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(kāi)始在不毛之地的沙漠中開(kāi)發(fā)和利用沙漠綠洲。隨著人類人口的增加和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，沙漠綠洲的開(kāi)發(fā)和利用就越來(lái)越重要。然而，地球環(huán)境的變化會(huì)很大程度地影響沙漠綠洲的開(kāi)發(fā)和利用，反之沙漠綠洲的開(kāi)發(fā)利用也會(huì)影響局地環(huán)境的改變。在我國(guó)現(xiàn)有的沙漠中，有不少的古代城鎮(zhèn)及水利設(shè)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(zhēng)相關(guān)，有的還不清楚[1]。近年有學(xué)者提出東亞游牧民的南遷與氣候的變化相關(guān)[2]。許多學(xué)者研究認(rèn)為，隨著全球變化，我國(guó)干旱、半干旱區(qū)氣候在
變干[3～6]。然而，作者近來(lái)對(duì)我國(guó)干旱區(qū)氣候變化，特別是近 15 年來(lái)的變化研究表明，我國(guó)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(guó)干旱區(qū)環(huán)境變化與沙漠綠洲的開(kāi)發(fā)和利用的關(guān)系有著很重要的意義。本文試圖總結(jié)沙漠綠洲氣候特點(diǎn)、綠洲防風(fēng)林效益，結(jié)合近年來(lái)我國(guó)西部干旱區(qū)氣候環(huán)境及沙漠綠洲開(kāi)發(fā)和利用的變化，闡明沙漠綠洲的開(kāi)發(fā)與環(huán)境變化的相互影響關(guān)系，為今后綠洲開(kāi)發(fā)與利用提供科學(xué)依據(jù)。

2 沙漠綠洲的氣候特點(diǎn)，防風(fēng)設(shè)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(gè)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(dá)大氣上層的太陽(yáng)能幾乎 95% 以上可以到達(dá)下墊面，而雨林地區(qū)只有約 70% 到達(dá)下墊面；由于反射率大和下墊面溫度高，到達(dá)下墊面的太陽(yáng)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(huì)對(duì)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(diǎn)

通過(guò)對(duì)在我國(guó)新疆吐魯番距綠洲邊緣 1km 的風(fēng)蝕地建立的自動(dòng)氣象站與綠洲內(nèi)氣象站資料的對(duì)比分析[7]結(jié)果表明：由于綠洲內(nèi)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(fēng)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(yáng)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(jié)果，綠洲內(nèi)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。可謂冬暖夏涼、夜暖日涼。在 7 月，自早晨 7～8 時(shí)（地方時(shí) 5～6 時(shí)）綠洲內(nèi)氣溫開(kāi)始低于荒漠地，直到 20 時(shí)；而在 12 月大部分時(shí)間綠洲內(nèi)氣溫高于荒漠地，只有在 10～11 時(shí)到 15～16 時(shí)（地方時(shí) 13～14 時(shí)）綠洲內(nèi)氣溫才低于荒漠地。7 月平均氣溫綠洲內(nèi)比鄰近荒漠地低 1.1℃，12 月平均氣溫綠洲內(nèi)高出鄰近荒漠地 2.4℃。如果測(cè)站伸入荒漠內(nèi)，這種差異會(huì)更大。對(duì)于濕度和降水，由于測(cè)站距綠洲太近，加之儀器問(wèn)題（濕球紗布的夏季積沙和冬季結(jié)冰），沒(méi)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(fēng)設(shè)施的效益

沙漠綠洲的開(kāi)發(fā)，為防止風(fēng)沙，防風(fēng)林等防風(fēng)設(shè)施的建立是非常重要的。近年來(lái)作者在新疆吐魯番的研究表明[10、11、12]，干旱區(qū)綠洲防風(fēng)設(shè)施（林、網(wǎng)）不僅有防風(fēng)、防沙的作用，對(duì)氣候的緩和作用比濕潤(rùn)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(jìn)作物生長(zhǎng)。作物的生長(zhǎng)高度和產(chǎn)量都隨防風(fēng)林的防護(hù)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(gè)局地環(huán)流，防風(fēng)設(shè)施通過(guò)降低風(fēng)速，同時(shí)調(diào)節(jié)溫濕度的變化，增大綠洲效應(yīng)。

3 43年來(lái)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(guó)西部干旱區(qū)大綠洲中的 13 個(gè)氣象站，計(jì)算了 43 年來(lái)（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(lái)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(lái)冬季降水沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，而夏季降水量在多數(shù)站都有增加的趨勢(shì)，特別是近 15 年來(lái)（1977 年以來(lái)），降水量增加了 5%（若羌）～100%（塔城、和田等）。我國(guó)西部干旱區(qū)大綠洲中的 13 個(gè)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(lái)我國(guó)西部干旱區(qū)氣候環(huán)境的變化結(jié)果與綠洲效應(yīng)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(píng)價(jià)氣候環(huán)境變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，作者計(jì)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(guó)西部干旱區(qū)大綠洲中的 13 個(gè)氣象站平均的標(biāo)準(zhǔn)化后的干旱指數(shù)逐年變化曲線及 5 年滑動(dòng)平均、線性回歸和 5 次多項(xiàng)式回歸曲線�？梢钥闯�，干旱指數(shù)雖然波動(dòng)很大，但在增加。特別是 5 年滑動(dòng)平均表示出 50 年代后期的下降、60～70 年代的波動(dòng)和 70 年代后期開(kāi)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(kāi)發(fā)與環(huán)境變化的相互影響

4.1 近年來(lái)沙漠綠洲開(kāi)發(fā)與利用的變化

近 43 年來(lái)，中國(guó)西部干旱區(qū)綠洲擴(kuò)大很快，新疆的耕地面積增加了近 1.4 倍。綠洲的擴(kuò)大主要分兩個(gè)時(shí)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(jià)。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(kuò)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(wàn)km2[14]。而近 15 年的耕地?cái)U(kuò)大多是向沙漠要地，作者實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)[15]，隨著經(jīng)濟(jì)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(shí)防風(fēng)林也長(zhǎng)大成林。這些變化正與上述干旱指數(shù)的變化相對(duì)應(yīng)。

4.2 綠洲的開(kāi)發(fā)與環(huán)境變化的相互影響

如上所述，沙漠綠洲有冬暖夏涼、夜暖日涼的溫度調(diào)節(jié)作用和增濕增雨的作用，而這些作用正好又適應(yīng)沙漠綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。所以，綠洲越發(fā)展，對(duì)環(huán)境調(diào)節(jié)作用就越大，從而綠洲就越能發(fā)展。反之，如果沙漠綠洲開(kāi)發(fā)利用不當(dāng)，如河流水源涵養(yǎng)林破壞引起水土流失，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，地下水位上升引起土地鹽堿化；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，則會(huì)使綠洲效應(yīng)減少，環(huán)境惡化，進(jìn)而使沙漠綠洲進(jìn)一步退化。也就是說(shuō)，在沙漠綠洲的開(kāi)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?zhàn)饔茫涵h(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。

5 結(jié)論

綜合幾年來(lái)的沙漠綠洲氣候與防風(fēng)設(shè)施效益的研究、氣候資料的分析和實(shí)地考察，可得以下結(jié)論及建議：

(1) 由于改變了下墊面和地表粗燥度，增加了水分（灌溉）和植被，沙漠綠洲與其周圍的沙漠相比，有著冬暖夏涼、夜暖日涼的溫度調(diào)節(jié)特性；有著增濕的“濕島”效應(yīng)；也可以有增雨作用。

(2) 綠洲防風(fēng)設(shè)施不僅有防風(fēng)、防沙的作用，還能抑制土壤蒸發(fā)和植物蒸騰，以利水分的合理利用；同時(shí)調(diào)節(jié)溫濕度的變化，增大綠洲效應(yīng)。

(3) 近 43 年來(lái)，特別是近 15 年來(lái)，中國(guó)西部干旱區(qū)的氣候環(huán)境有冬季升溫、夏季降溫增雨有利于人類和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的變化，但有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)山區(qū)降水等氣象要素的監(jiān)測(cè)。

(4) 近 43 年來(lái)，中國(guó)西部干旱區(qū)綠洲擴(kuò)大很快，新疆的耕地面積增加了近 1.4 倍。特別是近 15 年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，沙漠地帶植被的濫砍亂伐得到了很大程度的控制，同時(shí)植樹造林得到了很大發(fā)展。近年的氣候變化，特別是冬季的升溫與全球變化有關(guān)，而夏季的降溫增雨主要是綠洲的擴(kuò)大、防風(fēng)林的營(yíng)造和沙漠植被砍伐減少的結(jié)果。

(5) 在沙漠綠洲的開(kāi)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?zhàn)饔�。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?zhàn)饔玫氖谴蟓h(huán)境的變遷和綠洲開(kāi)發(fā)利用中是否合理利用資源和按自然規(guī)律辦事。近 15 年來(lái)中國(guó)西部干旱區(qū)的變化正是促使環(huán)境變好的反饋?zhàn)饔迷谄鹬饕饔玫慕Y(jié)果。但是，在水資源的有效合理利用方面，卻存在嚴(yán)重問(wèn)題。因此，今后合理開(kāi)發(fā)利用綠洲，對(duì)于局地環(huán)境的變化有著極其重要的意義。

(6) 由于人口的增加，向沙漠要地、要糧、要財(cái)富已成必然。但如果不能合理利用資源，盲目擴(kuò)大綠洲；過(guò)量使用地下水和破壞沙漠植被，可能導(dǎo)致沙漠化和環(huán)境的惡化，甚至綠洲的消失。對(duì)于中國(guó)西部干旱區(qū)而言，要有對(duì)以水資源為主的自然資源進(jìn)行區(qū)域性、流域性的總體評(píng)價(jià)和規(guī)劃，把開(kāi)發(fā)利用的重點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)利用節(jié)水栽培技術(shù)、改良灌溉設(shè)施等提高水資源利用率和提高單位面積生產(chǎn)力上，以適應(yīng)人口增加和環(huán)境變化的要求。

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