傳統氣候學認為太陽輻射、大氣環流與下墊面是影響地球氣候的三大因子,這一觀點徹底排除甚至否定了除太陽外其他星體對地球氣候的影響.但是,學界并沒有因此停止對該領域的繼續探索與研究.澳大利亞和英國科學家發現木星的位置會對地球的氣候產生令人震驚的影響[1],欒巨慶創新性地提出行星對應區理論,發現行星運動影響大氣環流變異[2 -3],任振球認為行星運動影響氣候變化[4],彭公炳等提出了氣候變化的第四類因子,即"宇宙 - 地球物理因子","發現月球和太陽引潮力造成的地球氣壓場和大氣環流的擾動,則為觀測事實所證明,且規律很清楚"[5].星體運動對大氣環流與地球氣候有調制作用,且這種調制是有規律可循的,因為各天體對地球的作用除引潮力外,還有電磁力和宇宙輻射[6].多年來研究表明,太陽和太陽系天體等天文因素與災害的形成密切相關,它們對某些自然災害的發生可能起了誘導、觸發和調制作用[7 -8].天文因子對地球重大自然災害的影響是客觀存在的.
在自然災害的天文因素探究中,對月球的關注與研究最為久遠.我國古代就發現月球對地球天氣有影響,如"昨日離其陽故不雨\\( 《論衡》\\) ","月之從星,必主風雨\\( 《尚書》\\) ","月離于畢,必滂沱矣\\( 《詩經》\\) "等,位于黃河流域的山東一帶,至今還有在正月測月影長度以預測年景的傳統.當今,隨著計量與數理方法的運用,對這方面的探索與研究趨于科學化,如郭增建提出"月球潮迫使地球放氣"的觀點,解釋了當月球赤緯角最小時雨量減少形成干旱[9]; 美、日科學家通過研究潮汐后發現,"月球是觸發地震的最后一根稻草"[10],因此,從天文因素的角度去探討地球上重大自然災害的發生機制與時空規律,是一個新的起點與突破口.
上述研究工作,開創了天文災害學研究的先河,為進一步探討重大自然災害的觸發機制與規律奠定了基礎,但普遍缺乏系統性,難以體現地帶性規律,對減災備災缺乏指導性.本文借助于行星對應區理論框架,以我國重大歷史旱災為例,遵循地球系統科學特有的綜合性、地帶性與時空尺度特征的學科特性,研究月球在不同回歸赤緯下對我國不同地理單元旱災的影響,旨在從天文學角度揭示月球對地球旱澇的作用機制及其時空規律,進而有針對性地減災備災.
1 行星對應區理論模型.
1. 1 理論介紹
行星對應區理論[2]認為: ①地球氣候以及各種自然災害,主要是太陽與幾大行星、月球等星體共同影響地球的結果,且這種影響具有明顯的地帶性規律; ②我國旱澇、地震等自然災害與星體運行有著明顯的相關性.盡管該理論仍處于不斷完善之中,但它所揭示的一些有關星體位置對自然災害的影響、特別是二者之間存在明顯相關性這一事實,不容忽視.
1. 2 主要研究方法
行星對應區理論模型中,采用視赤經\\( RA,用時角表示\\) 與視赤緯\\( DEC\\) 共同來表達星體視位置.RA 介于 0° ~24°; DEC 介于 -90° ~ +90°\\( 跨南北天球\\) ,如圖 1 所示.星體在不同的視位置對應不同的地理單元,在我國主要針對四大流域.
所以,采用直角坐標天象圖以準確反映這種對應關系.在該圖中\\( 圖1\\) ,橫軸為 RA,縱軸為 DEC.
星體視赤緯在 11° ~ 14°、14° ~ 19°、19° ~ 22°、22° ~ 23. 5°范圍內時,分別對應并影響珠江流域、長江流域、黃河流域以及黑龍江流域[2].該模型明確了我國四大流域與星體視位置二者的對應關系,充分體現了地球科學中的地帶性規律.星體對應與否是相對的,對應某流域時易產生洪澇,不對應時帶來干旱.所以,首先要依據不同的災種,其次再判斷是否受對應區影響.
1. 3 月球視位置的計算
在 Python 語言環境下,采用國際著名的開源天文計算工具包 PyEphem,以 UTC\\( 協調世界時\\)的 00 時刻為準,默認紀元為 2000,計算了自 1780年以來月球視位置\\( 視赤經、視赤緯\\) .為了提高數值計算與數據管理效率,采用 MySQL 數據庫平臺存儲大量的天文計算結果.
2 我國旱災與月球赤緯角的關系
2. 1 我國歷史上的嚴重干旱
我國旱災頻繁,據不完全統計,從公元前 206年到 1949 年的 2 155 年間,我國發生過較大的旱災有 1 056 次,平均每兩年就發生一次大旱.16 -19 世紀,受旱范圍在 200 個縣以上的大旱,發生于 1640 年、1671 年、1679 年、1721 年、1785 年\\( 清乾隆五十年,13 個省受旱\\) 、1835 年\\( 清道光十五年,15 個省受旱\\) ,1856 年及 1877 年\\( 表 1\\) .
1950 - 1986 年全國平均每年受旱面積 2 000 萬hm2,成災約 730 萬 hm2,其中 1959 - 1961 年和1986 年全國受旱面積都超過 3 000 萬 hm2.1972 年北方大范圍少雨,災情嚴重,南方部分地區伏旱嚴重,成災 1 333 萬 hm2.1978 年全國受旱范圍廣、持續時間長,旱情嚴重,長江中下游地區伏旱最為嚴重,成災面積 1 800 萬 hm2,是有統計資料以來的最高值[11].
1999 年開始又發生 3 年連旱.到 2000 年,據初步統計,全國農作物受旱面積高達4 054 萬 hm2,累計受災面積 3 740 萬 hm2,其中成災 2 690 萬hm2,絕收 810 萬 hm2,成災面積、絕收面積和因旱造成糧食損失均為 51 年來最大值,旱災波及全國 20 余個省\\( 自治區、直轄市\\)[11],是 1949 年以來最嚴重的旱災.2003 - 2010 年期間,我國大面積連續干旱出現在南方與西南地區.
2013 年 6 月下旬以來,長江以南大部分地區出現了歷史罕見的持續高溫少雨天氣,其中貴州、湖南降水量均為 1951 年以來最少.截至 2013 年 8月上旬統計,湖南、貴州、重慶等南方 13 省\\( 市\\)耕地受旱面積 649 萬 hm2,其中作物受旱面積593. 5 萬 hm2.
2. 2 干旱災害時空差異明顯
干旱災害持續時間長短不一,短至數月,長達數年.如 1640 年\\( 明崇禎十三年\\) 在不同地區先后持續受旱 4 ~ 6 年,旱區"樹皮食盡,人相食";云南省至 2012 年已連續 4 年干旱.
旱災的空間范圍差異也很大.1785、1928 年13 個省受旱; 1835 年 15 省受旱; 1961 年,我國華北、長江中下游、西南部分地區均出現了大面積干旱; 1999 年全國 20 余省干旱,2010 年西南 5省干旱等.
2. 3 不同赤緯角狀態下的重大旱災
從表 1、圖 1 可發現,月球赤緯角偏高或偏低,均可導致我國大范圍干旱,且赤緯角偏高或偏低的程度越大,干旱的范圍與持續時間越長.
2. 3. 1 赤緯角偏高型
1784 - 1787 年,赤緯角超過 27°\\( 圖 2\\) ,黃河中下游和江淮地區嚴重旱災,持續 4 年.其中1785 年為江淮和長江中下游干旱之典型,江淮及太湖地區該年夏季降水量低于現代記錄的極小值.
光緒之旱\\( 1876 - 1879\\) 時期,月球赤緯角處于28. 7° ~ 26. 7°; 1980 年代末,月球赤緯角連續幾年\\( 1986 - 1989\\) 均大于 28°,我國北方普遍干旱;進入 21 世紀前 10 年,如 2003 - 2010 年期間,月球赤緯角均大于 25°,我國南方、北方普遍干旱,特別是 2009、2010 兩年均呈現百年一遇的特大干旱.
2. 3. 2 赤緯角偏低型
月球赤緯角處于極小值附近\\( 偏南\\) 時\\( 升交點經過秋分點\\) ,視赤緯只有 18. 5°左右.此時,月球視赤緯最高只能對應到長江流域中部,而東北地區同緯度、華北地區大部分在較長時期不會對應因而導致干旱.如 1920 年,視赤緯為 20. 8°,北方多省大旱.1942 - 1943 年期間,赤緯角最低為 18. 5°,中原地區連續 3 年重大旱災.1959 -1961 年連旱期內的前兩年,月球赤緯角均小于20°,為全國干旱,其中 1959 年受災區域包括東北、黃河中下游、長江中下游、華南.1960 年,華北 5 省、長江中下游及華南部分地區夏旱.1978年赤緯角又處于最小值 18. 46°,全國大部分地區干旱.1997 年赤緯角最低時,北方地區嚴重夏旱,為 1949 年以來旱情之最.
2. 3. 3 赤緯角居中型
按照行星對應區理論,對旱澇、地震等自然災害起決定作用的是行星,月球只起輔助作用.
因此,月球回歸赤緯高低與旱災并不是嚴格對應的.當回歸赤緯居中時,華北地區也可能發生干旱.如 1999 年月球回歸赤緯為 20. 9°,按照對應區黃河流域南部應發生雨澇,但是由于木星、土星當年長期對應長江流域,而東北地區長期無行星對應,黃河流域南部只有水星在 7 - 8 月下合,但受土、木兩星吸引而對應長江流域,導致長江中下游發生了僅次于 1954 年和 1998 年的大洪水,而其它地區則發生世紀末大旱.可見,月球回歸赤緯與旱災的對應關系會受行星影響.
太陽黑子等也會影響上述的對應關系.2000年月球赤緯角在 22. 6°附近.根據天象圖\\( 圖略\\) ,該年木星、土星均對應長江流域與黃河流域的雨季,黃河流域北部還有水星在雨季下合,華北理應以洪澇為主,為什么會出現 1949 年以來最為嚴重的全國性干旱局勢? 因為除月球回歸赤緯極偏年\\( 偏高、偏低\\) 之外,太陽黑子、地磁高峰等對對應區理論模型也會產生很大影響.據查,2000年的太陽黑子數為 119. 5,而上一次高峰在 1991年\\( 145. 37\\) ,地磁高峰一般緊隨太陽黑子到來,二者均導致對應區發生南北擺動.
2. 4 月球赤緯角影響干旱的機制
根據行星對應區理論,當星體對應某個流域時,才可能帶來降水,星體對應的時間越長,降雨時間就越長、強度越大; 而某個流域沒有星體對應時,往往發生干旱.同樣,干旱的范圍、強度仍然與星體格局持續的時間、范圍緊密相關.
從誘發各種自然災害的角度來講,相對于其它行星,月球只起觸發作用而不是主導作用.當某種星體格局出現時,在月球配合下,才能觸發自然災害; 月球的輔助作用時間越長,帶來的災害影響越嚴重,因為月球在極值區域回歸時往往需要幾天時間,而當其過天赤道時跨越同樣的視赤緯所需時間不超過 1 d,這就使月球在回歸前后有充足的時間配合行星影響某區域.在月位極偏南的年份,月球在天赤道兩側的最低視赤緯為 ±18. 5°,只對應長江流域中部,因此造成華北干旱,這就是"昨日離其陽故不雨"的原因.而月位偏北或極偏北的年份,即只要最高視赤緯超過 + 23. 5°,其影響范圍在我國東北地區以北、甚至到副極地、極地區域,同樣也會造成華北大旱.因為黃河流域對應的視赤緯范圍在 19° ~ 22°之間,所以月位偏北或極偏南均可造成我國以華北地區為主的大面積干旱.
2. 5 未來幾年的干旱預測
自 2013 年開始,月球赤緯角進一步降低,2014 年為 19. 4°,2015 年將逼近最低值, 降到18. 6°.在 2014 - 2017 這幾年,回歸赤緯將于最小值附近徘徊,均不超過 20°,屆時,我國又將迎來持續幾年的全國性干旱,特別是華北地區會出現大面積連年旱情.
3 結論
行星對應區理論模型考慮了地理要素的地帶性規律與分布的時空差異,將星體視位置進行時空劃分并與我國各大流域結合、對應起來,體現了地球科學研究中系統性、綜合性、地帶性的方法論特色.多年來的實踐證明,該理論完整地解釋了包括月球在內的太陽系各星體運行、格局對地球氣候乃至旱澇災害的作用機制與影響規律,太陽對地球氣候與天氣的影響是第一位的,其次是眾行星,最后才是月球帶來的影響.月球對干旱\\( 或暴雨洪澇\\) 等自然災害的影響,是通過配合其他星體格局來起到觸發作用的.月球回歸赤緯偏高或偏低,均可造成華北或黃河流域的干旱.
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