三峡坝区及近坝区地理气候的边际特征研究进展_毛成忠.pdf

年 月 第 卷第 期收稿日期：基金项目：湖北省气象科技发展基金项目（编号：）；水利部三峡局地气候监测项目（）；湖北省气象局科技基金项目（）作者简介：毛成忠（），男，正研级高级工程师，研究方向为自然地理与气候。三峡坝区及近坝区地理气候的边际特征研究进展三峡坝区及近坝区地理气候的边际特征研究进展毛成忠，杨志彪，肖湛臻，李 芳，覃金华，孙文辉，（三峡国家气候观象台，湖北 宜昌 ；宜昌市气象局，湖北 宜昌 ；湖北省气象局，湖北 武汉 ；三峡气象服务中心，湖北 宜昌 ）摘要：通过文献调研，归纳综述了三峡坝区和近坝区在地理气候、生态环境等多维度的空间边际特征：位于我国南北过渡带秦巴山地南麓，处在中亚热带和北亚热带的交界区；位于长江中上游过渡区和我国东西地形阶梯过渡区，具有东西部地理、气候“分水岭”特征和极端天气气候的坡（谷）地效应；生态系统和天气系统的东西“廊道效应”；地理、气候、生态的垂直分异显著；局地气候变化和生态响应敏感区。关键词：交界带；边际特征；地形效应；廊道效应；气候生态效应；三峡坝区及近坝区；三峡库区中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，；，；，）：，：，；，（）；，；：；引言三峡坝区和近坝区及三峡库区的气候生态自三峡工程论证以来就备受世界关注，加上其独特的地理、气候多维度过渡性、边际性特征，以及所产生的天气气候和生态环境效应，成为气候和生态等学科关注的热点。在自然地理、气候生态过渡区或交界带等特殊地理空间格局下，气候、生态效应更为复杂和独特，这一现象受到国内外学者的关注。世纪 年代初至 世纪初，国内在边际特征及其气候生态效应方面的研究形成一个高峰期。马世俊认为边际是两种物体或两类环境相接触的部分，边际效应只有在两类环境性质差异很大，作用力强度相近，而且相对稳定DOI:10.16663/ki.lskj.2022.24.031毛成忠，等：三峡坝区及近坝区地理气候的边际特征研究进展生态文明建设：自然与生态的条件下才能形成。边际效应概念早在地理学和生态学的研究中提出，后被引入到气候学中。后来有学者将地理交界带或过渡带称之为自然地理界面，即相邻的不同性质自然地理系统互相作用所形成的具有特点的交界带。丁圣彦 认为自然地理界面有着不同于两侧自然地理系统的特殊自然地理过程和自然地理特征，这些独具的自然地理特征在自然地理界面存在的现象通常被称为自然地理界面的边际效应或边缘效应。陈国阶 认为交界带又是过渡带，往往具有较明显的自然地理空间标志性（如山地与平原、水体与陆地等），是自然多因素交叉、多自然过程强烈作用的区域，具有地貌类型多样性、生物多样性、景观多样性、生态系统多样性、气候多样性以及自然地理结构复杂性、多变性、过渡性等特点。钟兆站 等发现秦岭淮河平原交界带存在坡地暖带、强降水效应和干旱效应等现象，认为山地与平原两大系统在一定条件下相互作用，常形成一些既不同于山地，又异于平原的特殊的气候现象，称之为气候边际效应。管华等 从秦岭淮河平原交界带自然地理系统机理角度，通过长期的定位观测资料，系统研究并探讨了多种边际效应，包括地貌作用弱化效应、坡地暖带效应、暴雨集聚效应、相对干旱效应、降水和径流与其时间变化的正相关效应、河流减水效应、土壤物质淋溶和累积强化效应等。张理华等 认为个以上生态系统交接的过渡带为生态交界带，既与相邻生态系统有密切联系，但又表现出明显的异质性，分为以下几种类型：海陆交界带、地域生态系统交界带（由地貌单元或构造岩性的差异所形成的过渡带）、气候区域生态系统交界带（不同气候类型的过渡带）、生物群落生态系统交界带（如森林草原交界带）、水域生态系统交界带（包括内外流域交界带、河岸交界带等）、农业区域生态交界带（如农林交界带、水旱作物交界带）及城市乡村交界带，并认为生态交界带系统变化的动力机制是边际效应。李育等 认为在几个自然区（东部季风区、西北干旱区、青藏高原区）过渡地带气候系统之间也相互影响、变化和响应。研究了加拿大北部草原过渡带沿线热不均匀性地形和植被与气候变化的影响，建立了气温与地形和不同植被类型的函数。利用卫星遥感数据和地面雨量数据，分析了以色列中部的朱迪安低地和涅格夫沙漠之间的气候过渡带植被指数 与降雨量和潜在蒸散量 之间的关系，以及地中海沙漠边缘生态系统的水分利用状况。尽管气候边际效应等概念并没有在气候学界得到广泛认同，但复杂的气候系统由大气圈、海洋圈、冰雪 圈、岩 石 圈 以 及 生 物 圈 等 多 圈 层 组 成 却 是 共识，并认为地球气候系统兴许是人类身处其中的最为复杂的物理系统。因此，气候总是和自然地理空间格局（经向和纬向位置、海陆分布、地形地貌和地质以及地表景观类型等）息息相关，正如地质记录和气候模式模拟结果均显示，没有青藏高原，就不存在现代的季风环流。秦岭大巴山之所以作为中国南北气候过渡带的主体，因为它是控制中国地理格局和空间变化的枢纽。地理格局不仅决定了自然区划，甚至与气候区划高度契合。综上来看，尽管使用术语不尽相同，但其内涵意义基本一致，即在地理或生态系统交界带等具有边际特征的特殊地理空间，存在既与相邻生态系统有密切联系，但又表现出明显异质性的独特气候生态效应。这些特殊地理空间既有大尺度如青藏高原、秦岭山脉，也有中小尺度的如坡（谷）地等。所产生的气候生态效应，也有气候尺度的，如青藏高原影响季风环流，秦岭山脉分隔中国南北气候；也有天气尺度的，如坡地暖带、强降水效应等，。除自然因素外，三峡坝区、近坝区和三峡库区的形成也是人类活动的产物，人类活动的加剧对气候和生态产生深刻影响，成为当今应对气候变化、绿色可持续发展的热点课题。本文通过文献调研，对三峡坝区及近坝区的自然地理空间格局和气候的边际特征、过渡特征以及局地地理气候变化的研究成果和观测事实进行归纳综述，以趋利避害和利于人与自然和谐发展。研究区域和资料方法长江三峡工程大坝位于湖北宜昌市西约 的长江西陵峡中段三斗坪中堡岛，其核心区域约 称为三峡坝区，其周边数十公里范围内宜昌市区域称为近坝区。三峡坝区及近坝区（以下称本研究区，或简称宜昌）位于湖北省西南部，长江上中游过渡地带和三峡库区东端，北连秦巴山地，西和西南接巫山、武陵山脉，东临江汉平原，地跨东经 、北 纬 ，“上 控 巴 蜀，下 引 荆襄”。宜昌古称“夷陵”，因“水至此而夷、山至此而陵”得名。宜昌是三峡和葛洲坝两座水利枢纽工程所在地，被誉为“世界水电之都”。本文拟根据文献调研，归纳综述本研究区的自然地理边际特征和气候生态效应，以加深对该区域气候生态特征及其变化趋势的认识。调研文献主要来源于国内地理、气候、生态环境、地质等学科研究文献，以及部分外文文献。自然地理空间的边际特征本研究区所处的自然地理格局大致由个方面构成：南北区位的边际特征，东西区位的边际特征，地理的水平和垂直分异特点，地质和地貌的边际特征，年 月绿 色 科 技（）第 期以及下垫面的变化和复杂多样性特征。南北区位的边际特征本研究区位于秦岭大巴山南麓，而秦岭是黄河、长江的分水岭，更是区分中国北方和南方的重要自然地理界线 。该区域也处在北纬 附近的中低纬度过渡地带，地球上的北纬 线附近，既有许多奇妙的自然景观，又存在着许多神秘自然现象和地球文明信息，这里是地球山脉的最高峰 珠穆朗玛峰的所在地，世界几大河流，如埃及的尼罗河、伊拉克的幼发拉底河、中国的长江、美国的密西西比河，均是在这一纬度线入海。如今，世界上最大的水电大坝三峡大坝和人工水库三峡水库也坐落在这一纬度线附近（图）。图沿北纬 线地形剖面示意 东西区位的边际特征从东到西看，本研究区位于我国地形第二阶梯和第三阶梯的交界处，即山地与平原的交界和过渡区（图），也是中国第一大河流长江上中游的过渡地带。三峡大坝位于长江三峡之一的西陵峡中段，往西穿巫峡、瞿塘峡越巫山进入四川盆地，往东出西陵峡南津关经宜昌、“荆江”险段抵长江中下游平原，扼守长江咽喉，是长江中下游防汛抗洪的前哨。史料记载，长江至 年为止约 多年间发生洪灾 次，平均 年次；宋、元时期平均年次；明、清 年代 年 次；到 民国 期 间 几乎年 年遭灾。新中国成立后虽加强了防洪建设，但区域性洪水灾害年年发生。年特大洪水不仅对分洪区生产、生态环境造成巨大破坏，而且对全国经济、人民生活造成重大损失。进入 世纪 年代已发生 年、年、年局部大洪水和 年流域性大洪水。新中国建立以后，年开始建造“荆江分洪区”，采取的是万不得已时牺牲局部，保全大局的策略。世纪 年代在宜昌市建成的长江葛洲坝水电工程和 世纪初在宜昌市上游 建成的三峡大坝水电工程，起到了调节长江洪峰的作用，大大降低了荆江分洪区启用的可能性，三峡大坝因此成为长江流域水利调度的枢纽和长江防汛抗洪的关键节点。地理水平分异和垂直分异显著三峡坝区和近坝区地形高低相差悬殊，水平和垂直分异明显，海拔从 （兴山县仙女山）至（枝江市杨林湖），垂直高差达 ，呈现出自西向东逐级下降的态势，平均坡降 ，形成山地（高山、半高山、低山）、丘陵和平原等三大基本地貌类型。宜昌处在大巴山主峰华中第一峰、“人与生物圈自然保护区”“世界地质公园”“世界遗产”神农架的东南麓，距海拔 的神农架主峰距离约 ，但垂直高差近 ，从宜昌沿神农架南坡至神农顶一线，是研究神农架南坡乃至秦巴山地气候、生物、地质等垂直分异的绝佳线路。地质结构和地貌单元的边际特征宏观上，本研究区域处于大巴山断褶带、川东褶皱带和川鄂湘黔隆起褶皱带三大构造单元的交汇处。亦有横贯我国南北的地形阶梯带所形成的重力梯级带，常伴随地质不稳定性，如该重力梯级带的华北太行山前缘因其同时具备强震的深部构造条件而成为地震活跃区。但本研究区域其下并无深切岩石圈层的活动大断裂存在，这种不一致的关系亦可作为判别弱震发生区的一种辅助标志。本研究区地貌形态及规模主要受地质构造控制，背斜成山，向斜成谷，长江及其支流均沿构造裂隙发育。以中部的三峡坝区附近的黄陵背斜地势最高，李四光认为其是华东、华西的古分水岭。本研究区内的西陵峡段长约 ，是长江三峡中最长的峡谷，且滩险水急，峡内有泄滩、青滩、空岭滩等险滩，三峡大坝坐落其中段。从局部来看，三峡大坝附近有仙女山断裂带、天阳坪断裂带、雾渡河断裂带等分布，该区域的地质结构、地质灾害等问题，因对三峡工程、三峡库区和长江流毛成忠，等：三峡坝区及近坝区地理气候的边际特征研究进展生态文明建设：自然与生态域的至关重要性，从三峡工程建设可行性论证到建成后的影响，一直是国际社会关注的热点。大量的研究表明，构造活动与气候变化之间具有同步关系称为“构造气候耦合”，一般构造运动强烈期与气候变冷期相对应 ，而三峡库区的滑坡主要发生在气候暖湿的间冰期。在中国自然区划中，宜昌市并不在任何一个自然区的主体位置，而是处于个自然区的交界地带，即秦巴山地与淮阳丘陵（区）的南缘、长江中下游平原（区）西缘、四川盆地（区）东缘、云贵高原（区）的东北缘。这说明从东西南北水平维度和海拔高度的垂直维度来看，本研究区处在我国多个典型地貌单元的交界处或结合部，地理空间格局的边际特征十分突出。历史上中国虽有第四纪山岳冰川的存在，然而三峡坝区附近的封闭型峡谷区域，未受到冰川的袭击，成为动植物的“避难所”，使许多植物得以保存和发展，从而显示了该地区植物起源古老，孑遗植物多的特点。下垫面的变化和复杂性三峡坝区及近坝区以及三峡库区，兼有山地、河谷、丘陵、平原和城市地貌。河流、湖泊水域众多，宜昌境内流域面积 以上的河流干、支流条（长江、清江、沮漳河、香溪河、黄柏河、渔洋河），境内总长 。除此之外，宜昌市处于长江三峡库区的东端，也是库区水面最宽、水位最深、水位年际涨落幅度最大的区域。由于三峡工程运行“蓄清排浑”和防洪需要，形成特有的“冬水夏陆”库岸消落带，其生态地质效应和生态重建也受到广泛关注 。世纪 年代建成的长江葛洲坝水电工程大坝就在三峡大坝下游 处，两坝之间的葛洲坝库区同样对周边气候和生态产生影响，长江上这一段库区的客观存在不可忽视，可将其纳入广义的三峡库区范围。而且葛洲坝水电大坝及库区已经楔入宜昌主城区，形成城市化效应和水库效应交互影响的特殊形态。因此，本研究区的下垫面是多种自然景观类型和人为景观