树木年轮，沙漠、干旱、区划--新疆气象手册（60）第3篇第13章5-8节

 2020 04 17

《新疆气象手册》一书（2006，气象出版社）的序，前言 ，提要 ：http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1208089.html  

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5 树木年轮研究国内领先、部分国际先进

5．1 树木年轮气候学研究概况

年轮研究的历史可上溯到500年前，雷纳多·戴·维色（Leonardo Da Vinci ，1452—1519）观测到树木年轮宽度与降水之间有直接关系，除了早期少数瑞典、瑞士、美国等国家创始者外，1901年后，美物理学家、天文学家A.E.Donglas提出了建立树木年表可能性。

20世纪30年代在气象学家、地理学家竺可祯的倡导下，由郑子政在北京潭柘寺采样，做了一些工作，黄河水利委员会等也作了一些工作；1963年8月《新疆科技情报》杂志上的“从树木年轮探讨新疆近百年来气候变化” （王银生、权之钧、张学文）一文指出了天山年轮厚度与降水量的正相关（新疆最早涉及年轮的文章）。

新疆历史气候资料短缺，为了研究气候变化，特选择年轮学研究弥补其不足，新疆气象局1977年10月由张在宠、李江风等人在昌吉地区（东天山北坡）进行多株样本采集。1979年在中国气象局气象研究院、北京地理研究所王雷、张丕远的支持下，由新疆气象研究所、哈密气象局协作主持，会同有关单位，在天山区东端采取了较多样本，研制出大样本年表，在中国是首次。

5．2 树木年轮水文学研究概况

树木年轮水文学研究，是在年轮气象学研究基础上发展起来的，最早是荷兰人卡普坦（Kapteyn）提出，继后各国学者做了大量工作。20世纪70年代末期，美国亚利桑那大学斯托克顿（Stockton）撰著了《用树木年轮系列延长径流量记载年代》。新疆年轮气候工作者，在该书基础上，于80年代初期，率先进行树木年轮重建水文序列及估算降水与该水流量关系的工作，该项工作在国内以致亚洲各国均处于最早和领先地位，当前建立的树木年轮水资源的研究，已达国际先进水平。由李江风、袁玉江、田希尧等人编著的《树木年轮水文学研究与应用》，2000年由科学出版社出版，系国内第一本年轮水文学专著。

5．3  新疆树木年轮研究的发展与应用

新疆树木年轮研究，得到国家气象局、新疆维吾尔自治区科委（现科技厅吴开明）、气象局、林业厅、水利厅等单位和施雅风、张家诚、周聿超、陆平、王明达、张先恭、徐瑞珍、张培远、郑斯中、吴祥定等专家、学者的大力支持和帮助。在上世纪80年代在乌鲁木齐建立了820m²的树木年轮库，现藏有年轮各类样本万余，该年轮库不仅是新疆唯一的也是中国和亚洲唯一的具有世界最新的年轮测试实验仪器，为中国气象局树木年轮理化研究重点开放实验室。

在年轮年表的基础上开展了气候要素，径流量和其深度的恢复及短期预测工作。此外，又将年表应用在农、林、草、冰川、环境、考古等学科方面，向边缘学科发展，已在生态、环境、水文、冰川等学科方面得到基础性的发展。

年轮学本身也有发展，如：异变轮识别方法、异变轮的鉴定、异变轮显现的气候因素、影响敏感度因素的规律等。

5．4 新疆年轮工作几点成就与创新

新疆几十年树木年轮研究工作，在国内外出版3部专著、2本译文集，在科学通报（英文版）、气象学报（英文版）、生态学报、自然资源学报等刊物上发表论文60多篇。李江风、袁玉江等的主要研究成果是：① 新疆树木年轮库现改为中国气象局树木年轮理化研究重点开放实验室，存放年轮样本万余，其中园盘标本1000个，标准化年表174个，建立最大样本哈密1号表年50个序列。具有现代化实验研究仪器，为国内、亚洲首位；② 在塔克拉玛干流动沙漠采样：是国内没有甚至国际罕见，首先恢复塔里木河径流，并用复合因子（气象水文），建立与年表的关系；③ 恢复伊犁河350年径流深度：在伊犁地区水文局建立60多个临时降水、径流观测站的资料基础上，恢复了伊犁河流域近350年径流深度，绘出五个丰枯期水资源等值钱图（国外尚无同类文章）；④ 《新疆树木年轮气候年轮水文研究》1989年气象出版社出版在国内为同类最早的著作。而《树木年轮水文学研究的应用》为新疆首次获得国家科学技术著作出版基金委员会的资助项目。年轮水文学研究在国内、亚洲均处于最早和领先地位；⑤ 获国家级奖：1997年“新疆气候、年轮、水文300～5000年水文、气候序列重建与应用”获国家科技进步三等奖，到目前为止，是全国树木年轮学科获国家级唯一的奖项。

除上述外，还首次应用在农业、牧草、冰川、生态、环境等领域，并开展了气象要素降水日数、降雪、低温限制天山云杉生长机理研究也属首次。

（李江风、袁玉江）

6 开拓沙漠气象新领域

6．1 建立沙漠气象站

到20世纪80年代，30多万平方公里的塔克拉玛干沙漠腹地依然没有一个气象站，那里是气象学的空白区。1987年秋，中国科学院成立塔克拉玛干沙漠考察队，新疆气象研究所参加其活动。1987年在塔里木满西一井建气象站，1988年11月19日正式开始观测。随后沙漠气象站逐步得到巩固，并且取得丰富资料。到2006年3月24日，由中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所承担的“塔中80m铁塔梯度探测系统”项目在塔克拉玛干沙漠腹地的塔中气象站完成系统设备总体安装。该项目整个系统由4个子系统组成，分别是：① 80m梯度探测系统，包括10层风、温、湿气象要素；② 开路涡度相关探测系统，包括三维超声风速、水气、二氧化碳通量快速响应采集仪；③ 地表能量收支探测系统，包括辐射收支和土壤热通量探测仪；④ 2座2层梯度气象要素标校自动气象站，分别布设于距离塔中气象站1.6km的东部高大沙垄顶部和2.2km西部的平缓自然沙丘上。

该项目的建成标志着中亚内陆开展沙漠边界层结构和地气通量观测研究型业务的全面启动，再加上该站已有的国家基本气象站、沙尘暴监测站和大气成分观测站，为把塔克拉玛干沙漠大气环境观测实验站建成为国家级野外台站构建了良好的科技平台，奠定了坚实基础。

6．2 沙漠气象研究

在这些沙漠气象观测数据的基础上，李江风、何清、胡列群等多人开展了多方位的沙漠气象研究。其研究成果体现在120万字的专著《塔克拉玛干沙漠及周边山区天气气候》（科学出版社）和李江风主编的《沙漠气候》一书中（国内唯一的沙漠气候专著）。这些填补空白的论著涉及的发现有：新疆沙漠形成与界定、环流对沙漠作用、动力（风）作用对沙丘形态形成和迁移、风沙运动高度和形成、局地环流对沙漠影响、气流辐合线、中尺度环流对沙丘蚀积作用、麻扎塔格山气温观测分析、沙漠气温梯度变化、塔里木盆地气温极值分布、沙漠腹地太阳辐射状况、沙漠临时积水–沙漠“湖泊”等。 另外还对最高温度的观测时间、电接风向风速仪器的灵敏和后滞、起沙风指标等提出新认识。

塔克拉玛干沙漠考察曾经获得省级科技进步一等奖、国家科技进步三等奖。

（张学文、何清、李江风）

7 干旱区域气候变化研究达到国际先进水平

7．1 概述

⑴ 立项与实施。1998年8月，《新疆气候变化及短期气候预测研究》列为新疆维吾尔自治区“九五”科技攻关和重点科技项目（编号：980103002）。项目负责人：张家宝、史玉光；主要参加者：袁玉江、杨青、陈洪武、何清、杨舵、李新建、南庆红、胡列群、季元中、王旭、马禹、马力。2001年12月和2002年8月，该项目通过新疆维吾尔自治区科技厅分别组织的专家验收组的验收及鉴定委员会的鉴定。

⑵ 主要成果。共撰写了80余篇论文和技术报告，分别刊登在《气象学报》（英文版）等10余种核心期刊和《新疆气象》等刊物上，其中有6篇被收入SCI和EI。2001年12月汇编成“文集”，2002年7月由气象出版社出版发行《新疆气候变化及短期气候预测》专著。该书是对新疆气候、气候变化及其对水资源、生态环境、农业（主要是棉花、玉米）的影响以及短期气候预测研究最新成果全面系统的总结与概括，是新疆气象科技进步中又一个新的标志。

⑶ 主要评价。2002年8月，由陶诗言、丑纪范、李泽椿、吴国雄等4位两院院士参加组成的9人鉴定委员会肯定了该项目的5项创新，并认为对干旱区域气候变化的研究“达到国际先进水平”；中国气象局局长、中国科学院院士秦大河写道：“这些工作对区域气候变化研究以及西部大开发，尤其是对新疆的资源开发和生态环境建设起到了重要作用。……对新疆的科学技术发展做出了重要的贡献。”2003年，该项目获新疆吾尔自治区科学技术进步二等奖。

7．2 主要特点

7．2．1 资料丰富、基础扎实

研究中，应用了新疆90个气象站、20多个水文站最新整编的完整、系统的资料，其中还有2个国内外绝无仅有的塔克拉玛干大沙漠腹地的气象实测资料，以及中国气象局整编的历年及多年平均天气图资料及其加工信息，1000多个树木年轮样本和有关冰川、海表温度、卫星遥感资料等。另外，还有先后两次去塔里木河中下游进行实地考察和棉花、玉米田间实验所获得的丰富的第一手资料。

7．2．2 与时俱进、开拓创新

⑴ 提出现代气候观新概念，并深刻地阐述了其科学内涵，这在国内外尚属首次。

⑵ 开拓出年轮气候学研究新的生长点。

⑶ 比较深入地揭示了干旱气候及其变化对区域生态环境、水资源以及棉花、玉米生产的影响和作用，展示了现代气候学研究向气候系统和生态环境系统拓展的新成果。

⑷ 揭示出新疆近百年、近40年气候变化和干旱、洪水、低温冷害、雪暴、沙尘暴、及持续性浮尘天气、大风、冰雹及降雹云团、雷暴与闪电、雾等气象灾害以及高空气候学、遥感气候学的若干新现象、新事实，并对近40年气候变化和春季干旱、夏季洪涝、夏秋季低温冷害的形成原因、物理机制和短期气候预测进行了新的探索。

⑸ 自主研制出2000新一代《短期气候预测综合业务系统》。该系统功能强、整体技术水平先进，具有集成性、实用性、适应性、扩展性等特点。后又列为自治区科技厅开发研究课题，在全疆各州地市气象局推广应用。

7．2．3 着眼应用、重在效益

以《塔里木河流域综合治理工程》项目为突破口，参与实地考察进行分析研究，撰写系列性科技报告，在新疆人大联名提出相关议案，参加编制综合治理工程规划工作，从气象角度提出规划的科学依据和有关对策建议，为新疆争取到国家“十五”投入“塔河”治理资金107亿元做出了一定贡献。

把研究成果及时地准业务化和业务化，形成新的实际业务能力，显著地提高了短期气候预测准确率和决策气象服务、新疆《棉花工程》气象服务的效益。

通过召开相关学科的研讨会、举办讲座等形式，进行科研成果交流和宣传，受到广泛赞誉与欢迎。

7．2．4 立足新疆、放眼全球

该项目研究成果主要是揭示了新疆（区域）气候变化规律，比较充分地揭示了新疆（区域）气候变化的特殊性（个性）和应用这些特殊规律的方法、手段和途径。但它具有全球气候变化规律的普遍性（共性）一面，即它是在全球气候变化的理论和方法的指导下取得的研究成果，又对进一步认识、掌握和应用全球（特别是干旱气候区）气候变化规律起到促进和深化的作用，而且有些成果本身（如前所述的若干创新点）就具有普遍性意义。

另外，通过项目研究培养了人才，该研究集体共14人，除1人原是正研级高工外，现已有8人由副研（高）晋升为正研（高），还有1人正在读博士后。

（张家宝）

8 富有新疆特色的农业气候区划研究

《1978~1985年全国科学发展规划纲要》第一项科研任务是“农业自然资源调查和农业区划”。1978年国家气象局下达了开展农业气候资源调查和农业气候区划研究的任务（以下简称“农业气候区划”）。

新疆农业气候区划在自治区农业区划委员会的领导和气象局领导王邦玉、王为德的支持下，具体工作由徐德源主持。1978年秋首先在乌苏县进行试点，取得经验后，制订统一的“考察提纲”、“气候资料统计项目”和编写“县级农业气候手册纲目”。1979～1984年在新疆气象系统全面铺开。

8．1 成绩

新疆气象部门共有1000多人参加农业气候区划工作。经6年的努力基本查清了各地农业气候资源的数量和质量，农业气象灾害的种类、发生和危害规律；整编122个气象台站近30年的60项气候资料；撰写出县级《农业气候手册》83册，《新疆农业气候资源及区划》6册。县级区划成果有14个获地（州）、局科技进步奖；新疆农业气候资源及区划获全国农业区划委员会区划优秀成果二等奖。徐德源被评为全国农业区划先进工作者。1989年《新疆农业气候资源及区划》由气象出版社出版。该书成了新疆农业气象工作者和农业工作者的参考书，至今还在广泛的应用。

8．2 创新

⑴ 县级农业气候区划世界上没有，中国也少见。新疆地形复杂，各县都有自己的特点，一次完成83个县级农业气候区划本身就是一个创新。它为各地农业生产规划，结构调整提供了气象科学依据，影响深远。

⑵ 新疆农业气候区划有综合区划（徐德源）和单项区划30个，这些都是新作，光、热区划（徐德源）、水分区划（范治源）、风能区划（桑修诚），干热风（申明华）、冻害、霜冻（郑维、王勇）、大风、风沙、雨害（季红岩）、冰雹（王珍），小麦、玉米（王润芝、王安美、任水莲）、水稻（朱茂如）、棉花（徐德源）、甜菜、啤酒花（石智德、许昌燊），大豆（戚鹤年）、油菜、油葵、花生、红花（郭兴章），葡萄、苹果（王素娟）、梨、甜瓜、西瓜（季红岩）、蚕桑（朱茂如），另有牧业气候区划（徐德源）、林业气候区划（徐德炎）。新疆农业气候区划各个部分均有农业气象条件分析、指标鉴定、分区指标和评述，内容丰富，区划符合新疆实际，具有新疆特色。对新疆农业区划起到较明显地促进作用，国内领先。农业气候资源的利用与保护（徐德源）是新疆农业气候资源及区划的总结与概括，有新意。

8．3 区划成果应用

⑴ 南疆农区，农作物一年一熟热量有余，两熟欠缺。通过区划发现早熟冬小麦6月15日前后收割后，还有大于等于10°C积温2800～2900℃·d，完全可以满足复播中熟玉米的需要。后经农业部门引进早熟冬麦和中熟玉米，进行“两早配套”和“两粮一肥”间套耕作改制，复种指数上升到140%左右，出现了大面积的“吨粮田”。

⑵ 乌鲁木齐河谷南郊平原地区农民利用冬季逆温资源发展温室大棚蔬菜，扣棚生火时间与北郊（五家渠一带）一样，生产水平也相似，一个冬季每亩温室耗煤20吨，北郊为30吨，仅此一项南郊温室成本就比北郊减少1/3。

⑶ 天山北坡中山带（海拔1700～2500m）存在最大降水带，冬季又在逆温层中，人工载培牧草不需灌溉，其产量第2年是当地天然牧草的3～4倍，第5年是5～10倍。

⑷ 石河子垦区热量资源南少北多。当地在调整农业布局时把粮菜南迁，棉花北移，这一措施仅1981年就增加产值约300万元。

⑸ 和田地区是新疆冬季气温最高的地区。和田市利用这一优势发展塑料温棚蔬菜，到1994年仅和田市三乡一镇共建温棚300多个，大大缓解了和田市民冬季吃菜难的问题，经济效益也非常显著。

⑹ 尉犁县光热资源丰富，孔雀河水量较稳定。当地利用这一优势发展棉花、水稻和甜瓜等，冬季寒冷少雪，春季多风沙并时有春寒和霜冻，为避开这些不利条件改玉米春播为复播，为改变当地存在的盲目毁林开荒，广种薄收等现象进行退耕还牧，植树造林。到1984年底，全县培植草地20.7×10⁴hm²,林地6×10⁴hm²，建立了3个胡杨林自然保护区。从此结束了吃粮靠调进，花钱靠国家救济的贫困局面。

⑺ 霍城县北部是山区，沿山逆温带水热条件变化不同。当地在冬季逆温层稳定的丘陵地带和中低山区试种梨树成功，已大面积推广；在降水集中的海拔800m上下的中山带1982年用飞机播撒“伏地肤”牧草554hm2，在春季偏旱的情况下保苗达90.8%，1990年扩大到1.5×10⁴hm²。

⑻ 洛浦县紧靠塔克拉玛干沙漠南缘、和田河下游。在20世纪70年代，这里仍是“春秋白茫茫，夏季水汪汪，树木无几棵，禾草不生长”。干旱、风沙盐碱严重威胁着绿洲的生存，生产长期徘徊不前。在进行区划时县气象站分析了产生上述问题的原因，提出造林种草和改善绿洲生态环境的建议。县上统一规划建设了防护林带，划定天然胡杨林保护区，进行科学灌溉，利用农田排水灌溉沙漠深处的胡杨林、红柳和牧草。到1985年全县已有人工林面积9933hm²，人均占有树木432株，经人工保护、改良、扩大绿洲面积1800hm²，林木覆盖率为21.6%。

值得指出的是，在棉花气候区划成果基础上，又深入开展了棉花气象研究，取得丰硕成果。1989年王润之、肖汉如、郑维等参加新疆科委（现科技厅）组织的棉花品质研究攻关，其成果1993年获新疆科技进步二等奖。1993年郑维、林修碧编写《新疆棉花生产与气象》一书，新疆科技出版社出版。郑维、李新建等，关于棉花大垄沟播方法和延迟型低温冷害研究，受到专家们高度评价。

（徐德源）