北疆近41年氣候變化趨勢及其對生態環境的影響研究

劉麗娜　李夢隱

摘要:本文選取新疆北疆地區19個氣象站臺的1961-2001年的氣象資料,分析了北疆地區年最高氣溫、年最低氣溫以及降水量變化。研究表明:近41年北疆的氣候變化是顯著的,表現在溫度升高、降水增加等方面。日最高氣溫的增溫率小于日最低氣溫的增溫率。氣溫升高和降水變化具有明顯的季節性差異,冬季的增溫最為顯著,降水偏多主要在冬季和夏季。氣候變化趨勢對北疆地區的生態環境有利有弊,明顯的變暖、變濕趨勢對北疆的生態與環境有積極影響,有利于北疆地區的農業生產,對國民經濟的發展具有促進作用。

關鍵詞:北疆氣候變化生態環境影響

中圖分類號:X82 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0111-03

20世紀80年代后期以來,新疆氣候在變暖變濕的同時,沙塵天氣出現的日數也在明顯減少,出現了氣候由暖干向暖濕轉型的強勁信號[1]。新疆氣候向“暖、濕”方向變化,引起了學術界和社會上的關注。雖有許多學者對新疆氣候變化作了研究,但只是討論年均溫的變化趨勢,而年均溫可能掩蓋了一些極端氣溫的變化,不能很好反映很好氣候的變化。本文將對新疆北疆地區的氣候變化從年均溫、年平均日最高氣溫、年平均日最低氣溫、年降水量的時間變化趨勢進行分析,并著重比較最高氣溫、最低氣溫和年均溫的變化差異,以及它們的季節變化差異、氣候變化對綠洲環境、水資源、農業生產等的影響。北疆地區是新疆國民經濟最為發達的地區,研究該地區41年來的氣候變化趨勢及其帶來的影響具有重要的實際意義和經濟價值,為北疆地區經濟的迅速發展提供可靠的科學依據。

1 研究區概況

新疆南北疆以天山山脊線為界,北疆的行政區包括了五地州、四市和兩縣,即阿勒泰地區、伊犁地區、塔城地區、昌吉地區、博爾塔拉自治州、烏魯木齊市、石河子市、奎屯市、克拉瑪依市,及哈密地區的巴里坤縣和伊吾縣。總面積44880300hm2,占新疆總面積的27.24%。這個區域由于水資源相對比較豐沛,交通、文化比較發達,是新疆國民經濟發展的重心所在[2]。

2 資料來源及分析方法

2.1 資料來源

資料來源:中國地面氣象資料數據集

站點選取:選取中國地面氣象資料數據集中代表北疆的阿勒泰、富蘊、和布克賽爾、克拉瑪依、精河、奇臺、石河子、哈巴河、青河、福海、吉木乃、塔城、托里、阿拉山口、溫泉、烏蘇、蔡家湖、達板城及烏魯木齊19個氣象站。選取了19個站臺的日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫和年積溫等氣象要素來分析。

2.2 分析方法與過程

本文用VF和Excel處理溫度和降水資料,擬采用下列方法來分析所取得的氣象資料:

3 北疆地區氣候變化特征

3.1 平均氣溫的變化

3.1.1 平均氣溫的年變化

由年均溫的時間變化曲線圖1可以清楚的看到41a以來北疆地區年均溫總體的趨勢是增高的,其中1963年形成一個高峰。1964-1972年均氣溫偏低,都在趨勢線以下,1969年為41年來的最冷年(3.5℃)。隨后都在趨勢線附近波動。1984年達到41年來的次最低溫(3.8℃),隨后氣溫一直回升,1997年達到41年來的最高溫(7.2℃)。從1997年以后平均氣溫一直在趨勢線以上波動。

3.1.2 平均氣溫的季節變化

由表1,可以看出北疆地區從20世紀的60年代到90年代,各個季節的平均氣溫都在升高。其中冬季的升高幅度最大,20世紀90年代比60年代升高1.5℃。而春季的變化較復雜,20世紀70年代比20世紀60年代平均氣溫有所下降,下降1℃。隨后一直都在升高,90年代比60年代升高了0.2℃。夏季和秋季的變化分別是0.5℃和0.9℃。

3.2 年平均日最高氣溫的時間變化

由圖2可見,41a以來北疆地區日最高氣溫變化的總體趨勢是趨平稍有降低,從日最高溫度的曲線圖可以看出其總體趨勢是:1962、1965、1968年氣候日最高氣溫偏高,隨后最高氣溫一直下降,到1970年形成一個低谷。1988年后又在50年來的趨勢線上下波動,20世紀末日最高氣溫達到最高值,其總體趨勢和年均溫的變化具有相似性。

3.3 年平均日最低氣溫的時間變化

由圖3可以看出,北疆地區最低溫度41年來的變化與年平均溫度、日最高溫度總體趨勢是一致的但是還是有很大的不同:新疆北疆地區平均日最低氣溫在1955年-1960年是偏低的,為50年來最低的時段,1960年是50年來日平均氣溫的最低點(-0.751℃)。60年代最低氣溫的上升幅度較大,1963年達到峰值(3.904℃),1997年達到50年來的最高水平(4.23℃)。

計算出北疆地區41年來年平均日最低氣溫的一元線形方程為Y=0.0356x+1.4051,41a以來的年平均日最低氣溫的增溫率為0.356℃/10a,其增溫幅度大于年均溫和年平均日最高氣溫的增溫率。

4 降水變化特征

從圖4可以看出近41年來降水量逐年增加,但降水變率很大。

5 氣候變化對北疆地區環境的影響評估

全球氣候變化對干旱和半干旱地區的影響,引起了人們的關注,但各家說法不一,甚至完全對立。慈龍駿認為:在全球變化影響下,我國干旱區范圍擴大及荒漠化加深,若co2倍增,溫度上升4.0℃,荒漠化面積擴大70.6×104km2,平均每年增加6947km2[3]。但趙名茶(1993)則認為:一些干旱區將會演變成半濕潤區,干旱區的范圍會縮小。以上兩種預測,是在今后50～100年,需要實踐檢驗的。但從北疆近41ａ氣候情景來說,由于降水顯著增加,不存在氣候干旱所導致荒漠化擴大,這個時間能持續多久,還不能確定。

6 氣候變化對北疆地區綠洲環境的影響

近半個世紀以來,北疆氣候在變暖增濕的總趨勢下,人工灌溉綠洲的擴大,使綠洲小氣候環境得以改善。首先,由于灌溉水面擴大及植物蒸騰的加強,增加了綠洲的相對濕度,降低了地表的最高溫度,改變了荒漠水熱條件,創造了綠洲水熱平衡。第二,由于植被和較濕潤的地面,減少了地表的反射率,增加了對地表輻射的吸收,使輻射平衡值增大,溫度變化趨于和緩。第三,綠洲中繁茂的植被,特別是農田防護林,具有阻摩消耗風力和保護地面功能,減低土壤風蝕和沙暴,所以綠洲小氣候對作物生長和人類生活都是十分有利的[4]。

7 氣候變化對北疆地區水資源的影響

氣候變化對水資源配置的影響是復雜的。氣候變暖導致水分蒸發加劇,水資源消耗增加,也造成準葛爾盆地內水分的內循環加快,有利于形成新的降水。氣候變暖冰川融水的增加有利于緩解水資源緊張,但冰川擴大消融與暴雨結合往往會使洪水和泥石流災害大量發生,造成水資源的浪費和災害損失[5]。在近80年中,氣候變化使天山雪線和冰川的進退受到影響。作為烏魯木齊河源的天山1號冰川,從1979年起直線下降,以年平均0.24～0.26m的速度減薄,較20世紀50～60年代0.05～0.06m/年的減薄速度明顯增大。通過對烏魯木齊大西溝站1959～1998年的氣象資料的分析表明,冰川變化與氣候變暖基本同步[6]。

8 氣候變化對北疆地區農業生產的影響

對半干早地區的北疆來說,氣候變暖、降水增加與其帶來的災害相比有利的方面可能會更多一點,因為這會使氣候帶和農業帶有向北推移的趨勢。一般來講,在中緯度地區,氣溫增高1℃,氣候帶將向北推移200～300km[7]。因此如果氣候繼續維持目前的變化趨勢,這無疑會對北疆農牧業生產的結構和布局產生重大影響。

北疆的作物以小麥和棉花為主,氣候的變暖趨勢將使小麥的安全種植北界北移、小麥種植海拔上限。當年平均溫度上升1℃時,冬小麥生育期大于0℃積溫增加約100～300℃·日,冬麥區越冬期縮短,實際生長天數延長,凍害和霜凍危害將有所減輕,高溫和干熱風危害加重。變暖所帶來的熱量條件對棉花生產有利,宜棉地區的范圍可能擴大,棉花生育期可延長15天左右,最佳結鈴期由目前的30～45天延長到45～60天,霜前花率將上升12%～20%。在變濕的條件下,將為棉花生產供應更多的水分條件,棉花產量將上降,棉田雜草和病蟲危害機率可能上升。

9 結果與討論

綜上分析,新疆北疆地區1961-2001年來氣候變化有以下主要趨勢和特征:

(1)近41年新疆的氣候變化是顯著的,表現在溫度升高、降水增加等方面;

(2)日最高氣溫的增溫率(0.185℃/10a)大于而最日最低氣溫的增溫率(0.356℃/10a);

(3)20世紀80年以來,降水顯著增加,但降水變率很大,極端降水發生的年份增多,易造成旱澇災害;

(4)氣候變暖和降水變化具有明顯的季節性差異,冬季的增溫最為顯著,降水偏多主要在冬季和夏季;

(5)氣候變暖變濕的趨勢對北疆的生態環境有利有弊,明顯的變暖變濕趨勢對新疆的生態與環境有積極影響,有利于北疆地區的農業生產,對國民經濟的發展具有促進作用。

參考文獻

[1] 施雅風,沈永平,胡汝驥.西北氣候由暖干向暖濕轉型的信號、影響和前景初步探討[J].冰川凍土,2002,24(3):219-226.

[2] 王延祿.我國建立、引用和驗證氣象干旱指標綜述[J].干旱區地理,1990,13(3):80-86.

[3] 王堰,李雄,廖啟龍.青藏高原近50年來溫度變化特征的研究[J].干旱區地理,2004,27(1):41-45.

[4] 刁平,等.烏魯木齊河源地氣候與冰川變化特征及其對徑流的影響[J].新疆氣象,2000(1).

[5] 徐羹慧,陸幗英.新疆氣候變化與生態環境關系的近期研究[J].新疆氣象,2004,27(2),1-4.

[6] 龔原,袁玉江.新疆北疆氣候對地表水資源變化的影響與評估[J].干旱區地理,2000,23(3):207-213.

[7] Gao Ge,Huang Chaoyin 2001:Climate Change and Its ImPact on Water Resources in North China[J].Advances in AtmosPheric Sciences,2001,18(5):718-732.