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明清時期干濕變化規(guī)律研究

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1、明清時期干濕變化規(guī)律研究 明清時期干濕變化規(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)注的焦點問題之一。對全球氣候變化進行深入細致研究,目的是為當前以及今后一個時期的氣候變化做出正確而有效的分析。國內(nèi)外許多學(xué)者利用歷史氣候資料、冰芯、樹木年輪等資料對不同地區(qū)歷史時期干濕特征進行了研究。竺可楨[1]開啟了我國歷史氣候研究。此后,中國氣象局氣象科學(xué)院編寫的《中國近五百年旱澇圖集》,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《中國三千年氣象記錄總集》。王紹武分析中國東部近500年旱澇情況,得出利用歷史文獻資料重建的旱澇分布類型和利用現(xiàn)代器測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)代降水資料對比分析從而將旱澇資料定量化,建立起逐年的旱澇等級。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。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)害時間分布序列,預(yù)測了未來旱澇災(zāi)害的發(fā)生時間。許多學(xué)者對我國歷史氣候進行了諸多研究,但還存在許多不足。1)文獻資料缺記、錯記和重復(fù)記載等。需要正確從資料中提取信息。2)對干濕時空特征研究,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,研究的精細化程度不夠。4)把定性的文獻記錄轉(zhuǎn)化為定量的氣候參數(shù),主要通過人工定級方法,會存在較大主觀因素。5)利用現(xiàn)代信息技術(shù)對干濕進行深入研究不足。6)利用歷史文獻資料對蘇浙皖滬進行精細化研究的報道少見。 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。文中采用的資料來源于《中國三千年氣象記錄總集》(簡稱《總集》)和《中國近五百年旱澇分布圖集》(簡稱《圖集》)等?!犊偧窂母黝愇墨I中搜集出我國公元前13世紀到1911年,全國各地大氣物理現(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個等級表示降水的多寡,繪制出從1470年開始歷年旱澇分布圖510幅。重建干濕等級序列。(1)利用歷史資料進行干濕等級評定。(2)對區(qū)域干濕等級序列進行重建,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干

5、濕等級值,包括2級偏澇和1級澇;D表示降水量較少的單站點干濕等級值,包括4級偏旱和5級旱;E表示正常的單站點干濕等級值,N為區(qū)域內(nèi)的單站點個數(shù)的總和。計算得出區(qū)域干濕等級指數(shù)k值,依據(jù)表2劃分為5個等級。 2結(jié)果分析 2.1干濕等級序列重建圖1是通過計算區(qū)域干濕等級指數(shù)k值,經(jīng)過區(qū)域旱澇等級分級標準表,獲得每一年研究區(qū)的干濕等級值,然后建立起干濕等級序列。從圖1可以看出,明清時期蘇浙皖滬地區(qū)干濕等級是波動變化的。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干濕趨勢分析從圖2中可以看出,明清時期蘇浙皖滬濕潤變化趨勢為下降-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,1401年-1600年洪澇災(zāi)害存在明顯上升趨勢,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,明清時期蘇浙皖滬地區(qū)干旱災(zāi)害變化趨勢為上升-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期干濕變化趨勢,使用11年滑動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個主要階段:1368-1427年以澇災(zāi)為主,澇災(zāi)發(fā)生次數(shù)和強度要大于旱災(zāi);1428-1467年以旱災(zāi)為主,旱災(zāi)發(fā)生的強度和次數(shù)要大于澇災(zāi);1468-1520年,旱

8、澇災(zāi)害交替進行,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)和強度低于旱災(zāi);1551-1633年,以澇災(zāi)為主,澇災(zāi)發(fā)生強度和次數(shù)多于旱災(zāi),該時間段內(nèi)1617-1621年,也存在旱災(zāi)發(fā)生強度較大的現(xiàn)象;1634-1662年以旱災(zāi)為主,滑動平均值達到了最大為4,旱災(zāi)發(fā)生強度較大。1663-1911年以澇災(zāi)發(fā)生為主,旱澇災(zāi)害交替進行,滑動平均值較多年份低于正常等級值。對明清時期長江下游干濕進行累積距平分析。1368年開始,累積距平曲線開始顯著下降,一直持續(xù)到1427年,該段時間內(nèi)主要是以澇災(zāi)為主,1427年處出現(xiàn)了明顯的拐點;1428-1467年累積距平曲線呈現(xiàn)明顯上升,該

9、段時間內(nèi)旱災(zāi)發(fā)生較多,1467年是比較明顯的拐點;1468-1520年,累積距平曲線波動上升和下降,干濕交替進行,1521年是明顯的拐點;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;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;1634-1911年曲線處于緩慢下降趨勢,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,等值線相對稀疏,對應(yīng)著較長的尺度周期震蕩;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,在圖中以實線(正值)表示旱災(zāi)的發(fā)生,虛線(負值)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)者對蘇浙皖滬歷史氣候進行了研究。在上個世紀90年代,一些學(xué)者認為"水災(zāi)的發(fā)生低于旱災(zāi)的發(fā)生",這種情況在明清時期的長江下游是不適用的。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。龔志強研究中國近530年干濕變化,得知總體特征為"

11、干-干-濕-濕-干"。反映了1470-1670年氣候為干燥,1671-1870年氣候為濕潤。徐新創(chuàng)研究1470-2000年長江中下游地區(qū)夏半年干濕變化,發(fā)現(xiàn)99%置信度水平,16世紀50年代和17世紀20年代分別出現(xiàn)由干旱轉(zhuǎn)濕潤和由濕潤轉(zhuǎn)干旱的突變;95%置信度水平,16世紀20年代和19世紀50年代出現(xiàn)由濕潤變?yōu)楦珊低蛔儯?8世紀40年代和19世紀20年代出現(xiàn)由干旱轉(zhuǎn)為濕潤突變。(3)史久恩對長江中下游5-8月降水量進行分析,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應(yīng)關(guān)系表,發(fā)現(xiàn)準18年與日月引潮力變化的18.61年相近,存在較大尺度的準100年左右周期,該周期和太陽活動周期有關(guān)

12、。徐新創(chuàng)研究1470-2000年長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年以來長江中下游梅雨變化時發(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。利用"典型詞典"對其中干濕和正常年份記錄進行提取,使用干濕等級劃分標準,進行干濕資料定量化處理,獲取干濕等級序列。(2)從明清時期蘇浙皖滬地區(qū)干濕等級序列中可以看出,濕潤年份多于干旱年份。使用最小二乘法對干濕進行了擬合分析,濕潤在1550年之前為負距平,之后為正距平,干旱在1700年之前為正距平,之后為負距平;使用滑動平均和累積距平方法對干濕階段性進行分析,干濕發(fā)生可以分為7個主要階段: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干濕周期性進行分析,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年左右準周期。

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