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浅析张掖国家湿地公园在气象方面的价值

发布:2021-02-20 15:32:49   点击:

  内容提要:湿地作为地球上一个重要的复合生态系统,对全球气候变化、环境保护、经济发展等方面有着不菲的价值。张掖国家湿地公园,作为我国湿地生态系统的组成部分,在改善局域气候条件、涵养水源、调节地表水径流量、防风固沙、维护生态平衡等方面作用效果显著。根据近30年来观测得到的气象水文资料显示,张掖地区的气候特征正逐步向暖湿型气候过度,作为张掖地区温和型绿洲区之一的甘州区近几年来降水幅度呈现递增趋势。甘州区是全国重要的粮食种植区,属于资源缺水型地区,春季播种期降水量直接影响作物发芽生长,近5年来,该地区春季降水增加明显,促进了地区粮食种植,直接关系到农业增产增收,张掖地区近年来大风、沙尘等灾害性天气发生频率、强度均有所下降。

  张掖国家湿地公园是我国在甘肃首个国家级湿地公园,也是我国首个在内陆河流域上的湿地公园。张掖位于中国地势的第二大阶梯上,“两山夹一川”的地理特征明显,受大气环流和青藏高原、内蒙古高原的共同作用,除祁连山地区属高寒半湿润、湿润性气候外,其余大部分地区均属于温带干旱性气候,因其深处内陆走廊盆地,外加南部高峻的祁连山阻隔,海洋性温湿气流不易到达,所以内部降水稀少,然而蒸发旺盛,山多川少,属于缺水地区之一[1]。如何解决居民正常用水、涵养水源是张掖人民需致力解决的问题。湿地无疑是张掖绿洲这一内陆干旱区脆弱生态系统的保护伞,因其水源涵养和水资源调蓄、净化水质、维护生物多样性、防止沙漠化和改善区域外气候等生态作用明显,只有深入了解湿地对各个气象要素的作用,才能更好的发挥该生态系统的价值,为人民创造更好的生活环境,提供更多的经济效益。

  1.张掖湿地公园概况

  张掖国家湿地公园规划区处于黑河中游祁连山洪积扇前缘和黑河古河道及泛滥平原的潜水溢出地带,位于张掖市甘州区城郊北部,与市区紧密相连,地理位置介于东经100°06′—100°54′,北纬38°32′—39°24′。区划面积6.2万亩[2]。地下水渗出是其主要水源,北郊湿地内有天然泉眼12202个、渠道3条、人工引水排阴沟17条[3] 。张掖国家湿地公园区气候属于明显的温带大陆性气候,其显著特点是:年降雨量只有129毫米,并且年内降水时间分布很不均匀,集中在6到9月份,占全年降水量的71.9%,而春季降水总量只达到全年14%左右;但是年蒸发量高达2047毫米,干旱指数高达10.3;昼夜温差大,日照充足,太阳年辐射总量147.99千卡/平方米,年日照时数达到3085小时;多年平均气温为7℃,历年最高气温为37.4℃,最低气温为 -28℃,无霜期153天。全年盛行西北风,年均风速2米/秒,最大风速36米/秒,年均大风日数14.9天,最多天数40天,最少3天。灾害性天气有大风、沙尘暴、干热风、干旱、霜冻、初春低温等[4]。

  2.近10年来区域气候变化特征

  2.1 温度变化

  结合李名骥、石培基对张掖地区近38年以来气候变化分析[5],从20世纪70年代至21世纪初,甘州区平均气温逐步上升,在1990年到2000年气温增高幅度达到0.47℃,在2000年到20006年升温幅度达到0.71摄氏度,在2006年到2010年升温幅度回降到0.45℃。甘州区位于张掖市中部,是冷凉型绿洲区与温和型绿洲区的交界处,由于张掖地区地理位置特殊,再加上甘州区处于一个类似的小盆地中,温度波动较全国而言具有滞后性,全国气温达到极高值是20世纪末也就是1998年左右,而甘州区在2002年左右,在这一时间区间内,升温幅度也比以往较大,而在2002年之后升温幅度减小(图1)。

  据资料显示,过去100年内,去全国平均气温升高0.65℃,而甘州区仅在2000年到2010年这10年间就升温1.05℃,远比全国平均升温速度快,赵宗慈等指出,在温室气体和硫化物共同作用下,模拟西北地区近百年气温变暖为-0.430~0.961℃[6] ,甘州区在10年间地面温度升高幅度超过这一指标,说明该地区变暖加剧,究竟会对地区生态系统造成什么样的影响,还有待观测与研究。甘州区是全国重点粮食、蔬菜生产基地,对于农作物来说,温度较高会直接影响其授粉和灌浆,轻者导致粮食减产,重度者直接绝收。湿地具有良好的固碳作用,全球湿地占地球陆地面积的6.4%,但其碳汇能力却与全球七成海洋碳汇能力相当[7]。保护和恢复湿地,增加湿地对温室气体的吸收和储存,是减缓气候变化的一项重要措施。

  2.2湿度变化

  甘州区近10年来空气相对湿度如图2所示,自2000年甘州区空气相对湿度总体呈上升趋势,这也是甘州区向温湿型地区转变的一个信号。经过湿地表面的水汽蒸发及植被蒸腾作用,一部分水汽会被带到大气中,参与大气中水汽循环,使空气湿度增加,使气温有所下降,起到调节局域气候的作用。当水汽凝结,以降水的形式回落到陆地,又会增加局地降水量(图3),对比图2、图3,不难发现在甘州区,空气湿度与降水量基本成正比关系,尤其是2007年到2010年,空气湿度与降水量曲线走势一致。湿地能起到湿润环境和调控温度的作用,会使局地气候趋于稳定[8]。

  2.3降水变化

  甘州区地理环境复杂,影响甘州区种植的因素也很复杂,比如温度、风速、降水等。春季播种期间,如果气温过低,冻土难以消融或消融土层过浅,会导致部分作物错过播种期影响产量。比如今年(2011年),春季气温回升过慢,有些冬季灌溉过的土地未能按时令及时消融,部分地区错过了小麦播种期,部分农户直接选择放弃小麦种植,改种其它作物。还有一种气象灾害会直接影响该地区的粮食产量,那就是春旱。甘州区降水时段集中在7到9月份,而春季降水少(图3)。今年春季,在玉米发芽期,因为土壤含水量不足以植物正常发芽,降雨量又小,有些地区玉米在播种后未能发芽,有些农户不得不选择补种,费时费力。

  湿地能影响局地气候,能影响一个地区的降水量,能保持当地的湿度和降雨量,甘州区近10年来降水量总体呈现一个上升的态势(图3),尤其在07年之后,甘州区年降水量均在135ml以上。张掖市是个农业城市,发展起步晚,近几年来发展迅速,城市化建设过程中还遗留了一部分问题,比如市区绿化还有待加强,城市热岛效应明显,而毗邻市区的湿地公园在调节城市小气候过程中效果也尤为显著。张掖市国家湿地公园一方面是为了发展当地旅游,而我认为它在改善地区生态中的作用会远高于此,张掖地区人民靠祁连山雪水生活,现在全球气温升高明显,温室效应显著的情况下没有即时可行的办法来缓解温室效应,祁连山雪水势必越来越少,黑河流量在这种趋势下也会只减不增,会直接导致张掖人民若干年后用水局势紧张。湿地具有良好的涵养水源的作用,一定程度上会增加局域降水量,使水汽较长时间在该地区循环、停留,缓解空气增温速率,从而减小祁连山区雪线抬升的速率,是今后地区发展的保障。

  2.4灾害性天气发生频数变化

  大风沙尘暴是河西走廊地区比较常见的灾害性天气,在春夏两季大风发生频率较高(图7),尤其在春季,大风严重时会直接影响农作物生长,导致减产。张掖地区水资源不丰富,春夏季升温时地面增温快,容易形成强对流天气,最终形成大风和沙尘天气。而湿地具有削减风速的作用,如图6所示,甘州区近10年来大风发生频率明显减少,原因之一是该地区植被覆盖率明显增加,李明骥、石培基利用TM影像和土地详查资料得出张掖市自1986年到2005年间只林地面积就增加24.54%,牧地面积增加73.08%[9]。地表植被单一或者区域干旱严重极易导致水土流失、土壤沙漠化,湿地内涵因子复杂,不仅保护了生物多样性,还有利于防止土壤沙漠化,位于甘州区的国家湿地公园,植被丰富,挺水植物、浮水植物、沉水植物、湿生植物、盐生植物与陆生乔灌林木、草原植被、荒漠植被镶嵌分布,形成的西部绿洲生态系统在我国西北干旱区具有典型性,世界范围内也具有独特性[10],生态价值显著,也能起到一定的防风固沙作用,因此甘州区几年来大风发生频率降低的重要原因之一就是局域气候得以改善,在这当中湿地扮演了相当重要的角色。

  既然湿地有削减风速的作用,那么它就能减少沙尘暴的发生频率,据测定新疆博斯腾湖湿地附近气温比该地区远离湿地地区的气温低3℃,发生沙尘暴的天数减少了25%[10]。沙尘暴也是甘州区多年来频发的灾害性天气之一,在甘州区沙尘暴一般发生在春夏两季,尤其是在春季农耕时节,它对农业温室大棚和耕地保温薄膜危害相当大,降低大气透明度,严重影响农业生产安全和交通安全,给人们生活带来不便,在此期间发生沙尘暴的频率和强度都值得我们关注。恢复湿地、保护湿地就能在一定程度上减小沙尘暴的危害,根据资料显示(图8),在2006年到2010年间沙尘暴发生累计发生次数比2001年至2005年沙尘暴发生次数减少了50%以上,甘州区近年来恢复湿地的工作初见成效。

  2.5黑河水流量变化

  表1.2000年至2010年黑河水量

  Tab.1 The black river discharge during 2000--2010

  年度 年径流量(万立方米)总流量

  莺落峡正义峡

  200014625765000211257

  200113045467600198054

  200216161391280252893

  2003192295120352312647

  200414782570896218721

  2005183458110753294211

  200617934486380265724

  2007206891121803328694

  2008190107116132306239

  2009210821118403329224

  201017251198352270863

  备注:2006年数据可能有误,正义峡9、10月无水量

  黑河是全国第二大内陆河,黑河水是张掖地区人民赖以生存的宝贵资源,甘州区气候近年来向温湿型转变,气温骤然升高,祁连山雪线抬升,局部降水量增加,导致黑河流量稳中有升,这是气候转变的标志之一。如何稳定祁连山雪线,除了遏制全球气温持续升高,增加局地空气湿度,补偿一部分消融的冰雪也是可取的方法。张掖地区之所以是资源匮乏性缺水地区是因为该地区绿化面积比例小,年蒸发量大,无法有效涵养水汽。建造人工湿地,人工绿化带,增加水汽在局地的循环次数,也是改善张掖地区干旱气候的有效手段。

  近几年来黑河不仅肩负着滋养张掖人民的重任,还担当改善内蒙地区的生态环境的责任,从20世纪60年代至90年代,因为全国生态环境极度恶化,内蒙古居延海曾一度干涸,沙尘暴肆虐,1992年之后,因为人们开始着力于生态环境的保护与恢复工作,年年加大力度调度黑河水至居延海,截止2002年居延海重新焕发生机,当地生态环境也得以改善,现在放眼望去,居延海一片汪洋,波光粼粼,野鸭成群。

  3.湿地与人们日常活动

  “不望祁连山顶雪,错把张掖看江南”,这是诗人杜甫游览张掖后留下的美句,甘州区虽然不大,但是经过这几年建设,终于无愧于“塞北小江南”的美誉,湿地为这片土地增色不少。在经济发展的今天,湿地与张掖人民的日常生活休戚相关,湿地资源的开发无疑为这片历史悠久的农耕之城寻找出了新的发展契机。

  甘州区湿地也是城北居民生活用水、工业生产用水和农业灌溉用水的水源。位于城北的乌江镇,自唐朝武则天命甘州刺史李汉通在甘州屯田引种水稻,甘州区就开启了种植水稻的历史,乌江大米因气候条件适宜,光照充足,生长周期长,味道格外醇香,曾一度成为贡米。明朝诗人郭绅有诗云:“甘州城北水云乡,每至秋深一望黄。穗老连畴多秀色,实繁隔陇有余香。”足见湿地对地区经济和人民生活的影响。甘州区地下水资源丰富,与湿地水资源相得益彰,相互调节,从湿地到蓄水层的水可以成为地下水系统的一部分,又可以为周围地区的工农生产提供水源。如果湿地受到破坏或消失,就无法为地下蓄水层供水,地下水资源就会减少。除此之外,湿地净化水资源的作用也不可小觑,甘州区市区的大部分生活污水排放后,因为地下水比较浅,如果没有湿地的净化,地下水很容易遭污染,将直接威胁到居民的正常的生活用水。

  湿地是甘州区人民生活的保护伞,甘州区地理环境复杂,大满红沙沙漠、丹霞地貌地区空气是十分干燥的,如果没有湿地向大气补充水汽,来补充这些高蒸发地区的水份,甘州区沙漠化不是没有可能,整个张掖地区的气象灾害发生的频率也会徒增,气候恶化势必导致环境恶化,而环境恶化会进一步加速气候恶化,造成气候与环境恶化的恶性循环。

  4.结论

  一) 近10年来甘州区降水量和空气温度均波动上升,在2007年之前波动幅度还比较大,之后3年二者波动幅度相对减缓,空气湿度也呈现上什趋势,并且上升趋势稳定,说明甘州区气候正在朝温湿型气候转变。张掖地区气候变化具有滞后性,自07年以来甘州区年降水量比之前明显增多,体现湿地调节气候因子的作用。

  二) 自07年之后,大风发生频率明显减少,甘州区近几年绿化面积增加,降水量增加,空气湿度增加,这些都是大风、沙尘天气明显减少的重要原因。湿地具有增加局域空气水汽含量的作用,增加降水量,湿地中植被具有很好的防风固沙作用,因此张掖湿地的对生态恢复、环境改善具有重要作用。

  三) 湿地具有很强的固碳能力,随着城市经济发展,城市碳放量肯定会激增,如何控制碳排放量是值得关注的问题,湿地固碳能力是国际公认的,恢复湿地、保护湿地、利用湿地,减缓全球气候变暖的脚步,营造绿色生态甘州。

  四) 调节流量,控制洪水:湿地是一个巨大的蓄水库,可以在暴雨和河流涨水期储存过量的降水,均匀地把径流放出,减弱危害下游的洪水,因此保护湿地就是保护天然储水系统。

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