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綠洲
來源:互聯網

綠洲(英文:Oasis),也被稱為“沃洲”“沃野”,是指荒漠中具有穩定水源的區域,通常是干旱、半干旱地區農業開發與水資源利用的核心地帶,也被視為一種生態地理景觀。

綠洲的形成,取決于氣候、水文等自然條件,還有在天然綠洲基礎上由于人類活動而形成的人工綠洲。綠洲具有地域性、依水性、脆弱性等基本特性,土壤和植被都具有明顯的非地帶性特征。綠洲可以從自然條件、形成方式及人文等多方面,劃分為多種類型。綠洲生態系統表現出一系列獨持的區域氣候特征即“綠洲效應”,如冷島效應、濕島效應、抑制蒸發散效應等。其分布具有地帶性,通常分布在沿河流及山麓平原,一般呈帶狀和小塊狀,同時具有隨水源的時空分布變化而變化的規律。綠洲主要分布在亞洲、非洲、中南美洲大洋洲等大陸的干旱、荒漠地區,西北中亞綠洲農區是世界上面積最大、類型最豐富的綠洲。

綠洲是干旱、半干旱區人類生產生活的基地和人類文明的載體,也是能源、礦產、畜牧資源和農業特色產業資源發展潛力巨大的區域,直接關系到整個干旱區的演化和發展,也關系到人類未來生存空間的保證程度。

命名和定義

中國古代將綠洲稱為“沙中水草堆或水草田”,近代不少學者將其稱為“沃洲”或“沃野”,即荒野中肥沃的土地。維吾爾語波斯語阿拉伯語都統稱 “Bostan(博斯坦)”,含意為菜園、林果園、花園和稠密、盛長等。早年有人在中國新疆克州阿克陶縣屬地栽種樹木,形成小綠洲,由此該地有博斯坦村。在英文中,綠洲“Oasis”(復數“Oases”)一詞源自希臘語或晚期的拉丁語,意為荒漠中能“住”(Oweh)和能“喝”(Saa,科普特語)的地方。

國內外研究者從水資源稟賦特征、植被覆蓋度、農牧業生產開發程度、景觀格局、特殊地域分布、經濟價值等多方面定義綠洲。如《漢語大詞典》(1992年版)的定義為“水中草木繁茂的陸地;沙漠中有水草的地方”。關于綠洲的代表性的定義,還有“綠洲是干旱氣候條件下形成的,以荒漠為背景的,以天然徑流為依托的,具有較高第一性生產力的,以中生和旱中生植物為主體的景觀類型”。還有一種定義,認為綠洲是“干旱荒漠中有穩定水源,植物繁茂,生物活躍,具有一定的空間規模,且明顯高出周邊環境的高效生態地理景觀區”等。

成因

綠洲是特殊氣候條件、水文條件、地理條件和地質條件遞加的結果。干旱氣候和較充分的地表徑流或者人為地下水灌溉相結合,這是綠洲形成和維持的基本條件。受地貌及其過程與水土條件的影響,各綠洲的成因有所不同。

自然因素

綠洲的形成,有以下主要地理因素。

綠洲是以干旱荒漠為背景,所以它只能存在于干旱氣候條件下。盡管這種干旱氣候的空間尺度可以不盡相同,但至少要有能形成可以襯托出綠洲作為地理異斑的干旱環境基質的氣候條件。如果綠洲在10千米的尺度量級,那它所依托的干旱氣候區一般至少要在100千米以上。綠洲存在于干旱區、半干旱區的荒漠背景條件下,也即荒漠地區才有正宗的“綠洲”,為強調這一點,有的學者特意稱為“荒漠綠洲”或“沙漠綠洲”。

水是形成綠洲的最根本條件,自古就有“無水是荒漠,有水變綠洲”之說。雖然綠洲處于干旱氣候條件下,自然降水稀少,但它們總有其它水資源供給途徑。水資源到達綠洲的過程往往依賴于復雜的水文過程和巧妙的流體運動原理。水資源是綠洲生命之源,它既是建造綠洲的主要動力,也是維護綠洲生態的最重要因素。綠洲上相對豐富而穩定的水源為植被生長提供了水分,這是天然綠洲能夠在干旱區發育的先決條件。綠洲是因為具有一定的水源供給條件(泉水、河水、地下水、渠系或者管道輸水、坎兒井供水、抽取地下水等)而存在。在人類的主動干預下,現代綠洲地表水在很大程度上為人類修建的各類水利工程設施所控制,這些水利工程設施主要為綠洲農業供水。

合適的地理條件也是綠洲形成所必須的。綠洲往往形成于坡度較小、平坦、寬闊地帶,這主要是基于水運動力學的原因。水只有與土地的結合,才具有能發育綠洲的生態作用。在相對平坦的地帶,水比較容易停留,并且容易擴展其所滋潤的土地面積,地下水含量也會比較豐富。如果在大坡度或過分低洼地帶,過往水要么會很快流走,很少被該地區土地吸收利用;要么由于水量過分集中,而形成湖泊或沼澤。天然綠洲往往形成于荒漠環境中土質較好、水源豐富的沖積扇三角洲沖積平原等地理環境中。

土壤條件對綠洲的形成也很重要。綠洲是以植被為主體的生態系統,所以只有在適合植被生長的土壤條件下才會形成綠洲。沙礫地、礫石地、雪地、冰蓋和石板地等地表上肯定不能形成綠洲,能形成綠洲的地區其表面必須有一定厚度的泥土層,而且土壤比較肥沃并富有活力。 天然綠洲的形成,與水、土條件關系密切,土是綠洲形成基礎,水是綠洲形成的必要條件,土、水組合較好的地方容易形成綠洲。

光熱資源條件對綠洲的形成也有影響。綠洲一般形成在地表受太陽輻射加熱較強的地區,這既是干旱氣候帶的必然位置所決定,也與光熱資源對綠洲形成的影響有關。光熱資源對綠洲形成的貢獻主要有兩方面:光熱資源豐富,有利于綠洲植被光合作用有機化合物的轉化,可以形成比較旺盛的植被生態系統,因此綠洲才有力量抗御干旱環境的侵吞;同時,強烈的地表加熱使地表蒸發力極強,這在同樣的降水條件下更容易形成綠洲所必須依托的大尺度荒漠地理背景。否則,即使降水比較少的地區,由于蒸發很少,一般仍能維持草地景觀生態環境。所以,雖然同樣受干旱氣候控制,高寒的高原地區一般并不容易形成綠洲。

人為因素

人工綠洲是伴隨人類的出現及其定居和農耕活動而形成的,是人類活動的結果。人們開荒種地大多選擇水、土條件較好的地方,而這里往往為天然綠洲所在地,大量人工綠洲是在天然綠洲的基礎上形成的。阿拉伯半島東部的哈薩綠洲(Al-Ahsa Oasis),有泉眼、水井、排水湖及人工運河等一系列水務系統遺址,是新石器時代至今的人類定居點。在非洲尼羅河三角洲的一些地方,人們通過挖井或者用水泵引水的方式,利用地下水形成綠洲。中國新疆的一些古城遺址就是較早人工綠洲形成的地點。20世紀50年代以來,隨著大量開墾荒地,加上園地、人工林地、人工草場、城鎮工礦等發展,使得人工綠洲面積大增。克拉瑪依市綠洲則是因石油工業開發而打井抽水或人工修渠引水,在戈壁上建立起來的。

特征

綠洲在干旱氣候條件下形成,以荒漠為背景,具有地域性、依水性、脆弱性等基本特性。綠洲的土壤和植被都具有明顯的非地帶性特征。從綠洲分布區的土壤質地條件看,綠洲分布在沙漠、戈壁、鹽土、草原土、草甸土和各種類型的荒漠土帶。綠洲不僅分布于荒漠帶, 而且草原、草甸、灌叢和高山植被帶也都有分布。

基本特性

綠洲是伴隨干早區荒漠環境的形成而形成的,是干旱地區、荒漠地帶特有的地理現象,它是被包圍在廣袤的漠境中的一個特殊的隱域性或泛域性成分。因而,綠洲與荒漠是相生相伴存在于自然界中,具有獨特的生態環境,自然景觀與周圍荒漠截然不同。由于綠洲鑲嵌性分布在多種生物、氣候地帶中,故每種類型的綠洲都有地方性自然界的烙印,其分布也就具有地帶性。由此,其研究也具有典型的地域特點,主要集中在埃及、中國西北部、南極洲和突尼斯

綠洲的發育以水為基礎, 水是綠洲存在的先決條件。有水源保證或穩定的水資源(非天然降水)供給,是綠洲存在的基礎。而且,降水與灌溉對于綠洲戈壁區域氣候效應的影響甚大,對于綠洲的維持起著至關重要的作用。因而,綠洲的空間分布與河流、溪溝、泉水關系密切,主要分布在大河兩岸、洪積扇邊緣、井泉附近、高山冰雪融水下注的山麓地帶以及人工灌溉渠系分布的地區。綠洲的水文環境類型可分為外流河水系內陸河水系、平原地下水系、山地地下水系和外引水系等。

從綠洲系統來看,一般由自然、社會和經濟子系統組成,水、土、氣候、地貌等條件優化組合。一個完整的天然綠洲系統,應該包括在沖洪積扇緣溢出帶附近及沿河流下游以中生植物為主的核心區、沖積平原上以鹽生植物為主的外圍區和尾閭湖泊三大部分。人工綠洲則是在綠洲內部形成的由人工供水支撐的生態系統,由耕地、人工建設用地、水庫塘壩、河渠、果林苗圃等土地利用類型構成。而且,綠洲系統與山地、荒漠系統之間始終存在著互相聯系、制約和影響。

綠洲作為干旱荒漠基質上的異質,與干旱荒漠區在空間尺度和表面性質等方面均表現出巨大的反差。綠洲與干旱荒漠背景在空間尺度上一般至少要相差一個量級;在表面性質方面,綠洲的植被生長茂盛,分布稠密,與干旱荒漠背景極端相異。綠洲的覆蓋度一般要在80%以上,而干旱荒漠背景的覆蓋度一般不超過30%。

綠洲的維持總是表現出恰當的規模和尺度,尺度過小的綠洲一般不容易形成其自我維持的能力,也達不到表現其景觀特征的植被生態規模。而地理結構和其本身的維持機能,也往往限制了其向太大尺度發展。綠洲的最小臨界尺度為5~10千米之間,最大臨界尺度為55~65千米之間,綠洲分布最集中的尺度在15~25千米,而這個尺度上的綠洲存活性最強。綠洲穩定性表現在一定尺度條件下,不同尺度的主要驅動機制不同,穩定性概念也不同;綠洲穩定性的驅動力具有綜合性,在大時空尺度下自然驅動力是基礎和背景,小時空尺度下人文驅動力是主導。

綠洲是干旱氣候條件下的一種自然界的自適應系統,具有很大的生產潛力。作為一種特殊的自然資源富集區,綠洲巧妙地迭加了干旱區良好的光熱資源和山區濕潤氣候下比較豐富的水資源兩種優勢,擁有得天獨厚的生態機能和生產效率。綠洲適宜于植物(中生植物)繁茂生長和人類聚集繁衍,生物過程與社會經濟活動頻繁。從綠洲系統來看,其基本特征是“具有較高的能量轉換效率”。因而,綠洲在農業生產和生態功能等方面都表現出高效性。

綠洲不僅必須以干旱荒漠為背景,而且更重要的是它強烈依賴地形和水文環境,與它相聯系的每一個環節的變化都會影響其景觀狀態。綠洲環境的脆弱性,自然因素主要在于干旱和多風的氣候條件,為沙漠所包圍的地貌條件,內陸河流的水文條件的封閉性,以及質地偏向沙性的土壤條件等;人為因素則與人類的“濫墾” “濫牧”“濫灌濫打井”等干擾和破壞有關。這些因素引發了風沙、干旱、鹽堿等綠洲生態風險。綠洲作為小尺度異質要與大尺度干旱基質背景相抗衡,本身就是以弱抗強,這決定了其被背景主宰的地位。氣候波動和地質變遷均能控制綠洲的命運。同時,綠洲生態平衡和資源收支的回旋余地也很小,不當的人類活動很容易造成生態或資源的失衡,引起綠洲的退化。尤其荒漠-綠洲過渡帶更是一個對外界條件變化極為敏感的生態環境脆弱帶。

綠洲化是干旱區綠洲時空演變的外在表現。綠洲演變的因素主要為自然因素、人文因素及人為-自然因素。綠洲演變可分為演化和變遷兩個方面,演化是指綠洲組分、結構和功能等隨時間發生的內部變化,變遷是指綠洲形態、邊界和位置等隨時間發生的空間變化。干旱區受自然與人為因素的綜合作用,存在綠洲化與荒漠化過程,綠洲類型常發生天然綠洲一人工綠洲、綠洲一荒漠或荒漠一人工綠洲的演變。另外,綠洲的退化要比其進化過程迅速的多,恢復退化綠洲的過程也要比其退化過程漫長得多。

土壤

綠洲的土壤具有明顯的非地帶性特征。從綠洲分布區的土壤質地條件看,綠洲分布在沙漠、戈壁、鹽土、草原土、草甸土和各種類型的荒漠土帶。

綠洲土壤的突出特點是具有一定深度的由沖積或灌溉形成的淤泥層,經過長期的耕作,淤泥層已形成高肥力、高熟化的古老耕作土壤,富含有機化合物、氮素和可溶性鹽。綠洲土垂直剖面可粗分為上、下兩 層,上部剖面為淤泥層,其厚度取決于沖積條件和灌溉條件,也與其歷史長短、耕作特點、風蝕強弱、沙塵暴情況、上風地理環境等有一定關系;下層是荒漠土壤,以沙石為主,活性差、有機物貧乏。綠洲土在顏色上也有區域性差別,可分為綠洲灰土、綠洲白土、綠洲潮土等類。綠洲灰土基本分布在溫帶荒漠,以灌溉綠洲為主,土壤有機質含量高,無鹽堿化侵擾;灰土綠洲多分布在山前平原的中下部,如中國河西走廊的內陸河中游綠洲;白土綠洲主要分布在熱帶亞熱帶干旱區,有機質含量低,但也無鹽堿化侵擾,在非洲、南美洲、澳洲、南亞分布比較普遍;潮土綠洲分布在河流的下游和特別低洼的地區,地下水位較高,土壤有“夜潮”現象,并且有一定的鹽堿化。

植被

綠洲植被具有明顯的非地帶性特征。綠洲不僅分布于荒漠帶, 而且草原、草甸、灌叢、托卡依(維吾爾語,指荒漠河谷河灘林)和高山植被帶都有分布。植被結構對于綠洲戈壁區域氣候效應有著較大的影響,其中植被結構3個子因子中,植被覆蓋率和植被的組成比例影響力較大,而植被的空間分布方式影響力較小。綠洲植被以“非旱生”(non-xerophytes)的植物占優勢,與周圍的荒漠景觀形成了翠綠與焦黃的強烈色調反差。

綠洲植被群落中的樹木多為楊柳科和榆科植物,植被結構分為喬木、灌木和草本三層,均具有較強的抗旱、御風和耐鹽能力,根系深入而發達,葉子小而稀, 郁閉度小,屬于喜光和抗旱性植物。自然樹木主要有胡楊林、灰楊林、白榆林、沙棗林、棕櫚林、白柳黑楊、袤毛楊等;自然灌木有多枝檉柳鈴鐺刺柴達木黑枸杞、右柴柳、野薔薇、兔兒條、大葉小蘗、小果白刺鹽穗木等;自然植被主要有駱駝刺、羅布麻、甘草、胡盧巴花花柴拂子茅、蘆葦、偃麥草三葉草、賴草、芝麻蒿等。綠洲內人工栽種的樹木以毛白楊為主,構成現代綠洲的林網體系;農作物在現代綠洲中已占有主導地位,綠洲主要農作物有玉蜀黍屬、小麥、棉花等。

分類

綠洲的分類方法很多,可以從綠洲的歷史、功能、區域、土壤、水文條件、形成方式等多個方面劃分綠洲的類型。

按自然條件

水源地

按綠洲水源地,可劃分為外流型綠洲、內流型綠洲。也有按綠洲的水文環境,劃分為外流河綠洲、內陸河綠洲、地下水綠洲、引水綠洲。按綠洲的土壤,可劃分為灰土綠洲、白土綠洲、潮土綠洲等。根據綠洲的主要植被類型和人文地理特征,可劃分為胡楊林、蘆葦灘、梭梭林、楊柳林、經濟綠洲和文化綠洲等。

氣候區

根據綠洲所處的氣候區,可劃分為熱帶亞熱帶綠洲、溫帶綠洲、亞溫帶綠洲。綠洲主要分布在受大尺度大氣環流下沉氣流控制的副熱帶地區,基本在地球北回歸線附近。該區域受下沉氣流控制而降水稀少,而且由于太陽輻射強度大且蒸發力極強,因而形成了全球性的干旱帶,荒漠戈壁分布廣泛,因而在有特殊水資源保障的區域極易形成綠洲,為熱帶或亞熱帶綠洲。非洲大部、中亞南美洲大洋洲等地的綠洲基本都屬于這一類型。還有不少綠洲分布在較大范圍的區域干旱氣候區,主要指分布于中國西北干旱氣候區及中亞的綠洲,地處北緯30℃~40℃之間的中低緯度,可稱為溫帶綠洲。在中緯度地區,雖然一般處在有利于降水的大尺度大氣環流背景下,但因為海岸山丘背風坡的雨影效應而形成了較大規模的內陸荒漠,同時也伴生了一些綠洲,可稱為亞溫帶綠洲。如北美洲和其它一些中緯度沿海地區的綠洲。

地貌

根據綠洲的地貌,可劃分為沿河兩岸階地型、扇形地型、沖積平原型、三角洲型綠洲。也有根據綠洲所處的地貌部位,劃分為湖一庫型、扇形地型、沖積平原型、洪積平原型、沖一洪積平原型、泉眼型綠洲。也有按綠洲所處的地貌部位,劃分為山前傾斜平原綠洲、山前溝谷綠洲、山前谷地臺地綠洲、山間盆地綠洲、沖積洪積扇綠洲、河流沖積平原綠洲、河流干三角洲綠洲。也有依據綠洲所處地貌類型,劃分為扇緣綠洲、湖濱綠洲、沿河綠洲等。除平原河谷林綠洲外,大多數綠洲發育在各大山系山前沖洪積扇的中下部及沖積平原上。大多數綠洲具有三大類型綠洲的兩種或以上,最常見的是綠洲農田一城鎮和綠洲低平地草地組合。

按形成方式

根據人類活動干預程度,可將綠洲劃分為天然綠洲與人工綠洲。天然綠洲包括天然林、沼澤草甸、荒漠化喬木、灌木、草甸,河、湖等,人工綠洲包括農田、園地、人工草地、人工林地、水庫,漁塘、人工建筑物等。天然綠洲的形成,與水、土條件關系密切;人工綠洲的形成,則與水土及礦產資源開發有關。按綠洲的形成方式,也可劃分為天然綠洲、半人工綠洲、人工綠洲。天然綠洲是指幾乎完全在自然條件下形成和成長的綠洲,一般不適宜開發或無開發價值,作用主要體現在生態方面;半人工綠洲指雖自然發育但經過人工改造的綠洲,大多數綠洲屬于半人工綠洲,一方面其本身自然結構比較優良,另一方面通過人類的改造和加工,其結構變得更加合理;人工綠洲基本上都是新綠洲,指在純粹荒漠上建設的綠洲或原來生態環境已徹底改變的綠洲。

在干旱區,由于水資源的限制,總體上天然綠洲與人工綠洲存在相互消長的關系:在有限水資源條件下,人工綠洲規模的擴張必然導致天然綠洲用水量的缺失,失去天然綠洲的防護,人工綠洲穩定性與可持續發展能力也會受到影響。

按人文

主導經濟成分

按主導經濟成分,可劃分為農業綠洲、牧業綠洲、礦業綠洲、工業綠洲。也有按綠洲的功能,劃分為生態綠洲、牧業綠洲、農業綠洲、城市綠洲。生態綠洲指尚未開發或不適宜開發的綠洲。牧業綠洲主要分布在河流上游海拔較高的陰涼地區或河流末端的湖泊洼地,缺乏光熱資源或過于鹽漬,不適宜農作物生長,只適合維持草地或野生植被生態環境。農業綠洲具有良好的光熱資源和豐富的水資源一般分布在河流中游的沖積平原,是現代綠洲的主體。城市綠洲主要是為石油和礦產資源開發為目的,大多是在荒漠上靠開采地下水和引水發展起來的,如中國新疆克拉瑪依市和甘肅省金川市。

利用及開發歷史

以人類對綠洲利用的時序及開發歷史,可劃分為原始綠洲階段、古綠洲階段、老綠洲階段、新綠洲階段四個時期。古綠洲主要指歷史上曾經存在,但后來由于種種原因消失的綠洲。老綠洲是指形成已有百年甚至千年以上的歷史、目前仍然保留的綠洲。新綠洲指新開墾、開發建設的綠洲。也有以綠洲產業結構演變過程,劃分為原始牧業綠洲(公元前1300年至公元前121年)、傳統農牧綠洲(公元前121年至2000年)、新型產業綠洲(2000年以后)三個階段。

綠洲效應

綠洲生態系統在對抗干旱氣候環境強迫的過程中,表現出一系列獨持的區域氣候特征,這些區域氣候特征在綠洲系統自我維持過程中扮演了比較重要的角色,稱之為“綠洲效應”。綠洲作為干旱荒漠背景基質上的異質,地表植被形態、溫度、濕度、粗糙度等性質在空間上有系統性不均勻分布,它們能夠在較小尺度上引起大氣的響應和影響大氣的運動過程,形成一些特殊的氣候特征。綠洲空間尺度是影響“綠洲效應”的重要內因。

冷島效應

綠洲效應最顯著的特征是“冷島效應”,它是指綠洲在大氣邊界層形成的“冷島”結構所產生的小氣候效應。由于綠洲和周圍荒漠之間地表熱容量和地表熱量平衡的巨大差異,白天綠洲地表受太陽輻射加熱程度遠不如周圍荒漠顯著,加熱最強時綠洲地表溫度一般要低于荒漠地表溫度10℃以上。綠洲地表湍流感熱通量也要小得多,不到臨近荒漠的1/3,所以形成綠洲大氣被周圍荒漠熱空氣包圍的“冷島”結構。1米高處綠洲大氣溫度比鄰近荒漠大氣溫度低5.4℃左右,從而在酷熱的背景中創造了一個清涼的小環境。白天綠洲邊界層下部大氣的逆溫結構,能夠有效抑制綠洲近地層涼空氣向高層大氣擴散,從而反過來也使得綠洲大氣的“冷島”結構得以加強和維持。

濕島效應

綠洲不僅植被覆蓋度大,而且土壤比較濕潤。綠洲地表相當于大氣的水汽源,不斷加濕綠洲大氣,綠洲近地層大氣可以穩定地、長時間維持一個相對濕潤狀態,在干旱荒漠的干燥大氣背景中如同“濕島”。一般在1米高處綠洲大氣比濕最大能達到10克/千克以上,是同高度臨近荒漠大氣的4倍左右。由此,綠洲在干旱的背景中形成了一個相對濕潤的小環境。

逆濕效應

聚積在綠洲低層的濕潤空氣在大氣逆溫層的強迫下,會通過水平平流和水平湍流輸送到周圍臨近荒漠近地層大氣,使臨近綠洲的荒漠近地面層大氣時常出現一個逆濕層和向地表輸送的水汽通量層,向地表輸送的水汽部分會通過降露或吸附過程被荒漠土壤吸收。這種水分輸送機制可以維持一定程度的沙生植物生長,從而形成綠洲外圍很重要的生態保護帶,對維持綠洲—荒漠之間生態脆弱帶的穩定性有積極意義。

抑制蒸散效應

在有綠洲分布的荒漠區,日間水汽出現反向流,地表大氣濕度出現逆轉。從綠洲向荒漠運動冷一濕氣流,而從荒漠向綠洲的是干一熱氣流。綠洲周圍荒漠上的熱空氣,通過水平平流和水平湍流運動源源不斷地向綠洲“冷島”輸送,綠洲邊界層的逆溫結構能夠有效抑制綠洲近地層涼空氣和水汽向高層大氣擴散,減少了蒸散,這會使綠洲大氣的冷島、濕島效應得到進一步加強。

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,從而在綠洲和臨近荒漠之間形成局地熱力環流。這種局地環流雖然在大風時會被摧垮,但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。沙漠和綠洲局地環流還因晝夜和季節不同而變化,影響近地表風沙輸移平衡。

能量富集效應

光和熱屬于干旱區的優勢生態因素,但是綠洲為大面積的荒漠所包圍,綠洲與相鄰荒漠之間的熱量狀況有明顯差別。綠洲地表平均反照率遠低于其周圍臨近荒漠,它吸收的太陽短波輻射比其周圍臨近荒漠的要高16%以上;同時,綠洲地表長波輻射比其周圍荒漠地表的低大約28%~40%左右。這兩種效應,使綠洲地表成為太陽短波輻射的高接收區、長波輻射的低損失區,最終使綠洲凈輻射通量即地表可利用能量明顯高于周圍荒漠,最大約高過57%,從而為實現糧食高產提供了充分的能量來源。

風屏效應

綠洲的近地面層大氣風速和摩擦速度,要比周圍荒漠的小。沙漠—綠洲過渡帶天然植被具有良好的防風阻沙效益, 對綠洲內部農田起到重要生態保護作用。氣流經過綠洲時,綠洲的植被特別是樹木等高粗糙元能夠有效消耗氣流的動能或動量,使得氣流進入綠洲后風速立即減弱,起到了風速屏障的作用。綠洲這種屏障功能不僅減弱了風蝕,減少了蒸發,有利于綠洲自我保護,同時還能非常有效地抗御沙塵暴。尤其是綠洲的防護林帶具有明顯的防風效能,防風效能隨著林帶疏透度增大而降低。

增雨效應

綠洲對沙漠的水汽輸送是影響沙漠地表能量收支以及綠洲周邊區域氣候的最重要的因子。綠洲的熱力和動力效應容易在干旱區誘發中尺度對流,并且綠洲局地水分循環可以提供比較豐富的水汽,這有利于該地區降水的產生,從而起到一定的增雨效果。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。一般比較大的綠洲才有這種增雨效應。

分布

分布特點

干旱區綠洲具有隨水源的時空分布變化而變化的規律。綠洲的分布格局多為緊緊圍繞水系的同心圓圈形狀或者同軸條帶形狀,總體上呈片狀、沿盆地邊緣呈串珠狀,一般呈孤島狀、帶狀或串珠狀分布。其中,在沿河流沖積平原呈帶狀,在河流出口呈扇狀或點狀,沿湖則呈環狀。干旱區綠洲的分布模式主要有4種,分別為沿河谷階地層狀分布,沿山麓平原片狀分布,沿河道線狀分布,沿斷層洼地泉水出露地點零星點狀分布。

綠洲的面積大小不等,小到一個水泡子連同周圍的一圈濕地,一片糧田、果園、花園或菜園,大到大片自然灌溉或灌溉的土地,甚至一個大城市或者一條河流的整個流域等。

天然綠洲與荒漠區水源空間分布基本一致。天然綠洲大多分布于荒漠區水、土、光、熱耦合較好區域,如扇緣、河谷平原、湖區、泉水地等地方。其中,扇緣地下水溢出帶水源豐富,土質粘重,可見芨芨草、蘆葦、多枝檉柳等植物;河谷平原包括河流水面、河心灘、河漫灘、低階地等,地形平坦,水土優良,為生物生存發展的良好地方,魚類、蛙類、爬行綱、鳥類等動物多,灌叢、灌木等植物茂盛;湖沼位于盆地低洼處,大多為河流尾閭湖,適于魚類等水生動物生長,湖灘沼澤地蘆葦茂盛;泉水地位于平原、谷坡有泉水出露地方,往往是水草豐茂或有灌叢、灌木生長。

人工綠洲往往位于水庫、渠道、機井附近,主要分布于山前沖積、沖—洪積平原與河流中、高階地等地方,有農田、園地、人工林地、城鎮居民點及工礦、水庫等。呈塊狀分布,圖斑較規則。

分布區域

干旱、荒漠地區幾乎都有綠洲,廣泛分布在亞洲、非洲、中南美洲大洋洲等大陸上,在北美洲等地區也零星出現,在中亞、西南亞、北非、西南非、南北美洲西部和澳大利亞等區域比較集中。截至2020年,全球綠洲面積達191.91萬平方千米,其中77.3%的綠洲分布在亞洲。

亞洲

地處亞歐大陸中部干旱區的中國西北及中亞綠洲農區,是世界上面積最大、類型最豐富的綠洲。這個區域在夏季主要處于太平洋季風與西風環流交接地帶,降水稀少,生態環境脆弱,但“山地-綠洲-荒漠系統”獨特的地理地貌又造就了特色而高效的灌溉綠洲農業。

中國綠洲

中國的綠洲主要分布在西北和青藏高原北部的干旱區,屬于溫帶內陸類型綠洲。中國的荒漠多有巨大而高聳的山體環繞或鄰近,從而提供了更加豐富的水資源,更具有滋養和發育綠洲的優厚條件,所以 “高山一綠洲一沙漠”大系統的結構與功能體現顯著。西北水熱同期型綠洲農區主要分布在新疆、河西走廊寧夏回族自治區內蒙古自治區黃河沿岸、青海柴達木盆地等溫帶大陸性干旱氣候區,最大特點是受南面青藏高原影響,夏季無副熱帶高氣壓帶作用 ,高空西風環流或太平洋東南暖濕季風帶來的水汽分別形成降水,使 6—9月降水比例高,水熱同期。

綠洲是新疆的一種獨特的地域類型,呈“島嶼”狀散布于荒漠之中,絕大多數城鎮以綠洲為依托,城鎮和綠洲在空間分布上具有高度一致性。新疆綠洲主要分布在環塔克拉瑪干沙漠、天山南北麓、昆侖山脈柴達木盆地高原一帶。塔克拉瑪干沙漠中分布有一些尚未開發或不適宜開發的生態綠洲。在天山南北麓平原區水、土條件較好地方,如庫爾勒、阿克蘇市烏魯木齊市瑪納斯縣等地分布有片狀綠洲,塔里木河的老河道沿線分布有線狀胡楊綠洲,沙吾爾山南麓斷層有呈串珠狀分布的泉水地綠洲,烏魯木齊河、伊犁河等河流階地的河漫灘及低階地分布有楊屬、榆樹等天然綠洲,二、三級階地為農田、果園、居民點等人工綠洲。天山北麓的石河子市為典型的新開墾的農業綠洲,克拉瑪依為城市型綠洲,天山東部的吐魯番市分布有典型的農業綠洲。

河西走廊位于祁連山脈以北,馬鬃山以南,東起古浪峽口,西至甘肅省、新疆交界處,長1000余千米,為形似長廊的狹長地帶。主要地形地貌包括南部的祁連山褶皺和阿爾金山脈斷塊、北部的阿拉善盟臺塊和北山(馬鬃山)斷塊帶、中部的坳陷等3個地理單元,南、北兩山之間海拔1000~2600米的走廊是綠洲主要分布區。河西走廊發育了武威市民勤縣張掖市一高臺、酒泉市金塔縣、玉門一瓜州縣敦煌市等綠洲。河西走廊傳統綠洲農業具有單季農作物高產、化肥施用量和灌溉量較高的特點,綠洲農業發達,是典型的灌溉農業區,為中原地區大西北的糧棉基地之一。

中亞綠洲

中亞地區的綠洲主要分布在哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦土庫曼斯坦,主要綠洲有布哈拉、穆爾加布河(Murgab)、捷詹河(Tedjen)綠洲等。中亞溫帶、干旱區水熱強不同期型綠洲農區,主要分布在烏茲別克斯坦的撒馬爾罕塔什干,哈薩克斯坦的塔拉茲(Taraz),吉爾吉斯斯坦比什凱克(Bishkek)等天山西段山前平原,也是絲綢之路上的古綠洲,農業生產依靠“山地-綠洲-荒漠系統”產生的河流灌溉。中亞地區的草原與綠洲呈現出一種相互嵌入的分布格局。同時,其高山—盆地結構的構造不同于其他干旱區,具有冰雪—森林—草原—綠洲—荒漠相互交織的獨特自然景觀。如哈薩克斯坦中部草原與沙漠交接地帶、古爾班通古特沙漠和塔克拉瑪沙漠與周圍山前綠洲的交接地帶,形成了“草原—沙漠”和“綠洲—沙漠”的過渡地帶。

布哈拉(Bukhara,又譯為“不花剌”)位于烏茲別克斯坦西南部,地處扎拉夫尚(Zeravshan,又譯為“澤拉夫尚”)河谷三角洲。布哈拉地處平原地區,海拔450米以下。總體呈明顯的大陸氣候,夏熱冬冷。作物有2個生長季,植物生長季(4月~9月)和非植物生長季(9月至翌年3月),植物生長季的主要作物有谷物、蔬菜和飼料作物,非植物生長季的作物有冬小麥。綠洲是烏茲別克斯坦最大的灌區之一,灌溉供水遵循自然條件和作物生長階段。灌溉主要集中在植物生長季,在非植物生長季進行瀝鹽和輕灌。

穆爾加布一捷詹(Murgab—Tejen)綠洲地處土庫曼斯坦東南部,從阿姆河(Amu Darya)引水開鑿的卡拉庫姆運河(Karakum Canal)橫穿區內。穆爾加布河、捷詹河流經區內,沿岸有綠洲連續分布。綠洲位于穆爾加布河三角洲中部,為沙土、龜裂發育的鹽堿地平原,屬于典型的溫帶大陸性氣候,日夜和冬夏的溫差很大,夏季干旱少雨,雨季主要在春季。阿姆河左岸的希瓦(Khiva)是一座綠洲城,有“中亞明珠”“太陽之國”之稱。在穆爾加布一捷詹綠洲中,干旱地區占綠洲總面積的60%以上,從中心到外部干旱狀況越來越嚴重,而且綠洲土壤低濕度面積呈擴張趨勢。

非洲

非洲的綠洲主要分布在北部、西南部,在撒哈拉沙漠(Sahara Desert)地區和尼羅河(Nile River)流域等區域比較集中。

北部的綠洲

撒哈拉沙漠位于非洲大陸北部,西起大西洋沿岸,東達紅海之濱,是世界上最大的沙漠。撒哈拉沙漠地區屬熱帶沙漠氣候,是世界上最炎熱干燥的地區之一。地貌主要是礫漠、流沙、砂丘及綠洲,植被稀少。綠洲的水源主要有歷史上沉積儲藏的地下水季節河集流形成的一些臨時性湖泊,以及山脈和沿海高地的溪流和干谷(季節性溪流)。

尼羅河位于非洲東北部,是世界最大河流之一。流域中下游每年6~10月泛濫,淤積巨量沃土,在長期墾殖下形成河谷綠洲帶。尼羅河流域適合農業耕種且產量較高的區域主要分布在維多利亞湖周邊,蘇詩丁(Sudan)、埃塞俄比亞高原(Abyssinian 高原)、白尼羅河(White Nile)、青尼羅河(Blue Nile River)和阿特巴拉河(Atbara River)谷地帶以及埃及(Egypt)境內的尼羅河河谷及沖積平原地帶。

尼羅河向北流經埃及境內的撒哈拉沙漠,與沙漠中的低地并存一系列綠洲,流至開羅(Cairo)附近形成三角洲。埃及西北部沙漠中的錫瓦綠洲(Siwa Oasis)地處低于海面20~30米的一片洼地中,有200多眼泉水為主要水源,自古就是重要的農耕區。綠洲長約10千米,寬約6~8千米,呈東西走向,面積約1375平方千米。錫瓦綠洲與附近區域的一些小綠洲連串延伸分布。當地人充分利用寶貴的水源,發展土地的層次性,種植糧食作物和橄欖海棗、苜蓿草等,保護動植物的生物多樣性,于2016年被列為全球重要農業文化遺產埃及西部沙漠中有拜哈里耶綠洲 (Bahariyya Oasis),長滿棗椰樹和橄欖樹,有天然溫泉和冷泉等。法拉弗拉綠洲 (Farafra Oasis) 坐落在被白色沙漠、黑色沙漠和大沙海包圍的洼地之中,擁有森林、花園和溫泉等。

利比亞(Libya)位于地中海南岸,海濱降水多,中、南部撒哈拉沙漠干旱少雨,在海拔不高的山地因抬升性降水產生季節河,滲漏為地下徑流,在平原區形成井、泉清水灌溉的綠洲農區。的黎波里(Tripoli)是利比亞主要的沿海綠洲,位于地中海沿岸,是利比亞的首都和最大城市,降水較多,種植有柑橘屬水果、煙草和谷物等農作物及橄欖樹。比拉克(Birāk)綠洲位于利比亞的西部,是一個巖石結構高原,位于季節性河流瓦迪河(Wādī)沿岸,有50多口自流井灌溉,是費贊(?Fezzan)地區最肥沃的綠洲,與附近的小綠洲形成串珠狀分布。農產品有椰棗、大麥、蔬菜、牲畜,種植有棕櫚樹等。

阿爾及利亞(Algeria)位于非洲西北部,北臨地中海,北部沿海地區屬地中海氣候,中部為熱帶草原氣候,南部為熱帶沙漠氣候。因薩拉赫(I-n-Salah)綠洲位于阿爾及利亞中部,用自流井灌溉,冬季由地下排水系統補給,村莊種植有棕櫚林、水果和菜園等。圖瓦特(Touat)綠洲群位于阿爾及利亞中西部,沿著邁斯歐德(Wadi Messaoud),在塔德馬伊特高原(Tadema?t?高原)的西面以西北-東南走向,如串珠狀分布。圖瓦特綠洲在干涸的河谷延伸120公里,包括古拉拉(Gourara)綠洲群、提迪凱勒特(Tidikelt)綠洲群等,其中阿德拉爾(Adrar)是最大的綠洲和主要的居民點。當地利用人工的地下水道進行灌溉,出產優質海棗、谷物和蔬菜。

西南部的綠洲

非洲西南部的綠洲主要分布在從安哥拉(Angola)到納米比亞(Namibia),再到南非(South Africa)北部的狹長的沙漠地帶。納米布沙漠(Namib Desert)沿大西洋海岸延伸約1900千米,最寬地方達130千米,是一片帶狀沿海沙漠。干熱少雨,氣溫最高可達49℃,年平均降雨量只有50毫米,為世界上最干旱的地區之一。罕有的降雨與大量海霧形成的霧水是當地的主要水源。納米布沙漠的土壤多沙并且擁有很高的滲透性,維持著擁有豐富物種的多年生草地為主的綠洲。

非洲南部的奧卡萬戈河(Okavango River)位于卡拉哈里沙漠(Kalahari Desert)北部邊緣地區的綠洲上,發源于安哥拉比耶高原(Bié 高原),向東南經納米比亞流入博茨瓦納(Botswana),最后注入奧卡萬戈三角洲(Okavango 三角洲)。奧卡萬戈三角洲面積約15000萬平方千米,是世界上最大的內陸三角洲。其周圍是非洲干旱最嚴重的地區,但是庫班戈-奧卡萬戈河流域(Cubango-Okavango River Basin)水源充沛,使其成為地處肥沃的洪泛平原的綠洲,生物多樣性比較豐富。

北美洲

北美洲的綠洲主要分布在西部。美國西北部的哥倫比亞高原Colombia 高原)分布有山地森林、短草叢等,高原東部較濕潤,盛行旱作,是美國主要小麥產區之一,西部山麓有灌溉果園。落基山脈(Rocky 騩山s)與內華達山脈(Sierra Nevada)之間的大盆地(Great Basin)是北美洲主要的沙漠和內流區之一,氣候干燥,植物稀少,以耐旱灌木為主,山麓帶有灌溉農業。

索諾拉沙漠(Sonoran Desert)橫跨美國西南部和墨西哥西北部,炎熱干燥,植被繁茂,分布有2000多種植物,其中有全球最高大的仙人掌科植物巨人柱(Carnegiea gigantea),而且動物種類多,是世界上最完整、最大的旱地生態系統之一。美國西南部的菲尼克斯(Phoenix,又稱為“鳳凰城”),位于索諾蘭沙漠北部,具有亞熱帶大陸性干旱氣候特征,當地充分利用珍貴水源,發展“山地-綠洲-荒漠系統”,成為亞熱帶極干旱綠洲農區。

南美洲

南美洲的綠洲主要分布在西部。縱貫南美洲西部、太平洋海岸的阿塔卡馬沙漠(Atacama Desert),是地球上最干燥的非極地沙漠。受秘魯寒流的影響,沿海地區經常出現濃霧和低云,輸送濕潤霧氣。同時,地下含水層也有一些水源。阿塔卡馬沙漠地下蘊含可吸附水分的石鹽和其他高吸濕化合物,形成綠洲,地下兩米的疏水基底棲息著細菌和古菌(原始微生物),因而被稱為“微生物的綠洲 ”。在秘魯寒流、信風安第斯山脈(Andes Mountains)和厄爾尼諾暖流(El Ni?o Phenomenon)等諸因素復雜的相互作用下,在南半球的冬春之交,來自太平洋上的霧氣聚集在安第斯山麓干燥的荒漠上空,提供了一定的水分,由此在迎風坡一側的山谷中形成了一塊塊“云霧綠洲”,由秘魯南部延伸至智利北部的太平洋沿岸荒漠中,被稱為“洛瑪斯”(Lomas)生態系統。

秘魯西部的濱海沙漠區屬熱帶沙漠、草原氣候,干燥而溫和,寬約30千米~130千米,為狹長的干旱地帶,年平均降水量一般不足50毫米,由于多短小的河流,形成一些綠洲。瓦卡奇納綠洲(Huacachina oasis)位于秘魯伊卡(lca)沙漠的中部,擁有非洲大陸最大的沙丘,是個天然綠洲,擁有地下水源,以及由棕櫚樹、白千層屬和角豆樹組成的植被,已成為旅游景點。

大洋洲

大洋洲的綠洲主要分布在澳大利亞的半干旱或荒漠地帶,生態環境極為豐富,包括從高地的石南荒原到熱帶雨林。半干旱或荒漠地帶分布在澳大利亞大陸的中西部。西部荒漠區氣候干燥,是全大陸夏季高溫區,降水稀少,蒸發量大,植物貧乏,以荒漠植被為主;中部干旱平原區地表水不多,但地下水豐富,植被有桉樹林、干草原、灌叢及短生植物等。澳大利亞中部及北領地坐落著多個國家公園,芬克峽谷國家公園(Finke Gorge National Park)內有沙漠綠洲棕櫚谷(Palm Valley),生長著紅卷心菜棕櫚 (紅色 Cabbage Palm) 等稀有植物,辛普森峽谷(Simpsons Ga)擁有眾多水潭和豐富多樣的動植物群落。

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