明代河北地区霜雪低温灾害时空变化

郝小刚，孟万忠，王亚辉

(太原师范学院历史地理与环境变迁研究所，山西晋中 030619)

0 引言

近年来全球气候状况呈整体变暖的趋势，但是，极端寒冷气候事件却屡屡发生，影响十分严重。2008年1月中国南方发生的雪灾，给20个省区造成了严重的灾情，导致的经济损失高达1516.5亿元人民币;2012年1月下旬到2月上旬，中日韩等东亚地区遭遇了极寒天气。寒冷气候事件在气候变暖的大背景下所造成的破坏力不容忽视，因此，对霜雪低温灾害以及寒冷气候事件的研究十分必要。国外学者在研究霜冻时发现20世纪北欧有减少的趋势［1－3］，国内对霜雪低温灾害的研究多集中在单一领域，如只对低温、雪灾或者霜灾进行研究［4－12］。近年来以赵景波先生为代表的一些学者把霜雪低温灾害放到一起进行研究，进而探讨与寒冷气候事件的关系［13－15］。孟万忠、王尚义对山西地区的霜雪低温灾害进行了全面的分析，通过时空分布探索其发生规律，指出了该地的寒冷气候事件［16－18］。

目前对明代河北地区霜雪低温灾害的综合研究还较少，本文以明代河北地区的霜雪低温灾害为研究对象，分析了这一时期河北地区霜雪低温灾害的发生频次、等级、空间特征、周期规律以及寒冷气候事件，以期对该地区霜雪低温灾害的防治提供一定的借鉴意义。

1 研究区概况

依照《明史·地理志》［19］、《中国行政区划通史》(明代卷)［20］中河北地区的政区沿革，并参考《中国历史地图集》［21］明代河北的政区地图，可知明代河北地区在经过“行在”、“京师”等几度名称变化后，最后定名为京师，也称“北直隶”。正德九年(1514)北直隶管辖范围为“府八，直隶州二，属州十七，县一百一十六”①《明史》卷40志第十六《地理志一》883页。。这个数目至明末未变，根据各县的灾害记录，统计出霜雪低温灾害的发生频次，并以《中国历史地图集》［21］万历末年北直隶(京师)的行政图作为研究底图，该区范围基本囊括在今京津冀范围之内。明代北直隶的行政区划范围与当今河北地区行政区划面积、范围虽有所出入，但基本的地理单元并未改变，“北至宣府，外为辽地;东至辽海，与山东界;南至东明，与山东河南界;西至阜平，与山西界”②《明史》卷40志第十六《地理志一》884页。。从大的地理单元和地理位置看，该地区地处华北平原核心地带，西面太行山，与山西交界，北与内蒙古、东北地区相接，南接中原腹地即今河南省，东南毗邻山东半岛，正东濒临渤海。地势西北高，东南低，气候为温带季风季候，夏季暖热多雨，冬季寒冷干燥，年温差、昼夜温差均较大。

2 数据来源与等级划分方法

本文数据主要来源于《明史·地理志》［19］和《中国灾害通史·明代卷》［22］等明代河北各府、州、县志的资料记载。

霜雪低温灾害是指地面气温迅速降低造成的灾害，包括农业灾害、经济灾害等［23］，其特点是低温。依据《中华人民共和国气象行业标准》，将霜雪低温灾害进行等级划分，但由于明代河北地区缺乏对气温和降水量的逐年记录，因此，对明代该地区的霜雪低温灾害等级的划分需综合考虑其发生的时间、强度、影响范围的广度以及当地受灾范围和程度。基于此，并参照前人的划分方法［13－18］，将霜雪低温灾害划分为轻度、中度和重度3个等级(主要依据灾害对人类的影响)，其中轻度指的是资料中记载有对人类生活影响较小的灾害，如出现“低温”“陨霜”等的记载;中度指的是不仅对人们生活生产造成伤害还会损坏农作物，如有“陨霜杀稼”、“陨霜伤麦”等的记录;重度指的是大范围降温积雪，进而对农作物以及社会经济造成重大影响的灾害，并有冻死牲畜、人等影响恶劣的事件。

3 结果分析

3.1 霜雪低温灾害的等级变化特征

为便于统计和分析，结合明代京师行政区划的变迁情况，将明代277年分为明前期(1368—1435)、明中期(1436—1572)、明后期(1573—1644)三个阶段。

通过统计，可以发现明代277年间河北地区共发生霜雪低温灾害68次，其中雪灾最多，占43次，其次是霜冻，占16次，低温发生次数最少，为9次。按照上文灾害的划分级别，可以得出:轻度灾害40次，占58.9%;中度19次，占27.9%;重度9次，占13.2%。根据灾害的不同等级与时间的关系(图1)，可以看出，有明一代，中后期灾害发生最为频繁，后期灾害的强度最大，而前期频次和强度却较低，明代河北霜雪低温灾害主要是一级灾害居多，二级其次，三级灾害较少，一级灾害的发生最为频繁。

图1 明代河北地区霜雪低温灾害等级变化Fig．1 Change of grade of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

3.2 霜雪低温灾害的年际变化特征

以30年为单位，做出统计图，根据图2可知，明代河北地区霜雪低温灾害的发生频次为中后期频繁，前期较低，从整体上看，霜雪低温灾害的发生频次呈现出由低到高再到“平稳”的态势。

图2 明代河北地区霜雪低温灾害频次变化Fig．2 Change of frequencies of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

图3 明代河北地区霜雪低温灾害距平值变化Fig．3 Variation of the distance value of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

将平均频次与每30年实际频次做差值，得出每30年的距平值，并运用最小二乘法下的6次多项式的拟合曲线得出图3，根据图3，可以将该地区霜雪低温灾害的变化划分为三个阶段:1368—1429年为第1阶段，与明前期(1368—1435年)大致吻合;1430—1519为第2阶段，属于明中期;1520—1644为第三阶段，为明代中后期。结合等级变化图(图1)与距平值变化图(图3)，可知:第一阶段以轻度霜雪低温灾害为主，并且距平值为负值，灾害发生频率最低;第二阶段以中度霜雪低温灾害为主，距平值主要为正值，灾害频次较高;第三阶段距平值较小，以正值居多，霜雪低温灾害的发生频次较高，且以重度霜雪低温灾害为主。因此，可以进一步判断出明代前期霜雪低温灾害发生频次少且等级低，而中后期灾害发生频次多且等级高。

3.3 霜雪低温灾害的季节变化特征

根据表1，可以看出明代河北霜雪低温灾害的发生呈现出冬春季节频发，夏秋季节发生较低的特征。春季灾害最多，春季的寒潮对农作物以及居民生活影响最大，气温回暖后往往有剧烈的冷空气来袭;冬季气温骤降，气候寒冷，雪灾、低温灾害频发，冬季特别是冬春之交雪灾最频繁和最重，对冬小麦特别是家禽、家畜影响最大，在明代后期，常有冻死牲畜的事件。秋季，每次冷空气来袭都加剧近地表寒冷程度，10月份以霜冻为主，对农作物影响严重，甚至造成饥荒。夏季是一年四季气温最高的季节，霜雪低温灾害发生频次最低。

图4 明代河北地区霜雪低温灾害频次空间分布图Fig．4 Spatial distribution of frequency of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

表1 明代河北地区霜雪低温灾害季节分布表Tab．1 Seasonal distribution of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

3.4 霜雪低温灾害的空间分布特征

通过统计明代各县的灾害频次，累加可得出各府的灾害频次。根据《中国历史地图集》［21］明代京师图，以明代河北(京师)的8个府，2个直隶州，1个镇为区域绘制出该地区灾害发生的空间分布图(图4、图5)，明代京师共17个属州，116个县，其中有59个地区发生过霜雪低温灾害。根据图4和图5可知，明代该地区霜雪低温灾害的空间分布特征明显。

图5 明代河北地区霜雪低温灾害等级空间分布图Fig．5 Spatial distribution of grade of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

综合灾害的发生频次与等级(图4、图5)，可以看出，明代京师地区顺天府发生频次最高，灾害等级最高。其次是保定府、真定府、河间府、广平府和宣府镇，其中保定府和真定府的灾害等级相对较高，从整体上看，霜雪低温灾害的分布特征与冬季风的行进路径趋于一致，冬夏季风的交汇、活动区是霜雪低温灾害的频发区。从灾害的发生等级来看，重一级的灾害分布在顺天府、保定府和真定府，主要分布在燕山一带以及燕山以南地区，以及太行山以东、西山一带。山区的气温低于平原且昼夜温差大，加上山区作物种类组合较为单一［24］，抗冻能力较弱，因此在受到冷空气及寒潮等低温天气影响时，灾害容易频发。可以看出，明代河北地区霜雪低温灾害的分布除与冬季风的活动路径一致外，地形因素也是影响该地区霜雪低温灾害空间分布的一个因素。

3.5 霜雪低温灾害的周期规律

明代处于“明清小冰期”的开始阶段，中国气候总体偏冷、偏寒［25－26］。对明代河北地区霜雪低温灾害发生频次进行周期规律分析，得出不同尺度下灾害的周期变化关系图(图6)。根据小波系数实部等值图(6a)，当小波系数实部值为正数时(实线表示)，灾害发生频次较多，信号较强;实部值为负数时(虚线表示)，灾害发生次数较少，信号较弱，由此可以更加清楚的看出灾害发生的总体情况;再根据小波方差图(6b)得出霜雪低温灾害的发生周期存在着多尺度的特征，灾害存在着 9a，20a、31a和41a左右的周期，其中在41a左右的震荡周期最为强烈。

4 寒冷气候事件

通常把连续3年以上出现的中度、重度灾害的状况称为寒冷气候事件，其特点是持续时间长、危害性大［17］83。明代河北地区共有2次寒冷气候事件来袭，第一次在1523—1540年、第二次在1641—1643年。

第一次寒冷气候事件发生1523—1540年(明嘉靖二年至明嘉靖十九年)，期间发生了重大雪灾与霜冻。如明世宗嘉靖八年(1529)，大城县、文安县、河间县、沧州市、盐山县、阜城县、景县、深县、武强县、晋县均发生了重大霜灾。资料中记载有:“阜城县，八月，是年大饥”、“晋县，秋霜早降，杀稼”、“沧州市，八月，霜杀禾”等。

图 6明代河北地区霜雪低温灾害小波分析Fig．6 Wavelet analysis of frost-snow and low-temperature disasters in Hebei in the Ming dynasty

第二次寒冷气候事件发生在1641—1643年(明崇祯十四年至明崇祯十六年)，这期间，主要是大雪持续时间和影响范围广，如1643年，安新县“正月二十五日，雪片大如拳，昼巳时晦如夜，午时方明”。

从霜雪灾害发生的阶段来看，1520—1644年为霜雪灾害的高发期，而两次寒冷气候事件也在此阶段发生，因此可以说明1520—1644年是明代较为寒冷的时期。

5 讨论

对明代霜雪低温灾害的时空分布进行研究，不仅可以为当今的灾害防治提供一定的借鉴意义，还可以通过其成因的探讨，进而探索其灾害背后的发生规律，从而更加全面系统的指导现代农业实践。14世纪后半叶至20世纪初，是中国近5000年来的第四个寒冷期，特别是1470年以后的寒冷期最具代表性［27］。河北地区的霜雪低温灾害在明代中后期处于高发期，河北地区的冷冬出现在1520年以后［28］，而明代河北地区的霜雪低温灾害也正是在1520年后呈现出高强度的特点，这是对气候变化的响应。同时，霜雪低温灾害作为一种气象灾害，发生规律整体上受寒冷气候控制，1520—1644年是明代霜雪低温灾害频次和等级最高的阶段，也是河北异常寒冷的时期，即明代的“小冰期”。

明清时期，北半球已经进入寒冷阶段，但受区域位置和地理环境的影响，中国气候表现出不稳定的变化状态，其中中国东部地区明显寒冷［29－32］。但是不同区域内气候变化又呈现出不同特点［31］，山西地区在明清时期共发生过6次寒冷气候事件［16－17］，在明代发生了 3次寒冷气候事件［17］83，河北地区在明代的寒冷气候事件为2次，低于山西地区，一方面是因为山西地处黄土高原，海拔高，冬季气温相对寒冷，另一方面，是由于中国冬季风的高压强度往往在冬季气温变化中起着决定性作用，控制着中国北方地区的冷暖［33］，山西地区距离冬季风源地近，强大的冷空气分西、中、东三条路径侵入山西［34］，而河北地区虽处于冬夏季风交汇的前沿地带，但受东西向的燕山山脉和南北向的太行山山脉阻挡，冬季风相对较弱，明代河北地区的霜雪低温灾害在频次和强度方面明显低于明代山西地区。总之，霜雪低温灾害受区域地形与区域气候的影响，表现出明显的区域特性，但从整体上看，霜雪低温灾害的分布与冬季风的行进路径趋于一致。

6 结论

(1)明代河北地区(京师)霜雪低温灾害共发生了 68次，轻度、中度和重度占比分别为:58.9%，27.9%和13.2%。其中以轻度灾害居多，但受灾面广，具有连续性频发现象。

(2)明代河北地区霜雪低温灾害的发生具有明显阶段性特征，1368—1429年为第1阶段，以轻中度霜雪低温灾害为主，灾害发生频率较低;1430—1519为第2阶段，以中度霜雪低温灾害为主，灾害频次最高;1520—1644为第三阶段，以重度霜雪低温灾害为主，明代中、晚期是河北霜雪低温灾害的高发期，且强度较大。

(3)明代河北地区霜雪低温灾害的分布具有明显的空间差异性。地形与季风活动的是影响灾害空间差异的重要因素;明代河北地区霜雪低温灾害的分布特征与冬季风的活动路径趋于一致。

(4)小波分析显示，明代河北地区霜雪低温灾害的发生周期存在着多尺度的特征，灾害存在着9a，20a、31a和41a左右的周期，其中在41a左右的震荡周期最为强烈。明代中晚期的气候比早期寒冷，该地霜雪低温灾害的发生是对明代“小冰期”的响应。

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