绿洲的气候模型

六、绿洲的气候模型

1.绿洲像一个塑料大棚

在中科院大气物理研究所“黑河地气相互作用的试验研究”课题中，其探空资料发现在绿洲上空100m左右有一逆温层，使得绿洲地面的空气上升受阻，热量和水汽的交换减弱，这就好像上面有一个塑料大棚把整个绿洲罩住，而在大棚内产生了温室效应。

塑料大棚在农业上掀起了一场所谓的“白色革命”，为反季节种植和农业增产增收起到巨大的作用。那么塑料大棚在气候上有什么机理呢?一般认为可以增温、保温、保湿，减少水分蒸发，当然也就可以节水。如果绿洲真是一个巨大的塑料大棚的话，它也应当有以上功能。

那么“冷岛效应”又怎么理解呢?不是与“大棚”的功能相反吗?其实只要有现场亲身体验，就可以理解这些情况了。盛夏，在偌大的戈壁滩上，白昼温度(气温)可以达40℃～50℃，地面温度达60℃～70℃。而绿洲内部日中气温也不过30℃多一点，自然感到非常凉爽。绿洲内树木很多，在树荫下那当然更惬意了。所以说绿洲具有“冷岛效应”。从气候学上说，绿洲具有海洋般气候，对于沙漠气候来说，自然是一个“冷岛”。在巨大的“塑料大棚”内接收的太阳辐射一部分转化为热量(供蒸发等消耗)，一部分被绿色植物所吸收，进行光合作用。因此“大棚”内的气温不会很高。“大棚”内减少了水气的外逸，因而保持了较高的湿度。蒸发量的大小，决定于饱和差和风速。夏季绿洲内的风速很小，这有防风林带的作用。在河西西部多出现大风的地区如安西、玉门等县，夏季风也不大。饱和差成为影响蒸发的主要因素。绿洲内湿度较大，饱和差当然就小了，蒸发量必然减少。这就是绿洲内单位面积耗水量小的根本原因。

2.绿洲外围的水汽交换

绿洲上空虽然有逆温层，但仍有一定数量的水汽交换，这些外逸的水量就应当等于绿洲总耗水量。这些水汽增加了外围空气的湿度。水汽通量一部分是正值，流向上空；在外围沙漠和戈壁上空则是负值，即方向向下。这些水气那里去了?根据观测已知，水气进入沙漠之中，产生了沙漠凝结水。见作者《沙漠及沙漠水问题的探索》一文。热季沙漠被日晒增温，在盛夏中午，沙表面温度可以达60℃～70℃，而沙层下20厘米以下地温则只有20℃～23℃，因此就产生了凝结水，使沙层20～60厘米深处形成湿沙层。这是沙生植株生存的基本水分来源。

凝结水四月份就有了，兰州周围地区的铺砂田土壤墒情已相当可观。由于绿洲外围沙中有凝结水产生，因此我们可以充分利用这一自然条件，发展外围沙生植被，以形成绿洲外围的防护性植被带，达到天然生态环境和人工生态环境的有机结合。

这里提出了三个问题，一个是绿洲的气候模型，一个是沙漠凝水，一个是铺沙田。对这些问题只是有了些感性认识，要把感性认识提高到理性认识，就是用现代科学技术方法去分析去总结，使其升华为科学的成果，以便用来指导西部水资源的科学利用问题。这些课题是新颖的，它的意义非同小可，如果研究成功，应当属于世界领先。我们为什么不做呢?

3.绿洲的生产力水平

太阳能和水资源是自然生产力的基本要素。在西部地区只要有一个稳定的水资源供应机制，太阳能是慷慨的。绿洲体系提供了这样的条件。

绿洲因为是以农业生产为主体，所以它的生产力应主要体现在单位农田面积的产出量和单位水量的产出量上。不用货币表现，产出量可用总的干物质或粮食的数量来表示，单位水量的产粮量为水分利用效率。兹列出一组数据以做比较(表9)，表中张、临、高亩用水量按净耗水量计算。可以看出张掖地区水的利用率均居前列。

表9　水分利用效率表

4.关于吨粮田问题

关于吨粮田的问题，也多有争论。过去二十多年来作为一种最先进的耕作技术推广。近年来由于搞节水工程，所以限制吨粮田的种植。根据作者1990年调查了解，高台县种的吨粮田最多，其比例约占耕田的2/3。吨粮田即带田，其种植方法是一垅小麦带，一垅玉米带。小麦带宽度约为玉米的一倍。三月中旬种小麦，四月清明过后种玉米。当小麦收割时(七月中旬)，玉米苗与小麦齐高。小麦收割后，给玉米施化肥，浇一水，很快长高。产量小麦为800斤，玉米1200斤。张、临、高灌区耕地面积206.7万亩。若按2/3种吨粮田，则可产137.8万吨粮食。其余可种植其他作物。

1995年甘肃省粮食播种面积4393万亩，产量128亿斤，单产291斤/亩，仅相当于吨粮田的15%。这里我们看到增产粮食的最乐观的途径。当前国家大抓粮食生产，这不是最好的办法吗?吨粮田需浇水7～8次，总需水量在500m³/亩以上。但是它的收获量远超过了水量的增加，大大提高了水的利用效率。再则，只要我们理解了关于闭合绿洲的净耗水规律，就不会为吨粮田增加用水量而担心。

5、关于绿洲的降级问题

前面我们已经讨论了过量节水会给绿洲带来负面效应。即把密集型绿洲降为标准绿洲甚或次级绿洲，这是从绿洲的密集度而言。从生态景观来说，植被度是一个非常重要的指标。植被度指一个区域植物群落生长的盍度，及其生长率(茂盛或衰弱)，它与干旱指数有密切关系。当干旱指数(r=)小时，蒸发量相对较小。当干旱指数等于1时，E=P，在这种情况下，生态景观达到最优化，植被度极好。当干旱指数大时，其蒸发能力迅速增加，半干旱地区r值为3～7，干旱区r＞7。

在河西密集型绿洲中，将干旱指数公式改为

式中E绿洲一绿洲总蒸发量，Wi灌溉总净耗水量。事实上绿洲总蒸发量等于灌区总净耗水量，因此β=1，这就相当于干旱指数为1的情况。

这里要把灌溉用水量与灌溉耗水量区别开来。因为灌溉用水量有重复利用问题，而且是多次重复问题。

水量多次重复利用以后，水会大量浓缩，使矿化度增加，据上游和下游实测水质资料表明：黑河莺落峡平均矿化度为0.35g/L，梨园河梨园堡为0.34g/L，而黑河下游正义峡矿化度为0.62g/L。经分析张、临、高盆地多年盐分的进入与排出量基本是平衡的，见《河西水资源调查评价及合理利用研究》。

张掖盆地下面是一个巨大的地下水库，它的有效库容只是其最上层的一小部分。正义峡水文断面的河床最低处就是它的死水位。每年5、6月份，正义峡断流，但灌区除上游来水外(一般春季河水量偏小)，大量引用泉水及井灌，这部分水量肯定是挖掘了“死库容”的水量。七、八、九月洪水季节，河水反灌，补给了地下水，于是正义峡不但能出流而且还要下泄大量的洪水，周而复始，这就是闭合盆地水平衡的要旨。