秦巴山地垂直带谱结构的空间分异与暖温带—亚热带界线问题

秦巴山地垂直带谱结构的空间分异对于揭示秦巴山地地域结构复杂性和过渡性、探索中国复杂的生态地理格局具有重要的意义。本文从文献中搜集了秦巴山地33个山地垂直带谱,建立了秦巴山地数字垂直带谱体系,从纬向、经向和坡向3个维度分析了山地垂直带谱的结构、特征、数量、高度以及分布模式。结果表明：① 纬向上从南向北基带由亚热带常绿阔叶林带逐渐转变为暖温带落叶阔叶林带;垂直带结构由复杂逐渐变得简单;优势带由山地针阔混交林和山地常绿落叶阔叶混交林转变为山地落叶阔叶林带;② 经向上山地垂直带结构呈现复杂—简单—复杂的特征;常绿落叶阔叶混交林带和山地落叶阔叶林带的海拔呈现了二次曲线分布模式;山地针阔混交林带的海拔则呈现显著的线性降低趋势;③ 坡向方面,秦岭北坡和南坡基带均为暖温带落叶阔叶林带,但南坡含有常绿成分;大巴山北坡为亚热带常绿落叶阔叶混交林带,大巴山南坡为亚热带常绿阔叶林带;秦岭和大巴山北坡优势带类似,均为山地针阔混交林带或山地落叶阔叶林带,但大巴山南坡具有独特的山地常绿落叶阔叶混交林优势带,这表明了大巴山比秦岭更适合作为暖温带和北亚热带的分界线,但是未来还需使用土壤和气候指标进行系统的分析。     

中国南北过渡带土壤碳氮空间特征及暖温带与亚热带界限

秦巴山区是中国南北过渡带的主体,过渡带分界划分在学界一直存在争议,确定和改进划分指标对构建中国生态地理格局有重要作用。土壤作为过渡带的核心部分,其关键指标的空间分布及变异机制对识别过渡效应和区域特征有指示作用。本文基于土壤二普资料,采用空间模拟和地统计方法分析土壤有机碳/全氮空间特征及与主要自然地理要素的关系。结果显示,秦巴山区有机碳/全氮含量空间分布趋势一致,存在3个高值区、1个次高值区和1个低值区。高值区分布在秦岭、大巴山高海拔区域和嘉陵江以西山地,含量分别为15.03~71.04 g/kg、1782.61~7710.00 mg/kg;低值区沿秦岭北坡的渭河谷地、南五台山和伏牛山分布,含量分别为0.64~6.50 g/kg、110.00~885.96 mg/kg;次高值区主要在汉江两侧、秦巴山地之间海拔< 1000 m及嘉陵江两侧略高于1000 m的山体,含量介于以上二者之间,自西向东呈南北向宽幅逐渐增大的“喇叭状”趋势。综合考虑地形—植被—气候作用,发现秦岭南坡—大巴山北坡有机碳/全氮次高值区分布范围与1000 m等高线、暖温带落叶阔叶林带（含常绿成分）和亚热带常绿落叶阔叶混交林带上限、1月0 ℃等温线、7月24 ℃等温线较一致,区内1月、7月、季节和全年气温变化较小,各季降雨变幅大,该区是亚热带向暖温带过渡的主体,北界大致沿都江堰—茂县—平武—文县和秦岭南坡1000 m等高线分布,南以都江堰—北川—青川和大巴山北坡1000 m等高线为界。有机碳/全氮空间变化为亚热带—暖温带的划界提供一定依据,进一步识别典型区土壤过程及生态效应,将全面揭示土壤多维过渡特征及其变异机理。     

四姑娘山区土壤及其垂直分布

区内土壤型类有:山地黄壤、山地黄棕壤、山地褐土、淋溶褐土、山地棕壤、山地暗棕壤、山地棕色暗针叶林土、亚高山草甸土、高山草甸土和高山寒冻土等。土壤分异的显著特点是:1.土壤垂直带谱结构多样而复杂;2.带谱特性随坡向不同而有差异;3.土壤垂直带内以森林土壤为主;4.区内土壤具过渡性。     

中国山地垂直带信息图谱的探讨

通过构建山地垂直带谱数据结构,实现了垂直带谱数字化,增强了垂直带谱的可视化;提出了垂直带谱的三级体系：以基带区分一级带谱,以特征垂直带区分二级带谱,以垂直带组合结构、优势垂直带及垂直高度及宽度区分三级带谱;概括出山地垂直带谱的7种变化模式：同构模式、结构递减模式、突变模式、纬向递减模式、经向减升模式、阶梯递增模式和高原叠加模式;归纳出垂直带谱的5种生态类型：与自然地带相联系的顶极带谱、与主要山地相联系的基本带谱、与特殊地生态现象相联系的过渡／特殊带谱、与人类干扰相联系的扰动带谱,以及与强烈人类活动相联系的次生带谱。深入比较和分析垂直带信息图谱,可以揭示更多的地学信息。     

长江上游山地垂直带谱及其空间分布模式

长江上游包括青藏高原东南部、秦巴山地、四川盆地与云贵高原部分地区,在地理、地貌、气候、生物多样性方面都表现得极为复杂和丰富多彩,在世界山地中也占有举足轻重的位置。特别是复杂多样的山地垂直带谱更是欧亚大陆乃至世界山地垂直带研究中至关重要的组成部分。在地学信息图谱和数字山地垂直带体系的基础上,本文系统地收集和分析了长江上游共50个山地垂直带谱所体现的空间规律,河源区、横断山区、秦巴山区及贵州高原的垂直带谱类型多样并各具特色,且在经度和纬度方向又具有统一的分布规律,如雪线、林线、针叶林及阔叶林等的分布界线变化规律比较符合二次曲线规律,验证了大陆尺度上山地垂直带二次曲线模式假说。另外,山地垂直带分布规律又具有尺度效应,中小尺度上地形的影响作用表现得极为显著。     

横断山区垂直带谱的分布模式与坡向效应

根据收集到的横断山区山地垂直带谱数据,对山地垂直带的坡向效应和空间分布规律进行了分析和研究.结果表明:1)主要的垂直带和垂直带界线如林线、暗针叶林带、雪线等的纬度和经度地带性分布规律明显并且分布模式都相似,纬向上呈开口向下的二次曲线分布模式,经向上呈开口向上的二次曲线分布模式,两者共同形成"双曲抛物面"分布模式,充分反映了横断山区的环境与生态的复杂性和独特性,也进一步丰富和发展了山地垂直带谱的二次曲线假说; 2)横断山区山地垂直带谱表现出明显的基于水分驱动的坡向效应,主要表现为同一山体的东、西坡往往具有不同的基带和带谱结构,相同类型的带谱出现的海拔和分布范围不同,迎风坡表现出较为湿润的类型和带谱结构,而背风坡则表现出更为干旱的类型和组成结构;横断山区的坡向效应主要是由于山体对当地盛行季风的影响,造成迎风坡和背风坡水热条件相差很大,从而发育不同的山地垂直带谱类型.从横断山区山地垂直带谱的空间分布规律来看, 28°～29°N、98°～101°E范围内,即大致在澜沧江以东-雅砻江以西,山地垂直带谱普遍表现出干热的特点,为横断山区干热气候的核心地带.但如何定量分析山地的坡向效应尚有待于进一步的研究和讨论.此外、数据质量和数据误差也对分析的结果,尤其是空间分布模式的数学模拟结果产生一定的影响,在以后的研究中尚需进一步完善.     

天山数字垂直带谱体系与研究

对6个全国性山地垂直带谱体系进行评述。认为区域性的数字垂直带谱的详细研究也是建立中国山地垂直带信息图谱的重要一环。只有通过这样的工作，才能进一步发现问题和解决问题，才能逐步趋于完成山地垂直带谱集大成的工作。分析了天山垂直带谱形成的因素，建立了包括北坡、南坡、西部伊犁谷地、天山腹地(巴音布鲁克盆地)的天山数字垂直带谱体系，分析了各垂直带的特点，总结了垂直带谱的区域分异规律。     

喜马拉雅山脉中段土地覆被的垂直分异特征

喜马拉雅山脉中段的珠穆朗玛峰等地,海拔高差巨大、生境复杂多变、土地覆被类型多样且植被垂直带谱完整,是全球范围内研究土地覆被垂直变化的理想场所。本文基于30 m空间分辨率的土地覆被数据（2010年）和DEM数据,在ArcGIS和Matlab平台的支持下,提出并运用脊线法、样带法和扇区法3种山地南北坡划分方法,研究了喜马拉雅山土地覆被垂直分布与结构差异。结果表明：① 山地土地覆被分布具有明确的垂直地带性结构特征,喜马拉雅中部土地覆被垂直带谱为南六北四式,土地覆被垂直带谱中具有人类活动的特点。② 南北坡之间的土地覆被垂直带谱差异明显,南坡土地覆被类型完整多样,北坡相对简单;对同类型土地覆被而言,南坡较北坡分布高程低、幅度宽。③ 依据各类型分布面积比随海拔变化情况,土地覆被类型在南北坡上的垂直分布可分为4种模式：冰川雪被、稀疏植被和草地为单峰分布型,裸地为南单峰北双峰分布型。④ 3种划分方法中,南坡的土地覆被垂直带结构具有相似性,而北坡的土地覆被垂直带结构存在差异,扇区法较好地反映了土地覆被自然分布格局。     

多灾种时空耦合网络构建：从多维网到单顶点网

基于1970—2017年秦岭南北72个站点气象数据,以“地理时空分析-小波相干分析-时空耦合网络”为方法框架,对秦岭南北干旱-热浪时空耦合特征进行分析;进而以干旱-热浪时空耦合网络为基础,完善时空网络连边规则,拓展单顶点网分析方法,再认识多灾种时空耦合的群聚群发效应。结果表明：① 全球变暖背景下,秦岭南北降水模态逐渐由20世纪80年代雨涝主导向干旱主导转变,同时热浪在2010年前后经历第2个谷值期后快速增加,加剧了区域干旱-热浪耦合风险。② 秦岭南北干旱-热浪变化具有同步性,但是不同时段显著周期存在差异。其中,在20世纪70—80年代初,秦岭南北干旱-热浪4~8 a周期同步减弱,并向低频2~4 a周期转变;后期同步耦合增强时段有2个,分别是1995—2002和2012—2017年。在空间格局上,秦岭以北和汉江谷地为秦岭南北干旱-热浪耦合影响关键区域,而丹江口水库附近、嘉陵江流域、秦岭南坡中段为干旱-热浪耦合波动区。③ 在研究方法上,地理时空分析为秦岭南北干旱-热浪时空耦合提供基本事实判断,小波相干可定量干旱-热浪多时间尺度耦合关系,多灾种时空耦合网络可解释多灾种“平静-爆发”现象,识别干旱-热浪耦合稳定区和波动区,三种方法相辅相成,初步形成面向多灾种时空耦合分析方法体系。     

中国山地垂直带的数字集成与基本规律分析

首次归纳出我国63类垂直带(包括31类基带)；在ArcGIS 8．3平台上,以山地垂直带谱“数字引擎”为内核,成功研制了“中国山地垂直带谱信息系统(1．0)”,将我国约239个山地垂直带谱进行了数字集成,使我们对我国垂直带谱数据的掌握从残缺上升为相对完备。该研究工作不仅为我国山地垂直带谱规律的数字分析提供了强大的手段,也为世界山地垂直带谱的数字集成提供了必要的理论和技术方法。还利用该系统,对重要垂直带界线如雪线、林线、高山草甸进行了空间规律分析。结果表明,除高山草甸经向变化缺乏明显规律外,其他垂直带界线的经、纬向变化的二次曲线(抛物线)模式比其他模式具有更高的相关系数。因而,抛物线模式应是我国山地垂直带宏观尺度上的基本空间模式。今后垂直带谱研究应在界线精度、带谱结构的地理学／生态学解释等方面继续深入。     

数字山地垂直带谱及其体系的探索

本文总结了传统山地垂直带研究的脉络及存在的问题；构建了山地垂直带谱数据结构，实现了垂直带谱数字化与可视化；提出了垂直带谱的三级体系：以基带区分一级带谱，以特征垂直带区分二级带谱，以垂直带组合结构、优势垂直带及垂直高度及宽度区分三级带谱；归纳出垂直带谱5种生态类型：1.与区域气候相联系的顶极带谱；2.与主要山地相联系的基本带谱；3.与特殊地生态现象相联系的过渡/特殊带谱；4.与人类干扰相联系的扰动带谱；5.与强烈人类活动相联系的次生带谱。     

南北过渡带1∶5万植被类型图遥感制图案例研究

编制南北过渡带地区1∶25万和典型山地1∶5万植被类型图是南北过渡带综合科学考察的主要任务之一。以往植被类型图的编制都是采用大量的地面调查来完成的,地面调查方法虽然精确,但费时费力,并且由于自然条件的限制,地面调查往往只能覆盖较小的范围。遥感数据因为其全覆盖的优势,可以很好地弥补样方调查的局限性,但目前大范围的植被类型遥感信息提取尤其是自动提取方面仍然存在一定的困难和瓶颈。本文以1∶5万太白山植被类型图的编制为例,利用多源多时相的高分辨率遥感数据,结合地面调查数据、以往的各种比例尺的植被类型图数据和森林资源调查数据等,探讨并研究基于山地垂直带谱的中大比例尺植被类型图的遥感提取方法和制图方法。研究结果表明：① 山地植被垂直带谱可以有效地支持1∶5万山区植被类型图的遥感制图。利用太白山植被垂直带谱和1∶1万数字表面模型数据（DSM）可以生成具有垂直带谱信息的地形约束因子;将地形约束因子与多源多时相高分辨率遥感数据、地面调查数据、以往的小比例尺植被类型图数据等相结合,可以有效提取各级植被类型,从而实现中大比例尺植被类型图的编制。② 典型山地1∶5万植被类型图的遥感制图基本流程为植被型组解译→植被群系组、群系、亚群系解译→植被型、植被亚型分类,采取自上而下和自下而上相结合的分类方法来分类。本文的研究成果可以为中大比例尺植被类型图的编制提供示范和科学依据。     

Spatial variation of altitudinal belts as dividing index between warm temperate and subtropical zones in the Qinling-Daba Mountains

To determine the dividing index between warm temperate and subtropical zones based on the spectra of altitudinal belts,this paper collected 33 spectra of altitudinal belts in the Qinling-Daba Mountains from published literatures and then analyzed the structures and the spatial patterns from south to north,from west to east and based on exposure directions.The results show that:1)From south to north,the basal belt gradually changes from subtropical evergreen broadleaf forest to warm temperate deciduous broadleaf forest;the spectra of altitudinal belts change from complex to simple;the dominant belt changes from montane broadleaf-conifer mixed forest and evergreen-deciduous broadleaf mixed forest to deciduous broadleaf forest.2)From west to east,the structures of the altitudinal belt spectra show complexity in the east and west but simplicity in the middle section;the upper limits of both the evergreen-deciduous broadleaf mixed forest belt and montane deciduous broadleaf forest belt present a quadratic curve distribution pattern in the longitudinal direction.However,the upper limit of the montane broadleaf-conifer mixed forest belt exhibits a nearly linear decrease in the west-east direction.3)Both the north and south slopes in the Qinling Mountains have the similar basal belt,whereas it varies greatly between the north and south slopes in the Daba Mountains.Comparably,dominant belts are very similar in the Qinling Mountains and the north slope of the Daba Mountains,but the south slope of the Daba Mountains has its own unique dominant belt:evergreen-deciduous broadleaf mixed forest.This implies that the Daba Mountains are more appropriate than the Qinling Mountains to act as the boundary between subtropical and warm-temperate zones in central China.     

中国热带,亚热带西部地区热量带的划分

我国热带，亚热带西部地区山多，高原广，垂直地带性的影响，给热量带的划分带来了困难，因为垂直气候都具有在该地区纬向气候带的基础上衍生而生的，因此，亚热带西部地区热量带的划分也应以纬向地带性为主，基带气候为中亚热带的云贵高原和金沙江河谷仍应归属于中亚热带，青藏高原破坏了纬向地带性规律，其东侧应有一条亚热带西界，这一界线应是北、中、南亚热带遇到青藏高原后的中断界线，而不是北、中、南亚热带与青藏高原寒气候     

基于多源信息的区域尺度山地植被带数字化提取

山地植被带的提取及分析是地学和生态学研究的基础问题之一.利用野外点/线调查和历史文献资料,可以对局域尺度山体的植被带进行归纳和描绘,而在区域乃至全球尺度上更多依赖于学者的经验和知识.利用内蒙古大青山地区1∶100万植被图、1∶10万土地利用图、1∶25万DEM等,设计逻辑判别规则,提取典型的山地植被带斑块;然后基于贝叶斯识别算法,利用地形、水热和太阳辐射等因子对区域尺度山地植被带进行空间分布模拟,最终提取的植被带具有较高的精度,总体精度为74.53％,Kappa系数为0.69.研究表明,利用多源数据可以提取和模拟区域尺度山地植被带连续分布格局,中小比例尺空间数据的集成应用使得该方法的推广具有较大的可行性,为进一步获取大陆及全球尺度的山地植被带数据奠定了基础.     

青藏高原植被垂直带与气候因子的空间关系

集成了青藏高原气候区149个山地植被垂直带数据,利用国家基本气象台站自建站以来到2001年的地面观测日气象数据,计算了地面的温暖(WI)、寒冷(CI)、湿润(MI)、吉良龙夫(Kira)干湿指数、干燥度(Idm)等水热指数,运用GIS的空间分析模块,模拟了青藏高原水热条件的空间分布形势,探讨山地植被垂直带谱分布规律与制约因子的定量指标.结果表明:在高原的东北部、西北边缘,以荒漠、荒漠草原、山地森林、山地草原、灌丛、草甸为组合的半干旱、干旱结构向高原腹地以高寒草原、高山草甸、荒漠带组合的高寒干旱带谱结构的变化;东南、南部边缘,以温暖湿润为特征的以森林带为优势带谱组合结构逐渐向寒冷的高原中心变化;高原的地势效应,致使的水热形势旱现从中央向边缘变化的趋势是致使青藏高原植被垂直带谱分布的重要原因.     

山地森林群落物种多样性垂直格局研究进展

山地森林群落物种多样性垂直格局研究是揭示植被地带性分布式样的重要手段，其研究内容主要包括山地森林群落物种多样性的垂直变化模式、山地森林群落物种多样性垂直带谱和山地森林群落物种多样性及其环境解释等。目前对于山地森林群落物种多样性沿海拔梯度的格局变化模式尚无统一认识，但大致可概括为5类变化模式。垂直带谱研究从最初的单因子单目标已逐步过渡到单因子多目标，最后到多因子多目标。研究深度也从根据样地资料的简单描述和分析，发展为山地森林群落物种多样性机理假说的提出与证实，尚未见有关山地森林群落物种多样性垂直格局机理的报道。山地森林群落物种多样性垂直格局研究方法可分为取样方法和测度方法两大类。常用的取样方法有梯度格局法（或连续样带取样法）和典型群落随机取样法，其中最小取样面积的确定尤为关键。就山地森林群落物种多样性垂直格局测度和分析而言，物种多样性指数的测度和单元统计分析（回归、假设检验、方差分析、相关分析等）较为常见，随着分析手段的不断创新，植被数量分类和排序等多元统计学分析方法得到了日益广泛的应用。