曾瑜

【摘要】根據(jù)奇臺(tái)縣氣象局氣象歷史觀(guān)測(cè)資料，分析了整個(gè)奇臺(tái)綠洲近10a來(lái)的平均濕度及其4-10月中平均氣溫的變化趨勢(shì)以及反映綠洲穩(wěn)定性的“冷島效應(yīng)”指數(shù)。從分析的結(jié)果表明：①近10a來(lái)整個(gè)奇臺(tái)綠洲的氣溫呈上升趨勢(shì)，以前5a的上升速度最快，為0.554℃/a，在以后的5a中上升速度減緩為0.042℃/a。②奇臺(tái)綠洲內(nèi)部空氣濕潤(rùn)程度朝濕潤(rùn)化方向變化，在短期內(nèi)符合理論界對(duì)西北地區(qū)氣候由暖干朝暖濕變化的結(jié)論。③根據(jù)“冷島效應(yīng)”指數(shù)從氣候角度上上表明整個(gè)綠洲內(nèi)部受氣候影響其穩(wěn)定性處在不穩(wěn)定狀態(tài)，其變化與其降水機(jī)和河流徑流量保持較高的正相關(guān)性。

【關(guān)鍵詞】氣溫；蒸發(fā)；干旱指數(shù)；冷島效應(yīng)

引言

作為干旱區(qū)內(nèi)眾多景觀(guān)中的一類(lèi)的綠洲，是我國(guó)干旱區(qū)內(nèi)最為重要的部分，是西北干旱區(qū)人類(lèi)賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是干旱區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載體。而整個(gè)綠洲所處的的干旱區(qū)是我國(guó)生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)，這種惡劣的自然地理?xiàng)l件是上萬(wàn)億年的歷史自然形成的，但是由于人類(lèi)活動(dòng)及其它負(fù)面影響因素的的干擾，加劇了其生態(tài)環(huán)境朝惡化方面發(fā)展。因此，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題是綠洲經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的所必須考慮的首要問(wèn)題，而綠洲生態(tài)環(huán)境問(wèn)題中的綠洲穩(wěn)定性則是其重點(diǎn)研究方向。從最近幾十年的研究成果所得出的結(jié)論來(lái)看，干旱區(qū)的農(nóng)業(yè)活動(dòng)、特別是沙漠綠洲的開(kāi)發(fā)，改變了地—?dú)庀到y(tǒng)的能量交換，西北地區(qū)綠洲所處的干旱、半干旱地區(qū)總體來(lái)說(shuō)在變干，而這種“變干”則體現(xiàn)氣溫上的提高。施雅風(fēng)提出1987年以來(lái)西北地區(qū)的氣候從暖干向暖濕轉(zhuǎn)型。林學(xué)椿等人從1951到1989年的40a來(lái)，全國(guó)平均氣溫以0.04℃/10a的傾向率上升，西北地區(qū)降水也有增加。因此，在這種氣候變化的驅(qū)動(dòng)下，為整個(gè)西北地區(qū)的綠洲生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定將起到一定的正面影響。但是，西北地區(qū)氣候變暖的趨勢(shì)也并不能從根本上改變干旱區(qū)干旱缺水的狀況。即使西北的氣候變得暖濕，但由于降水量的變化帶有很大的地區(qū)性和波動(dòng)性，很難判斷究竟會(huì)出現(xiàn)多大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的變化。而西北地區(qū)是一個(gè)干旱、半干旱的脆弱環(huán)境，極易受到氣候波動(dòng)的沖擊和強(qiáng)烈人類(lèi)活動(dòng)的干擾，從而為土地荒漠化提供了客觀(guān)基礎(chǔ)，而干旱區(qū)本底環(huán)境是沙性土質(zhì)，土層疏松，植被脆弱，抗風(fēng)蝕能力低，一遇干旱年頭，風(fēng)沙活動(dòng)就會(huì)增強(qiáng)而干旱區(qū)人類(lèi)工農(nóng)業(yè)活動(dòng)所導(dǎo)致的植被退化，土地的荒漠化等問(wèn)題則直接影響綠洲內(nèi)部生態(tài)的穩(wěn)定性。

本文在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)之上，通過(guò)近十年來(lái)奇臺(tái)綠洲的氣候變化以及相關(guān)影響因素的分析，初步闡明綠洲的氣候變化與綠洲穩(wěn)定性之間的相互作用關(guān)系。

1、研究區(qū)域及氣候變化趨勢(shì)

1.1 研究區(qū)域。本文所研究的奇臺(tái)綠洲是我國(guó)西北地區(qū)典型的天然—人工復(fù)合型綠洲，位于新疆維吾爾自治區(qū)東北部，歐亞大陸腹地，其南北長(zhǎng)240km，東西寬60-150km，南部窄、北部寬，形成一斜長(zhǎng)走廊，土地面積1.9×104km2。從天山以北至奇臺(tái)縣城依次為丘陵地、戈壁地和水澆地。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需睡意天然降水、冰川融水和地下水為主。在其境內(nèi)共有9條河流：開(kāi)墾河、新戶(hù)河、中葛河、碧流河、吉布庫(kù)河、達(dá)板河、根葛爾河、白楊河，地表年徑流量4.64×108m3。氣候上，奇臺(tái)綠洲受北冰洋冷空氣和大西洋西風(fēng)環(huán)流的影響，冬季常有較強(qiáng)冷空氣入侵，夏季常有干燥炎熱天氣出現(xiàn)，年平均氣溫為5℃年降雨量不足173mm，年蒸發(fā)量為2087mm，全年日照時(shí)數(shù)為3053小時(shí)，平均無(wú)霜期為159天，降水量分布不均，山區(qū)多，平原少屬典型的溫帶大陸性半荒漠干旱氣候，。奇臺(tái)綠洲的自然地理特征及氣候特征在整個(gè)新疆乃至西部地區(qū)具有典型意義，由于人類(lèi)不合理的農(nóng)業(yè)活動(dòng)，特別是從六十年代至今的對(duì)山區(qū)植被的亂砍、亂伐、濫樵對(duì)其局部氣候的影響加大，風(fēng)沙危害加大，土地荒漠化面積擴(kuò)大，沙塵暴天氣次數(shù)逐年增多，十級(jí)大風(fēng)幾乎每年多打30余次。從五十年代到七十年代沙漠向南移1.5km，沙漠前緣3-5km植被波懷殆盡，沙丘變?yōu)楣潭ê桶牍潭ㄖ萆城?，風(fēng)沙以每年2.8-5m速度向綠洲前進(jìn)。

1.2 10a中的4-10月平均氣溫變化趨勢(shì)。4-10月為奇臺(tái)綠洲內(nèi)部農(nóng)作物及其他植物生長(zhǎng)、發(fā)育、成熟期，其氣溫度變化情況對(duì)于綠洲生態(tài)穩(wěn)定狀況具有一定的意義，所以本文根據(jù)奇臺(tái)氣象局觀(guān)測(cè)資料中1993-2002年中4-10月的氣溫所得出的平均氣溫及2a滑動(dòng)平均區(qū)線(xiàn)所得的奇臺(tái)綠洲4-10月氣溫變化情況，總體來(lái)說(shuō)在近十年來(lái)奇臺(tái)綠洲4-10月氣溫呈上升趨勢(shì)（圖1）。

從圖（1）中我們可以看出從1993-1997年的變化趨勢(shì)為迅速增長(zhǎng)時(shí)期，其每年增長(zhǎng)速度高達(dá)0.554℃/a，1997年后的5年時(shí)間里，其溫度上升趨勢(shì)則相對(duì)前5年較為緩，其增長(zhǎng)速度為0.042℃/a。

1.3 濕度變化趨勢(shì)。濕度的變化是反映地區(qū)氣候變化的重要因子之一。在干旱或半干旱地區(qū)，進(jìn)行大面積的人工灌溉可以引起氣候變化，產(chǎn)生所謂“綠洲效應(yīng)”。經(jīng)過(guò)灌溉的土地，土壤濕潤(rùn)，熱容量增大，水份蒸發(fā)量也隨之增加，土壤和近地面層氣溫的晝夜變化趨向和緩，相對(duì)濕度加大。就好比在沙漠中出現(xiàn)綠洲一樣。大面積的灌溉可使局部范圍內(nèi)的氣候相應(yīng)改變，額外水份的蒸發(fā)將引起云、輻射和降水等氣候變化。在本文中選用干旱指數(shù)作為氣候干濕度的指標(biāo)來(lái)反映氣候變化的情況。干旱指數(shù)為r=E0/P，式中：r為干旱指數(shù)；E0為蒸發(fā)能力；p為降水量。通過(guò)計(jì)算所的結(jié)果（圖2）表明雖然綠洲內(nèi)部干旱指數(shù)起伏較大，其發(fā)展趨勢(shì)處于上升態(tài)勢(shì)。從中可以得出奇臺(tái)綠洲內(nèi)部空氣濕潤(rùn)程度加大，同時(shí)也印證了學(xué)術(shù)界對(duì)整個(gè)西部地區(qū)朝濕潤(rùn)化發(fā)展的結(jié)論。

1.4 “綠洲穩(wěn)定性”的變化。穩(wěn)定性的概念，最早源于力學(xué)，一個(gè)固體或一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)具有某一平衡狀態(tài)，在微小的干擾力作用下，這種平衡狀態(tài)能否保持，這就是穩(wěn)定性的雛形。如果將此概念運(yùn)用于綠洲生態(tài)系統(tǒng)，由于荒漠戈壁和綠洲獨(dú)特的氣候特征和表面性質(zhì)，即綠洲和其周邊的荒漠在物質(zhì)組成性質(zhì)上存在巨大差異，相對(duì)其周邊的荒漠地帶，綠洲的氣候則是一種特殊氣候。因此，綠洲生態(tài)系統(tǒng)在其運(yùn)特動(dòng)過(guò)程中必然受到系統(tǒng)氣候因子的變化的干擾，同時(shí)也會(huì)影響到原有系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。羅格平從“冷島效應(yīng)”角度定量化的研究氣候?qū)G洲穩(wěn)定性的影響，從而分析了整個(gè)綠洲內(nèi)部穩(wěn)定性的現(xiàn)狀，其表達(dá)式為：

從圖3及公式1的計(jì)算結(jié)果表明奇臺(tái)綠洲從1990-2002年13年中綠洲穩(wěn)定性波動(dòng)劇烈。13年中綠洲“冷島效應(yīng)”指數(shù)小于1的年份有7年，大于1的年份5年，指數(shù)最高發(fā)生在1998年為1.895，最低發(fā)生在2001年為0.4512。如果從公式（1）中影響綠洲穩(wěn)定性的因子蒸發(fā)（V均/vi）、降水（Pi/P均）、河流來(lái)水（wi/W均）中與綠洲穩(wěn)定性相關(guān)性的角度出發(fā)，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得出綠洲穩(wěn)定性與降水、徑流量、蒸發(fā)的相關(guān)系數(shù)（R）分別為0.8234、0.6250、0.4701。由此可以看出整個(gè)綠洲的穩(wěn)定性與降水量和河流徑流量呈現(xiàn)正相關(guān)。同時(shí)，從圖3的的數(shù)據(jù)波動(dòng)的表現(xiàn)也可以得出相似的結(jié)論。

2、結(jié)論與建議

綠洲穩(wěn)定性的研究是整個(gè)綠洲生態(tài)系統(tǒng)研究的一個(gè)重要方方面，從氣候角度出發(fā)，對(duì)從奇臺(tái)綠洲生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的氣候因子作出一定的分析，從而得出以下結(jié)論及建議：

2.1 通過(guò)反映綠洲生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的冷島效應(yīng)指數(shù)及其影響因子的分析，可以得出現(xiàn)階段整個(gè)奇臺(tái)綠洲的生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)與其降水及河流徑流量保持緊密的聯(lián)系，而降水與徑流都與氣候變化保持一定的關(guān)聯(lián)。應(yīng)此，雖然人類(lèi)在現(xiàn)階段無(wú)法在短時(shí)間對(duì)大尺度的氣候運(yùn)動(dòng)施加影響但是人類(lèi)可以人為地保證綠洲上、中、下游河流的穩(wěn)定徑流量，切實(shí)保護(hù)上游河流水源地。這是關(guān)系到綠洲本身及其周邊地區(qū)生態(tài)穩(wěn)定的關(guān)鍵性因素。

2.2 研究結(jié)果表明，由于綠洲人類(lèi)活動(dòng)改變了下墊面和地表粗燥度，增加了灌溉和植被，荒漠綠洲與其周?chē)幕哪啾?，有著冬暖夏涼、夜暖日涼的溫度調(diào)節(jié)特征，有著增濕的“濕島”效應(yīng)。同時(shí)，整個(gè)奇臺(tái)綠洲氣候發(fā)展趨勢(shì)與西北地區(qū)的氣候朝暖濕發(fā)展相同，但其干濕變化表現(xiàn)劇烈的現(xiàn)象也表明綠洲內(nèi)部由于綠洲開(kāi)發(fā)利用不當(dāng)，例如生態(tài)用水的減少造成綠洲天然植被的衰落所造成的水土流失，水流不穩(wěn)；過(guò)量超采地下水，破壞地下水資源引起植被死亡、土地旱化、沙漠化；過(guò)量灌溉，引起土地鹽堿化；濫砍亂伐，沙漠植被破壞引起沙丘活化、流沙再起等等造成綠洲退化及水土流失問(wèn)題。應(yīng)此，必須加強(qiáng)生態(tài)用水的供給，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)厮Y源的作用，進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)約用水，提高水的利用效率，保證生態(tài)環(huán)境需水量。

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