明清历经544, a, 京津冀地区共有304, a发生了蝗灾, 其中明朝共有141, a发生蝗灾, 清朝共有163, a发生蝗灾。明清时期研究区平均1.8, a一遇, 较华北平原其他省份如河南的2.4, a一遇、江苏的2.7, a一遇(李钢等, 2015a, 2015b)、以及安徽的3, a一遇(刘倩, 2015)等, 研究区蝗灾发生的几率都较高; 此外, 通过系统的收集整理, 研究区明清时期有1630个县次暴发蝗灾, 年均受灾3个县次, 而华北平原及其毗邻地区的其他省份的年均受灾县次数: 河南为2、江苏为1.9、安徽为1.3。可见, 无论是受灾年数还是年均县次数, 明清时期的京津冀地区都相对突出。

统计有明确记载的县域的受灾月份(图 2)发现, 蝗灾主要发生在阴历的三月至八月, 占有记载受灾月份的93.5%, 其中六月和七月是蝗灾暴发的峰值月份, 这2个月的发生蝗灾概率为57.0%, 而九月至次年二月蝗灾较少发生, 即蝗灾主要发生在夏秋两季, 即北半球的夏半年。

图2

Fig.2

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	图2 明清时期京津冀地区蝗灾发生的阴历月份分布Fig.2 Lunar monthly distribution of locust plague in Beijing-Tianjin-Hebei region during Ming and Qing Dynasties

在已有的历史灾害研究中, 利用历史文献的文字描述来确定灾害等级已被广泛应用(萧廷奎等, 1964; 钟兆站等, 1994)。《中国近500年旱涝分布图集》中根据文献记录评定5个旱涝等级(中央气象局气象科学研究院, 1981), 后有学者进行更为细致的划分(杨志荣和邓兴, 1994; 赵景波等, 2011)。作者借鉴相关的研究成果(李钢等, 2010), 全面解读和判定, 定性和定量对照, 根据灾害的持续时间(如蝗灾是一代蝗还是连代蝗, 单年蝗还是连年蝗)和波及范围(局地小范围还是多地大范围)、对农业生产的破坏程度及对人类的影响(减产、饥荒、人相食、赈灾、流民)将蝗灾统一划分为4个等级层次, 即Ⅰ 级轻灾、Ⅱ 级中灾、Ⅲ 级大灾和Ⅳ 级重灾, 划分标准详见表1。

表1

Table1

表1(Table1)

表1 历史蝗灾等级划分标准 Table1 Grade￣division standard of historical locust plague 蝗灾持续时间 有蝗, 蝗生, 不害稼, 蝗自死 蝗、蝗害稼、蝗食禾, 对农业轻度危害 大蝗, 飞蝗蔽天, 蝗蝻遍野, 对农业中度危害, 出现饥荒, 下令捕蝗, 缓征税 大蝗, 绝收, 食稼殆尽, 人相食, 饿殍载道, 对农业严重危害, 出现严重饥荒、瘟疫, 赈灾免税 局地1代 Ⅰ Ⅱ Ⅱ 或Ⅲ Ⅲ 或IV 局地2代 Ⅱ 或Ⅲ Ⅲ Ⅲ 或IV 局地连年 Ⅲ Ⅲ 或Ⅳ IV 多地1代或2代 Ⅰ 或Ⅱ Ⅱ 或Ⅲ Ⅲ 或Ⅳ IV 多地连年 Ⅱ Ⅲ Ⅲ 或Ⅳ Ⅳ 注: 中国东部华北地区通常1 a发生2代蝗, 即夏蝗和秋蝗。

表1 历史蝗灾等级划分标准 Table1 Grade￣division standard of historical locust plague

通过统计不同受灾年份的等级, 绘制明清时期京津冀地区历史蝗灾等级散点图(图 3)可知, 在明代, 发生Ⅰ 级、Ⅱ 级、Ⅲ 级、Ⅳ 级蝗灾的年份占明代总发生年份的17.0%、42.6%、29.8%、10.6%; 在清代, 发生Ⅰ 级、Ⅱ 级、Ⅲ 级、Ⅳ 级蝗灾的年份占清代总发生年份的28.8%、45.4%、20.9%、4.9%。明清时期蝗灾发生年份的等级以Ⅱ 级和Ⅲ 级为主, 占总发生年份的69.1%, 平均等级为2.17, 趋于中度及重度。其中, 重度蝗灾对人民的生产生活产生重大影响, 如史料记载: “ 1528年, 夏六月, 深州、宁晋、井陉等县大旱, 蝗蝻食尽禾稼, 民饥相食, 诏作粥赈恤之” ; “ 1638年, 武清县, 秋七月, 蝗飞蔽天, 食禾殆尽, 饥民捕食之” ; “ 1867年, 馆陶县, 旱、蝗为灾, 岁大饥, 至有以人肉充实者” (张德二, 2013), 等等。

“ 十年疫灾频数” 是指一个地区连续10, a中发生疫灾的年数, 可以反映一个地区一定时期内疫灾发生发展的变化趋势(龚胜生, 2003)。用“ 十年蝗灾频数” (连续10, a内发生蝗灾的年数)和“ 十年蝗灾县次” (连续10, a里各蝗灾年份发生蝗灾的县次的累加)来反映蝗灾的宏观变化趋势, 一般选用0— 9的年份起止区段来划分。考虑到时间的整体性, 选取1370— 1909年为时间段来计算京津冀地区的“ 十年蝗灾频数” 和“ 十年蝗灾县次” 。

图3

Fig.3

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	图3 明清时期京津冀地区蝗灾等级分布Fig.3 Distribution of locust plague grade in Beijing-Tianjin-Hebei region during Ming and Qing Dynasties

绘制京津冀地区的“ 十年蝗灾频数” 和“ 十年蝗灾县次” 变化图(图4), 和明清时期其他连续时间段相比, 1510— 1700年和1855— 1858年是蝗灾发生较为严重且较为集中的时间段。京津冀地区的“ 十年蝗灾频数” 和“ 十年蝗灾县次” 具有相似的波动趋势特征, 整体上呈现波动上升趋势, 多项式趋势则呈现为一浪高过一浪的波动趋势, 存在2个波峰, 其中第1个波峰在17世纪30年代, 第2个波峰在19世纪60年代。

图4

Fig.4

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	图4 明清时期京津冀地区“ 十年蝗灾频数” 和“ 十年蝗灾县次” 变化Fig.4 Variation chart of decadal locust outbreak frequency and decadal locust outbreak counties in Beijing-Tianjin-Hebei region during Ming and Qing Dynasties

根据东亚飞蝗在京津冀地区中南部1, a发生2代蝗虫(夏蝗和秋蝗)进行蝗虫代次判断: 东亚飞蝗在京津冀地区中南部1, a发生2代, 上年成虫(秋蝗)越冬前所产蝗卵次年孵化而出的蝗虫称夏蝗, 夏蝗当年繁殖形成的下代蝗虫称秋蝗。由于研究区南北温差较大, 地势复杂, 加之小气候的影响, 各地蝗蝻出土期及历期各不相同, 一般夏蝗孵化始期为4月下旬到5月上旬, 盛行为5月中、下旬, 末期为5月下旬到6月上旬(张书敏, 2006)。将今论古, 文中根据以下原则判断历史蝗灾的发生代次:

1)史料中有明确月份或季节记载: 春季、夏季、四至六月为夏蝗; 秋季、七至九月为秋蝗; 另外, 对于“ 夏秋之交” 的记录则判断为秋蝗, “ 夏秋蝗” 的记录则判断为夏蝗、秋蝗。

2)史料中没有明确的时间信息, 但可按其他信息进行推断: (1)根据蝗虫所食作物进行划分, 如夏麦, 秋大饥: 夏蝗; (2)如史料中记载当年先有“ 蝗” 记载, 后有“ 蝻” 记载, 则可判断为夏秋2代蝗虫; (3)根据其行政等级判断, 参照其统县或更高一级政区记载, 补充县级单位的蝗灾代次。

3)对于无法判断具体时间的记录, 为下文蝗灾代次序列的构建, 将其统归为: 蝗。

统计历年不同县域发生蝗灾的季节, 绘制10 a尺度上夏蝗、秋蝗和蝗的代次变化图(图 5), 图中显示, 从受灾县数上看, 明清时期京津冀地区发生的蝗灾波动较大, 其中公元1850— 1859、1640— 1649、1850— 1859、1560— 1569、1520— 1529、1440— 1449、1530— 1539年等是受灾相对严重的时段; 从蝗灾代次上看, 发生蝗灾的县次夏季多于秋季。

在一定的时间尺度下, 小波方差表示时间序列在该尺度中周期波动的强弱(能量大小), 小波方差随尺度的变化过程能反映时间序列中所包含的各种时间尺度(周期)及其强弱(能量大小)随尺度的变化特征, 对应峰值处的尺度即为该序列的主要时间尺度, 即主要周期, 其他的波峰为次周期(贺伟等, 2013)。

通过对京津冀地区历年的蝗灾县次进行统计, 利用Matlab软件绘制其小波分析图(图 6), 由图可见明清时期京津冀地区蝗灾县次存在着多时间尺度特征。其方差值在100 a、53 a、30 a、17 a和11 a时间尺度上出现峰值。其中100 a和30 a时间尺度在整个分析期变化显著, 震荡最强, 少发期— 多发期交替出现, 并存在53, a、17, a和11, a的次周期。

应该指出, 由于历史文献资料存在“ 厚今薄古” 分布不均匀的特征, 因此以上分析结果只是基于现有文献资料格局得出的粗浅认识。

5.1.1 蝗灾与温度 选择Tan等(2003)利用北京石花洞石笋建立的5— 8月平均温度序列与京津冀地区蝗灾序列作对比(图 8), 可知蝗灾的发生与温度关系不明显。鉴于蝗卵的起点发育温度为15, ℃, 蝗蝻的起点发育温度为20, ℃, 飞蝗发育的温度范围为20~42, ℃, 发育适温为25~40, ℃, 最适宜发育温度为28~34, ℃(张书敏, 2006)。5— 8月温度序列的波动区间大致就在飞蝗发育的温度范围以内, 因此印证了5— 8月的温度并不是飞蝗产卵和成灾的限制因素。

图5

Fig.5

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	图5 明清时期京津冀地区蝗灾的代次变化Fig.5 Generational change of locust plague in Beijing-Tianjin-Hebei region during Ming and Qing Dynasties

通过王绍武(1990)统计的中国华北和华东地区近1000, a冷、暖冬年份表, 将冷、暖冬年份作逐个加1, a的处理, 得出华北和华东地区1368— 1911年的冷、暖冬次年表(表 2)。

表2

Table2

表2(Table2)

表2 华北和华东地区1368— 1911年的冷、暖冬次年 Table2 Cold and warm winter year in 1368— 1911 AD in North China and East China 年份/AD 冷冬次年/AD 暖冬次年/AD 1368— 1400 1372、1377、1380、1399 1375* 1401— 1500 1408、1416* 、1439* 、1440* 、1450、1453、1454、1473* 、1477、1494* 1448* 、1463、1470、1480、1484、1497、1498 1501— 1600 1502、1510、1511* 、1514* 、1515、1518* 、1530* 、1551* 、1558* 、1564、1565、1567* 、1569* 、1570、1578、1579、1581* 、1597 1506* 、1517* 、1523* 、1539* 、1540* 、1541* 、1545、1560* 、1562* 、1586* 、1587* 、1599* 1601— 1700 1605* 、1620* 、1621* 、1632* 、1637* 、1641* 、1653* 、1654、1655* 、1656* 、1657* 、1663* 、1666* 、1669、1671* 、1677* 、1684* 、1690* 、1691* 1613* 、1617* 、1618* 、1635、1661、1689* 、1694* 、1696 1701— 1800 1701* 、1715、1716、1745、1746、1750、1753* 、1761、1762* 、1763* 、1777、1796* 1703、1704* 、1766、1781、1787 1801— 1911 1800* 、1810、1815、1820、1832、1833、1841、1842* 、1845、1846、1849* 、1852、1858* 、1860* 、1861* 、1862* 、1865* 、1878* 、1879、1885* 、1893* 、1894 1844、1847* 、1857* 、1867* 、1875* 、1890* 、1899、1903 蝗灾年概率 47/85=55.3% 24/41=58.5% 注: * 为蝗灾年。

表2 华北和华东地区1368— 1911年的冷、暖冬次年 Table2 Cold and warm winter year in 1368— 1911 AD in North China and East China

由表可知, 在85, a冷冬次年里出现47, a蝗灾年, 在41, a暖冬次年里出现24, a蝗灾年, 蝗灾年和冷、暖冬次年的重叠概率分别为55.3%和58.5%, 二者仅相差3.2%。可见, 上年冬季的冷暖情况不能对次年蝗灾的发生与否做良好的区分, 蝗灾的发生与上年出现的暖冬没有很好的一致性, 蝗灾序列不能用来反映上年气候的冷暖状况。

图6

Fig.6

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	图6 明清时期京津冀地区蝗灾县次小波分析Fig.6 Wavelet analysis of numbers of counties suffered locust plague in Beijing-Tianjin-Hebei region during Ming and Qing Dynasties

究其蝗灾发生与上年冬天温度对应不显著的原因, 李钢等(2004, 2010)做过一些有意义的探讨和解释: 在土壤里埋藏6— 7个月的越冬蝗卵具有“ 过冷却现象” , 且过冷却点随发育阶段而升高; 低温胁迫可诱导蝗卵以糖元为原料合成“ 抗冻保护剂” ; 此外, 越冬蝗卵埋藏地覆盖有天然的“ 被子” , 以及秋天产的蝗卵更能成功地越冬。未来的相关研究应该借鉴生物学现有成果, 加强蝗灾与气候关系的气象与生态学解释工作, 提高解释精度, 以增加研究的可信度。

图7

Fig.7

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	图7 明清时期京津冀地区蝗灾的空间分布Fig.7 Spatial distribution of locust plague in Beijing-Tianjin-Hebei region during Ming and Qing Dynasties

5.1.2 蝗灾与旱涝、厄尔尼诺现象 气候条件尤其降水是影响蝗灾发生的关键因素, 东亚飞蝗的发生与旱、涝关系十分密切, 结合《中国近五百年旱涝分布图集》(中央气象局气象科学研究院, 1981), 统计1470— 1911年研究区旱涝情况可知, 在272个发生蝗灾的年份里, 有188个年份伴随着旱灾, 也就是说接近七成都是旱蝗。

图8

Fig.8

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	图8 明清时期京津冀地区的蝗灾县次与温度对比Fig.8 Comparison of numbers of counties suffered locust outbreak with temperature in Beijing-Tianjin-Hebei region during Ming and Qing Dynasties

厄尔尼诺指数反映赤道东太平洋范围内海表温度变化。通常厄尔尼诺发生时, 通过西太平洋副热带高压影响中国夏季降水(张雪刚和毛媛媛, 2004), 尤其导致华北平原降水减少。利用Nino3指数数据(Michael et al., 2000)与10 a蝗灾县次作对比分析(图 9)。由图可见, 蝗灾序列与Nino3指数有良好的对应, 表明蝗灾与厄尔尼诺遥相关, 这可能得归因于“ El Nino— 华北干旱— 蝗灾” 关系链。

图9

Fig.9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图9 明清时期京津冀地区的蝗灾序列与厄尔尼诺对比Fig.9 Correlation between sequence of locust plague and El Nino in Beijing-Tianjin-Hebei region during Ming and Qing Dynasties

根据马世骏(1962; 1965)的研究, 中国蝗区主要分为河泛、滨湖、内涝、沿海4类, 京津冀地区这4种蝗区类型兼具。李钢等(2015b)指出蝗灾具有显著的“ 水缘性” 特征, 湖泊周边、河流沿岸地区是其频发和高发的区域, 黄河南徙及海岸线的变迁等造成的水系变迁和水文波动对蝗灾分布和扩散有重要影响。根据李钢(2014)的研究, 中国历史蝗灾的主要源地为黄淮海平原, 长江下游地区也较为频繁。由研究区蝗灾的空间分布图(图 7)可知, 研究区河流的分布南部较北部更为密集, 蝗灾的暴发县次南部也明显多于北部。究其原因, 在生态学上, 温暖湿润的河流附近为蝗卵提供了有利的孳生场所。另外, 暴食性是东亚飞蝗突出的为害特点, 它食量很大, 其取食不仅为了获取营养, 更重要的是为了获取水分, 而沿海、滨湖及河泛蝗区有东亚飞蝗丰富的食料来源, 因此为蝗灾的常发区(张书敏, 2006)。

影响蝗灾分布的地形条件主要是海拔和坡向, 在较高海拔区域, 受温度的限制蝗虫的丰富度降低; 坡向主要影响地面接收太阳辐射量, 对蝗虫的影响主要通过改变光照、温度和热量条件而得以表现。由明清时期京津冀地区蝗灾的空间分布图(图 7)可知, 研究区蝗灾大多分布在东南地区, 西北地区偏少, 东南地区为地势平坦的河北平原, 主要由黄河和海河等冲积而成, 地势低平, 海拔由100, m左右降低到渤海沿岸的3, m左右, 洼地和泊淀面积宽广。这体现了东亚飞蝗在中国分布区的低海拔和亲水性(一般在200, m以下, 发生基地则多在50, m以下的平原沿河、滨湖、内涝以及沿海的低地)。蝗区大多位于平原下凹或边缘部分, 地势相对低洼、倾斜。