过计算区域干湿等级指数k值，经过区域旱涝等级分级标准表，获得每一年研究区的干湿等级值，然后建立起干湿等级序列。从图1可以看出，明清时期苏浙皖沪地区干湿等级是波动变化的。在544年中，发生涝灾年份多于旱灾发生的年份;一共发生涝灾214次，占总年数的393%，平均每25年发生一次;一共发生旱灾130次，占总年数的239%，平均每42年发生一次。22干湿趋势分析从图2中可以看出，明清时期苏浙皖沪湿润变化趋势为下降上升平稳下降。拟合曲线显示明代涝灾明显低于清代涝灾，明代为涝灾少发期，清代为涝灾多发期。1368年1550年与1900年1911年，拟合曲线为负值;1551年1899年，拟合曲线为正值。1368年1400年洪涝灾害有明显下降趋势，1401年1600年洪涝灾害存在明显上升趋势，1601年1850年洪涝灾害缓慢上升，1851年1911年洪涝灾害拟合曲线显著下降。从图3中可以看出，明清时期苏浙皖沪地区干旱灾害变化趋势为上升平稳下降。拟合曲线显示明代旱灾高于清代旱灾，明代为旱灾多发期，清代为旱灾少发期。13681400年和17011911年，拟合曲线为负值，旱灾发生次数低于平均值。14011700年，拟合曲线为正值，旱灾发生的次数高于平均值。13681450年，拟合曲线显著上升，14511700年，拟合曲线较为平稳，17001911年，拟合曲线缓慢下降。23干湿阶段性特征分析为了解苏浙皖沪明清时期干湿变化趋势，使用11年滑动平均方法和累积距平分析方法做出曲线图4和图5。由图4可知，干湿发生可以分为7个主要阶段:13681427年以涝灾为主，涝灾发生次数和强度要大于旱灾;14281467年以旱灾为主，旱灾发生的强度和次数要大于涝灾;14681520年，旱涝灾害交替进行，总体上表现为旱涝均衡状态;15211550年以旱灾为主，涝灾发生次数和强度低于旱灾;15511633年，以涝灾为主，涝灾发生强度和次数多于旱灾，该时间段内16171621年，也存在旱灾发生强度较大的现象;16341662年以旱灾为主，滑动平均值达到了最大为4，旱灾发生强度较大。16631911年以涝灾发生为主，旱涝灾害交替进行，滑动平均值较多年份低于正常等级值。对明清时期长江下游干湿进行累积距平分析。1368年开始，累积距平曲线开始显著下降，一直持续到1427年，该段时间内主要是以涝灾为主，1427年处出现了明显的拐点;14281467年累积距平曲线呈现明显上升，该段时间内旱灾发生较多，1467年是比较明显的拐点;14681520年，累积距平曲线波动上升和下降，干湿交替进行，1521年是明显的拐点;15211550年，累积距平曲线明显上升，旱灾发生较为明显，1551年是比较明显的拐点;15511633年曲线明显下降，涝灾发生较多，1634年是比较明显的拐点;16341911年曲线处于缓慢下降趋势，以涝灾发生为主。24干湿序列周期分析图6为明清时期苏浙皖沪地区500多年干湿序列的Morlet变换图，横轴为年份，纵轴为周期值，上部分为低频区域，等值线相对稀疏，对应着较长的尺度周期震荡;下半部分为高频区域，等值线比较稠密，对应于较短的尺度周期性震荡。为了方便分析旱涝变化的周期特征，在图中以实线(正值)表示旱灾的发生，虚线(负值)表示涝灾的发生。研究发现，2年、811年、18年、30年、50年、75年、100年和150年左右准周期比较明显，成为全序列的主控周期。3讨论(1)干湿变化在一定气候背景下发生，许多学者对苏浙皖沪历史气候进行了研究。在上个世纪90年代，一些学者认为水灾的发生低于旱灾的发生，这种情况在明清时期的长江下游是不适用的。从图1中看出，以水灾多发为主。(2)冯晓黎21研究长江中下游历史旱涝特征，发现14702000年涝年发生的次数要多于旱年。龚志强研究中国近530年干湿变化，得知总体特征为干干湿湿干。反映了14701670年气候为干燥，16711870年气候为湿润。徐新创研究14702000年长江中下游地区夏半年干湿变化，发现99%置信度水平，16世纪50年代和17世纪20年代分别出现由干旱转湿润和由湿润转干旱的突变;95%置信度水平，16世纪20年代和19世纪50年代出现由湿润变为干旱突变，18世纪40年代和19世纪20年代出现由干旱转为湿润突变。(3)史久恩对长江中下游58月降水量进行分析，得到8年左右干湿周期;陈育峰整理气候周期与天体周期对应关系表，发现准18年与日月引潮力变化的1861年相近，存在较大尺度的准100年左右周期，该周期和太阳活动周期有关。徐新创研究14702000年长江中下游夏半年干湿变化频谱分析，发现干湿主要周期存在40、30和18年。葛全胜分析1736年以来长江中下游梅雨变化时发现了2030年与40年的年际周期。4结论(1)将总集和图集等资料存入属性数据库。利用典型词典对其中干湿和正常年份记录进行提取，使用干湿等级划分标准，进行干湿资料定量化处理，获取干湿等级序列。(2)从明清时期苏浙皖沪地区干湿等级序列中可以看出，湿润年份多于干旱年份。使用最小二乘法对干湿进行了拟合分析，湿润在1550年之前为负距平，之后为正距平，干旱在1700年之前为正距平，之后为负距平;使用滑动平均和累积距平方法对干湿阶段性进行分析，干湿发生可以分为7个主要阶段:13681427年、14281467年、14681520年、15211550年、15511633年、16341662年和16631911年;使用小波分析方法对干湿周期性进行分析，发现旱涝灾害有2年、811年、18年、30年、50年、75年、100年和150年左右准周期。