陜西2008-2000年霜冷災(zāi)害時(shí)空特征分析

陜西2008-2000年霜冷災(zāi)害時(shí)空特征分析

霜冷災(zāi)害是中國(guó)頻繁發(fā)生的災(zāi)害類型，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。目前,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)近年來(lái)霜冷災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)、周期變化及發(fā)生原因等進(jìn)行了研究。從已有研究來(lái)看,大多利用逐日最低氣溫等氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)分析,或?qū)δ硡^(qū)域某一歷史時(shí)期霜冷災(zāi)害特征進(jìn)行研究,從長(zhǎng)時(shí)間段把握霜冷災(zāi)害發(fā)生規(guī)律的研究較少,對(duì)霜冷災(zāi)害時(shí)空特征成因的深入分析也鮮見(jiàn)報(bào)道。陜西省位于東經(jīng)105°29'-111°15',北緯3142'-39°35'之間,從北到南分為陜北高原、關(guān)中平原、秦巴山地3個(gè)地貌區(qū)。全省年平均氣溫13.7℃,年平均降水量340~1240mm,陜南為亞熱帶濕潤(rùn)區(qū),關(guān)中為暖溫帶半濕潤(rùn)區(qū),陜北為中溫帶半干旱區(qū)。本文擬對(duì)歷史時(shí)期陜西霜冷災(zāi)害發(fā)生情況進(jìn)行文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)研究,了解陜西歷史時(shí)期霜冷災(zāi)害發(fā)生的時(shí)空規(guī)律,期望為陜西的霜冷災(zāi)害防治提供有益探索。1氣象災(zāi)害概況按照文獻(xiàn)記述的受災(zāi)狀況,參照現(xiàn)代霜冷災(zāi)害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),把歷史時(shí)期發(fā)生的災(zāi)害劃分為輕、中、重3個(gè)等級(jí)。(1)輕度災(zāi)害。有“霜”、“隕霜?dú)⒓凇钡扔涊d,未記載對(duì)生產(chǎn)、生活的影響。如晉元康五年(公元795年),“秦雍二州,隕霜?dú)⒓凇薄?2)中度災(zāi)害。有草木皆死、收成減少、減免額賦等記載。如宋淳化二年(公元991年),“商縣、山陽(yáng)、洛南霜,草木皆死”。(3)重度災(zāi)害。有民田絕收,饑餓流散,人畜死傷等記錄。如“咸豐十一年(公元1861年),禮泉,大寒,人多凍死”。以《中國(guó)氣象災(zāi)害大典陜西卷》為主要數(shù)據(jù)來(lái)源,并參考《西北災(zāi)荒史》進(jìn)行核實(shí)。從公元前244-公元1911年,共發(fā)生災(zāi)害98次。其中輕度災(zāi)害52次,占53%,中度災(zāi)害25次,占26%,重度災(zāi)害21次,占22%。2霜冷災(zāi)害的時(shí)間特征2.1霜冷災(zāi)害發(fā)生頻次給輕度災(zāi)害賦值1,中度災(zāi)害賦值2,重度災(zāi)害賦值3,做時(shí)序?yàn)?zāi)次散點(diǎn)圖,在此圖上疊加中國(guó)氣候變化曲線,得圖2。以每100年為單位,統(tǒng)計(jì)災(zāi)害發(fā)生頻次,進(jìn)行六次多項(xiàng)式擬合(圖3)。可以看出公元前244-公元1911年,霜冷災(zāi)害有明顯增多的趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)時(shí)段的前1000年,共計(jì)發(fā)生災(zāi)害21次,平均約50年發(fā)生1次。統(tǒng)計(jì)時(shí)段的后1066年,共計(jì)發(fā)生災(zāi)害96次,平均約11年發(fā)生1次,災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間間隔越來(lái)越小,發(fā)生的頻次越來(lái)越高。災(zāi)害發(fā)生的等級(jí)在各個(gè)時(shí)段表現(xiàn)比較一致,各時(shí)段大、中、小災(zāi)害分布比較均勻。2.2霜冷災(zāi)害的周期圖3六次多項(xiàng)式擬合曲線有3個(gè)明顯的峰和兩個(gè)明顯的谷,表明在時(shí)間序列的演化上,存在災(zāi)害活動(dòng)較少的相對(duì)平靜期和災(zāi)害頻繁出現(xiàn)的相對(duì)活躍期,可見(jiàn)公元前244-公元1911年,霜冷災(zāi)害存在明顯的周期性,且振幅呈不斷增加趨勢(shì)。長(zhǎng)周期指百年以上的周期,亦即世紀(jì)周期。由圖3六次多項(xiàng)式擬合曲線的第二、第三波段可以發(fā)現(xiàn)存在1000年左右的長(zhǎng)周期,由圖3柱形圖可以發(fā)現(xiàn)還存在100-200年的長(zhǎng)周期。短周期指的是幾年至幾十年的周期。由圖2可見(jiàn),在第二三個(gè)千年長(zhǎng)周期中,廣泛存在短周期。對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析,發(fā)現(xiàn)在魏晉南北朝冷期和宋至清末的冷期廣泛存在15年左右的短周期和2-5年的短周期。2.3不同次災(zāi)害發(fā)生時(shí)期公元前244-公元1911年,霜冷災(zāi)害的年內(nèi)發(fā)生主要在3-10月的作物生長(zhǎng)期,98%的次災(zāi)害都發(fā)生在這一時(shí)期。其中3-5月、8-10月的春秋轉(zhuǎn)換季節(jié)是霜冷災(zāi)害的多發(fā)期,分別占到總發(fā)生次數(shù)的43%和51%,而每年夏季的6、7月,是霜冷災(zāi)害少發(fā)期,僅占總發(fā)生次數(shù)的4%。每年11月至次年2月的作物休眠期是霜冷災(zāi)害的少發(fā)期,僅占總發(fā)生次數(shù)的2%。2.4時(shí)間特征的原因2.4.1侯變冷,導(dǎo)致霜冷統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi),氣溫下降絕對(duì)值在4℃左右,長(zhǎng)期的氣侯變冷使冷空氣更為劇烈,造成霜冷災(zāi)害更趨多發(fā)。在此期間,中國(guó)氣候經(jīng)歷了多次冷暖交替的周期性波動(dòng)(見(jiàn)圖1),導(dǎo)致了霜冷災(zāi)害的周期性發(fā)生(見(jiàn)圖2)。2.4.2風(fēng)轉(zhuǎn)換季節(jié)與冷暖空氣的影響季風(fēng)是陜西氣候的首要特征,冬季風(fēng)和夏季風(fēng)的強(qiáng)烈轉(zhuǎn)換必然影響霜冷災(zāi)害的發(fā)生。春秋兩季是季風(fēng)轉(zhuǎn)換季節(jié),冷暖空氣對(duì)沖劇烈,而此時(shí)恰逢農(nóng)作物或處于苗期花期,或處于收獲成熟期,容易發(fā)生霜冷災(zāi)害。當(dāng)夏季風(fēng)絕對(duì)強(qiáng)過(guò)冬季風(fēng)時(shí),冷空氣不再能夠產(chǎn)生較大影響,霜冷災(zāi)害才會(huì)絕對(duì)減少。而當(dāng)冬季風(fēng)絕對(duì)強(qiáng)過(guò)夏季風(fēng)時(shí),陜西則處于農(nóng)作物休眠時(shí)期,冷空氣雖強(qiáng),但不易成災(zāi)。3霜冷災(zāi)害的空間特征3.1重災(zāi)害權(quán)重系數(shù)等級(jí)加權(quán)頻次是對(duì)不同等級(jí)災(zāi)害分別賦予不同權(quán)重,然后對(duì)所有發(fā)生災(zāi)害進(jìn)行加權(quán)求和。輕、中、重災(zāi)害權(quán)重系數(shù)分別取1,2,3。按照等級(jí)加權(quán)頻次圖(圖4d),霜冷災(zāi)害最宏觀的空間特征表現(xiàn)為北多南少,災(zāi)害的空間分異與氣候區(qū)、地貌區(qū)關(guān)系密切,可劃分為:陜北長(zhǎng)城沿線多災(zāi)重災(zāi)區(qū)、陜北黃土高原次多災(zāi)中災(zāi)區(qū)、關(guān)中平原次多災(zāi)中災(zāi)區(qū)、陜南秦巴山區(qū)少災(zāi)輕災(zāi)區(qū)。3.2災(zāi)害發(fā)生季節(jié)及季節(jié)均衡型計(jì)算陜西縣域范圍不同季節(jié)霜冷災(zāi)害等級(jí)加權(quán)頻次的百分比,可以用來(lái)研究各縣霜冷災(zāi)害的季節(jié)特征(圖6)。陜北、關(guān)中、陜南霜冷災(zāi)害的季節(jié)特征存在明顯差異。陜南屬于春秋災(zāi)害多發(fā)型,尤以春季為多。3-5月陜南災(zāi)害的等級(jí)加權(quán)頻數(shù)占到總數(shù)的65%,8-9月陜南災(zāi)害的等級(jí)加權(quán)頻數(shù)占到總數(shù)的24%,春秋季節(jié)轉(zhuǎn)換期應(yīng)加強(qiáng)防災(zāi)工作。關(guān)中屬于春季多發(fā),其他季節(jié)均衡型,3-5月災(zāi)害的等級(jí)加權(quán)頻數(shù)占總數(shù)的72%,6-7月、11月至次年2月、8-10月各個(gè)階段災(zāi)害均有可能發(fā)生,但所占百分比均比較低,對(duì)于關(guān)中縣區(qū)來(lái)說(shuō),春季防霜冷災(zāi)害關(guān)系重大。陜北屬于秋季多發(fā)型,其全年82%的災(zāi)害發(fā)生在秋季,秋季防霜冷災(zāi)害意義重大。3.3不同空間分配的原因3.3.1組合間的過(guò)渡性陜西南北跨3個(gè)氣候區(qū),陜南每年2-3月份作物已經(jīng)開始生長(zhǎng),而此時(shí)夏季風(fēng)尚未絕對(duì)強(qiáng)過(guò)冬季風(fēng),一旦遭遇較強(qiáng)冷空氣,就會(huì)造成災(zāi)情;陜北春天推遲至4-5月份,此時(shí)夏季風(fēng)已絕對(duì)強(qiáng)過(guò)冬季風(fēng),9-10月份陜北恰逢作物成熟期,蒙古高壓已開始作用,故多秋季型災(zāi)害。關(guān)中介于兩者之間,過(guò)渡性特征比較明顯。長(zhǎng)城沿線、“北山”一線、秦嶺一線是地形的轉(zhuǎn)換界限,是災(zāi)害分異的基礎(chǔ)。長(zhǎng)城沿線靠近蒙古冷高壓中心,且位于冬季風(fēng)冷空氣迎風(fēng)坡,多災(zāi)重災(zāi)。長(zhǎng)城沿線到“北山”之間,受長(zhǎng)城沿線山地阻擋,多發(fā)中災(zāi)。北山至秦嶺的關(guān)中平原區(qū),地勢(shì)低平,利于冷空氣堆積,多發(fā)重災(zāi)。秦嶺阻隔南下冷空氣,陜南主要為輕災(zāi)。3.3.3地形地貌因素四大災(zāi)害區(qū)內(nèi)部存在的差異則主要是局地微地形的影響。如陜北長(zhǎng)城沿線地形西高東低,冷空氣遇到地勢(shì)高的地方,常常沿地勢(shì)低的地方繞行,并在相對(duì)低平區(qū)堆積,因此地勢(shì)越低平,越容易發(fā)生霜冷災(zāi)害。陜北長(zhǎng)城沿線多災(zāi)重災(zāi)區(qū)霜冷災(zāi)害東多西少就是地形西高東低造成的。另外如關(guān)中平原霜冷災(zāi)害的多發(fā)、陜北沿洛河河道災(zāi)害多發(fā)均是因?yàn)槠涞匦蔚貏?shì)利于冷空氣流通堆積的緣故。更細(xì)微的空間差異也主要是源于地形影響,如迎風(fēng)坡往往阻擋冷空氣,冷空氣堆積于此,造成霜冷災(zāi)害,而背風(fēng)坡恰恰相反,霜冷災(zāi)害要低發(fā)的多。陜北的少發(fā)區(qū),陜南少發(fā)區(qū)均是這個(gè)原因造成的。3.3.4加劇災(zāi)因及災(zāi)害關(guān)中平原自秦以來(lái)就是重要農(nóng)業(yè)區(qū),同等致災(zāi)因子會(huì)加劇災(zāi)情,故多重災(zāi)。再如長(zhǎng)城沿線湖盆灘地是戌邊的重要農(nóng)牧業(yè)基地,也加劇了這一地帶的災(zāi)情。4秋轉(zhuǎn)換期主要災(zāi)害1)霜冷災(zāi)害明顯增多,存在千年、100-200年長(zhǎng)周期,也