近1000年长江中下游旱涝与气候变化关系_姜彤

文章编号 1001-7410(2004)05-518-07

近1000年长江中下游旱涝与气候变化关系

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第一作者简介:姜　彤　男　42岁　研究员　长江流域洪旱灾害风险评价研究专业　E 2mail :jiang.t @

　3国家自然科学基金项目(批准号:40271112)、中国科学院知识创新工程重要方向项目(批准号:K ZCX3-SW -331)和中国博士后基金与王宽诚博士后工作奖励基金项目(香港)联合资助 2004-05-30收稿,2004-06-17收修改稿

　1)中国科学院南京地理与湖泊研究所徐近之编写的历史灾害资料,包括全国23个省区的历史记载,总称为《初步整理》,如《江苏省、上海市气候历史记载初步整理》.中国科学院南京地理与湖泊研究所内部资料

姜　彤　张　强　王苏民

(中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京　210008)

摘要 文章利用旱涝灾害历史记载与现代器测降水资料重建长江中下游旱涝灾害等级序列,并通过相关分析与波谱分析、交叉谱分析等分别探讨了长江中下游旱涝灾害发生与东太平洋海水表面温度(SST )以及太阳活动(太阳黑子数)的关系。结果表明,长江中下游涝灾多发生于气候过渡期,即涝灾在气候由一种气候状态向另一种气候状态转变时期多发。谱分析与交叉谱分析结果表明,长江中下游旱涝灾害等级序列在10～11年周期上与太阳黑子数存在相关,但两者有近1年的滞后性。长江中下游旱涝灾害与SST 的相关关系分析表明,SST 正距平年份,往往对应着长江中下游的涝灾;而SST 负距平年份往往对应着长江中下游旱灾。因而可以认为,SST 与太阳活动变化

(太阳黑子数量变化)在不同周期频度上对长江中下游旱涝灾害具有明显影响。

主题词 长江中下游　旱涝灾害　相关分析　波谱分析中图分类号 K 928.6 文献标识码 A

全球气候变暖、涝灾事件及其对人类社会发展的影响已成为当前世界各国政府和科学界十分关注的重大问题[1～3]。旱涝是我国发生最频繁的自然灾害,尤其是持续时间长的大旱大涝对我国的社会经济造成了重大损失。近几十年来,包括中国在内的世界许多国家发生的洪涝与干旱已对农业、工业,乃至整个国民经济的发展造成重大损失。1998年中国发生的特大洪水对中国国民经济的发展所造成的损失巨大。

竺可桢[4]利用过去人们对气候、物候等记载对中国近5000年来的气候变迁作了详细研究,认为过去5000年中总共有4个寒冷期与温暖期交替出现;王　等[5]则对同期的气候干湿状况进行研究;Mudelsee 等[3]对欧洲中部1850年以来E lbe 河流水

文状况的23160条历史记载作了系统搜集与整理,提出中欧极端洪水事件发生无上升趋势的结论。

长江中下游地区是我国古文化的发祥地之一,历史文献记录的旱涝变化及其反映的历史气候更具优势和特色。本文以徐近之搜集整理的长江中下游

旱涝灾害历史资料1),建立了长江中下游旱涝灾害等级序列,通过谱分析以及相关分析等,探讨长江中下游地区1000年来旱涝灾害发生规律。

1　数据来源与研究方法

徐近之几乎查遍了所有地方志,分别整理和刊出全国近23个省区的历史记载,包括旱、涝、久雨、特大洪水等多种历史天气记载,如无锡“康熙九年

(1670年)五月大雨浃旬,田禾淹没。”“1672年七月山水冲田舍。”“明嘉靖廿四年(1545年),大旱,太湖水涸”等。根据徐近之1)和陈家其[2]的资料,自公元1987年以来,中国科学院南京地理与湖泊研究所与

德国吉森大学地理研究所(德方提供1600年来欧洲历史气候资料)开展合作研究,按照国际全球气候变化数据规范,建立了长江中下游平原(含长江三角洲地区)1000～1950A.D.间140个县域单元的历史气候灾害数据库。本文即以该数据库为数据来源建立了长江中下游(图1)旱涝灾害等级序列(简称灾害序列),根据《中国近500年旱涝分布图集》旱

第24卷第5期

2004年9月

第　四　纪　研　究QUATERNARY SCIE NCES

V ol.24,N o.5September ,2004

图1　研究位置示意图

Fig.1　The map sh owing the studied region

涝等级确定方法(表1)[6],依据长江中下游汉口等站点1951～2003年月均降水资料将时间序列延长至2003年,器测降水数据由国家气候中心提供。本文重建灾害指数序列所用长江中下游各站器测降水资料用泰森多边形法作了权重分析[7],以获取每一年长江中下游旱涝灾害指数(见表1),重建了近1000年来长江中下游旱涝灾害等级序列(图2)。太阳黑子数据取自马歇尔太空观测中心(Marshall S pace Flight Center)(http://science.ms fc.nasa.g ov/ ssl/pad/s olar/sunspots.htm)。采用数据为太阳黑子数(SS N)的年均值。用海水表面温度(SST)指数序列

表1　由器测降水资料(1951～2003年)恢复旱涝等级表[6] T able1　The flood/drought grade criteria for instrumental

precipitation data(1951～2003)in the Changjiang River

指数3计算依据指数意义

R i>(R+1.17σ)2大涝(R+0.33σ)

(R-0.33σ)

(R-1.77σ)

R i≤(R-1.77σ)-2大旱

3R i表示每一气象台站5～9月平均降水量;R为多年平均降水量;σ为标准离差为区域(4°N～4°S,150°～90°W)海温指数平均(4×30网格点);SST指数序列(1868～2003年)取自日本气象厅报告[8]。

本文所用研究方法为相关分析与波谱分析,通过对太阳黑子、SST以及长江中下游旱涝灾害等级序列作统计分析与谱分析(包括交叉谱分析),研究长江中下游旱涝灾害发生规律,并探讨其可能的驱动因子。

2　长江中下游旱涝灾害与气候变化关系 图3为长江中下游旱涝灾害与近千年冬、夏气温关系图[9],图中旱涝指数为原始旱涝时间序列的50年滑动平均曲线。由图3可以看出,涝灾多发生于气候过渡期,即气候变化由一种气候状态向另一种气候状态转变时,易发生涝灾;在太阳活动较弱时,长江中下游地区易发生干旱事件(如Maunder极小期),而在太阳活动较强时,易发生涝灾。统计结果表明,过去255年间(1749～2003年),如果以年均太阳黑子数10为界限,小于10的年均太阳黑子数所对应的旱灾年数为15年(占总年数的5.9%),涝灾年数为10年(占总年数的3.9%);大于10的年均太阳黑子数所对应的旱灾年数为48年(占总年数的18.8%),涝灾年数为52年(占总年数的20.39%)。

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5期姜　彤等:近1000年长江中下游旱涝与气候变化关系