氣候變化及其影響下的奇臺綠洲生態(tài)穩(wěn)定性關(guān)系初探

曾瑜

【摘要】根據(jù)奇臺縣氣象局氣象歷史觀測資料，分析了整個奇臺綠洲近10a來的平均濕度及其4-10月中平均氣溫的變化趨勢以及反映綠洲穩(wěn)定性的“冷島效應(yīng)”指數(shù)。從分析的結(jié)果表明：①近10a來整個奇臺綠洲的氣溫呈上升趨勢，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奇臺綠洲內(nèi)部空氣濕潤程度朝濕潤化方向變化，在短期內(nèi)符合理論界對西北地區(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)眾多景觀中的一類的綠洲，是我國干旱區(qū)內(nèi)最為重要的部分，是西北干旱區(qū)人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是干旱區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的承載體。而整個綠洲所處的的干旱區(qū)是我國生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)，這種惡劣的自然地理條件是上萬億年的歷史自然形成的，但是由于人類活動及其它負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)境問題是綠洲經(jīng)濟、社會發(fā)展的所必須考慮的首要問題，而綠洲生態(tài)環(huán)境問題中的綠洲穩(wěn)定性則是其重點研究方向。從最近幾十年的研究成果所得出的結(jié)論來看，干旱區(qū)的農(nóng)業(yè)活動、特別是沙漠綠洲的開發(fā)，改變了地—氣系統(tǒng)的能量交換，西北地區(qū)綠洲所處的干旱、半干旱地區(qū)總體來說在變干，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，全國平均氣溫以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)動下，為整個西北地區(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)性和波動性，很難判斷究竟會出現(xiàn)多大范圍、長時間的變化。而西北地區(qū)是一個干旱、半干旱的脆弱環(huán)境，極易受到氣候波動的沖擊和強烈人類活動的干擾，從而為土地荒漠化提供了客觀基礎(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)沙活動就會增強而干旱區(qū)人類工農(nóng)業(yè)活動所導(dǎo)致的植被退化，土地的荒漠化等問題則直接影響綠洲內(nèi)部生態(tài)的穩(wěn)定性。

本文在實地調(diào)查的基礎(chǔ)之上，通過近十年來奇臺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

1.1 研究區(qū)域。本文所研究的奇臺綠洲是我國西北地區(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240km，東西寬60-150km，南部窄、北部寬，形成一斜長走廊，土地面積1.9×104km2。從天山以北至奇臺縣城依次為丘陵地、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：開墾河、新戶河、中葛河、碧流河、吉布庫河、達板河、根葛爾河、白楊河，地表年徑流量4.64×108m3。氣候上，奇臺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，全年日照時數(shù)為3053小時，平均無霜期為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，。奇臺綠洲的自然地理特征及氣候特征在整個新疆乃至西部地區(qū)具有典型意義，由于人類不合理的農(nóng)業(yè)活動，特別是從六十年代至今的對山區(qū)植被的亂砍、亂伐、濫樵對其局部氣候的影響加大，風(fēng)沙危害加大，土地荒漠化面積擴大，沙塵暴天氣次數(shù)逐年增多，十級大風(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。

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

從圖（1）中我們可以看出從1993-1997年的變化趨勢為迅速增長時期，其每年增長速度高達0.554℃/a，1997年后的5年時間里，其溫度上升趨勢則相對前5年較為緩，其增長速度為0.042℃/a。

1.3 濕度變化趨勢。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)過灌溉的土地，土壤濕潤，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。通過計算所的結(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)展趨勢處于上升態(tài)勢。從中可以得出奇臺綠洲內(nèi)部空氣濕潤程度加大，同時也印證了學(xué)術(shù)界對整個西部地區(qū)朝濕潤化發(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)，一個固體或一個力學(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。如果將此概念運用于綠洲生態(tài)系統(tǒng)，由于荒漠戈壁和綠洲獨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)在其運特動過程中必然受到系統(tǒng)氣候因子的變化的干擾，同時也會影響到原有系統(tǒng)的相對穩(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，從而分析了整個綠洲內(nèi)部穩(wěn)定性的現(xiàn)狀，其表達式為：

從圖3及公式1的計算結(jié)果表明奇臺綠洲從1990-2002年13年中綠洲穩(wěn)定性波動劇烈。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)過計算可以得出綠洲穩(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，從圖3的的數(shù)據(jù)波動的表現(xiàn)也可以得出相似的結(jié)論。

2、結(jié)論與建議

綠洲穩(wěn)定性的研究是整個綠洲生態(tài)系統(tǒng)研究的一個重要方方面，從氣候角度出發(fā)，對從奇臺綠洲生態(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)階段整個奇臺綠洲的生態(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，雖然人類在現(xiàn)階段無法在短時間對大尺度的氣候運動施加影響但是人類可以人為地保證綠洲上、中、下游河流的穩(wěn)定徑流量，切實保護上游河流水源地。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，由于綠洲人類活動改變了下墊面和地表粗燥度，增加了灌溉和植被，荒漠綠洲與其周圍的荒漠相比，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，整個奇臺綠洲氣候發(fā)展趨勢與西北地區(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題。應(yīng)此，必須加強生態(tài)用水的供給，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)厮Y源的作用，進一步加強節(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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