湖泊效應和綠洲效應第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日主要內容

1.大氣圈、水圈和生物圈的相互作用

2.湖泊效應

3.綠洲效應2023/4/12第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日1.大氣圈、水圈和生物圈的互相作用包圍著地球的外部地圈包括大氣圈、水圈和生物圈，它們的總質量僅占整個地球的0.024％，但是它們對于控制地球表面的環境及物質和能量的交換起著巨大的作用。大氣圈、水圈、生物圈通過彼此間相互作用及同巖石圈的物質和能量交換，不斷地改變著各自的成分和狀態。在各圈之間和其內部建立起物質和能量交換的動態平衡。人類依賴于這種環境而生存和發展。2023/4/12第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日2.湖泊效應

由于比熱與熱容量的差異，水體覆蓋的地面溫度變化遲緩，而沒有水體覆蓋的地面溫度變化迅速，從而導致不同部位地面溫度的差異。在湖泊及其周圍，由于湖泊與周圍地區地面熱容量的差異，導致了局地性大氣環流和小氣候的產生。在太陽照射時，湖泊周圍的地面升溫比較快，導致大氣的加熱上升；而湖區由于水體熱容量大，溫度升高緩慢，溫度相對于周圍地面比較低，空氣在這里下沉，從而產生了湖泊及其周圍地區的局部的大氣環流。2.1湖泊效應的定義2023/4/12第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

由于水陸的熱力差異,在湖泊和陸地之間容易形成局部“湖陸風”2.2湖泊效應所產生的“湖陸風”2023/4/12第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日2023/4/12第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日2.3湖泊效應與水、氣、生相互作用在這種環流作用下，從湖泊蒸發的水源源不斷地被輸送到湖區周圍，在那里形成降水。由于上述作用，一般來說，湖泊周圍地區降水比較多，氣候比較濕潤，植被也就比較繁茂。植被繁茂又反過來，增加了地面下滲，增強了蒸騰作用，從而增大了大氣濕度、土壤濕度與大氣降水。因此，水庫建造后，常常會使水庫周圍地區降水增多、空氣濕度增大。2023/4/12第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日2.4湖泊效應對氣候的影響例如，新安江水庫于50年代末建成以后，該區從一個狹窄的河流變為一個面積394km2的水庫，對湖泊及其湖泊周圍氣候產生了一些影響。（1）水分平衡的變化。根據分析，建庫前（1951-1958）湖區的蒸發量為720mm，建庫后（1965-1972）為775毫米，建庫后湖區蒸發量增加55毫米。而湖泊周圍地勢高處降水增加。影響范圍一般為8～9km，最大不超過60～80km。（2）對溫度的調節。建庫后庫區年均溫度升高0.4~0.8度,溫度年較差減少。（3）湖面風速增大30%，白天由湖面吹向陸地，夜晚由陸地吹向湖面。（4）由于湖區溫度升高，故常年多晨霧，無霜期比建庫前延長25天。（5）廣闊的湖面對氣團交換有一定的影響或制約作用，云團經過湖面時變得溫順穩定。根據記載，新安江水庫建成以后，湖區雷電陣雨的形成相對減少，甚至消失。（6）由于溫度降水的變化，水庫周圍植被也發生了相應的變化。

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然而，由于一個時期過度圍湖造田，使得湖泊調蓄面積銳減，漬澇、干旱加重，局地氣象災害誘發或加劇，導致生態氣候變劣。湖泊水面的減少，使沼澤化進程加快，還可能使甲烷等有害溫室氣體大量逸出，支持大氣溫室效應，昔日有益于人類的“湖泊效應”，將會因人為的過度圍墾而產生負面影響。為此，我們應采取積極有效措施，對濕地資源加以保護，并有計劃地實施生態修復，將發揮一些湖泊的調蓄、養殖，凈化環境，調節氣候，觀光旅游等功能，促進人與自然的和諧發展。

2023/4/12第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3綠洲效應綠洲效應：沙漠里空氣干燥，溫度日較差比較大，并且降水稀少。而沙漠里的綠洲，由于土壤濕度大、蒸發和蒸騰到空氣中的水比較多，空氣濕度比較大，降水也比較多；由于含水量比較大的土壤的熱容量比較大，并且由于蒸發和蒸騰對熱量的調節，土壤溫度和近地面氣溫的日較差比較小，這就是綠洲效應。3.1定義綠洲：指在大尺度荒漠背景基質上，以小尺度范圍，但具有相當規模的生物群落為基礎，構成能夠相對穩定維持的、具有明顯小氣候效應的異質生態景觀。2023/4/12第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日2023/4/12第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日2023/4/12第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日在沙漠地區只要有水源，水分與空氣混合，降低空氣溫度，提高相對濕度。在氣象學此種空氣與水混合，空氣的熱量使得水分自液體轉變為氣體(蒸發作用)，空氣的熱量被水分吸收因此減少。空氣溫度因此降低(冷卻作用)。水分變成水蒸氣又進入空氣之內，因此空氣內相對濕度增加。此種水與空氣混合產生降溫加濕的結果與沙漠中綠洲的形成十分相似，因此也可以稱為綠洲效應。此種過程也稱為蒸發冷卻作業。

2023/4/12第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.2綠洲效應的作用條件綠洲效應來自水與空氣的混合。因此綠洲效應的作用條件在于：1.有足夠的風量與風壓，2.有足夠的水量，3.有足夠的時間使水與空氣得以混合。但是綠洲效應并不是沒有極限。荷蘭人將空氣比喻成海棉。一塊海棉吸水的水量有其極限。海棉如果愈潮濕，原來已有的含水量愈多，在吸水飽和之前，可吸水分則愈少。相反地如果海棉愈干燥，原來已有的含水量愈少，在吸水到飽和之前能夠吸收的水量則愈多。和吸水同時發生的降溫效果?？諝馕盏乃钟嘟禍匦Ч谩６諝馕鼭M了水分不能再吸水，降溫能力即到了極限，不能再降溫。

2023/4/12第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.3灌溉對綠洲效應的影響

在干旱或半干旱地區，進行大面積的人工灌溉可以引起氣氣候變化，產生綠洲效應。經過灌溉的土地，土壤濕潤，熱容量增大，水份蒸發量也隨之增加，土壤和近地面氣溫的晝夜變化趨向和緩，相對濕度加大。大面積的灌溉可使局部范圍內的氣候相應改變。自20世紀30年代以來，美國在62000平方公里的土地上進行灌溉，結果使當地初夏增雨10%。有些科學家還曾設想建立半徑達50米的巨型輸水管道，橫跨大西洋，將南美亞馬遜河口的淡水輸送至非洲撒哈拉沙漠灌溉，形成廣闊的綠洲，以改良其極端干旱的氣候狀況。2023/4/12第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日2023/4/12第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.4綠洲效應的特征3.3.1綠洲“冷島效應”

綠洲效應最顯著的方面是“冷島效應”。綠洲在干旱環境的強迫下必然會有熱平流水平輸入,這造成白天綠洲近地面層僅存在靠近地表的很薄層層結不穩定大氣和向上感熱通量輸送,而上層大氣卻為逆溫和感熱通量向下輸送。所以白天近地層大氣往往臨空會出現一個“映象熱中心”,大氣也處于相對比較穩定的層結狀態,這不僅使得綠洲地表蒸發受到一定抑制,而且使綠洲地表蒸發的水汽由于受上面逆溫層的限制,大量水汽聚集在貼地約200m以內,從而使水平空間靠近地表的綠洲大氣會出現一個濕中心。進一步抑制綠洲地表的水汽蒸發。2023/4/12第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日2023/4/12第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.3.2綠洲的熱力和動力效應綠洲的“冷島”結構造成了綠洲與周圍荒漠非常大的熱力差異,這會在綠洲和臨近荒漠之間形成局地熱力環流。在小風速時對綠洲和荒漠之間的能量和物質交換有重要貢獻,特別是其對水汽的輸送對綠洲自我維持有生態學上的意義。同時,由于氣流進入綠洲后風速的突然減弱,會在綠洲與上游荒漠的交界處形成一個氣流輻合區,在綠洲上游出現上升氣流,這種上升氣流有可能對形成中尺度對流的產生有一定貢獻。2023/4/12第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.3.3綠洲增雨效應由于綠洲的熱力和動力效應容易在干旱區誘發中尺度對流,這有利于該地區降水的產生,從而起到增雨的效果。一般比較大的綠洲才能有這種增雨效應。根據統計,新疆庫車地區總云量和低云量均明顯少于北京地區,但其積雨云出現次數卻幾乎高出北京一倍,這也許就是綠洲誘發的對流運動的貢獻。還發現,由于水平風速吹斜了對流體,增雨效應主要出現在綠洲的下風區。在阿克蘇綠洲,處于綠洲上風方向的阿瓦提地區降水很少,而其下游則明顯多雨。2023/4/12第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.3.4臨近綠洲荒漠大氣逆濕

由于來自綠洲的較強的水平水汽輸送和荒漠本身地表蒸發提供的水汽極少,臨近綠洲的荒漠近地面層大氣時常會出現一個逆濕層和水汽通量向下輸送層,并且一般白天為臨空逆濕,夜間為貼地逆濕。2023/4/12第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.3.5綠洲地表低反射率綠洲地表平均反射率為0.15,遠低于其周圍臨近荒漠的0.25。這導致綠洲地表為高輻射能量接收區。綠洲地表吸收的短波輻射大約比其周圍臨近荒漠大16%,而地表發射的向上長波輻射卻比其周圍臨近荒漠約低28%(夜間)～40%(白天)這最終造成綠洲凈輻射通量明顯高于周圍荒漠。2023/4/12第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

對綠洲系統而言,水是維持其存在和支持其發展的最關鍵因素.但除此而外,綠洲效應所表現出的一系列小氣候特征作為最主要的局地自然要素,也無疑對支持綠洲系統維持和發展起著極為重要的作用。

3.4綠洲效應的利用

2023/4/12第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日綠洲植被狀況越好、土壤濕度越大越有利于綠洲小氣候特征的表現,而當外部背景為強風和強的太陽輻射時,則不利于綠洲小氣候特征的表現,水平尺度則以適中為最佳。由此可見,綠洲的空間尺度、綠洲的植被分布結構和土壤性質、綠洲形狀和走向以及大尺度的動力和熱力背景等因素,都能影響綠洲和其臨近荒漠小氣候特征的表現力,從而對綠洲自我維持機制發揮產生作用。這些因素在一定程度上是可以被改變的。使通過改變綠洲條件來改進綠洲自我維持機制在理論上存在著可能性。2023/4/12第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日3.5對綠洲效應的人工影響

建設和改造綠洲：

(1)減少綠洲上游山區的用水,盡量滿足山前平原區綠洲的用水,防止綠洲由平原向山區退縮,使氣候要素能達到最優化組合。

(2)在荒漠區利用大型滴灌工程發展相對集中的人工綠洲或改造現存綠洲的面積,并使其達到能夠自我維持的生態規模。

(3)由于大尺度水平風速對綠洲系統的維持有較大影響,因此建設新綠洲或改造舊綠洲時應盡量選在背景風速較小的環境中,或順著流性風向建造綠洲.

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(4)在光熱資源與水資源結合時顯得過剩的情況下,應該選擇太陽輻射相對較弱的大尺度背景建設新綠洲。

(5)在水資源相對短缺的綠洲,應大量興建條件性氣候封閉工程。所謂條件性封閉就是對自然條件的去劣從優。

(6)作為硬技術的灌溉技術的提高和更新,仍然是最有效、最應大力推廣的方法,它