沙漠綠洲的開發(fā)與環(huán)境變化的相互影響

　　提　要　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。幾年來的沙漠綠洲氣候與防風林的研究、氣候資料的分析和實地考察表明，中國西部干旱區(qū)最近 43 年來的沙漠綠洲開發(fā)已改變著那里的局地氣候環(huán)境，使其向有利于人類和農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展著。在沙漠綠洲的開發(fā)利用與局地環(huán)境變化之間，存在著兩種截然相反的反饋作用：環(huán)境變好→綠洲發(fā)展→環(huán)境更好→綠洲再發(fā)展；環(huán)境惡化→綠洲退化→環(huán)境更壞→綠洲再退化，甚至消失。決定這兩種反饋作用的是大環(huán)境的變遷和綠洲開發(fā)利用中是否合理利用資源和按自然規(guī)律辦事。

　　關鍵詞　綠洲開發(fā)；環(huán)境變化

　　1 引言

　　沙漠、戈壁等干旱地帶占據(jù)著地球陸地的近 1/3。人類從很早以前就開始在不毛之地的沙漠中開發(fā)和利用沙漠綠洲。隨著人類人口的增加和科學技術的發(fā)展，沙漠綠洲的開發(fā)和利用就越來越重要。然而，地球環(huán)境的變化會很大程度地影響沙漠綠洲的開發(fā)和利用，反之沙漠綠洲的開發(fā)利用也會影響局地環(huán)境的改變。在我國現(xiàn)有的沙漠中，有不少的古代城鎮(zhèn)及水利設施的遺跡。這些遺跡的廢棄原因，大多與河流的改道和斷流以及戰(zhàn)爭相關，有的還不清楚[1]。近年有學者提出東亞游牧民的南遷與氣候的變化相關[2]。許多學者研究認為，隨著全球變化，我國干旱、半干旱區(qū)氣候在

　　變干[3～6]。然而，作者近來對我國干旱區(qū)氣候變化，特別是近 15 年來的變化研究表明，我國干旱區(qū)西部和東部的氣溫和降水變化是不同的。因此，研究我國干旱區(qū)環(huán)境變化與沙漠綠洲的開發(fā)和利用的關系有著很重要的意義。本文試圖總結沙漠綠洲氣候特點、綠洲防風林效益，結合近年來我國西部干旱區(qū)氣候環(huán)境及沙漠綠洲開發(fā)和利用的變化，闡明沙漠綠洲的開發(fā)與環(huán)境變化的相互影響關系，為今后綠洲開發(fā)與利用提供科學依據(jù)。

　　2 沙漠綠洲的氣候特點，防風設施的效益

　　2.1 沙漠與森林的地—氣系統(tǒng)能量交換的比較

　　我們知道，地—氣系統(tǒng)能量交換的各個分量是隨下墊面覆蓋、水分及大氣中的水分（云）等因素的不同而變化的。沙漠地帶由于空氣中水分（云）含量少，到達大氣上層的太陽能幾乎 95% 以上可以到達下墊面，而雨林地區(qū)只有約 70% 到達下墊面；由于反射率大和下墊面溫度高，到達下墊面的太陽能作為凈輻射能的部分在沙漠卻少于雨林；下墊面的凈輻射能在沙漠主要以顯熱交換形式傳給大氣，而雨林地主要以潛熱形式與大氣交換能量。因此，在大面積干旱荒漠地區(qū)，改變下墊面植被覆蓋及土壤物理特性，會對局地邊界層氣候產(chǎn)生影響，甚至可能影響全球氣候變化。

　　2.2 沙漠綠洲的氣候特點

　　通過對在我國新疆吐魯番距綠洲邊緣 1km 的風蝕地建立的自動氣象站與綠洲內氣象站資料的對比分析[7]結果表明：由于綠洲內的灌溉和植被的增加，改變了地—氣系統(tǒng)的能量交換。綠洲與鄰近的荒漠相比，反射率下降，風速降低，地中熱容量及熱流量增加。在夏季白天，地表溫度上升緩慢，凈輻射值增加，而得到的太陽能大部分被消耗在蒸散上，顯熱輸送卻比荒漠地少；在冬季夜間，地表溫度下降緩慢，凈輻射損失減少。其結果，綠洲內的氣溫和地表層溫度在冬季和夜間比荒漠地高，在夏季和白天比荒漠低�？芍^冬暖夏涼、夜暖日涼。在 7 月，自早晨 7～8 時（地方時 5～6 時）綠洲內氣溫開始低于荒漠地，直到 20 時；而在 12 月大部分時間綠洲內氣溫高于荒漠地，只有在 10～11 時到 15～16 時（地方時 13～14 時）綠洲內氣溫才低于荒漠地。7 月平均氣溫綠洲內比鄰近荒漠地低 1.1℃，12 月平均氣溫綠洲內高出鄰近荒漠地 2.4℃。如果測站伸入荒漠內，這種差異會更大。對于濕度和降水，由于測站距綠洲太近，加之儀器問題（濕球紗布的夏季積沙和冬季結冰），沒有明顯差異。但有研究表明綠洲有增加濕度和降水的“濕島”和增雨作用[8、9]。

　　2.3 綠洲防風設施的效益

　　沙漠綠洲的開發(fā)，為防止風沙，防風林等防風設施的建立是非常重要的。近年來作者在新疆吐魯番的研究表明[10、11、12]，干旱區(qū)綠洲防風設施（林、網(wǎng)）不僅有防風、防沙的作用，對氣候的緩和作用比濕潤的日本要大，能抑制土壤蒸發(fā)和植物蒸騰，以利水分的合理利用，促進作物生長。作物的生長高度和產(chǎn)量都隨防風林的防護距離有明顯的變化。另外，如上所述，在綠洲與荒漠之間存在有明顯的溫濕度差，這必然在它們之間有一個局地環(huán)流，防風設施通過降低風速，同時調節(jié)溫濕度的變化，增大綠洲效應。

　　3 43年來氣候環(huán)境的變化

　　3.1 平均氣溫和降水變化

　　作者選取處于我國西部干旱區(qū)大綠洲中的 13 個氣象站，計算了 43 年來（1951～1993 年）冬季（12～2 月）和夏季（6～8 月）平均氣溫和降水量的變化，發(fā)現(xiàn) 43 年來冬季平均氣溫增加了 2.0℃（若羌）～9.0℃（烏魯木齊），13 站平均增溫 3.0℃。但夏季平均氣溫卻下降了 1.5℃，在哈密甚至下降了 4.5℃。43 年來冬季降水沒有明顯的變化趨勢，而夏季降水量在多數(shù)站都有增加的趨勢，特別是近 15 年來（1977 年以來），降水量增加了 5%（若羌）～100%（塔城、和田等）。我國西部干旱區(qū)大綠洲中的 13 個氣象站 1951～1993 年夏季（6～8 月）和冬季（12～2 月）平均氣溫和降水量的逐年變化表明，近 15 年來我國西部干旱區(qū)氣候環(huán)境的變化結果與綠洲效應一樣，是冬暖夏涼、夏季雨水增加。

　　3.2 干旱指數(shù)（P／(t＋α)）的變化

　　為評價氣候環(huán)境變化對農(nóng)業(yè)的影響，作者計算了夏季 Martonne 干旱指數(shù)（AI=P/(t＋α)，這里 P 為降水量、t 為平均氣溫、α為系數(shù)，本文取 0）。Martonne 干旱指數(shù)越大，表明農(nóng)業(yè)依存于水或灌溉程度就越低，即氣候就越適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[13]。圖 1 給出 1951～1993 年我國西部干旱區(qū)大綠洲中的 13 個氣象站平均的標準化后的干旱指數(shù)逐年變化曲線及 5 年滑動平均、線性回歸和 5 次多項式回歸曲線�？梢钥闯�，干旱指數(shù)雖然波動很大，但在增加。特別是 5 年滑動平均表示出 50 年代后期的下降、60～70 年代的波動和 70 年代后期開始的大幅度上升，表明氣候環(huán)境向有利于人類和農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展著。

　　4 沙漠綠洲的開發(fā)與環(huán)境變化的相互影響

　　4.1 近年來沙漠綠洲開發(fā)與利用的變化

　　近 43 年來，中國西部干旱區(qū)綠洲擴大很快，新疆的耕地面積增加了近 1.4 倍。綠洲的擴大主要分兩個時期：50 年代到 60 年代初和近 15 年。早期的綠洲大多以自然植被的破壞和減少為代價。例如，在塔里木盆地塔里木河流域，1951～1958 年在原有植被的地帶擴大耕地面積 3648.5km2，而由于燃料及用材的需求，1958～1978 年天然胡楊林減少了 1748.9km2、沙漠化土地面積發(fā)展到 2.17萬km2[14]。而近 15 年的耕地擴大多是向沙漠要地，作者實地考察發(fā)現(xiàn)[15]，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以煤代柴使沙漠地帶植被的濫砍亂伐得到了很大程度的控制，同時防風林也長大成林。這些變化正與上述干旱指數(shù)的變化相對應。

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