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际蒸散量明显大于周围沙漠地区 ［10-11］ 。以往的研究表明，新疆绿洲地区的水汽含量高于荒漠地区 ［12-13］ 。
1960 年代以来随着灌溉的快速发展 ［14］ ，新疆经历了水汽增加、云量降低、降水增多的过程 ［15-16］ ，从
而显现出气候的暖湿趋势。关于西北其他干旱缺水地区是否可以借鉴南水北调工程及新疆灌溉工程
的思路，将其他地区水源引入缺水地区用以缓解缺水问题一直备受争议，也是完善国家水网亟需回
答的重大问题。改善西北的生态环境，促进西北地区经济的可持续发展势必需要彻底解决该地区长
期以来用水短缺的问题。
目前，国内外有关调水的区域气候效应研究已有很多，而对调水灌溉的描述也有多种方式。例
如，李鸿洲等 ［17］ 结合地表热平衡数学模型和观测资料对南水北调灌区的区域气候效应进行了初步探
讨。叶卓佳 ［18］ 采用土壤-大气相互作用的中尺度模式研究发现干旱区大面积灌溉使得灌区原属干旱气
候在不同程度上沿海性气候转变。李建云 ［19］ 通过修改 RegCM3 中灌区土壤含水量，模拟南水北调大面
积农业灌溉区域气候效应，结果发现大面积农业灌溉对中国区域气候影响明显。武利阳等 ［20］ 在 WRF/
Noah-MP 中加入考虑地下水过程的动态灌溉方案模拟华北平原地下水灌溉的区域气候效应，发现夏
季灌溉对气温和降水具有较强影响。Yeh 等 ［21］ 通过修改大气环流模式中初始土壤湿度，研究大尺度灌
溉的短期气候效应。Adegoke 等 ［22］ 通过修改 RAMS 中土壤湿度初始状态来描述灌溉过程，探讨了灌溉
与地表能量变化之间的关系。Boucher 等 ［23］ 将额外水汽源加入大气环流模式 LMDZ，以此研究灌溉对气
候的潜在影响。Lobell 等 ［24］ 将 NCAR 大气环流模式 CAM3 中土壤湿度设为饱和土壤湿度，进而探讨了
模式对温室效应估计的潜在偏差。Kueppers 等 ［25］ 通过修改 RegCM3 中灌区的土壤含水量，发现了灌区
气温的降温效应。Zou 等 ［26］ 针对海河流域，将人类水资源开发利用方案耦合到区域气候模式 RegCM4
中，建立了考虑地下水侧向流动和人类取水用水影响的区域气候模式，研究并揭示人类取用水活动
的区域气候效应。Zou 等 ［27］ 针对南水北调中线工程，设计了不同调水量情景，并利用 RegCM 模拟了受
水区在不同季节降水和气温的变化。
总体上，大多数研究对灌溉模型的描述并不能很好地反映调水灌溉过程，尤其是不能很好地体
现不同调水规模及其年内分配对灌区气候的影响，且主要针对现状年进行短期模拟，较少研究未来
长期气候变化下区域外调水带来的持续性气候效应。本研究以西北干旱区为研究对象，将调水作为
额外的可利用降水输入区域气候模式，并考虑调水量的时空分配，以此探讨调水工程对西北地区气
候的影响强度及其可持续性。研究结果可为西部调水设想的论证研究提供参考依据。

2 模型描述与试验设计

2.1 研究区概况 我国西北地区具有复杂的地形与气候特征，新疆北部的阿尔泰山、中部的天山、

东部的祁连山以及南部的昆仑山等山脉海拔高，由于高山阻挡了大气环流，形成了如准噶尔、塔里
木以及柴达木等广阔沙漠盆地。西北地区气候类型自东向西由大陆性半干旱逐渐向大陆性干旱气候
过渡，植被则由草原向荒漠过渡。该地区常年干旱少雨，降水主要集中在天山山脉以及祁连山脉地
［28］
区。其中，位于新疆中部的天山山脉由于其降水量大而被视为“中亚水塔” 。图 1 为拟定研究区，该
2
区域位于祁连山以北、天山以南，平均海拔 1300 m，多年平均年降水量约 200 mm，总面积约为 27万 km ，
在 RegCM4 模型中由 108 个 50 km×50 km 网格构成。研究区较周边海拔普遍较低，拥有水源自流的天
然地理优势，宜发展绿洲农业。虽然绿洲面积仅占西北地区总面积的 4% ~ 5%，但 90%以上的人口和
95%以上的社会财富主要集中在绿洲内 ［29-30］ 。
2.2 区域气候模式 RegCM4 介绍 RegCM4 是意大利国际理论物理中心开发的区域气候模式 ［31］ 。目

前，有 Kuo、Grell、Emanuel、Tiedtke 以及 Kain-Fritsch 等可选的对流方案。同时，有 BATS、CLM3.5
以及 CLM4.5 三种可选陆面方案，本研究采用 CLM3.5 方案。CLM3.5 是美国国家气候中心研发的陆面
模型，该模型通过次网格单元对地表的非均质性进行描述。每个网格单元包含 4 种陆地单元类型（冰
川、湿地、湖泊、植被），其中植被部分可进一步划分为 17 种不同的植被功能类型。RegCM4 中的
CLM3.5 方案已经广泛用于对气候特征时空变化的仿真研究以及各种敏感性实验，且均取得了良好的

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