1644-2009年黄河中游旱涝序列重建与特征诊断

      DOI：10.11821/dlyj201309001

      修订日期：2013-06-15

      1 引言

      当今全球气候系统是过去环境自然变化的累积结果，要了解气候当前特征和今后变化趋势，须清楚气候从古至今的变化过程。因而，历史气候研究是国际“气候变率与可预报性(CLIVAR)”计划的一项重要内容[1]。利用连续史料重建历史气候变化序列有着重要意义。中国是具有悠久历史和文化传统的文明古国，拥有丰富的史料文献，历史气候相关信息记载丰富且连续性好，在开展历史气候研究领域里具有独特优势，即这些资料为重建中国历史气候状况及其演变过程提供了较大可能性[2-3]。

      近年来，借用史料特别是清代档案重建历史时期气候变化研究，已有较多成果问世，如葛全胜、郑景云、郝志新等对雨雪分寸等较高分辨率资料的处理取得了较大突破，建立了近300年来长江下游梅雨活动及黄河中下游降水量等一系列基础性气候变化序列[4-7]。然而，雨雪分寸资料记录在空间分辨率上差别很大。整体而言，华北、长江中下游资料的数量和连续性比较好，与之相比，黄河上、中游区域则普遍较差，致使采用史料重建高分辨率降水量的工作较难进行，而主要是针对旱涝等级变化的讨论，如《中国近五百年旱涝分布图集》及其后续重建研究[8-11]。其中涉及黄河中游的站点只有平凉、天水、榆林、延安、西安、太原、临汾、长治8个，1个代表区相当于现代1-2个地级政区范围甚至更大，重建空间分辨率比较笼统，若与现代观测站点进行匹配分析空间差异，上述的8个点显然不能满足要求。

      基于此，本文依据现代气象观测基站选取成例，参考清代黄河中游县级政区历史沿革，及其各县区现存文献资料详细程度，在以往旱涝重建代表站点数量基础上增加为18个，试图提高清代以来黄河中游旱涝等级序列重建的空间解析度，使其能更详细地反映该区过去366年来旱涝变化规律和时空分布特征，同时对探讨黄河中下游灾害形成的气候背景、灾害对农业生产、防洪抗洪等方面研究亦有着重要意义。

      2 旱涝序列重建的代表站点选取

      本文研究范围包括黄河中游干流、窟野、无定、汾、洛、泾、渭、伊洛等流域，涵盖清代甘肃、陕西、山西、河南4省中44个府187个厅、州、县(图1)，县域政区、县治等根据复旦大学、哈佛大学CHGIS-V4.0层数据改绘(网址http://yugong.fudan.edu.cn/Chgisii/chgis_Data_Download/index.asp)。该区属暖温带半湿润气候区，降水特征表现为季节性强、变率大，旱涝灾害频繁，中游的连旱、暴雨等气象灾害直接或间接对下游产生极大影响，造成严重的生命、财产等损失。为了把握旱涝长期演变规律，学界对开展该流域旱涝灾害及旱涝序列重建等相关研究一直颇为重视[12-15]。

      

      图1 研究区和代表站点的空间分布

      Fig.1 Study area and spatial distribution of the stations

      本研究选取黄河中游现有的45个气象站点中18个站点(空间分辨率为752个基准地面气象观测站)，将研究区分为18个小区，依据我国2004年全国县级行政区划标准，每个小区平均所含县区约10个左右(表1、图1)。从选取的代表站点所处空间位置来看，符合均匀分布原则，可基本体现出黄河中游旱涝空间分异特征。

      3 资料处理及研究方法

      3.1 资料及处理

      本文使用的研究资料有史料和器测数据两部分。其中，史料包括清代档案(奏折、上谕等)和地方志，主要有中国第一历史档案馆主编的清代历朝上谕档、水利电力部水管司科技司、水利水电科学院编的《清代黄河流域洪涝档案史料》[16]；水利部黄河水利委员会从故宫整理的黄河流域水情、灾情、雨雪等奏折①。地方志所载气候信息的整编资料包括：《甘肃省近五百年气候历史资料》②、《陕西省自然灾害史料》③、《山西省自然灾害大典》[17]、《河南省历代旱涝等水文气候史料》④、《中国三千年气象记录总集》[18]。另外，《行水金鉴》、《续行水金鉴》[19]、《再续行水金鉴》[20]等汇编了当时有关河工档案抄册、《清实录》、《东华录》、《清会典事例》等政府编修文献档案，以及刊行的治河大臣奏议、专著、地方志及《京报》、《申报》等，其中包括有关黄河流域大量旱涝水情等资料。从资料的整体情况来看，档案中提供了全流域旱涝基本情况，时空分辨率相对清晰，时间有些能精确到日，空间分辨率甚至到达县级以下。地方志在旱涝记载上相对模糊，时间分辨率没有档案高，但可反映各州县灾情程度和赈灾等信息，有效地补充了灾情的空间分布信息。

      

      在对旱涝的时空信息整理过程中，据表1对各站点进行了统计，认为同一代表区内各县旱涝记载都具有代表性。基于此，各代表站点的旱涝状况，可根据区内各县所含各类史料记载的旱涝进行判定，从而整理出每个代表站点旱涝状况的系统记载。其中，环县站存在旱涝记载年份缺值较多：分别是1673-1677年、1679-1682年、1686-1688年、1748-1752年、1772-1782年等。对此作如下处理：首先，凡记载连续中断年数≤3年，视为年景正常评为3级(史料对旱涝记载惯例一般是“记异不记常”)；若缺失年数＞3年，且无资料插补，则存疑不评级；其次，根据缺失记载的站点所在区域相应年份的整体天气状况(如雨带推移)进行旱涝判定。