黑河流域不同尺度绿洲蒸散发过程与自维持机制研究

The stability of oases in the Heihe river basin is a fundamental matter of sustainable development of economic society in local and even the whole Hexi Corridor. However, the oasis ecosystem that interspersed in the desert is extremely fragile. The specific evapotranspiration process and the "wet island effect" in the oasis are the foundation of oasis self-maintaining, but so far there is still a lack of quantitative evaluation and comparison of the evapotranspiration and self-maintaining capacity in different scale oases. Therefore, the data sets from“Integrated Study of Eco hydrological Processes in the Heihe River Basin”, “Jinta oasis experiment” and further supplement observations, will be used to investigate the evapotranspiration process and microclimate characteristics in different oases (benign oasis, inefficient oasis and degraded oasis) using the methods of statistical analysis, numerical simulation and thermodynamic theory. Furth more, the secondary circulation and self-maintaining mechanism in different scale oases, and the interaction effect formed by local atmospheric circulation between different oases in the Heihe river basin will be studied. Finally, a set of numerical simulation experiments will be performed to quantitatively evaluate the impact of human activities on oasis progress such as the urbanization and the irrigation method change. This project will provide the scientific basis for the stable development of benign oasis and gradual improvement of degraded oasis from a point of view of atmospheric science, and contribute to sustainable development of the Hexi Corridor strategic channel.

黑河流域绿洲的稳定事关当地乃至整个河西走廊经济社会的长治久安，但点缀于荒漠背景下的绿洲生态系统，又极具脆弱性。绿洲特定的蒸散发过程和“湿岛效应”是其能够自维持的基石，但是目前对于不同尺度绿洲的蒸散发与自维持能力的差异仍缺乏定量评价和比较。鉴于此，本项目拟利用黑河流域生态-水文过程集成研究计划和金塔试验的综合观测数据集，以及进一步设计针对性的补充观测，将统计分析、数值模拟和热力学理论相结合，对比研究黑河流域“良性绿洲”、“低效绿洲”和“退化绿洲”的蒸散发过程及小气候特征，分析不同尺度绿洲次级环流、自维持机制及其稳定性差异；研究流域绿洲之间通过局地环流形成的相互作用，定量评估城镇化加剧和灌溉方式转变等人类活动对绿洲发展的影响。从大气科学的角度为良性绿洲的稳定发展和退化绿洲的逐步改良提供科学依据，也为河西走廊战略通道的可持续发展贡献科技力量。

绿洲是西北干旱区赖以发展的重要载体，绿洲的稳定事关西北干旱区经济社会的长治久安，但点缀于戈壁荒漠背景下的绿洲生态系统，又极具脆弱性。绿洲特定的蒸散发过程和“湿岛效应”是其能够自维持的基石，但是目前对于不同尺度绿洲的蒸散发与自维持能力的差异仍缺乏定量评价和比较。因此，本项目选择绿洲较多的黑河流域，利用黑河流域生态-水文过程集成研究计划和金塔试验的综合观测数据集，以及补充观测资料，对比研究了黑河流域“良性绿洲”、“低效绿洲”和“退化绿洲”的蒸散发过程及小气候特征，分析了绿洲边缘荒漠大气边界层特征以及不同绿洲自维持机制及其稳定性差异；研究了灌溉等人类活动对绿洲发展的影响。主要结果如下：（1）分析发现金塔绿洲农田在08:00～12:00浅层土壤有虚假的热储项，而在12:00～16:00则有偏大的地表潜热通量，0.05ｍ深处的土壤温度模拟值与观测值的差异最为明显，这种差异被初步认定为是由浅层土壤中存在水汽的凝结所产生。（2）不同类型的下垫面，其感热和潜热都呈现明显的季节变化，夏季最高，冬季最低；植被覆盖率高的下垫面夏季蒸散发增加十分明显；玉米田在3-4月潜热有一个明显的高值，玉米田和混合林夏季潜热值都比净辐射更高，混合林尤其明显。（3）不同尺度绿洲的局地气候差异很大，夏季大尺度绿洲温度低于中小尺度绿洲，月平均温度偏低1～2℃，尺度大的绿洲边界层较低，15km左右以上的绿洲可以形成绿洲—沙漠环流和绿洲的小气候特征，利于保护绿洲小气候环境。（4）混合林在3月初，玉米田在3月底以及夏季都受到灌溉活动的影响，土壤湿度迅速升高，但是混合林的潜热增幅远不如玉米田明显；混合林灌溉时，由于水分突然增加，土壤含冰量减少，但是土壤本身的含水量并不高；另一方面，在灌溉时，土壤温度依旧低于零度，受这两个条件的制约，潜热通量的增幅并不明显。本研究有助于加深对干旱区不同尺度绿洲蒸散发过程的深入理解，绿洲生态文明建设和可持续发展提供参考。