气候变化及其影响下的奇台绿洲生态稳定性关系初探

曾瑜

【摘要】根据奇台县气象局气象历史观测资料，分析了整个奇台绿洲近10a来的平均湿度及其4-10月中平均气温的变化趋势以及反映绿洲稳定性的“冷岛效应”指数。从分析的结果表明：①近10a来整个奇台绿洲的气温呈上升趋势，以前5a的上升速度最快，为0.554℃/a，在以后的5a中上升速度减缓为0.042℃/a。②奇台绿洲内部空气湿润程度朝湿润化方向变化，在短期内符合理论界对西北地区气候由暖干朝暖湿变化的结论。③根据“冷岛效应”指数从气候角度上上表明整个绿洲内部受气候影响其稳定性处在不稳定状态，其变化与其降水机和河流径流量保持较高的正相关性。

【关键词】气温；蒸发；干旱指数；冷岛效应

引言

作为干旱区内众多景观中的一类的绿洲，是我国干旱区内最为重要的部分，是西北干旱区人类赖以生存的物质基础，也是干旱区经济发展的承载体。而整个绿洲所处的的干旱区是我国生态环境最脆弱的地区，这种恶劣的自然地理条件是上万亿年的历史自然形成的，但是由于人类活动及其它负面影响因素的的干扰，加剧了其生态环境朝恶化方面发展。因此，生态环境问题是绿洲经济、社会发展的所必须考虑的首要问题，而绿洲生态环境问题中的绿洲稳定性则是其重点研究方向。从最近几十年的研究成果所得出的结论来看，干旱区的农业活动、特别是沙漠绿洲的开发，改变了地—气系统的能量交换，西北地区绿洲所处的干旱、半干旱地区总体来说在变干，而这种“变干”则体现气温上的提高。施雅风提出1987年以来西北地区的气候从暖干向暖湿转型。林学椿等人从1951到1989年的40a来，全国平均气温以0.04℃/10a的倾向率上升，西北地区降水也有增加。因此，在这种气候变化的驱动下，为整个西北地区的绿洲生态系统的稳定将起到一定的正面影响。但是，西北地区气候变暖的趋势也并不能从根本上改变干旱区干旱缺水的状况。即使西北的气候变得暖湿，但由于降水量的变化带有很大的地区性和波动性，很难判断究竟会出现多大范围、长时间的变化。而西北地区是一个干旱、半干旱的脆弱环境，极易受到气候波动的冲击和强烈人类活动的干扰，从而为土地荒漠化提供了客观基础，而干旱区本底环境是沙性土质，土层疏松，植被脆弱，抗风蚀能力低，一遇干旱年头，风沙活动就会增强而干旱区人类工农业活动所导致的植被退化，土地的荒漠化等问题则直接影响绿洲内部生态的稳定性。

本文在实地调查的基础之上，通过近十年来奇台绿洲的气候变化以及相关影响因素的分析，初步阐明绿洲的气候变化与绿洲稳定性之间的相互作用关系。

1、研究区域及气候变化趋势

1.1 研究区域。本文所研究的奇台绿洲是我国西北地区典型的天然—人工复合型绿洲，位于新疆维吾尔自治区东北部，欧亚大陆腹地，其南北长240km，东西宽60-150km，南部窄、北部宽，形成一斜长走廊，土地面积1.9×104km2。从天山以北至奇台县城依次为丘陵地、戈壁地和水浇地。农业生产需睡意天然降水、冰川融水和地下水为主。在其境内共有9条河流：开垦河、新户河、中葛河、碧流河、吉布库河、达板河、根葛尔河、白杨河，地表年径流量4.64×108m3。气候上，奇台绿洲受北冰洋冷空气和大西洋西风环流的影响，冬季常有较强冷空气入侵，夏季常有干燥炎热天气出现，年平均气温为5℃年降雨量不足173mm，年蒸发量为2087mm，全年日照时数为3053小时，平均无霜期为159天，降水量分布不均，山区多，平原少属典型的温带大陆性半荒漠干旱气候，。奇台绿洲的自然地理特征及气候特征在整个新疆乃至西部地区具有典型意义，由于人类不合理的农业活动，特别是从六十年代至今的对山区植被的乱砍、乱伐、滥樵对其局部气候的影响加大，风沙危害加大，土地荒漠化面积扩大，沙尘暴天气次数逐年增多，十级大风几乎每年多打30余次。从五十年代到七十年代沙漠向南移1.5km，沙漠前缘3-5km植被波怀殆尽，沙丘变为固定和半固定州沙丘，风沙以每年2.8-5m速度向绿洲前进。

1.2 10a中的4-10月平均气温变化趋势。4-10月为奇台绿洲内部农作物及其他植物生长、发育、成熟期，其气温度变化情况对于绿洲生态稳定状况具有一定的意义，所以本文根据奇台气象局观测资料中1993-2002年中4-10月的气温所得出的平均气温及2a滑动平均区线所得的奇台绿洲4-10月气温变化情况，总体来说在近十年来奇台绿洲4-10月气温呈上升趋势（图1）。

从图（1）中我们可以看出从1993-1997年的变化趋势为迅速增长时期，其每年增长速度高达0.554℃/a，1997年后的5年时间里，其温度上升趋势则相对前5年较为缓，其增长速度为0.042℃/a。

1.3 湿度变化趋势。湿度的变化是反映地区气候变化的重要因子之一。在干旱或半干旱地区，进行大面积的人工灌溉可以引起气候变化，产生所谓“绿洲效应”。经过灌溉的土地，土壤湿润，热容量增大，水份蒸发量也随之增加，土壤和近地面层气温的昼夜变化趋向和缓，相对湿度加大。就好比在沙漠中出现绿洲一样。大面积的灌溉可使局部范围内的气候相应改变，额外水份的蒸发将引起云、辐射和降水等气候变化。在本文中选用干旱指数作为气候干湿度的指标来反映气候变化的情况。干旱指数为r=E0/P，式中：r为干旱指数；E0为蒸发能力；p为降水量。通过计算所的结果（图2）表明虽然绿洲内部干旱指数起伏较大，其发展趋势处于上升态势。从中可以得出奇台绿洲内部空气湿润程度加大，同时也印证了学术界对整个西部地区朝湿润化发展的结论。

1.4 “綠洲稳定性”的变化。稳定性的概念，最早源于力学，一个固体或一个力学系统具有某一平衡状态，在微小的干扰力作用下，这种平衡状态能否保持，这就是稳定性的雏形。如果将此概念运用于绿洲生态系统，由于荒漠戈壁和绿洲独特的气候特征和表面性质，即绿洲和其周边的荒漠在物质组成性质上存在巨大差异，相对其周边的荒漠地带，绿洲的气候则是一种特殊气候。因此，绿洲生态系统在其运特动过程中必然受到系统气候因子的变化的干扰，同时也会影响到原有系统的相对稳定状态。罗格平从“冷岛效应”角度定量化的研究气候对绿洲稳定性的影响，从而分析了整个绿洲内部稳定性的现状，其表达式为：

从图3及公式1的计算结果表明奇台绿洲从1990-2002年13年中绿洲稳定性波动剧烈。13年中绿洲“冷岛效应”指数小于1的年份有7年，大于1的年份5年，指数最高发生在1998年为1.895，最低发生在2001年为0.4512。如果从公式（1）中影响绿洲稳定性的因子蒸发（V均/vi）、降水（Pi/P均）、河流来水（wi/W均）中与绿洲稳定性相关性的角度出发，经过计算可以得出绿洲稳定性与降水、径流量、蒸发的相关系数（R）分别为0.8234、0.6250、0.4701。由此可以看出整个绿洲的稳定性与降水量和河流径流量呈现正相关。同时，从图3的的数据波动的表现也可以得出相似的结论。

2、结论与建议

绿洲稳定性的研究是整个绿洲生态系统研究的一个重要方方面，从气候角度出发，对从奇台绿洲生态系统内部的气候因子作出一定的分析，从而得出以下结论及建议：

2.1 通过反映绿洲生态系统稳定性的冷岛效应指数及其影响因子的分析，可以得出现阶段整个奇台绿洲的生态系统的稳定状态与其降水及河流径流量保持紧密的联系，而降水与径流都与气候变化保持一定的关联。应此，虽然人类在现阶段无法在短时间对大尺度的气候运动施加影响但是人类可以人为地保证绿洲上、中、下游河流的稳定径流量，切实保护上游河流水源地。这是关系到绿洲本身及其周边地区生态稳定的关键性因素。

2.2 研究结果表明，由于绿洲人类活动改变了下垫面和地表粗燥度，增加了灌溉和植被，荒漠绿洲与其周围的荒漠相比，有着冬暖夏凉、夜暖日凉的温度调节特征，有着增湿的“湿岛”效应。同时，整个奇台绿洲气候发展趋势与西北地区的气候朝暖湿发展相同，但其干湿变化表现剧烈的现象也表明绿洲内部由于绿洲开发利用不当，例如生态用水的减少造成绿洲天然植被的衰落所造成的水土流失，水流不稳；过量超采地下水，破坏地下水资源引起植被死亡、土地旱化、沙漠化；过量灌溉，引起土地盐碱化；滥砍乱伐，沙漠植被破坏引起沙丘活化、流沙再起等等造成绿洲退化及水土流失问题。应此，必须加强生态用水的供给，充分发挥当地水资源的作用，进一步加强节约用水，提高水的利用效率，保证生态环境需水量。

参考文献：

[1]耿宽宏.中国沙区的气候[M].北京：科学出版社，1986.

[2]ZHANG Q， CHENG.Dry and wet variation in china in recent 30 years[J].Scientific Atmospheric Science，1992（15）：72-81.

[3]叶笃正，陈泮勤.中国的全球变化的预研究[M].北京：地震出版社，1992.

[4]朱震达，陈广庭等.中国土地沙质荒漠化[M].北京：科學出版社，1994.

[5]Lin Xuechun Yu Shunqiu.Climate trend in china for the last 40 years[J].Meteorological Monthly，1990，16（10）：16-21.