北疆近41 年气候变化趋势及其对生态环境的影响研究①

北疆近41年气候变化趋势及其对生态环境的影响研究①刘丽娜1李梦隐2(1.新疆正天华能环境工程技术有限公司乌鲁木齐830011;2.浙江大学工程学系自动化专业杭州310007)摘要:本文选取新疆北疆地区19个气象站台的1961-2001年的气象资料,分析了北疆地区年最高气温、年最低气温以及降水量变化。研究表明:近41年北疆的气候变化是显著的,表现在温度升高、降水增加等方面。日最高气温的增温率小于日最低气温的增温率。气温升高和降水变化具有明显的季节性差异,冬季的增温最为显著,降水偏多主要在冬季和夏季。气候变化趋势对北疆地区的生态环境有利有弊,明显的变暖、变湿趋势对北疆的生态与环境有积极影响,有利于北疆地区的农业生产,对国民经济的发展具有促进作用。关键词:北疆气候变化生态环境影响20世纪80年代后期以来,新疆气候在变暖变湿的同时,沙尘天气出现的日数也在明显减少,出现了气候由暖干向暖湿转型的强劲信号[1]。新疆气候向“暖、湿”方向变化,引起了学术界和社会上的关注。虽有许多学者对新疆气候变化作了研究,但只是讨论年均温的变化趋势,而年均温可能掩盖了一些极端气温的变化,不能很好反映很好气候的变化。本文将对新疆北疆地区的气候变化从年均温、年平均日最高气温、年平均日最低气温、年降水量的时间变化趋势进行分析,并着重比较最高气温、最低气温和年均温的变化差异,以及它们的季节变化差异、气候变化对绿洲环境、水资源、农业生产等的影响。北疆地区是新疆国民经济最为发达的地区,研究该地区41年来的气候变化趋势及其带来的影响具有重要的实际意义和经济价值,为北疆地区经济的迅速发展提供可靠的科学依据。1研究区概况新疆南北疆以天山山脊线为界,北疆的行政区包括了五地州、四市和两县,即阿勒泰地区、伊犁地区、塔城地区、昌吉地区、博尔塔拉自治州、乌鲁木齐市、石河子市、奎屯市、克拉玛依市,及哈密地区的巴里坤县和伊吾县。总面积44880300hm2,占新疆总面积的27.24%。这个区域由于水资源相对比较丰沛,交通、文化比较发达,是新疆国民经济发展的重心所在[2]。2资料来源及分析方法2.1资料来源资料来源:中国地面气象资料数据集站点选取:选取中国地面气象资料数据集中代表北疆的阿勒泰、富蕴、和布克赛尔、克拉玛依、精河、奇台、石河子、哈巴河、青河、福海、吉木乃、塔城、托里、阿拉山口、温泉、乌苏、蔡家湖、达板城及乌鲁木齐19个气象站。选取了19个站台的日平均气温、日最高气温、日最低气温和年积温等气象要素来分析。2.2分析方法与过程本文用VF和Excel处理温度和降水资料,拟采用下列方法来分析所取得的气象资料:3北疆地区气候变化特征3.1平均气温的变化3.1.1平均气温的年变化由年均温的时间变化曲线图1可以清楚的看到41a以来北疆地区年均温总体的趋势是增高的,其中1963年形成一个高峰。1964-1972年均气温偏低,都在趋势线以下,1969年为41年来的最冷年(3.5℃)。随后都在趋势线附近波动。1984年达到41年来的次最低温(3.8℃),随后气温一直回升,1997年达到41年来的最高温(7.2℃)。从1997年以后平均气温一直在趋势线以上波动。新疆北疆地区1961-2001年年均气温时间变化曲线图(℃)年代春季夏季秋季冬季20世纪60年代7.821.65.4-14.620世纪70年代6.821.86.1-13.920世纪80年代7.421.86.1-12.620世纪90年代8.022.16.3-12.13.1.2平均气温的季节变化由表1,可以看出北疆地区从20世纪的60年代到90年代,各个季节的平均气温都在升高。其中冬季的升高幅度最大,20世纪90年代比60年代升高1.5℃。而春季的变化较复杂,20世纪70年代比20世纪60年代平均气温有所下降,下降1℃。随后一直都在升高,90年代比60年代升高了0.2℃。夏季和秋季的变化分别是0.5℃和0.9℃。3.2年平均日最高气温的时间变化由图2可见,41a以来北疆地区日最高气温变化的总体趋势是趋平稍有降低,从日最高温度的曲线图可以看出其总体趋势是:1962、1965、1968年气候日最高气温偏高,随后最高气温一直下降,到1970年形成一个低谷。1988年后又在50年来的趋势线上下波动,20世纪末日最高气温达到最高值,其总体趋势和年均温的变化具有相似性。3.3年平均日最低气温的时间变化由图3可以看出,北疆地区最低温度41年来的变化与年平均温度、日最高温度总体趋势是一致的但是还是有很大的不同:新疆北疆地区平均日最低气温在1955年-1960年是偏低的,为50年来最低的时段,1960年是50年来日平均气温的最低点(-0.751℃)。60年代最低气温的上升幅度较大,1963年达到峰值(3.904℃),1997年达到50年来的最高水平(4.23℃)。计算出北疆地区41年来年平均日最低气温的一元线形方程为Y=0.0356x+1.4051,41a以来的年平均日最低气温的增温率为0.356℃/10a,其增温幅度大于年均温和年平均日最高气温的增温率。4降水变化特征从图4可以看出近41年来降水量逐年增加,但降水变率很大。5气候变化对北疆地区环境的影响评估全球气候变化对干旱和半干旱地区的影响,引起了人们的关注,但各家说法不一,甚至完全对立。慈龙骏认为:在全球变化影响下,我国干旱区范围扩大及荒漠化加深,若CO2倍增,温度上升4.0℃,荒漠化面积扩大70.6×104km2,平均每年增加6947km2[3]。但赵名茶(1993)则认为:一些干旱区将会演变成半湿润区,干旱区的范围会缩小。以上两种预测,是在今后50～100年,需要实践检验的。但从北疆近41ａ气候情景来说,由于降水显著增加,不存在气候干旱所导致荒漠化扩大,这个时间能持续多久,还不能确定。6气候变化对北疆地区绿洲环境的影响近半个世纪以来,北疆气候在变暖增湿的总趋势下,人工灌溉绿洲的扩大,使绿洲小气候环境得以改善。首先,由于灌溉水面扩大及植物蒸腾的加强,增加了绿洲的相对湿度,降低了地表的最高温度,改变了荒漠水热条件,创造了绿洲水热平衡。第二,由于植被和较湿润的地面,减少了地表的反射率,增加了对地表辐射的吸收,使辐射平衡值增大,温度变化趋于和缓。第三,绿洲中繁茂的植被,特别是农田防护林,具有阻摩消耗风力和保护地面功能,减低土壤风蚀和沙暴,所以绿洲小气候对作物生长和人类生活都是十分有利的[4]。7气候变化对北疆地区水资源的影响气候变化对水资源配置的影响是复杂的。气候变暖导致水分蒸发加剧,水资源消耗增加,也造成准葛尔盆地内水分的内循环加快,有利于形成新的降水。气候变暖冰川融水的增加有利于缓解水资源紧张,但冰川扩大消融与暴雨结合往往会使洪水和泥石流灾害大量发生,造成水资源的浪费和灾害损失[5]。在近80年中,气候变化使天山雪线和冰川的进退受到影响。作为乌鲁木齐河源的天山1号冰川,从1979年起直线下降,以年平均0.24～0.26m的速度减薄,较20世纪50～60年代0.05～0.06m/年的减薄速度明显增大。通过对乌鲁木齐大西沟站1959～1998年的气象资料的分析表明,冰川变化与气候变暖基本同步[6]。8气候变化对北疆地区农业生产的影响对半干早地区的北疆来说,气候变暖、降水增加与其带来的灾害相比有利的方面可能会更多一点,因为这会使气候带和农业带有向北推移的趋势。一般来讲,在中纬度地区,气温增高1℃,气候带将向北推移200～300km[7]。因此如果气候继续维持目前的变化趋势,这无疑会对北疆农牧业生产的结构和布局产生重大影响。北疆的作物以小麦和棉花为主,气候的变暖趋势将使小麦的安全种植北界北移、小麦种植海拔上限。当年平均温度上升1℃时,冬小麦生育期大于0℃积温增加约100～300℃·日,冬麦区越冬期缩短,实际生长天数延长,冻害和霜冻危害将有所减轻,高温和干热风危害加重。变暖所带来的热量条件对棉花生产有利,宜棉地区的范围可能扩大,棉花生育期可延长15天左右,最佳结铃期由目前的30～45天延长到45～60天,霜前花率将上升12%～20%。在变湿的条件下,将为棉花生产供应更多的水分条件,棉花产量将上降,棉田杂草和病虫危害机率可能上升。9结果与讨论综上分析,新疆北疆地区1961-2001年来气候变化有以下主要趋势和特征:(1)近41年新疆的气候变化是显著的,表现在温度升高、降水增加等方面;(2)日最高气温的增温率(0.185℃/10a)大于而最日最低气温的增温率(0.356℃/10a);(3)20世纪80年以来,降水显著增加,但降水变率很大,极端降水发生的年份增多,易造成旱涝灾害;(4)气候变暖和降水变化具有明显的季节性差异,冬季的增温最为显著,降水偏多主要在冬季和夏季;(5)气候变暖变湿的趋势对北疆的生态环境有利有弊,明显的变暖变湿趋势对新疆的生态与环境有积极影响,有利于北疆地区的农业生产,对国民经济的发展具有促进作用。