崔丽娜 冯志敏 马天光
克拉玛依市气象局 834000
摘要:利用遥感资料评估了“引水工程”对克拉玛依市近20年城市生态环境演变的影响。评估结果表明，近20年随着城镇面积的不断扩张，地表水面积也相应地增加，进而促使本市植被不断增长；对天气要素的评估表明，克拉玛依城区年内的最高及最低温日数和大风日数都有显著性减少，而年降水量及大雾日数有显著性增加；开展了数值模式模拟降水实验，验证了低层水汽的增加可有效促进局地夏季降水，提升植被增加的驱动力。综合而言，“引水工程”为克拉玛依地区提高了城市内外各生态环境效应，增加了植被覆盖度，进而对局地小气候改善起着关键性作用，促进了近20年克拉玛依城市生态环境向好发展。
关键词：引水工程；克拉玛依；生态环境影响评估；遥感
引言
克拉玛依市地理坐标为E84°44′—E86°1′，N44°7′—N46°8′，地处准噶尔盆地西北缘的冲洪积扇前倾斜平原地带（见图 1) ，气候长期干旱，植被覆盖率低。全球气候变化对干旱区城市与绿洲的发展规模及持续性影响显著，而“引水工程”是解决全球气候变化对城市绿洲负反馈的重要生态工程措施。引水工程“克拉玛依河”于2000年全线通水,给克拉玛依带来了新的活力，对生态环境改善提供必要的条件。从2000年开始，克拉玛依市政府提出了争创国家环保模范城市的目标，兴修水库,开展人工造林,积极开展城区绿化，在中心城区西北部戈壁地进行了土地沙化整治恢复湿地。随着生态林地、绿地面积的扩大,对区域环境产生了一定的生态正效应。
利用卫星和气象资料对克拉玛依市进行长序列动态监测和分析，并开展了数值模拟试验进行验证，得出了“引水工程”实施以来克拉玛依生态环境变化的若干结论。
一、近20年克拉玛依市植被持续增长
通过遥感数据分析，获得克拉玛依市近20年的年平均植被归一化指数为0.204，以及每5年的平均指数为0.164、0.184、0.221和0.250，植被指数整体呈持续上升趋势，且以每年0.0049的增长率增长；植被改善区面积占总面积的9.8%，植被退化区面积占全区面积的1%，剩余89.22% 为无明显变化的稳定区。在植被覆盖面积明显增加情景下，低盖度植被面积最大，裸露土地减少，这主要是由于引水工程使得气候要素改善，进而促使了整个地区气候条件变好，这种气候条件的改善仅表现为小幅度转变，所以在整个地区的原本裸土的地区出现了适宜荒漠草本植物的生长，故增加了低覆盖植被的面积。从图1可以看出，1999年克拉玛依绿洲主要分布在克拉玛依的南部，乌尔禾区也有小面积的绿洲，白碱滩区只有零星分布，2019年绿洲面积显著扩大，扩大方向主要在克拉玛依区，这主要是由于在乌尔禾区绿洲内部本身植被长势良好，克拉玛依地区整个气候的改善对乌尔禾绿洲相对影响较小或未影响；而白碱滩区本身土壤较为恶劣，所以该地区气候条件改善，能够对植物生长产生较大影响，故白碱滩区能够生长植物的地区出现增加趋势。由图2可见植被覆盖的大面积改善区主要位于城镇工业区和农业耕作区，这也符合气候条件的改善对城镇工业区和农业耕作区内的植被有较大地促进。整个地区的植被与该地区水资源面积呈现较好的线性关系，也进一步表明了引水工程对该地区植被起到较好的正反馈作用。总体上，克拉玛依地区内植被面积的增加也不断对区域小气候形成良性正反馈作用，而气候的变好为植被提供良好的生长条件，故而形成了可持续地良性循环。
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二、近20年克拉玛依水资源增长显著
2.1克拉玛依地区水系、水利附属设施分布
水资源在人类社会发展过程中起着至关重要的作用，尤其是对干旱区内城市绿洲的经济建设与城市发展尤为关键。克拉玛依市隶属于白杨河流域和奎屯河流域，其水资源的承载力为克拉玛依城市的经济建设、城市景观和生态效益提供了必要条件，其水系及水系附属设施分布图中可以看出克拉玛依自然水系分布相对较少、水网密度空间异质性较大且分布不均；水系主要集中在克拉玛依市东西两侧，水系附属设施明显多于周边区域，水系和水网配置空间上可能会影响到城市规模的发展。
2.2克拉玛依市地表水面积逐年增加
在干旱区内城市绿洲的经济建设与城市发展中，城市外围的地表水是影响城市规模建设的又一关键要素。利用Landsat系列卫星数据，采用专家分析系统对每个像素进行逐一分类，可分为水和非水形成年数据集，并结合地表水二值分布图对该区域地表水面积进行统计归纳分析。得到近20年克拉玛依市地表水的面积呈增加趋势，其增长率为0.0355；同方差分析可知，前十年水域面积距平为负值，后十年水域面积距平为正值，后期水域面积较前10年极其显著的增加（P<0.01）（见图3）。
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图3近20年克拉玛依市地表水面积变化距平图
“克拉玛依河”于 2000 年 8 月全线通水, 主要是解决克拉玛依油田和居民生活用水兼顾沿线各类生态环境的用水问题。从卫星历史影像进行对比分析，1998年阿依库勒水库出现大规模人工修建的明显痕迹，1999年水库面积为1.16平方公里，2009年8月水库面积为3.8平方公里，2019年8月水库面积为3.6平方公里。
三、近20年克拉玛依市城区外延迅速扩张
克拉玛依城区边界和城区面积是城镇化的重要表征和扩展的基础。项目采用高分辨率影像为主要数据源，结合利用高分辨率影像上的城市景观特征解译，并得到克拉玛依城市2000年、2019年城区边界。2000年城区占地面积41.51平方公里，2019年为112.85平方公里。20年间城区扩展迅速，2019年与2000年相比，城区面积扩大约1.7倍，每年平均新增城市用地约3.5平方公里。在整个扩张的过程中，水资源承载力需求也在不断增加。
城区扩张以外延型为主，城区主要集中分布在克拉玛依区西部和独山子区的北部，扩张速度明显优于克拉玛依市北部；白碱滩区面积扩张主要在南方，靠近克拉玛依区处增加城镇建设明显，克拉玛依区面积扩张以东南方和南方为主，北方和西方面积变化较小；独山子区面积主要向北方扩张，东面也有扩张，其他方向扩张不大。城区面积增速快于人口增速，在整个快速增加中，水资源承载力的增加起到了关键的保障作用，城区扩张受地形、地貌和水资源等影响，并伴随着城市周边的耕地面积增加、植树造林面积增加，最终使得整个城市生态环境有了极大的改善。
四、引水工程驱动改善了局地小气候
4.1应用数值模式对克拉玛依的湿度与降水敏感性分析
利用WRF中尺度数值预报模式，模拟克拉玛依一次典型降水天气过程，通过增减克拉玛依近地层水汽含量，模拟表面相关性区域的近地面湿度变化和降水两者之间的关系。结果表明克拉玛依市城市绿化面积增大、植被蒸发加大，以及增加城市的绿化喷灌等等这些增加近地层水汽措施，可以间接降低城市及周边的温度。
4.2克拉玛依区域湿度特征指数分析
利用克拉玛依近50年的气象观测数据，通过分析参考作物蒸散量，综合判断克拉玛依气候改变情况。克拉玛依河自2000年通水以来，克拉玛依市的全年潜在蒸发量显著降低；这可能是克拉玛依河改善了克拉玛依市各种工业、农业等用水，改善了克拉玛依市的水汽环境和植被覆盖度，进而导致克拉玛依市全年潜在蒸散量显著降低。
克拉玛依河每年4月通水，10月停水，植被生长、农业活动也是从4月开始，10月结束。克拉玛依全年的潜在蒸散量水平主要决定于每年的4-10月份，本文做了克拉玛依市1957-2019年4-10月潜在蒸散量年际变化趋势，克拉玛依河的通水降低了克拉玛依市的年潜在蒸散量，保留了土壤水分，这为植物生长发育提供了有利的水分条件，在一定程度上改善了克拉玛依市的生态环境，尤其是自然植物生态环境得以改善。
五、总结
利用遥感资料对引水工程以来克拉玛依市近20年城市生态环境变化进行了评估，并通过数值模拟对水汽增加效果进行了验证，同时评估了气象要素变化特征，结果表明：克拉玛依市近20年植被、地表水面积增加、城镇面积扩大；克拉玛依城区高低温日数和大风日数有所减少，年降水量和大雾日数有所增加；数值模拟实验也验证了增加低层水汽可有效促进降水，改善局地气候。克拉玛依河为克拉玛依带来了生机，使得克拉玛依的生态环境、人居气候环境等宜居指数都明显改善，促进我市不断向人类宜居的方向持续发展。
参考文献
[1] 李俊峰. 近20年漫湾库区生态变化及其影响研究[D]. 云南大学, 2012.
[2] 刘文超, 刘纪远, 颜长珍,等. 基于遥感的中国陕北地区近20年耕地变化及其对农田生产力影响的定量评估[J]. 资源与生态学报:英文版, 2014.
作者简介：崔丽娜（1983.11）女，汉族，安徽人，硕士学历，工程师，从事研究方向：短期天气预报。
通讯作者：冯志敏（1976.12），女，汉，四川绵阳人，高级工程师，学士，主要从事农业遥感、气象灾害监测等开发与服务工作。