烏蘭布和沙漠綠洲防護(hù)林體系小氣候效應(yīng)研究

羅鳳敏，高君亮，辛智鳴，郝玉光，李新樂(lè)，段瑞兵

(內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，烏蘭布和沙漠綜合治理國(guó)家長(zhǎng)期科研基地，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心,內(nèi)蒙古 磴口 015200)

綠洲是干旱、半干旱地區(qū)特有的地理景觀，在人類社會(huì)發(fā)展歷程中的作用極為突出[1-3]。作為僅占中國(guó)綠洲面積3%～5%的干旱區(qū)綠洲，為區(qū)域內(nèi)多于90%的居民創(chuàng)造了適宜生活和居住的環(huán)境，使其農(nóng)業(yè)產(chǎn)值超過(guò)該地區(qū)產(chǎn)值的95%[4]。在景觀、環(huán)境及功能等方面，干旱區(qū)綠洲都具有其獨(dú)特性，并發(fā)揮著不可替代的作用。氣候變化是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要驅(qū)動(dòng)因素，氣溫升高、降水變化、極端氣候事件都會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響[5]。氣候資源是綠洲賴以發(fā)展的最重要的再生資源，同時(shí)綠洲又會(huì)對(duì)氣候的變化產(chǎn)生顯著的影響[6]。烏蘭布和沙漠是中國(guó)重要的沙源地之一，風(fēng)沙災(zāi)害嚴(yán)重，沙漠呈東侵南擴(kuò)趨勢(shì)，影響其境內(nèi)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)及水利設(shè)施發(fā)揮正常功能，威脅著綠洲的生態(tài)安全、農(nóng)牧業(yè)發(fā)展和居民健康生活[7-8]。烏蘭布和沙漠綠洲作為內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)移民區(qū)，為減輕生態(tài)危困區(qū)人口壓力、維持生態(tài)平衡、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面做出了巨大的貢獻(xiàn)[3]，與此同時(shí)，作為“三北工程”的重要組成部分，其對(duì)促進(jìn)河套地區(qū)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展、減弱風(fēng)沙災(zāi)害也發(fā)揮著重要作用。在防護(hù)林結(jié)構(gòu)及防風(fēng)效益[4,9-11]、降塵機(jī)理和減沙效應(yīng)[12-15]等方面，眾多學(xué)者開(kāi)展了大量研究。然而，關(guān)于綠洲小氣候方面的研究相對(duì)較少，已有的研究報(bào)道多是短時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[5,16-17]。干旱區(qū)綠洲是經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展的必要條件，而氣候因子又對(duì)維持綠洲可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用[18]。選取烏蘭布和沙漠綠洲防護(hù)林體系內(nèi)、外兩個(gè)氣象站36 a(1983—2018年)連續(xù)監(jiān)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究大氣溫度、地表溫度、相對(duì)濕度、降水量、蒸發(fā)量，以及風(fēng)速的年、季和月變化特征，探討綠洲內(nèi)、外小氣候差異的原因，分析烏蘭布和沙漠綠洲防護(hù)林體系長(zhǎng)時(shí)間序列的氣候特征，以期更好地預(yù)測(cè)未來(lái)小氣候的變化趨勢(shì)和方向，進(jìn)一步為綠洲防護(hù)林體系的經(jīng)營(yíng)及可持續(xù)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于烏蘭布和沙漠東北部、內(nèi)蒙古磴口縣境內(nèi)(105°30′～107°0′E,40°0′～40°30′N)。該區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，夏、秋季受東南季風(fēng)影響，冬、春季受西伯利亞-蒙古冷高壓控制，干旱少雨，溫濕同期，夏熱冬冷，季節(jié)溫差大；土壤主要以風(fēng)沙土和沙壤土為主。研究區(qū)內(nèi)主要分布有白刺(Nitrariatangutorum)、油蒿(Artemisiaordosica)、楊樹(shù)(Populusspp.)、沙拐棗(Calligonumalaschanicum)以及梭梭(Haloxylonammodendron)等植物種[15,19]。本研究設(shè)置的2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)相距2.85 km。防護(hù)林內(nèi)、外地貌及植被特征見(jiàn)圖1、表1。

審圖號(hào)：GS(2019)3333。圖1 觀測(cè)點(diǎn)位置圖Fig.1 The location map of the observation plot

表1 防護(hù)林內(nèi)外地貌及植被特征Table 1 The situations of observation spots inside and outside the oasis shelter forest

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

各氣象因子均根據(jù)中國(guó)氣象局頒發(fā)的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[20]的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行采集，觀測(cè)時(shí)間為每日08:00、14:00、20:00(北京時(shí)間)，防護(hù)林內(nèi)、外同時(shí)觀測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)記錄。數(shù)據(jù)經(jīng)極值檢驗(yàn)、時(shí)間一致性檢驗(yàn)、人工抽查均無(wú)誤。

1.3 研究方法

統(tǒng)計(jì)研究區(qū)綠洲防護(hù)林內(nèi)、外兩座氣象站36 a(1983—2018)逐天平均氣溫、平均地溫(地表溫度)、平均大氣相對(duì)濕度、平均降水量、平均水面蒸發(fā)量和平均風(fēng)速資料，求得月、季和年各氣象因子的變化趨勢(shì)及防護(hù)林內(nèi)、外的差值。采用中國(guó)氣象學(xué)上四季劃分方法[21](春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月至次年2月)，將36 a連續(xù)觀測(cè)的各氣象要素值用Exce1 2016整理，分析各季節(jié)環(huán)境因子均值、增長(zhǎng)率及趨勢(shì)系數(shù)，用Origin 8.0繪制各氣象因子變化趨勢(shì)圖。

用氣候傾向率和氣候趨勢(shì)系數(shù)表征防護(hù)林體系小氣候效應(yīng)。

1)氣候傾向率用線性趨勢(shì)回歸方程表示[22]：

xi=a+bti，i=1，2，3，…，n。

(1)

式中：xi為樣本量為n的氣候變量，ti為xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，b為氣候變量的傾向率，b>0為直線遞增，b<0為直線遞減，b×10為每10 a的變化率(本文中各氣象因子均為每10 a的值，包括：氣溫和地溫， ℃；相對(duì)濕度，%；降水量和蒸發(fā)量，mm；風(fēng)速，m/s)。

2)氣候趨勢(shì)系數(shù)表示某氣候要素長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的方向和程度，其顯著性用氣候趨勢(shì)系數(shù)(rxt)檢驗(yàn)：

i=1，2，3，…，n。

(2)

式中：n為年數(shù)，逐年時(shí)間是遞增序列；xi為第i年的要素值；x為要素平均值；t=(n+1)/2。

根據(jù)蒙特卡羅模擬方法[23]，通過(guò)信度α=0.1、0.05、0.01顯著性檢驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)臨界值分別為0.306、0.365、0.443，氣候趨勢(shì)系數(shù)的絕對(duì)值大于上述臨界值，表明氣候趨勢(shì)系數(shù)分別為較顯著、顯著、很顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠洲防護(hù)林體系內(nèi)、外小氣候的年際變化

綠洲防護(hù)林體系內(nèi)、外大氣溫度整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)(圖2)。防護(hù)林內(nèi)、外多年平均氣溫變化趨勢(shì)線性方程分別為y=0.03x+7.89、y=0.03x+8.38，每10 a的氣溫變化傾向率分別為0.27、0.32 ℃，多年平均氣溫分別為8.40、9.00 ℃。

R1.防護(hù)林內(nèi)的相關(guān)系數(shù)correlation coefficient in the shelter forest;R2.防護(hù)林外的相關(guān)系數(shù)correlation coefficient outside the shelterbelt。圖2 綠洲防護(hù)林體系內(nèi)、外氣象因子的年際變化Fig.2 Inter-annual variation of meteorological factors for internal and external shelter forest

防護(hù)林內(nèi)、外地表溫度整體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。防護(hù)林內(nèi)、外的多年平均地溫變化趨勢(shì)線性方程分別為y=0.03x-45.81、y=0.04x-59.16，每10 a的地溫變化傾向率分別為0.28、0.36 ℃，多年平均地溫分別為10.69、12.07 ℃。防護(hù)林內(nèi)外相對(duì)濕度整體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但變化幅度較為平緩。防護(hù)林內(nèi)、外多年平均相對(duì)濕度變化趨勢(shì)線性方程分別為y=-0.02x+95.19、y=-0.13x+312.89，每10 a相對(duì)濕度變化傾向率分別為-0.2%、-1.3%，多年平均相對(duì)濕度分別為53.17%、47.87%。防護(hù)林內(nèi)、外降水量變化較為平緩，防護(hù)林內(nèi)、外多年平均降水量變化趨勢(shì)線性方程分別為y=0.39x-126.08、y=0.04x-103.78，每10 a降水量變化傾向率分別為1.8、2.5 mm，多年平均降水量分別為128.9、108.85 mm。防護(hù)林內(nèi)、外蒸發(fā)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，防護(hù)林內(nèi)、外多年平均蒸發(fā)量變化趨勢(shì)線性方程分別為y=-4.25x+10 586、y=-7.843x+18 260，每10 a蒸發(fā)量變化傾向率分別為-42.5、-78.4 mm，多年平均蒸發(fā)量分別為2 092.72、2 571.35 mm。防護(hù)林內(nèi)、外風(fēng)速呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，防護(hù)林內(nèi)、外多年平均風(fēng)速變化趨勢(shì)線性方程分別為y=-0.01x+19.29、y=-0.02x+40.85，每10 a風(fēng)速變化傾向率分別為-0.1、-0.2 m/s，多年平均風(fēng)速分別為2.63、3.69 m/s。

由防護(hù)林內(nèi)、外環(huán)境因子差值可知(圖3)，從整體趨勢(shì)上分析，大氣溫度、地表溫度、蒸發(fā)量和風(fēng)速等指標(biāo)防護(hù)林內(nèi)低于林外，大氣相對(duì)濕度和降水量則表現(xiàn)為防護(hù)林內(nèi)高于林外。表明大規(guī)模的防護(hù)林體系能夠使得大氣溫度降低0.2～1.6 ℃，地表溫度降低0.10～5.49 ℃，相對(duì)濕度增加0.5%～18.6%，降水量增加0.50～100.7 mm，蒸發(fā)量降低18.4～1 282.8 mm，風(fēng)速減小0.45～1.98 m/s。說(shuō)明烏蘭布和沙漠東北部綠洲防護(hù)林具有降溫保濕作用，并且能夠顯著降低風(fēng)速，因此可有效減輕風(fēng)沙危害對(duì)綠洲內(nèi)農(nóng)作物的破壞。

圖3 防護(hù)林內(nèi)、外環(huán)境因子年際差值Fig.3 Inter-annual difference values of meteorological factors for internal and external shelter forest

2.2 綠洲防護(hù)林體系內(nèi)、外小氣候的年內(nèi)變化

測(cè)定可知(圖4)，防護(hù)林內(nèi)、外的大氣溫度、地表溫度、相對(duì)濕度、降水量和蒸發(fā)量年內(nèi)變化均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，為單峰曲線，風(fēng)速的年內(nèi)變化曲線則為雙峰曲線；大氣溫度、地表溫度、蒸發(fā)量和風(fēng)速表現(xiàn)為防護(hù)林內(nèi)低于防護(hù)林外，而相對(duì)濕度和降水量則為防護(hù)林內(nèi)高于防護(hù)林外。

圖4 防護(hù)林內(nèi)、外氣象因子的年內(nèi)變化Fig.4 Annual variation of meteorological factors for internal and external shelter forest

由圖4可知，大氣溫度、地表溫度和蒸發(fā)量均為7月達(dá)到最大值，防護(hù)林內(nèi)、外大氣溫度分別為25.69、25.92 ℃，地表溫度最大值分別為31.63、32.13 ℃，蒸發(fā)量分別為329.47、417.41 mm；相對(duì)濕度和降雨量分別在6月和8月達(dá)到最大值，防護(hù)林內(nèi)、外相對(duì)濕度和降雨量最大值分別為60.53%、55.92%和35.46、26.01 mm；防護(hù)林內(nèi)風(fēng)速在4月達(dá)到最大值(3.43 m/s)，防護(hù)林外風(fēng)速在5月達(dá)到最大值(4.19 m/s)。

由防護(hù)林內(nèi)、外環(huán)境因子月份差值可知(圖5)，從整體趨勢(shì)上看，大氣溫度、地表溫度、蒸發(fā)量和風(fēng)速防護(hù)林內(nèi)低于林外，大氣相對(duì)濕度和降水量防護(hù)林內(nèi)高于林外。大氣溫度和地表溫度均是在冬季表現(xiàn)為防護(hù)林內(nèi)大于防護(hù)林外，隨著月份增加，防護(hù)林降溫幅度逐漸增加，6月達(dá)到最大值，大氣溫度和地表溫度降溫幅度最大可達(dá)0.98 ℃和0.96 ℃。蒸發(fā)量差值隨著月份的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，增加幅度最大值(87.93 mm)出現(xiàn)在夏季，防護(hù)林在降低林內(nèi)溫度的同時(shí)還能夠增加濕度。降水量、大氣相對(duì)濕度和風(fēng)速差值變化特征吻合，在農(nóng)作物和防護(hù)林生長(zhǎng)季(5—9月)，防護(hù)林內(nèi)降水量、大氣相對(duì)濕度變化幅度較大，二者月均值可提高0.08～6.74 mm、0.47%～6.64%，風(fēng)速減小0.54～0.97 m/s。

圖5 防護(hù)林內(nèi)、外環(huán)境因子月份差值Fig.5 Annual difference values of meteorological factors for internal and external shelter forest

以上結(jié)果表明綠洲防護(hù)林具有增溫保濕作用，同時(shí)能夠有效降低風(fēng)速，減少蒸發(fā)，尤其在作物生長(zhǎng)季特別明顯，這不僅有利于減輕高溫和風(fēng)沙災(zāi)害對(duì)防護(hù)林內(nèi)農(nóng)作物及防護(hù)林的危害，同時(shí)對(duì)于防護(hù)林越冬也起著積極的作用。

2.3 綠洲防護(hù)林體系內(nèi)、外小氣候的季節(jié)變化

烏蘭布和沙漠東北部防護(hù)林內(nèi)、外的各環(huán)境因子具有明顯的季節(jié)差異，大氣溫度、地表溫度和蒸發(fā)量均為夏季最大，春季次之，冬季最??；降水量為夏季最大，秋季次之，冬季最?。淮髿庀鄬?duì)濕度表現(xiàn)為冬季最大，秋季次之，春季最??；風(fēng)速表現(xiàn)為春季最大，冬季次之，秋季最小，夏季與秋季較為接近(表2)。

由表2可知，防護(hù)林外四季溫度和蒸發(fā)量增長(zhǎng)率均大于林內(nèi)。西北干旱區(qū)春、夏季風(fēng)場(chǎng)易出現(xiàn)氣旋式環(huán)流距平，近地層風(fēng)速減弱，進(jìn)而導(dǎo)致氣溫增暖低于地溫；秋、冬季風(fēng)場(chǎng)易出現(xiàn)反氣旋式環(huán)流距平，寒潮活動(dòng)減少，進(jìn)而導(dǎo)致氣溫增暖高于地溫。四季相對(duì)濕度均為林內(nèi)高于林外；春、冬季降水量為降低趨勢(shì)，且林外降低幅度較大，夏、秋季為增加趨勢(shì)，降水增長(zhǎng)率為春、夏季林內(nèi)高于林外，秋、冬季為林內(nèi)低于林外。防護(hù)林內(nèi)、外四季風(fēng)速均為減小趨勢(shì)，且林內(nèi)減小幅度高于林外，四季風(fēng)速增長(zhǎng)率均為林內(nèi)低于林外。參考蒙特卡羅模擬方法[23]，防護(hù)林內(nèi)、外夏季蒸發(fā)量和林內(nèi)春季風(fēng)速氣候趨勢(shì)系數(shù)很顯著，防護(hù)林外冬季大氣溫度、秋季相對(duì)濕度、春季和冬季風(fēng)速氣候趨勢(shì)系數(shù)顯著，防護(hù)林內(nèi)冬季大氣溫度、秋季相對(duì)濕度、秋季和冬季風(fēng)速氣候趨勢(shì)系數(shù)較顯著，防護(hù)林外春季和秋季大氣溫度及地表溫度、冬季相對(duì)濕度氣候趨勢(shì)系數(shù)較顯著。以上現(xiàn)象表明，防護(hù)林能夠有效減少溫度上升幅度，降低風(fēng)速，增加降水和空氣濕度，降低蒸發(fā)量，達(dá)到改善區(qū)域環(huán)境、控制農(nóng)田風(fēng)蝕的作用。

表2 綠洲防護(hù)林內(nèi)外不同季節(jié)環(huán)境因子均值、增長(zhǎng)率及趨勢(shì)系數(shù)Table 2 Mean value and growth rate and tendency coefficient of environmental factors of various seasons

3 討 論

綠洲是保障干旱地區(qū)居民正常生存、活動(dòng)的重要區(qū)域，研究其氣候效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的意義[24]。20世紀(jì)以來(lái)，氣候變暖已經(jīng)是公認(rèn)的事實(shí)，但是增溫趨勢(shì)及幅度存在區(qū)域差異[25]。1975年至今，全球平均氣溫每10 a升高0.2 ℃[26]，西北地區(qū)平均氣溫每10 a升高0.22 ℃[27]，且秋、冬季升溫幅度最大[28]。中國(guó)西部地區(qū)降水量呈增加趨勢(shì)，西北部最明顯，每10 a增加3.2 mm[27]。隨著土地利用方式的改變，耕地以及人工綠洲面積的增大導(dǎo)致氣溫升高速度加快[29]。烏蘭布和沙漠東北部每10 a氣溫變化傾向率為0.27～0.32 ℃、地溫變化傾向率為0.9～1.3 ℃、降水量變化傾向率為1.8～2.5 mm，這與西北地區(qū)氣候向暖濕方向發(fā)展的結(jié)論一致[29-31]。本研究區(qū)降水量季節(jié)特征表現(xiàn)為春、冬季減少，夏、秋季增加，而民勤綠洲1953—2006年間的降水量則表現(xiàn)為春季增加幅度較大，秋、冬季略有增加，夏季減少[31]。由于區(qū)域不同，降水存在季節(jié)差異，本研究中每10 a風(fēng)速變化傾向率為-0.1～-0.2 m/s、蒸發(fā)量變化傾向率為-42.5～-78.4 mm，隨著風(fēng)速的減小，空氣中的水汽分子增多，水面蒸發(fā)量減小，這與在喀什地區(qū)的研究結(jié)論一致[32]。

綠洲防護(hù)林體系能夠維持綠洲小氣候的穩(wěn)定，并降低自然災(zāi)害[33]。綠洲防護(hù)林內(nèi)大氣的“冷濕效應(yīng)”使其上空形成冷濕氣柱，林外沙漠大氣的“暖干效應(yīng)”使其上空形成熱干氣流，“冷濕效應(yīng)”與“暖干效應(yīng)”的相互作用形成局地環(huán)流，林外上空的熱空氣輸送到防護(hù)林上空，形成逆溫穩(wěn)定層結(jié)構(gòu)，林內(nèi)涼濕空氣得以保持，利于作物生長(zhǎng)[34]。防護(hù)林對(duì)氣流的阻擋影響空氣熱量傳輸，導(dǎo)致林內(nèi)氣溫變化滯后于林外[35]。林內(nèi)植物對(duì)太陽(yáng)輻射能量的吸引以及反射導(dǎo)致空氣吸收的太陽(yáng)輻射能量減少，與此同時(shí)，植物的生長(zhǎng)和蒸騰還要消耗大量的熱能，加之防護(hù)林的遮光作用，因此春、夏和秋季防護(hù)林具有降溫作用，而冬季具有保溫作用，降溫作用在植物生長(zhǎng)季尤為明顯[36]。作物生長(zhǎng)季節(jié)，處于有葉期的防護(hù)林增強(qiáng)了對(duì)氣流的阻擋作用，湍流交換的減弱使得風(fēng)速降低，而處于無(wú)葉期的防護(hù)林內(nèi)風(fēng)速則會(huì)增大[10]。烏蘭布和沙漠東北部綠洲防護(hù)林體系也存在夏季降溫、冬季保溫的效應(yīng)，在春、夏、秋季能夠降低氣溫，而冬季則會(huì)使防護(hù)林內(nèi)氣溫升高，這與黑河流域的防護(hù)林小氣候效應(yīng)基本一致[37]，這種小氣候利于植物越冬和免受高溫傷害，在植物生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累和品質(zhì)提高等方面均有重要的意義[38]。

林內(nèi)氣溫低于林外會(huì)形成飽和水汽，林冠阻擋林內(nèi)外空氣的交換，加之風(fēng)速的降低，林內(nèi)向外擴(kuò)散的水汽減少，導(dǎo)致林內(nèi)空氣相對(duì)濕度高于林外[35]。烏蘭布和沙漠東北部綠洲防護(hù)林體系使得相對(duì)濕度增加0.5%～18.6%，蒸發(fā)量降低18.4～1 282.8 mm，這對(duì)于提高土壤含水量、抑制作物蒸騰起著積極作用，進(jìn)而提高林內(nèi)作物產(chǎn)量，長(zhǎng)此以往還能改良土壤[38]。

陸面過(guò)程是引起氣候變化的重要因子，主要通過(guò)下墊面反射率、土壤濕度及土壤熱儲(chǔ)量等3個(gè)方面影響天氣變化[39]。氣象因子之間相互關(guān)聯(lián)且同步變化，蒸發(fā)量與風(fēng)速、氣溫表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，與相對(duì)濕度、降水量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系[40]。太陽(yáng)輻射是大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，通過(guò)照射下墊面引起地表溫度升高，而下墊面則通過(guò)發(fā)射長(zhǎng)波輻射和釋放感熱、潛熱將能量傳遞給大氣，即太陽(yáng)輻射是控制地表溫度的能量來(lái)源，地面是大氣的直接熱源，因此氣溫是響應(yīng)地表溫度變化而變化的；蒸發(fā)是地表熱量平衡及水循環(huán)的重要組成部分，其變化對(duì)全球降水和氣候變化均有影響，蒸發(fā)通過(guò)抑制輻射向感熱能量轉(zhuǎn)化進(jìn)而影響空氣濕度和氣溫等氣象要素；降水通過(guò)土壤濕度反饋機(jī)制和改變地表熱量收支平衡對(duì)地溫產(chǎn)生間接影響，其地表徑流也會(huì)與氣候產(chǎn)生相互影響[41]。風(fēng)速通過(guò)地表熱量動(dòng)力作用對(duì)地溫產(chǎn)生間接影響，蒸發(fā)通過(guò)影響地表熱量平衡使土壤含水量間接影響地溫變化，降水增加是全球顯著變暖驅(qū)動(dòng)水循環(huán)加劇的部分結(jié)果[42]。總而言之，氣溫可直接影響地溫，降水會(huì)直接導(dǎo)致地溫降低，平均風(fēng)速越大，蒸發(fā)越劇烈，空氣中的水汽分子越少，水汽壓越小，相對(duì)濕度越??；地溫變化與同期氣溫變化趨勢(shì)一致，氣溫波動(dòng)與太陽(yáng)輻射在時(shí)間上保持一致，地溫則明顯滯后[43]。

當(dāng)前，有很多學(xué)者圍繞不同尺度上防護(hù)林的環(huán)境效益開(kāi)展研究[4,44-46]，由于以網(wǎng)格形式分布于特定空間的林帶在空間和時(shí)間尺度上具有極大異質(zhì)性[40]，所以林帶尺度上的研究方法無(wú)法應(yīng)用到區(qū)域尺度上[47]，因此區(qū)域防護(hù)林體系的環(huán)境效益綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系亟待研究。本研究利用綠洲防護(hù)林內(nèi)、外36 a氣象連續(xù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在時(shí)間和空間上分析其小氣候差異，但缺少植被、土壤等數(shù)據(jù)的支持，使得本次研究存在局限性。因此，未來(lái)的研究將側(cè)重于將林網(wǎng)尺度的成果推演到多個(gè)林網(wǎng)甚至景觀尺度，在時(shí)間尺度上利用插值方法建立模型[48]，綜合植被、土壤、氣候等因子[49]，以期得到簡(jiǎn)便有效的研究結(jié)果。

4 結(jié) 論

1983—2018年，烏蘭布和沙漠綠洲防護(hù)林內(nèi)、外的大氣溫度、地表溫度和降水量整體呈上升趨勢(shì)，相對(duì)濕度、蒸發(fā)量和風(fēng)速整體呈下降趨勢(shì)；大氣溫度、地表溫度、蒸發(fā)量和風(fēng)速林內(nèi)低于林外，大氣相對(duì)濕度和降水量林內(nèi)高于林外。綠洲防護(hù)林體系能夠使防護(hù)林內(nèi)大氣溫度降低0.2～1.6 ℃，地表溫度降低0.10～5.49 ℃，相對(duì)濕度增加0.5%～18.6%，降水量增加0.5～100.7 mm，蒸發(fā)量降低18.4～1 282.8 mm，風(fēng)速減小0.45～1.98 m/s。

防護(hù)林內(nèi)、外的大氣溫度、地表溫度、相對(duì)濕度、降水量和蒸發(fā)量的年內(nèi)變化規(guī)律均為先增加后降低，為單峰曲線，而風(fēng)速的年內(nèi)變化呈現(xiàn)出雙峰趨勢(shì)。在農(nóng)作物和防護(hù)林生長(zhǎng)季(5—9月)，林內(nèi)降水量、大氣相對(duì)濕度幅度較大，二者月均值可提高0.08～6.74 mm、0.47%～6.64%，風(fēng)速減小0.54～0.97 m/s。

四季溫度和蒸發(fā)量增長(zhǎng)率均表現(xiàn)為防護(hù)林內(nèi)低于林外，四季相對(duì)濕度均為林內(nèi)高于林外，風(fēng)速相反；降水增長(zhǎng)率為春、夏季林內(nèi)高于林外，秋、冬季為林內(nèi)低于林外。防護(hù)林內(nèi)、外夏季蒸發(fā)量、林內(nèi)春季風(fēng)速氣候趨勢(shì)系數(shù)很顯著，防護(hù)林外冬季大氣溫度、秋季相對(duì)濕度、春季和冬季風(fēng)速氣候趨勢(shì)系數(shù)顯著。