林业与气象--新疆气象手册（32）第2篇第8章第5节

 2020 02 10

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5 林业与气候

林业是培育、经营、保护和开发利用森林的事业。新疆森林植物群落错综纷繁。高山峡谷有各种针、阔叶天然林；南疆塔里木河流域有着大面积的天然胡（灰）杨林；在北疆准噶尔盆地分布着地带性荒漠梭梭、柽柳林等。2004年，新疆山区天然林面积已达167.48×10⁴hm²,平原人工林78.66×10⁴hm²，平原荒漠河谷林371.65×10⁴hm²。全疆森林覆盖率达到2.1%,绿洲森林覆盖率达到14.95% 。

5．1 林木生长与气候

制约新疆林木的生长的气象因素是水分和热量。以天山云杉为主的天山北坡森林分布的下限与年降水量400mm的分布线基本一致。森林分布的下限在天山西部为海拔1200－1300m，中部1500～1600m，东部为1800～2000m；上限为2700～2800m，限制因子主要是热量。天山云杉林生长最适宜的气候条件是：光照强度2.5～6.0×10⁴lux，最热月平均气温14～16℃，年降水量600～1000mm，空气相对湿度60%～80%。新疆天然林生长最好的林区在天山西部的巩留、新源及特克斯地区。在这里成熟林木的胸高直达60cm以上，最大的超过1.7m，树高可达50m，最高达70m，单株材积约50m³，每公顷活立木蓄积达1000～1200m³，在全国也是罕见的。

平原荒漠胡杨林、灌木林及河谷次生林的生存主要依赖河流的洪水漫灌及下渗补给地下水提供的水分条件；而北疆准噶尔盆地的荒漠灌木林则依赖每年约150mm左右的降水及地下潜水来维持生机。

5．2 森林对林区小气候的影响

5．2．1 森林对林区光照的影响

在对伊犁野核桃林及云杉林区的观测和研究，平原地区年平均日照时数为2600～2800h，山地林区在1500～2500h之间，野核桃林区为1750h左右。再从小气候梯度观测结果看，空旷地的光照强度为74116.8lux时，到达林冠上表层为47879.4Lux，为空旷地的64.6%；到达林冠中部的光照强度为18492.4Lux，为空旷地的24.9%；到达林内地面的光照为7307.2Lux，为空旷地的10%。

5．2．2 森林对林区热量的影响

在森林里，白天太阳辐射能大部分被林冠吸收和反射掉，所以森林中主要活动层是林冠活动层。在林冠的防护下，林区内气温与林区空旷地气温有明显差异。根据1981年8月在巩留县库尔德守林区两个临时观测点20d的常规气象要素观测，林内平均气温较林区空旷地高1.9℃，最高气温则低0.9℃，最低气温高4.5℃，林内的气温日振幅较林区空旷地小5.4℃。在晴天，林内的日平均气温及最低气温较林区空旷地分别高3.1℃和6.1℃，气温日振幅小7.3℃。在阴天，林内的气温较林区空旷地仅高0.2℃，最低气温的变化仍是林内的最高，差值大为减缓。

5．2．3 森林对林地土壤温度的影响

森林能降低林地土壤的最高温度，提高土壤最低温度，使土壤温度日（月、年）变化减小。这种影响在土壤表层最明显，春季开始，林下土壤温度低于林外空旷地，冬季林内土壤温度高于林外空旷地。据20天的观测，土壤温度地表较20cm深土层的平均日变幅仅2.1℃，林外的日变幅为6.8℃，较林内高4.7℃；晴天林内的日变幅增加到4.0℃，林外为10.2℃，较林内高6.2℃；阴天，林内20cm深的土层温度反而较地表高0.5℃，林外增高0.4℃，林内林外的地温差异很小。

5．2．4 森林对林区空气湿度的影响

林区的空气湿度大于林区外的无林或少林地区。据1981年8月份20d的观测统计，林区的空气相对湿度为72%，而巩留县气象站相应时段的空气相对湿度为62% 。

在林区内，空气相对湿度林内为64%，林区空旷地为79%，林内较林区空旷地低15%。形成这种特殊小气候的原因是林中活动面不在林内近地层，而是在高出地面几十米的林冠层中上部，空气的湿度最大值、温度的最高值、最低值都出现在林冠的表面层。

5．2．5 森林对林区风速的影响

森林能有效地减小风速，减小的程度因林分结构不同而异。多层结构、郁闭度大的林分比单层结构、郁闭度小的林分影响大。据1981年8月份20d的观测统计（风速均换算到10m高处的风速），巩留县气象站同期平均风速为1.6m/s，库尔德宁林区空旷地为1.2m/s，46班林内为0.6m/s，平均风速林内较巩留县气象站的风速降低62.5%，较林区空旷地降低37.5%。在海拔2500m以上，随着林木覆被率减少，风速增大，如8月18日14时库尔德宁林区空旷地的风速为0.8m/s，46班林内为0，而海拔3050m江布达坂草地上的风速为5.0m/s。

5．3 森林对林区水分的影响

5．3．1 林冠对降水的截留和枯枝落叶层的持水量

当降水量＜5mm时，林冠截留率达50%以上；降水量＞20mm时，截留率不足20%。林冠截留率随着降水的增加递减，但绝对值随降水量的增加而达到一个饱和截留值为止。

枯枝落叶层的持水能力，依森林类型和枯枝落叶层积存厚度而异。据在天山西部林区近20个样方测定，云杉林地枯枝落叶层干重为17.5～27.5t/hm²，持水率为183.1～379.6%，平均持水量为53.57m³/hm²，按此值推断，天山西部林区森林的枯枝落叶层一次性最大持水量达0.11×108m3。阿尔泰山林区落叶松林的枯枝落叶层干重为4.7～22.2t/hm²，持水率为284.7%，持水量为1.3～6.3mm，用平均持水量3.8mm计，阿尔泰山林区枯枝落叶层持水量为0.13×10⁸t。

5．3．2 新疆森林对林区土壤层的涵水作用

新疆森林土壤的涵水作用是森林影响水文特征的主要环节。大气降水经过林冠截留降落到枯枝落叶层，透过枯枝落叶层的水分继续下渗到土壤中，转变为土壤水分，然后再通过土壤渗流将地下水向下移动补给河川径流，减少了大气降水的地表径流和水土流失。天山西部林区的森林土壤类型为山地林溶灰褐色森林土，阿尔泰山林区主要为山地普通灰色森林土，其最大涵水能力（见下表）。

山地森林土壤涵水能力

森林土壤涵水能力测算，天山西部林区一次性最大涵水能力达1.93×10⁸m³，阿尔泰山林区一次性最大涵水能力达1.42×10⁸m³，由于森林土壤的涵蓄水源能力是动态的连续过程，随着水分下渗及反复多次降水，实际涵水能力是该数值的多倍。

5．3．3 新疆森林对林区地表径流状况的作用

林地径流量由地表和地下径流量组成，其中地下径流量有相当大的量为壤中流。在大雨或暴雨时，水分下渗峰面所能达到的深度称渗流影响层。森林土壤的渗流影响层较厚，一般为50－100cm或更深，与林木根系活动层相近；而草地为30cm，耕地为15cm。所以在森林林地的径流组成中，主要是地下径流，而地表径流所占的比例很小。据在天山北坡中部云杉林中的观测，年降水量为559.8mm时，云杉林内形成的地表径流量仅占降水量的1.1%，采伐迹地占11.2%，草地占23.2%。在一般降水强度（指非暴雨强度）情况下，林地内不产生地表径流。因为林地上有8～10cm的枯枝落叶层阻隔，地表看不到有径流形成，但可听到枯枝落叶层下面的流水声，当枯枝落叶层被扰动后，地下潜流即显露表面，最后在林地下部100多米的沟边上看到清泉的流出。

5．3．4 新疆森林对林区减缓洪水灾害的作用

新疆的山区是径流的主要形成区，也是天然林的主要分布区，新疆山区森林的水源涵养作用显得特别重要。天山西部林区森林的水源涵养效率达56.3%，阿尔泰山林区达34.6%以上。北疆玛纳斯县南山区玛纳斯河（简称玛河）流域与一分水岭之隔的塔西河（简称塔河）流域为例，说明各流域森林的变化产生的水文效应（见下表）。

森林的采伐状况与流域水文特征的变化

同处天山北坡只有一分水岭之隔的相邻两条河流流域，由于森林生态环境的变化，其水文特征产生截然不同的效果。比较玛河流域森林采伐前后两次典型降水过程，1960年的一次降水量37.0mm，降水延续时间短，出现洪峰流量是降水起始流量的1.71倍；而1966年的一次降水量仅28.8mm，洪峰流量达679m³/s，是降水起始流量的4.44倍，致使30%的林区道路及八座桥梁被洪水冲毁，大片草场被洪水冲、埋破坏。再看同处一个坡向相邻的塔西河流域，由于流域的森林处于原始状态，没有遭受破坏，在同一天的降水过程中，不但降水量较玛河流域增加了15.4mm，而且洪峰流量仅73.6m³/s，是降水起始流量的2.08倍，没有出现洪涝灾害，径流变化规律与玛河流域森林被采伐前境况相似。

5．3．5 新疆森林的水源补偿效应

森林具有很大的水源涵养能力，使大量的地表径流渗入土壤变为地下径流，在雨后可不断地、缓慢地补给河川水流，森林有效地调控河川洪水流量，而增加枯水期流量，缩小河川全年的洪枯比值。阿尔泰山从东到西五条主要支流流域间的森林覆被率与降水量相关密切。

阿尔泰山五大支流森林覆被率与降水、水文因子分析

相关系数(r)绝对值均大于0.7471，说明它们之间均存在一定的相关性。森林覆被率与河流径流量的比值及年际径流洪枯比值都呈负相关，r为−0.8393～−0.7471，说明森林覆被率越大，河流径流量变差系数、三日最大洪水总量与平均径流量比值及年际径流量洪枯比值就越小，河水年际径流量越趋平稳。也充分说明阿尔泰山森林具有调控和保持河流在汛期和洪水期不至于暴涨暴落的作用。

5．3．6 新疆森林对林区的水土保持作用

林区有茂密的林冠截留雨水，林地上有大量的林木根系纵横交错的分布及地表有较厚的枯枝落叶层分布，对改良土壤、涵蓄水分、减少地表径流、增加地下渗流、保水护土都产生良好的效果。据研究，天山北坡中部年降水量为559.8mm的地带，云杉林内形成地表径流量仅占年降水量的1.1%，采伐迹地占11.2%，牧草地占23.2%。（见表）

玛纳斯河与塔西河河水输沙量汇总

天山北坡中部玛河流域林区的森林遭大面积采伐后，使林区的水土保持功能大大削弱，促成了玛河的水文特征值：侵蚀模数、平均输沙率分别比森林保持原始状态的塔西河增加了3.28倍、25.62倍和21.06倍。天山西部林区的喀什河流域森林覆被率只有6.7%，而巩乃斯河流域森林覆被率为18.1%，较前者高出11.4%，致使喀什河的侵蚀模数及年平均输沙率分别较巩乃斯河增加1.63倍和3.47倍。

5．4 森林调节林区气候的效应

在林区里，茂密的林冠层将一部分太阳辐射能吸收进行光合作用，另一部分用于林木的蒸腾而消耗掉，还有大部分太阳辐射被反射到空中，只有小部分透过林冠层辐射到林内。所以林区内白天和夏季不易增热；夜晚和冬天，林区热量又散失缓慢。因此林区温度具有昼低夜高、冬暖夏凉的特点。森林具有强大的蒸腾作用，消耗较多的太阳能，林区上空和林内温度比无林地区低。温度低了，相对湿度就大，林区内的草木和林地所蒸散的水分，就容易达到饱和状态，因而就容易凝成露、雾、霜、雾淞和雨淞等，在一定程度上增加了林地的水分。在新疆天山林区，夏季林区较无林区气温降低1～2℃，最高气温降低2.5～3.5℃；冬季林区气温较无林区提高1～3℃，最低气温提高3～4.5℃。林区的相对湿度较无林区提高10%～15%。

5．5 森林净化空气的效应

森林是陆地上最重要的生态系统，其光合作用所产生的生物量、物质循环量都是最大的。森林通过光合作用吸收的CO₂和释放出的O₂的数量也是最多的。据统计，全地球有森林面积28×10⁸hm²，每年光合作用吸收的CO₂总量为440×10⁸t，释放出的O₂为120×10⁸t。一个成年人每分钟需要的O₂为0.75g，排出的CO₂为0.9g。森林在光合作用中，每公顷阔叶林，每日能吸收1吨CO₂，吐出0.735吨O₂。

据乌鲁木齐市20世纪80年代初期资料，全市年耗煤量约380×10⁴t，排入大气中的SO₂约6.2×10⁴t，冬季市中心SO₂浓度高达0.36mg/m³，超标2.4倍。据测定，北京杨、箭杆杨对SO₂有很强的吸收积累功能，白腊、复叶槭、白榆、新疆杨等稍差一些。对8个树种的叶片测定，平均吸收SO₂量为1.6mg/g，最大的北京杨为3.5mg/g，青杨、箭杆杨为2～2.2mg/g。当时全市有绿化树木约500×10⁴株，其吸收SO₂的量是相当可观的，可有效地消除大气中SO₂的毒害。

5．6 新疆防护林带对农田的防护作用

5．6．1 防护林带的防风作用

防护林体系是指由绿洲外围到绿洲内部，由防风固沙的草、灌（木）带–防风防沙林带–护田林网组成完整的防护体系。当平原绿洲上的林带构成纵横交错的防护林体系后，形成一个连片的粗糙下垫面，使其防风作用得到逐步加强。风力从外向内逐步减少。气流进入第一、第二、第三道林网后，林网内的风速较旷野对照点依次平均降低37.4%、41.9%和52.1%。

5．6．2 防护林带的防沙作用

对吐鲁番地区原五星公社五道渠防沙林带的观测，林带高16m，在其背风面112m范围内，可将旷野1m高处12.1m/s的风速降低到3.5m/s，使田间风蚀得到有效控制。对于风沙流来说，林带好象一个高大的绿色立体“筛网”，不仅使呈跃移或蠕移运动状态的沙粒沉积于林缘附近，并且使呈悬移运动状态的粉沙和尘埃在随气流透过林带时，被粘附于植物的枝叶树干上或降落于林带中，从而使气流中含尘量减少。

5．6．3 新疆防护林带对田间蒸散量的影响

据测定，在高温、干燥、多风的季节，由于护田林带的防护作用，可使北疆的田间蒸散量减少12%～38%；南疆减少34%～41%；干燥炎热的吐鲁番盆地区可减少43%～51%。由于田间蒸散力的减弱，从而增加了土壤的蓄水量。在北疆，春季林网内农田土壤水分提高10%～13%，在林带后4～12H（林带高度）范围内，0～50cm土层多蓄水525～600t/hm²；夏季20H范围内，空气相对湿度提高4%～14%，作物蒸腾减少14%～41%，棉花减少28%左右，玉米减少29%，小麦减少19%。在南疆，夏季0～100cm土层水分提高8%～9%，空气相对湿度提高4%～5%。

5．6．4 新疆防护林带对温度的影响

林带对温度的影响比较复杂，因季节、天气条件、风速、下垫面特征的不同有很大的变化。据新疆林科院观测，在春、秋季节林带具有增温作用，春季可使林网内气温提高0.7～3.5℃，秋季提高0.6～2.3℃；夏季林带具有降温作用，可使林网内气温降低0.1～2.0℃。

另外，防护林带对干旱风也有抑制作用。

5．7 林木气象灾害

① 林木日灼：日光强烈的照射，树干表面温度剧烈变化，使树干的形成层和表皮组织班片状局部死亡。北疆的新疆杨，南疆种植的泡桐等树皮比较薄或比较光滑易在冬季容易发生。把石灰水涂于树干，可防止。② 新疆林木根颈灼伤：松、柏科的幼树在地面温度高达45℃时便会开始受害。新疆的天山云杉幼树就经常受到危害，俗称“立枯病”。③ 新疆林木冻害：有些树，如核桃树，在−25℃以下就发生冻害，1985年因冻害野核桃无收获。而新疆云杉等，当温度下降到−55℃还能忍受。在昼夜温差变化较大的冬季，白天树干表面温度很高，而入夜后气温又迅速下降，使树干的树皮纵向开裂或使树皮与树干脱离。北疆营造的新疆杨，因此出现树干腐烂病，所以在北疆（伊犁河谷除外）不宜发展新疆杨林。④ 新疆林木风害：大风会造成树干折断。如1983年7月24日伊犁河谷刮了一场大风，风力6～8级，最大瞬时风速达24m/s，持续6个小时，致使巩留县野核桃沟前山带的核桃幼果刮落30～40%；山区过熟的云杉林横七竖八地躺在林地上。⑤ 新疆林木雪害：新疆林木的雪害常常发生在秋末或初冬季节，受害的树种以阔叶树为主。如2003年9月底乌鲁木齐下了一场雨转大雪，那时还有很多树叶未脱落，湿雪压折了大量榆树、杨树、白腊树。据市园林部门统计，全市受害树木达2×10⁴余株。⑥ 新疆林木雷击：新疆森林的雷击火灾主要发生在阿尔泰山林区。雷击火灾虽然次数不多，但损失却很严重。因雷击火多发生在边远的原始森林里，道路不畅通，缺乏营林和防火设施，因而易发生大的林火。另外空气和土壤长期过分干旱容易引发森林火灾。

（徐德炎）

参考文献

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⒁ 中国科学院新疆资源开发综合考察队，新疆水生生物与渔业（M），科学出版社，1989

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