基于文獻信息的中國生態系統21年來的方法研究

1重建中國干旱時空格局的必要性及建議從世界來看，干旱是影響最大的自然災害，經濟損失最大。嚴重干旱主要發生在非洲、印度、中國、前蘇聯、北美洲和澳大利亞等世界近一半的國家。中國旱災頻繁,影響面廣,是造成農業經濟損失最嚴重的氣象災害,20世紀50～80年代因旱災損失的糧食占全國糧食損失總量的50%。近百年來,特別是近30a來,隨著社會經濟發展和人口膨脹,水資源短缺現象日趨嚴重,在全球變暖和北方干旱化的背景下,中國旱災研究成為可持續發展的重大課題。對中國旱災時空格局的研究,歷來受到政府和學術界的高度重視。從災害系統角度看,旱災孕災環境時空格局的研究比較成體系,馬宗晉、陳菊英、李克讓、王勁峰等分別利用干旱頻率、降水距平百分率等指標,建立了中國干旱的時空格局;施雅風、馬柱國、付淙斌、陳家其等從氣候演變角度,指出了全球變暖或北方干旱化等對旱災的影響。旱災時空格局方面的研究成果最多,也最為深入,張養才等、范寶俊、張家誠等、張海侖、黃榮輝等、馮佩芝等、張德二等主要從氣象記錄或歷史記錄中,提取干旱次數或劃分干旱等級(一般旱和重旱)等,分別恢復了不同時段中國旱災的時空格局,或出版了相應的圖集。近年對旱災災情時空格局的研究日益引起人們的關注,一方面側重于歷史重大旱災年表的建立和全國災情系列圖的編制;另一方面側重于建國以來農業旱災損失,分地區、分流域或分省區的災情(如受災面積、成災機率、糧食減產、受旱人口等)格局及變化系列圖的編制。對旱災承災體脆弱性時空格局的研究相對薄弱。目前,對中國旱災時空格局的研究,大多數采用的信息源是氣象站點的孕災和致災信息、歷史干旱事件記錄或以省為統計單元的災情數據等,缺少以縣域為單元的災害信息;關于旱災格局的時段序列較為完整的有近500a(1470～1990年)和近40a(1949～1990年),而對近50a(1949～2000年)的時段序列還未見刊出。在全國尺度上將旱災與承災體或致災因子等結合起來的綜合研究尚處于起步階段。基于上述分析,本文以省級報刊為主要信息源,獲取縣域統計單元的旱災信息,重建1949～2000年中國旱災時空格局,從信息源和時段上補充前人的研究,并將旱災格局與旱災致災因子及承災體進行對比,分析旱災格局形成的機制。與此同時,通過對近50a各省旱災災次動態變化趨向的分析,透視我國宏觀旱災變化趨勢的地域差異,以期對國家制定區域減輕旱災規劃提供科學依據。2基于數據的干旱信息特征分析本文采用的數據主要來自1949～2000年省級報刊資料,同時還參考了1990～2000年民政災情統計資料和1949～1980年歷史旱澇資料。關于這些數據來源的基本狀況和精度問題,在文獻中已做過說明。旱災與水災信息記錄所不同的是,在省級報刊資料中,旱災信息記錄單元有兩種空間尺度,近30%的記錄以省區為單元,70%的記錄以地區或縣級為單元。由于旱災通常發生范圍廣,尤其是大旱災,因此,旱災記錄經常出現有覆蓋全省區或幾個省區的現象。為了避免省區記錄的旱災數據因行政界線而產生的差異現象,在旱災數據庫的建設中,主要依據3個方面:與民政減災資料和歷史旱澇資料相對應;與農田和草場承災體相對應;時間上與相應地區或縣級為單元記錄的旱災信息相對應等,以此將省區為單元記錄的旱災信息分配到縣域。本文應用FoxPro6.0軟件,分年對各統計單元的相關信息進行統計,共獲得約11萬個數據。根據數據的完備性,選取旱災災次和災頻兩個指標,分1949～1965年和1978～2000年兩個時段(不考慮文革時期),按照旱災發生的時間跨度,在上述數據庫的基礎上,應用MapInfo6.0軟件,編制了中國旱災時空格局變化圖。來源不同的災害信息,其內容重點差異很大,反映的時空格局也有一定出入。因此數據精度分析倍受關注。由于省級報刊旱災記錄信息在時間和空間上的相對完備性,故依據省級報刊庫旱災信息所表現出的旱災中心分布,分別與相應時段內由民政減災庫(1990～1996年)及歷史旱澇庫(1949～1965年)獲取的旱災中心分布進行對照,以此來驗證其可信度。對比驗證表明:省級報刊庫的旱災中心與同時期歷史旱澇庫的旱災中心在地域上大多相吻合,在全國范圍內都呈現3個旱災中心;省級報刊庫的旱災中心與民政減災庫的旱災中心在地域上大多相吻合,都呈現4個全國性的旱災中心。這說明雖然3種數據來源不同,但在全國尺度上反映的旱災空間格局基本上是一致的。3干旱的空間結構及其變化3.1導致干旱致災因子確定的主要亞型1949～2000年中國每年都有旱災發生,空間格局和規模差異較大。對旱災格局的年圖譜進行初步分析后發現,中國的旱災絕大多數發生在除新疆、青海和西藏以外的東部地區。因此參考張蘭生等提出的中國自然災害區劃中Ⅳ區與Ⅴ、Ⅵ區的分界線,將全國分為東部區和西部區兩個大區。前者對應旱災分布型為東部型,它又可進一步分為5個亞型(表1)。中國旱災總體空間格局的年分布型為東西分異,且以東部型為主,占72.5%,這與東部農業承災體集中和溫帶草原牧業承災體載畜量高和生產力不穩定的特征相符合。在東部型的亞型中又以分散型為主,占60%。這一方面與旱災致災因子影響的廣泛性和頻發性相關,另一方面與縣域承災體脆弱性的差異相對應。除東部分散型外,其余幾種分布亞型的出現在時間上具有相對集中性,直接由當年降水系統的異常和發生異常的相對位置決定,即由旱災致災因子所決定。有關中國旱澇年分布型的研究比較多,王紹武等根據全國500a旱澇圖及續補的資料,定出了1470～1991年間的6個旱澇型,與旱有關的是“長江澇,華北、華南旱”、“南澇北旱”、“長江旱,華北、華南澇”“北澇南旱”和“全國旱”。這些旱澇型的格局形式與本文相比,大體相似,但前者的分布規模遠遠大于后者,前者主要表明的是致災,后者則是致災與成災的綜合反映,也就是說,發生干旱的區域不一定都成災,承災體越脆弱的區域,成災的可能性越大。3.21導致各地物源分布的主要有災頻>0.20的高值縣,有按照旱災災頻的計算結果,1949～1965年中國旱災格局(圖1)總體呈東西差異,從西到東有4個梯度帶:西部低旱災頻率帶、中西部較高旱災頻率帶、中東部高旱災頻率帶和東部沿海較低旱災頻率帶。其中,災頻>0.20的高值縣有115個,約占全國縣域總數的5%。呈分散分布,在北方相對集中分布在黑龍江西部、內蒙古中部、河北北部和寧夏;在南方主要分布在中部5省(安徽、湖北、湖南、江西和河南)和四川東部、貴州北部和云南。災頻>0.08的縣域有480個,約占全國縣域總數的22%。3.31災頻>0.20的高值縣分布按照旱災災頻的計算結果,1978～2000年中國旱災格局(圖2)仍呈現東西分異。重災區在北方變化不大,高值區仍在黑龍江西部、內蒙古中部、河北北部和寧夏,其中華北平原有所減少;在南方重災區變化較大,其中中部5省區(安徽、湖北、湖南、江西和河南)整體旱災頻率減小,貴州則明顯增大。全國災頻>0.20的高值縣有64個,約占全國總縣數的2.8%,較1949～1965年減少一半;災頻>0.08的縣域有693個,約占全國總縣數的34%,較1949～1965年增加12個百分點。對比兩個時段的旱災格局,主要有3個特征:第一,旱災空間格局總體呈東西分異,這與前人的研究結果基本一致,在后一時段,北方旱災頻率高于南方。旱災災頻有明顯的沿一定走向的地帶變化,這種分異可能是階梯地勢、降水帶空間擺動和承災體綜合作用的結果。北方旱災高值區的展布可能與東南季風影響和農牧交錯帶生態環境退化直接相關。第二,后時段與前時段相比,全國發生旱災的范圍整體擴大,前時段發生旱災的縣數約占全國總縣數的83%,后者約為94%;旱災區域向西擴散,重旱災區域向東北和西南推進。這主要體現了人類活動,特別是旱地開墾的擴展方向。第三,從承災體土地利用類型看,旱災高值中心在牧區較穩定,大體都在內蒙中東部附近;在農區變化較大,高值中心大體由南向北轉移,由單中心向雙中心發展。3.4導致干旱的原因分析在1949～2000年全國旱災災頻空間格局數字地圖基礎上,分別與全國人口密度圖、耕地比例圖和作物分布圖進行疊加,以此分析旱災格局與其承災體的對應關系。結果表明:首先,從較為宏觀的區域尺度看,河南、河北、四川、安徽及湖南等人口和農業大省與旱災高值區大體對應;其次,從農作物分布看,小麥-玉米-雜糧分布的農牧交錯區和南方部分丘陵區與旱災高值區相對應;第三,旱災高值區覆蓋的范圍與耕地占縣域面積比例≥35%的區域大致吻合。在1978～2000年全國旱災災頻空間格局數字地圖基礎上,分別與人均GDP圖1和單位面積農業產值圖1進行疊加,以此分析旱災格局與其承災體的對應關系。可以看出,有部分旱災高值縣域與農業產值高值區對應,如內蒙東部、長江中下游地區、川東、伊犁谷地、云南和廣東南部縣域,反映了農業產值高同時具有旱災危險性高的特點;而在京、津、冀東、魯、滇東等地區兩者不對應,這從另一個側面反映,有同等旱災危險性的縣域,其承災體的抗旱能力(如灌溉能力)決定了干旱成災的機率和旱災災情大小。旱災高值縣域與人均GDP1高值縣域的對應關系在區域上比較復雜,有3種情況:一是地廣人少的牧區,人均GDP相對高,由于抗旱災的能力弱而旱災嚴重,如內蒙古中東部牧區;二是地廣人少的牧區或人口較多的農牧交錯區,因為有大型工礦企業,人均工業產值相對較高,但由于對廣大農牧區抗旱災的投入少而旱災嚴重,如內蒙古鄂爾多斯市和陜西北部等;三是傳統農業區,農產品及其加工工業發達,農業承災體較其他縣域更脆弱,旱災的危險性較其他縣域更大,故旱災可能更嚴重。絕大多數的旱災縣域與人均GDP低值區相對應,可見旱災的發生次數和嚴重程度均與承災體脆弱性密切相關。特別需要強調的是中國中部5省(安徽、湖南、湖北、江西和河南)為產糧大省,其旱災格局在不同時段有所不同。從空間尺度看,在前一時段,中部5省是全國旱災的高值區,而且省區內縣域間旱災頻次差異很大,也就是說縣域間的抗旱能力和承災脆弱性相差很大;在后一時段,中部5省不再是全國旱災的高值區,而且省區內縣域間旱災頻次差異縮小,也就是說承災體抗旱能力整體在增強。419導致干旱動態變化本文對1949～2000年(不考慮文革時期;未統計香港特別行政區、澳門特別行政區和臺灣省)的旱災變化,分省區按5a為時段進行統計,繪制統計圖,并標出變化趨勢線(圖3),得出中國旱災動態變化趨勢為南北區域分異,與中國旱災格局東西區域分異相反。中國旱災動態變化趨勢區域分異的基本特點有4個:一是全國有77.4%的省區旱災增加。二是長江以北的各省區大多為旱災增加區,這與北部旱作農業發展迅速有關,也與北方干旱化的論斷相印證;長江以南的各省區為普遍旱災減少區或變化不明顯區。三是長江以北地區旱災增加幅度也存在區域差異,在北部的黑龍江、內蒙古和新疆增加幅度小,向東南增大,增加幅度最大的區域在長江北岸的四川、湖北和安徽,以及東部沿海的遼寧和山東。前者位于北亞熱帶,隨著氣候變暖和農業承災體面積的增大,受春夏旱和伏旱的雙重影響,成災機率加大;后者為華北工農業用水矛盾尖銳區域,缺水日益嚴重,旱災加劇。四是長江以南地區除廣東和海南為旱災增加區外,其余都為減少區或不變區,其中云南、湖南和江西減幅最大。5干旱致災特性分析(1)采用省級報刊的縣域旱災信息源可以彌補其他信息源,如氣象站點、歷史記錄或省級統計的不足,能夠加強縣域承災體的旱災信息量。(2)重建了1949～2000年中國旱災的時空格局。將全國旱災的年分布型劃為東部型和全國型兩個一級型。中國旱災格局總體呈東西分異,重旱災區域在北方相對集中分布在黑龍江西部、內蒙古中部、河北北部、陜西北部和寧夏,在南方主要分布在中部5省(安徽、湖南、湖北、江西和河南)和四川東部、貴州和云南。后時段與前時段相比,旱災高值中心在內蒙古中東部的牧區較穩定;華北平原和中部5省區旱災有所減輕;貴州明顯加重。全國發生旱災的