新疆气候与环境的过去、现在及未来情景，本文主要内容关键词为：新疆论文,气候论文,情景论文,未来论文,环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
由于自工业化以来的CO[,2]等工业废气排放量的增加所引起的“温室效应”，导致了全球气温的升高，近年来已引起了社会各界的广泛关注，人们耽心由于不加遏制地继续向大气排放CO[,2]等温室气候，将会给全球带来一系列的灾难，如海平面升高，干旱区愈加干旱等〔1.2 〕。在上述背景下，地处干旱区的新疆自然成了人们倍加关注的焦点。人们普遍关心的是近年来全球性气候变暖的新疆的反映如何，未来新疆的气候与环境将会是什么样？是干还是湿？暖还是冷？关于这些问题，已有许多研究人员进行过研究，所得结论概括起来有以下三种：暖干说、暖湿论与冷湿说〔3～8〕。
本文在综合分析新疆地质时期、历史时期与现代气候与环境状况的基础上，本着求同存异的观点，对新疆的气候与环境变化及未来情景提出管见，以期有助于新疆的未来经济建设与科学发展。要准确评价新疆气候与环境当前所处位置及其未来状况，有必要回顾过去的气候与环境变化的事实。本文将首先按地质时期（第四纪）、历史时期（5000a BP以来）与器测时期（本世纪50年代至今）三个时期的尺度来分别介绍新疆气候与环境变化的基本轮廓，然后在综合分析上述三种时间尺度气候与环境变化特征的基础上，推测未来（下世纪上半叶）新疆的气候情景。
2 地质时期（第四纪以来）新疆气候与环境变化
新疆的干旱气候历史悠久，据张林源等的研究，本地干旱气候的发展过程可分为三个阶段：白垩纪、早第三纪本区是位于当时行星风系的副热带高压带而为干热气候，晚第三纪全球气候开始变冷，新疆受西风气流影响，但因距大西洋距离远，气候干暖；第四纪全球气温进一步下降，亚洲大陆平均高度，尤其是青藏高原强烈上升，高原对大气层的热力和动力作用，激发了现代亚洲季风环流，而新疆因周边山地的上升而位于西风气流的雨影区，气候干温（现代和间冰期）或干冷（冰期）〔9〕。夏训诚、樊自立、穆桂金等认为， 塔里木盆地的干旱环境始于第三纪末，成于第四纪，塔里木盆地地质时期气候环境的演变至少经历了以下几个阶段，在第三纪古新世始新世气候环境以暖湿为主，间以暖干波动；中新世气候环境为温暖半湿润，从中新世晚期开始，气候环境开始由湿润向干旱发展，到上新世出现暖干；进入第四纪早、中更新世，新疆的气候环境已是极端干旱，并间有冷湿波动，晚更新世全新世为极端干旱，并间有冷湿波动〔10,11〕，详见表1。
表1 塔里木盆地地质时期气候与环境变化（据樊自立等，1994）
Tab.1 Climate and Environment changes in Tarim Basin
since the Tertiary
第 三 纪
地质时代 古新世-始新世 中新世中新世晚期 上新世
暖湿(间有
温暖半湿 湿润向干暖干
气候环境 暖干的波润旱发展
动)
湿润型被针叶-被 旱生植物灌丛植物
植被类型 子植物为子植物为 为主为主
主 主
石膏、盐风化剥蚀 风化剥蚀风化剥蚀
表生作用 岸沉积 作用、河 作用、陆作用堆积
与沉积类 源相灰绿 相碎屑沉作用、河
型色碎屑沉 积 胡相沉积
积与风成相
沉积交
第 四 纪
地质时代 早、中更新世晚更新世-全新世
极端干旱、湿冷交替、极端干旱、温凉偏冷、风
气候环境 风大、风频(间有冷湿 大、风频(间有凉湿波动)
的波动)
植物类型 灌丛植物为主的荒漠化荒漠化植被
植被
表生作用 堆积作用、风成沉积河堆积作用、 风成沉积与河
与沉积类 湖(沼泽)相沉积交替 湖相沉积的交替
塔里木盆地12ka以来的气候环境变迁，可以由图1 的地层剖面来说明，从地层中风成相与河湖相交替出现的事实推测，此区气候环境呈暖干冷湿变迁过程。由图1反映， 目前塔里木盆地处于暖干的气候环境阶段。
在昆仑山区，晚第三纪时，昆仑山的高度仅为数百米，当时气候炎热湿润，属亚热带；第三纪末至第四纪初，高原整体抬升，当时属温带气候，无冰川发生；中更新世山地上升速度约保持加强势头，此时的气候适值第二次寒冷时期来临，一些高的山峰都有冰川发育，其规模比现代大；晚更新世由于高山的不断抬升，愈来愈多的阻挡了水汽的进入，致使高原的降水量愈来愈少，气候向干冷方向发展，先后发生了两次冰期；在末次冰期对干燥寒冷的气候又有加强，冰川规模变小，此期发育了黄土堆积；近10ka来的全新世，气候则自温暖干燥方向发展，但也有过几次小的降温，使冰川得以前进，从冰川遗迹看，以近500a的一次降温最为明显〔12〕。
昆仑山北坡第四纪晚期发育有比较典型的黄土沉积，对黄土中埋藏孢粉的分析表明，麻黄、藜、蒿及禾本科植物可占孢粉总量的70%～80%，代表典型的干旱草原环境，并与现代环境基本一致，而沉积区为山地草原带，周围是广大的干旱荒漠〔13〕。在这种干旱环境背景下，气候有不同程度的波动，晚更新世中期（50ka～60ka BP），强烈干旱，冰川逐渐缩小，气候转变为干冷；30ka BP左右，气候相对暖湿些， 但仍为荒漠干草原环境；晚更新世末期（19ka～13ka BP ）为末次冰期极盛期，气候变得更为干冷，此地环境由干冷的荒漠环境所代替；进入早全新世（13ka～8ka BP），气温开始回升，气候转变为暖湿，本区出现半荒漠草原环境。中全新世（8ka～6ka BP），为气候适宜时期， 气候相对暖湿，但环境仍属半荒漠草原环境。全新世晚期，气候恶化，再次转为干冷，特别是1.4ka BP以来，气候向干冷方向转变，并发展成现在的干冷气候环境〔14〕。
对中昆仑山区湖面波动的研究表明，自17ka BP 以来该地区湖泊演变的总趋势是在不断收缩咸化，但在收缩过程中也曾有过短暂的稳定或略有抬升扩张的时期，表现为相对高湖面的出现，具体为出现了三期相对高湖面，即晚更新世末期（17ka～15ka BP）； 全新世初期（12ka～11ka BP）；全新世中期（8ka～6ka BP）。〔15〕
图1 肖塘南1.5km 地层剖面图（据樊自立等， 1994 ）Fig.1 Thesection showing a stratum at Xiaotang in Tarim Basin
北疆柴窝堡盆地孢粉与地层研究的结果表明，第四纪以来，主要是830ka以来，气候环境的变迁状况可概括如下：更新世初期， 本区气候较冷，略湿润。早期气候略湿润并偏冷；晚期为湿干气候。730ka 以来，本区气候呈现出5次较大的干湿冷温（或暖）的波动，即730ka ～550ka BP间也有冷湿气候的次级波动；400ka～300ka BP气候冷干（其间有2次温干气候的次级波动）；300ka～200ka BP气候冷干， 但其间在30ka～23ka BP期间有短期的偏湿略温气候的波动；12ka～10ka BP 气候冷湿；10ka～8.5ka BP气候趋向暖干；8.5ka～6.5ka BP气候温湿， 为温暖期的最适宜期；6.5ka～5.0ka BP气候趋于温干；5ka～3ka BP气候趋向温湿；3ka BP以来，自然环境与现代接近，气候温干〔16〕。
潘安定于1993年通过北疆5个钻孔剖面的孢粉和[14]C测年数据分析，得到晚更新世以来北疆地区古气候环境经历了冷湿—暖干—冷湿—偏冷—偏湿—热干—偏凉—略干—温干的演变过程，并认为：从孢粉分析结果看，尽管存在短期内暖湿或冷干气候控制新疆的可能性，但干暖或湿冷的对应是北疆晚更新以来气候变迁的一般规律〔17〕。北疆晚更新世以来的气候环境变迁见表2。
表2 第四纪以来新疆气候环境的变迁
Table 2.Climate and Environment changes in Xinjiang Sincethe Quaternary
由表2可见，整个新疆第四纪以来均为干旱气候所控制， 在此背景下存在干湿、冷暖的波动。由于表2 是取自不同作者在新疆不同区域所做的工作，从表2 中窥见整个第四纪以来气候与环境演化的全貌存在困难，尽管如此，经过仔细分析，仍能在三个方面达成共识：一是第四纪以来新疆总的干旱状况是确定的；其二是新疆的气候与环境演变到现代，正处于干温（或干凉）期；其三，通过对比南北疆两个地层剖面，即昆仑山克里雅河黄土剖面与柴窝堡盆地地层剖面，可以发现，两剖面所推论出的晚更新世中期以来的气候信息，近乎一致。既然两个相距遥遥的地层剖面产出了近乎相同的气候信息，就不能将此孤立地看待，而应将此期间由上述两地所获气候波动信息视为具有全新疆意义上的了。
3 历史时期（近5ka以来）
A.B.什尼特尼科夫在总结了近6ka 以来北半球陆地总的湿润情况后得出，大陆的湿润状况受制于某种1850年循环，这一周期与天文学因素所制约的地球气候变迁以1900年循环这一最小周期相近。众所周知，距今最近的气候湿冷最大值恰好在本纪元第二个一千年间，即13～15世纪，而今地球又进入干热期，这一时期据A.B.什尼特尼科夫曲线的不对称性，应持续1000年以上（图2）〔5〕。
图2 历史时期北半球陆地湿润度（a）， 塔克拉玛干干湿波动（c）与中国气温曲线（b）
Fig.2 Some information of climate and environment changesin
（a）Northern Hemisphere，（b）China，（c）TakelemakanBasin
曲线a为A.B.什尼特尼科夫曲线（吐尔逊诺夫，1996）；曲线b为中国温度变化曲线；c 为塔克拉玛干的干燥期（实线段）和相对湿期（波纹段）曲线
任振球在分析了塔克拉玛干地区干湿波动与全球温度变化关系后指出，近5ka以来，塔克拉玛干地区的主要湿期、洪侵沙漠腹地、 河湖水量增大，大多出现在中国温度的温暖时期，而这一地区沙漠腹地的古风成沙、重要古城废弃的时间，都发生在变冷时期。这就是说，塔克拉玛干地区的干湿变化与中国以及北半球温度化的关系，在千年时间尺度振动上呈现暖湿冷干的特征是较为清晰的，它与全球主要沙漠区的暖湿冷干的演变特征相一致〔20〕。而今中国气温正为回暖期，但从千年尺度来看仍为负距平，因而，可以认为塔克拉玛干地区正处于回暖期的干期（图2）。
李江风在充分研究了新疆历史文献、旅行家日记与大量考古资料的基础上，结合树木年轮、冰川的资料，绘出了新疆三千年的温度变化曲线（见图3）。〔21〕从图3可见，从公元前1000年至本世纪下半叶，新疆总的气温变化线性趋势是降低的，其间公元前1000年附近为高温时期，约高出日前3℃左右；约在公元前300 年左右出现了低温约比现今低1℃，在公元450年左右出现研究期中的第二次高温，约比目前高1～2 ℃，此后气温变得激剧振荡，约在公元1100多年出现了研究期内的历史最低温，约比现今低2℃，此后气温虽略有回升， 但总体仍在平均线之下，19世纪以来气温呈单调上升趋势，与中国气温趋势相似。
图3 中国5千年温度曲线（a）与新疆3千年温度曲线（b ）（李江风，1985）
Fig.3 Temperature changes in China （a）and in Xinjiang（b）
在南疆南部，近两千年来环境演变受到强烈的人类活动影响〔22〕，这种现象在整个新疆都较普遍，因而，在研究近代气候与环境问题时，如何挖掘出能反映区域气候与环境波动的信息，仍然是亟待解决的问题。
据袁玉江等的最新研究，北疆地表水资源在1588～1634年，1689～1736年，1752～1840年和1974～1983年以偏枯为主，其间的时段和以偏丰为主；北疆10a地表水资源总量，在1640～1710年对8个10a 中存在着显著的波动减少趋势，而在1790—1900年12个10a中， 存在着缓慢的波动增加趋势〔23〕。这种趋势与同期南疆塔克拉玛干干湿波动基本一致。北疆巴里坤盆地500年来的环境演变经历了三个冷湿期和四个暖干期，即1470～1544年的北疆暖干期；1544～1665年的冷湿期；1660～1770年的暖干期；1700～1805年的冷湿期；1805～1866年的暖干期； 1867 ～1962年的冷湿期与1960～1985年的暖干期〔24.25.26〕，其中第二、三、四暖干期分别对应袁玉江研究所得的三期北疆地表水资源偏枯期；第一冷湿期与袁玉江所得同期相反。总之，近5000年以来，新疆总的干旱面貌没有太大改变，但其间存在冷暖与干湿的波动，特别是进入本世纪第二个一千年后，这种波动更趋频繁。目前，新疆正处于千年时间尺度的暖干期。
4 器测时期（1950年至今）
对近40年新疆气象器测资料的初步分析表明：新疆气候存在着变暖的总趋势，北疆平均每10年平均温度增温为0.3℃，南疆为0.2℃。这种气候变暖尤以冬季最为显著，而其它季节不明显。就全疆各地来看以北疆北部的阿尔泰地区变暖最显著，塔城、博乐、石河子、吐鲁番等地区及阿克苏地区南部与巴里坤盆地为其次，而南疆的喀什、库车以及西天山地区增暖不明显，甚至还变冷〔27〕。
近10年新疆气候有明显变湿的趋势，近10年北疆平均年降水量比前两个10年分别增加16.2%、18.0%，达228.8mm；南疆近10 年平均年降水量比前两个10年分别增加23.2%、30.9%，达94.5mm。冬季降水均有所增加，在北疆以冬、夏季增加最多，春秋不明显；南疆以春夏增加最多，冬季不明显〔27〕。
另一个值得引起注意的事实是，近30年来，新疆太阳直接辐射是明显的下降趋势〔28.29〕（图4）。李祖滨等将其归结于全球工业大气污染和强的火山爆发〔29〕。这种地面能量收支的变化，必将影响地表蒸发，由此看来，有必要重新考虑以往对新疆蒸发量可能增加的认识。
图4 新疆太阳直接辐射平均值的年际变化
Fig.4 Annual change of solar radiation in Xinjiang
近年来对昆仑山古里雅冰帽冰芯气候记录的研究表明，古里雅冰帽区近百年来气候与降水呈同步波动增加趋势。由分析所得的冰芯积累和δ[18]O的长期变化趋势图上，可以直观地看出， 气温与降水是密切相关的：气温下降，伴随着降水的减少，气温上升，伴随着降水的增大〔30〕。特别是近百年来，新疆山地降水与气温一直处于上升阶段〔30,31〕。
从以上所述事实可知，器测时期以来，新疆绝大部分地区气温呈波动上升趋势，冬季升温明显；降水量均有增加；但太阳直接辐射的降低与气温升高略相矛盾，具体原因值得深究。
5 未来的可能情景
综合前述，关于新疆气候环境的过去状况，目前可达成共识的方面可归纳为以下几点：
（1）新疆由于深居内陆，远离水汽源地，其干旱环境由来已久，目前已基本确立为起始于晚白垩纪早第三纪，成立于晚第三纪，发展于第四纪。（2）在干旱的总背景下，也存在明显的干湿与冷暖的波动，特别是晚更新世以来冷暖干湿波动异常突出。（3 ）目前新疆处于千年尺度的暖干气候环境阶段。（4 ）在百年尺度上新疆气候与环境也存在明显的波动性，但以暖干时期占多数，目前正处于百年尺度暖干期的中期。（5）目前新疆多数地区冬季气温普遍升高， 全疆冬季降水略有增多。（6 ）新疆器测时期以来的气温增高与降水增多系近百年气温与降水增长的延续。
利用上述新疆过去、现在的气候与环境变化基础轮廓，不难推测出下世纪上半叶新疆气候与环境的可能情景，即总的干旱背景不会改变，但比目前会略湿润，冬季气温将略有增加，夏季气温将略下降。下世纪下半叶会向百年尺度的冷的方向发展。
*国家自然科学基金项目（批号： 49471018 ）成果之一
收稿日期：97-07-26；修回日期：97-09-07