西北干旱區(qū)綠洲系統(tǒng)溫濕場特征

閆一丹

甘肅省氣象設備公司，甘肅蘭州 730030

綠洲又稱為沃洲、沃野、水草田、沃地、泉地、澤園、綠島等。沙漠、戈壁等干旱地帶占據(jù)地球陸地面積近1/3。我國是世界上沙漠戈壁分布較廣的國家之一。我國干旱半干旱地區(qū)的總面積約占國土面積的52.5%，其中25.5%是沙漠、戈壁和沙漠化的土地，即極端干旱的土地[1]。綠洲和戈壁地區(qū)相互依存是我國西部干旱、半干旱地區(qū)的一種比較特殊的生態(tài)景觀。在我國西北地區(qū)95%以上為荒漠地，綠洲僅有4%～5%，綠洲面積很小，卻養(yǎng)育了絕大多數(shù)的人口（95%以上）。

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)類型及其來源、處理方法

1.1 研究區(qū)域

金塔綠洲是西北地區(qū)典型的人工灌溉形成的三角形綠洲，位于98°39′E～99°08′E，39°56′N～40°17′N之間，面積約為2 152 km2，處于黑河中游，在甘肅酒泉地區(qū)東北部，河西走廊中段北側(cè)。該地區(qū)地勢平坦,海拔高度差僅84 m。土質(zhì)優(yōu)良，以灌淤土、潮土(草甸土)、風沙土等土壤類型為主，綠洲周邊為典型的灰棕漠土。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

根據(jù)數(shù)據(jù)資料，應用綠洲范圍內(nèi)地面、800 hPa和500 hPa平均溫度，重點分析綠洲站點和戈壁站點2008年6月10日—8月5日的數(shù)據(jù)資料，通過分析各自在不同高度的溫度場特征，以及在同一高度的不同地區(qū)的溫度場，得出結(jié)果。

2 觀測結(jié)果與分析

2.1 綠洲溫度場的平均分析

分 析2008年6月10日18:00—2008年8月5日18:00金 塔 綠 洲 在00:00、06:00、12:00、18:00（世界時）4個時間段地面2 m處平均溫度可知，綠洲與戈壁地區(qū)溫度變化情況基本一致，但在相同時段內(nèi)變化幅度不同。世界時00:00（北京08:00）近地面2 m處溫度，綠洲溫度與戈壁地區(qū)溫度差小，最高溫度出現(xiàn)在綠洲北邊且范圍較大，大約為24℃，最低溫度為21.3℃，綠洲中南部有此時的最低溫度區(qū)域；世界時06:00（北京14:00）近地面2 m處溫度，此時綠洲里的溫度與其周圍綠洲的溫度基本相同，最高溫度約為31℃，最低溫度為25.5℃，綠洲與其周圍戈壁的溫度差在2℃左右，綠洲南邊的最低溫度與戈壁地區(qū)的溫差達到5℃及其以上，下墊面的不同，致使綠洲溫度低于戈壁地區(qū)，綠洲冷島效應不明顯；世界時12:00（北京20:00）近地面2 m處的溫度，綠洲溫度低于戈壁地區(qū)，綠洲溫度與戈壁地區(qū)溫度差達到5℃左右，但是在綠洲南邊的溫差卻更大；世界時18:00（北京02:00）近地面2 m處溫度，綠洲和戈壁地區(qū)的整體溫度下降，溫差縮小，綠洲與其周圍地區(qū)的溫差大約為3℃。造成綠洲與其周圍地區(qū)的溫度差的原因可能是下墊面的不同，綠洲有綠色植被和充足的水資源，陽光直射面積比戈壁地區(qū)小，升溫較慢。戈壁地區(qū)由于沒有植被等阻擋，陽光可以直接照射，再加上戈壁地區(qū)的比綠洲升溫快，致使戈壁地區(qū)溫度升高速度快于綠洲。而且降溫也比綠洲快，晝夜溫差大，并且綠洲最低溫度中心均在綠洲中心偏南位置，從地面2 m氣溫可以很明顯地看出綠洲冷島效應[2]。

分析2008年6月10日18:00—2008年8月5日18:00金 塔 綠 洲 在00:00、06:00、12:00、18:00（世 界 時）4個 時 間段800 hPa處的平均溫度。世界時00:00（北京08:00）800 hPa高度處的溫度，此時綠洲里的溫度與其周圍綠洲的溫度基本相同，最高溫度約為19.7℃，最低溫度為19℃，可見綠洲溫度低于戈壁地區(qū)，綠洲里的溫度與戈壁地區(qū)最大溫度差只有約0.7℃，溫度出現(xiàn)明顯的西低東高現(xiàn)象；世界時06:00（北京14:00）800 hPa高度處的溫度，綠洲溫度明顯比戈壁地區(qū)溫度小，最高溫度出現(xiàn)在綠洲西南邊，大約在23.5℃，最低溫度約為22.7℃，綠洲的中間部分有此時的最低溫度區(qū)域；世界時12:00（北京20:00）800 hPa高度處的溫度，溫度呈現(xiàn)西高東低的現(xiàn)象，溫度差減小，約為0.5℃；世界時18:00（北京時02:00）800 hPa高度處的溫度，氣溫仍然呈現(xiàn)西低東高的現(xiàn)象，溫度差基本不變，約為0.65℃。由于800 hPa的高度風速比地面2 m處的大，并且有冷空氣從西面進入，使得綠洲的冷島效應只有在06:00可以較明顯，這個時刻的綠洲溫度明顯低于周圍地區(qū)，綠洲上空形成了冷中心。文莉娟等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在金塔綠洲上空形成冷中心的影響因素中綠洲的作用是不可或缺的, 冷中心的確是由綠洲與沙漠地表熱力差異所激發(fā)的。

2.2 綠洲溫度場的站點分析

為更好地說明綠洲的冷島效應，通過對比戈壁站點和綠洲站點的地表溫度(tsk）/℃。圖1顯示了綠洲站點和戈壁站點的地表溫度。從圖中可知，戈壁的地表溫度遠高于綠洲，戈壁地表最高溫度在60℃左右，而綠洲地區(qū)的最高溫度約為42℃。最低溫度綠洲與隔壁相差不大，約為10℃。圖1中戈壁的地表溫度的變化很大，即晝夜溫差大，下墊面的不同和綠洲的小氣候可能是戈壁比綠洲晝夜溫差大的原因。從圖1中可以很明顯地看出綠洲的冷島效應。戈壁的溫度高于綠洲，戈壁升溫降溫率也大，其可能原因有2種：一是綠洲里的高大植被的保溫作用，可以有效保護綠洲的溫度變化過快，使得其升溫或降溫的速率下降；二是綠洲有河流等經(jīng)過綠洲，水的比熱大，使綠洲氣溫的變化小。

圖1 戈壁站點、綠洲站點的地表溫度

圖2表示的是戈壁和綠洲站點從世界 時2008年6月10日18:00—2008年8月5日18:00近地面2 m處氣溫的整體變化趨勢。從圖2可知，近地面2 m處戈壁與綠洲的氣溫的變化趨勢基本相同。其最高溫度與最低溫度差可以達到20℃。如果綠洲站點某一天的溫度變化小，則戈壁站點溫度變化也不大。

圖2 戈壁和綠洲站點近地面2 m處氣溫

表1表明了在同一時次，自動氣象站4的溫度最高。世界時00:00（北京08:00），由于地理緯度和下墊面等原因，自動氣象站4的溫度稍高，其余3個站點的溫度差在1℃左右。世界時06:00（北京14:00），可能由于植被等原因，綠洲溫度高于戈壁地區(qū)。世界時12:00（北京20:00），這時戈壁與自動氣象站2溫度與06:00的相差不大，但是綠洲站點和自動氣象站4的溫度與06:00相差較大，在3℃以上，此時綠洲站點的溫度明顯低于戈壁地區(qū)，其可能原因是太陽照射角發(fā)生改變而使溫度下降。世界時18:00（北京02:00），戈壁降溫快，約為6.7℃，而綠洲地區(qū)約為5℃。從整體來看，戈壁站點離綠洲站點的地理緯度近，可以作對比。

表1 近地面2 m處的平均氣溫 ℃

近地面2 m處的平均氣溫的比較結(jié)果說明在此高度上綠洲溫度較低，是冷島。但是，綠洲和其周圍的戈壁等地組成了一個較大的生態(tài)系統(tǒng)，綠洲與戈壁地區(qū)有熱量和能量的傳遞、輸送。表2中的數(shù)據(jù)是綠洲站點、戈壁站點、自動氣象站2和自動氣象站4這4個站點在不同高度處的平均溫度。

圖3描繪了戈壁站點和綠洲站點近地面2 m處一天的平均氣溫變化，比較發(fā)現(xiàn)，沙漠和綠洲的氣溫變化趨勢是基本一致的，最低值基本出現(xiàn)在06:00，最大值出現(xiàn)在17:00前后，綠洲與沙漠的最大溫差出現(xiàn)在04:00～06:00以及20:00左右。從圖中看出，綠洲一天除11:00～18:00之間的氣溫比沙漠戈壁高以外，其他時間氣溫都低于沙漠戈壁地區(qū)。綠洲和戈壁地區(qū)的溫差是夜晚大于白天，11:00～12:00綠洲和戈壁溫差最小，約為0.15℃。在02:00～03:00，綠洲的降溫速度明顯大于戈壁地區(qū)，在其后降溫速度則基本保持一致。06:00以后，溫度開始升高，此時戈壁地區(qū)溫度升高速度明顯快于綠洲。19:00以后，氣溫迅速下降，但戈壁氣溫高于綠洲，到06:00達到最低值，此時戈壁的溫度約為19.9℃，而綠洲為18.8℃。綠洲的這種白天和夜晚的溫度差正好符合植被生長。

圖3 戈壁站點和綠洲站點近地面2 m處日平均溫度

由表2數(shù)據(jù)可知，在地表和地面2 m高度上戈壁的平均溫度最高，并且地表溫度高于地面2 m處的氣溫，與綠洲站點相比，戈壁站點地表溫度高于綠洲站點約為7℃，近地面2 m處溫差相對很小，約為0.3℃。850 hPa高空上戈壁溫度低于綠洲約2℃。綠洲和戈壁

表2 戈壁站點、綠洲站點、自動氣象站1、3不同高度上的平均氣溫 ℃

在700 hPa高度上平均溫度相差很小，約為0.2℃，500 hPa高度上溫度差為0.3℃左右。由于空氣流動速度快和沒有強冷空氣南下可能是在這2個高度上溫差很小的原因。自動氣象站2、4的在近地面的溫度不同的可能原因有2個：一是站點的位不置同，自動氣象站2在綠洲的西南，而自動氣象站4則在可能會形成局地環(huán)流，綠洲的冷島通過湍流交換或局地環(huán)流等方式與周圍環(huán)境進行能量和物質(zhì)交換，這種相互作用一方面向周圍戈壁地區(qū)擴散涼濕空氣，從而改善周圍環(huán)境小氣候，另一方面形成冷島內(nèi)特有的一系列行星邊界層結(jié)構(gòu)特征[4]。綠洲的西北；二是下墊面的不同，自動氣象站2的下墊面是棉花，而自動氣象站4則是玉米[5]。

3 結(jié)束語

通過分析說明，在地表和近地面，綠洲的氣溫低于沙漠戈壁地區(qū)。在800 hPa及以上高度，由于空氣流動速度快等原因，綠洲氣溫與沙漠戈壁地區(qū)的差異表現(xiàn)不明顯，但是在世界時06:00 表現(xiàn)得很明顯，綠洲溫度低，相對于周圍沙漠戈壁地區(qū)是一個冷源，即綠洲有冷島效應。綠洲的冷島通過湍流交換或局地環(huán)流的形式與周圍環(huán)境進行能量和物質(zhì)交換，綠洲的這種冷島效應可以向周圍的戈壁等地區(qū)擴散溫度較低的空氣，也可以形成綠洲內(nèi)獨特的綠洲景觀。

綠洲的這種較涼爽的環(huán)境在很大程度上有助于植物生長，因為可以減弱植被蒸騰作用和地面水分蒸發(fā)作用，保證植被生長的所需水分。這也就證實了在戈壁和沙漠地區(qū)種植少量的樹木和草不易成活的原因，有助于人們在戈壁地區(qū)種草種樹和進行農(nóng)業(yè)開發(fā)利用。