沙漠綠洲開發研究論文

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提要

干旱區的農業活動、特別是沙漠綠洲的開發，改變了地—氣系統的能量交換。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，中國西部干旱區最近43年來的沙漠綠洲開發已改變著那里的局地氣候環境，使其向有利于人類和農業的方向發展著。在沙漠綠洲的開發利用與局地環境變化之間，存在著兩種截然相反的反饋作用：環境變好→綠洲發展→環境更好→綠洲再發展；環境惡化→綠洲退化→環境更壞→綠洲再退化，甚至消失。決定這兩種反饋作用的是大環境的變遷和綠洲開發利用中是否合理利用資源和按自然規律辦事。

關鍵詞綠洲開發；環境變化

1引言

沙漠、戈壁等干旱地帶占據著地球陸地的近1/3。人類從很早以前就開始在不毛之地的沙漠中開發和利用沙漠綠洲。隨著人類人口的增加和科學技術的發展，沙漠綠洲的開發和利用就越來越重要。然而，地球環境的變化會很大程度地影響沙漠綠洲的開發和利用，反之沙漠綠洲的開發利用也會影響局地環境的改變。在我國現有的沙漠中，有不少的古代城鎮及水利設施的遺跡。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、半干旱區氣候在

變干[3～6]。然而，作者近來對我國干旱區氣候變化，特別是近15年來的變化研究表明，我國干旱區西部和東部的氣溫和降水變化是不同的。因此，研究我國干旱區環境變化與沙漠綠洲的開發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氣候環境及沙漠綠洲開發和利用的變化，闡明沙漠綠洲的開發與環境變化的相互影響關系，為今后綠洲開發與利用提供科學依據。

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—氣系統能量交換的比較

我們知道，地—氣系統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，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。可謂冬暖夏涼、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，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]，干旱區綠洲防風設施（林、網）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流，防風設施通過降低風速，同時調節溫濕度的變化，增大綠洲效應。

343年來氣候環境的變化

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，發現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氣候環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（P／(t＋α)）的變化

為評價氣候環境變化對農業的影響，作者計算了夏季Martonne干旱指數（AI=P/(t＋α)，這里P為降水量、t為平均氣溫、α為系數，本文取0）。Martonne干旱指數越大，表明農業依存于水或灌溉程度就越低，即氣候就越適合農業生產[13]。圖1給出1951～1993年我國西部干旱區大綠洲中的13個氣象站平均的標準化后的干旱指數逐年變化曲線及5年滑動平均、線性回歸和5次多項式回歸曲線。可以看出，干旱指數雖然波動很大，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，表明氣候環境向有利于人類和農業的方向發展著。

4沙漠綠洲的開發與環境變化的相互影響

4.1近年來沙漠綠洲開發與利用的變化

近43年來，中國西部干旱區綠洲擴大很快，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，作者實地考察發現[15]，隨著經濟的發展，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的變化相對應。

4.2綠洲的開發與環境變化的相互影響

如上所述，沙漠綠洲有冬暖夏涼、夜暖日涼的溫度調節作用和增濕增雨的作用，而這些作用正好又適應沙漠綠洲農業生產。所以，綠洲越發展，對環境調節作用就越大，從而綠洲就越能發展。反之，如果沙漠綠洲開發利用不當，如河流水源涵養林破壞引起水土流失，水流不穩；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，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，則會使綠洲效應減少，環境惡化，進而使沙漠綠洲進一步退化。也就是說，在沙漠綠洲的開發利用與局地環境變化之間，存在著兩種截然相反的反饋作用：環境變好→綠洲發展→環境更好→綠洲再發展；環境惡化→綠洲退化→環境更壞→綠洲再退化，甚至消失。

5結論

綜合幾年來的沙漠綠洲氣候與防風設施效益的研究、氣候資料的分析和實地考察，可得以下結論及建議：

(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、夜暖日涼的溫度調節特性；有著增濕的“濕島”效應；也可以有增雨作用。

(2)綠洲防風設施不僅有防風、防沙的作用，還能抑制土壤蒸發和植物蒸騰，以利水分的合理利用；同時調節溫濕度的變化，增大綠洲效應。

(3)近43年來，特別是近15年來，中國西部干旱區的氣候環境有冬季升溫、夏季降溫增雨有利于人類和農業生產的變化，但有必要進一步加強對山區降水等氣象要素的監測。

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

(5)在沙漠綠洲的開發利用與局地環境變化之間，存在著兩種截然相反的反饋作用。環境變好→綠洲發展→環境更好→綠洲再發展；環境惡化→綠洲退化→環境更壞→綠洲再退化，甚至消失。決定這兩種反饋作用的是大環境的變遷和綠洲開發利用中是否合理利用資源和按自然規律辦事。近15年來中國西部干旱區的變化正是促使環境變好的反饋作用在起主要作用的結果。但是，在水資源的有效合理利用方面，卻存在嚴重問題。因此，今后合理開發利用綠洲，對于局地環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、要財富已成必然。但如果不能合理利用資源，盲目擴大綠洲；過量使用地下水和破壞沙漠植被，可能導致沙漠化和環境的惡化，甚至綠洲的消失。對于中國西部干旱區而言，要有對以水資源為主的自然資源進行區域性、流域性的總體評價和規劃，把開發利用的重點放在開發利用節水栽培技術、改良灌溉設施等提高水資源利用率和提高單位面積生產力上，以適應人口增加和環境變化的要求。

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本文關鍵詞：沙漠綠洲環境變化相互影響