青藏高原和阿尔卑斯山山体效应的对比研究

山体效应不仅对气候产生重大影响,也对区域地理生态格局有深远影响,尤其是它对山地垂直带分布和结构类型等的影响已经为地理学家和地植物学家所认识。目前相关研究主要集中在山体效应定量化方面,缺少不同山地山体效应的对比研究,因此对山体效应的区域差异性了解不足。本文选择欧亚大陆上具有明显山体效应的两个山地青藏高原和阿尔卑斯山为研究对象,利用收集到的气象台站观测数据、林线和DEM数据以及基于MODIS地表温度估算的青藏高原和阿尔卑斯山气温数据等,通过对比分析青藏高原与阿尔卑斯山相同海拔高度上的气温以及林线分布高度等来探讨两个山地的山体效应差异性。分析结果表明青藏高原的山体效应比阿尔卑斯山更为强烈,表现为：① 由于山体效应影响,在相同海拔高度上（4500 m）,青藏高原内部气温远高于阿尔卑斯山的气温,尤其是在最热月高原内部气温比阿尔卑斯山内部气温高10~15℃,在最冷月高原内部气温比阿尔卑斯山内部气温高5~10℃。② 由于山体效应影响,青藏高原内部林线也远高于阿尔卑斯山内部林线,约高2000~3000 m。本研究将为山体效应的影响因素分析奠定基础,同时对于揭示欧亚大陆山地生态系统格局具有一定的科学意义。     

山体效应对北半球林线分布的影响分析

通过搜集整理了北半球516 个林线数据, 结合WorldClim 气象数据计算了林线数据点上的大陆度, 并依据SRTM高程数据提取了林线处的山体基面高度(作为山体效应的代用因子), 然后以纬度、大陆度和山体基面高度为解释变量, 建立三元回归模型。结果表明:线性回归模型的判定系数R²为0.904, 二次回归模型的R²高达0.912。相比先前不考虑基面高度的林线分布模型(R² = 0.79), 纳入了山体基面高度的林线分布模型能够更加有效的拟合半球尺度的林线分布; 结果还表明, 山体基面高度对北半球林线高度分布的贡献率达到了48.94% (p =0.000), 而纬度和大陆度分别为45.02% (p = 0.000) 和6.04% (p = 0.000)。这揭示了山体效应对半球尺度林线分布具有重要的影响。基面高度在北美洲地区对林线高度的贡献率最大(50.49%, p=0.000), 在欧亚大陆东部地区为48.73% (p = 0.000), 在欧亚大陆西部地区为43.6% (p=0.000)。这一结果说明山体效应对林线分布高度的影响虽有区域差异, 但都有较高的贡献率。     

山体基面高度对欧亚大陆东南部林线分布的影响——山体效应定量化研究

根据收集到173个林线数据,采用纬度、经度和基面高度的三元一次方程拟合欧亚大陆东南部林线分布,计算各自的标准回归系数和贡献率,以此来确定山体基面高度(山体效应的简明表达形式)对林线分布高度的影响。结果表明,纬度、经度和山体基面高度对林线分布高度的贡献率分别为30.60%、26.53%、42.87%。以北纬32o为界线,对其以北、以南区域也分别进行了分析,基面高度的贡献率达到24.10%和39.11%。分析不同尺度和区域山体基面高度作用于林线的贡献率不难发现:在欧亚大陆东南部以基面高度代表的山体效应对于林线高度的影响显著,明显地超过了纬度和经度。基面高度的作用受气候条件和海陆位置影响较小,不论大陆内部或沿海,基面高度分异对山地垂直带分异的影响都相对独立和稳定。该结果定量地表明了山体效应对林线分布高度的重要作用。     

山体效应及其对林线分布的影响(英文)

The concept of mass elevation effect(massenerhebungseffect,MEE) was intro-duced by A.de Quervain about 100 years ago to account for the observed tendency for temperature-related parameters such as tree line and snowline to occur at higher elevations in the central Alps than on their outer margins.It also has been widely observed in other ar-eas of the world,but there have not been significant,let alone quantitative,researches on this phenomenon.Especially,it has been usually completely neglected in developing fitting mod-els of timberline elevation,with only longitude or latitude considered as impacting factors.This paper tries to quantify the contribution of MEE to timberline elevation.Considering that the more extensive the land mass and especially the higher the mountain base in the interior of land mass,the greater the mass elevation effect,this paper takes mountain base elevation(MBE) as the magnitude of MEE.We collect 157 data points of timberline elevation,and use their latitude,longitude and MBE as independent variables to build a multiple linear regres-sion equation for timberline elevation in the southeastern Eurasian continent.The results turn out that the contribution of latitude,longitude and MBE to timberline altitude reach 25.11%,29.43%,and 45.46%,respectively.North of northern latitude 32°,the three factors’ contribu-tion amount to 48.50%,24.04%,and 27.46%,respectively;to the south,their contribution is 13.01%,48.33%,and 38.66%,respectively.This means that MBE,serving as a proxy indi-cator of MEE,is a significant factor determining the elevation of alpine timberline.Compared with other factors,it is more stable and independent in affecting timberline elevation.Of course,the magnitude of the actual MEE is certainly determined by other factors,including mountain area and height,the distance to the edge of a land mass,the structures of the mountains nearby.These factors need to be included in the study of MEE quantification in the future.This paper could help build up a high-accuracy and multi-scale elevation model for alpine timberline and even other altitudinal belts.     

基于MODIS的秦巴山地气温估算与山体效应分析

秦巴山地作为横亘在中国南北过渡带的巨大山脉,其山体效应对中国中部植被和气候的非地带性分布产生了重要的影响,山体内外同海拔的温差是表征山体效应大小较为理想的指标。本研究结合MODIS地表温度（LST）数据、STRM-1 DEM数据和秦巴山地的118个气象站点的观测数据,分别采用普通线性回归（OLS）和地理加权回归（GWR）两种分析方法对秦巴山地的气温进行估算,在此基础上将秦巴山地各月气温转换为同海拔（1500 m,秦巴山地平均海拔）气温,对比分析秦巴山地的山体效应。结果表明：① 相比OLS分析,GWR分析方法的精度更高,各月回归模型的R ²均在0.89以上,均方根误差（RMSE）在0.68~0.98 ℃之间。② 利用GWR估算得到的同海拔气温,从东向西随海拔升高呈现了明显的升高的趋势,秦岭西部山地比东段升高约6 ℃和4.5 ℃;大巴山西部山地年均和7月份同海拔的气温较东段升高约8 ℃和5 ℃。③ 从南向北,以汉江为分界,秦岭与大巴山的同海拔的气温均呈现出由山体边缘向内部升高的趋势。④ 秦巴山地西部大起伏高山,秦岭大起伏高中山和大巴山大起伏中山,相比豫西汉中中山谷地,各月均同海拔气温分别升高了约3.85~9.28 ℃、1.49~3.34 ℃和0.43~3.05 ℃,平均温差约为3.50 ℃,说明秦巴山地大起伏中高山的山体效应十分明显。     

山体效应对台湾常绿阔叶林分布上限的影响

山体效应使山体内部的垂直植被带相对升高,影响山地的立体生态格局.台湾岛中央山脉在3500m以上,山地植被的分布高度不仅受到纬度和季风的影响,也必然受到山体效应的影响.采用台湾生物多样性信息中心发布的数据,利用多元线性回归模型分析纬度、山体效应(以山体基面高度为简单量化指标)以及季风(以冬雨量占全年降水量百分比为简明代表)对台湾常绿阔叶林分布上限的影响.结果表明,纬度、山体效应和季风为自变量的线性回归模型R2为0.562,回归方程显著,具有统计学意义,三个变量的贡献率分别为26.32％、64.12％与9.56％.这表明山体效应对台湾山地垂直带的影响非常显著,远远超过了纬度与季风的作用.同时还发现,冬雨量与垂直带分布高度的相关性以24.13°N为界,南北完全相反.该纬度以南,冬雨量与垂直带分布高度呈现较强的正相关性;而在以北,正相关性显著下降甚至出现了一定的负相关.后者应该与冬雨量过多有密切关系.     

太白山高山林线植被的数量分析

通过对太白山南坡高山林线（ａｌｐｉｎｅｔｉｍｂｅｒｌｉｎｅ）及其附近的草本植物群落的聚类,排序,物种多样性以及生态种组等研究分析表明：１．太白山高山植物群落的物种多样性随着海拔高度的升高而增加;２群落交错带（ｅｃｏｔｏｎｅ）的物种多样性要比相邻群落内部高;３．在太白山高山带,随着海拔升高,种一面积相关值呈波动增加,但在群落交错带比相邻群落的内部小。     

青藏高原山体效应对近地表层垂直大气昼夜温差的影响

青藏高原巨大隆起不仅塑造了欧亚大陆的气候格局,也深远地影响了高原的地理生态格局。青藏高原巨大隆起而产生的山体效应不仅可对近地表温度产生显著影响,其对近地表层垂直大气亦可产生显著作用,然而目前仍缺乏这一方面的研究。因此,本研究基于MODIS大气廓线数据产品,以昼夜温差为切入点,分析了青藏高原不同季节、不同气压面（500～200hPa）的昼夜温差差异。结果表明：(1)青藏高原内部不同季节、不同气压面高度处的昼夜温差均大于外部地区,整体符合山体效应的格局。(2)青藏高原海拔越高,不同季节的垂直层昼夜温差越大。(3)随着气压面高度的增加（500～200 hPa）,海拔对冬季大气昼夜温差的影响逐渐降低,对春季、夏季和秋季的影响程度先升高后降低,作用最大处分别出现在300 hPa、250 hPa和300 hPa。     

火山爆发对新疆太阳辐射和气温的影响

本文利用１９６１－１９９３年新疆１６个气象站气温资料和８个日射站的辐射资料，分析了火山爆发指数ＶＥＩ≥４级的９次强火山爆发对新疆太阳直接辐射和气温的影响。分析结果表明，强火山爆发后的１－２年中，新疆的太阳直接辐射有明显减少，年平均气温和季节平均气温都有不同程度的下降，北疆秋季气温下降的一致性和幅度最明显。同时分析证实了１９９２－１９９３年新疆夏、秋季的低温与１９９１年６月菲律宾ＶＥＩ６级的Ｐｉｎａ     

中国矮曲林的分布特征及生态意义

矮曲林是山地森林带在严酷的自然环境影响下发展演化而成的特殊植物群落,对中国山地植被和垂直带的研究具有重要的地理和生态意义。本文选择20世纪30年代以来在国内外文献中发表的52个矮曲林数据,结合Worldclim气候数据等,对中国矮曲林的类型和分布及其相应的气候条件进行了研究。结果表明：①中国的矮曲林主要包括山顶苔藓矮曲林、寒温性偃松矮曲林和岳桦矮曲林3类;其中,山顶苔藓矮曲林主要分布于秦巴山区以南的山地,而偃松矮曲林和岳桦矮曲林主要分布于东北地区。②山顶苔藓矮曲林主要由亚热带、热带地区的常绿阔叶林在山顶或山脊受山顶效应等的影响演化而来;而寒温性矮曲林主要由寒温性针叶林或针阔混交林在山顶或山脊条件下长期演化而来。山顶苔藓矮曲林自东向西随地势升高,其分布的海拔高度也逐渐升高;寒温性偃松矮曲林和岳桦矮曲林分布高度自南向北逐渐降低。③矮曲林分布在气候林线以下的山地,其气候条件足以支撑山地森林的发育,但由于山顶效应的存在(如强风、气候干冷或湿冷及土壤贫瘠等),只能发育矮曲林而非垂直地带性的山地森林。④中国东南部的很多山地高度小于3000 m,山顶效应明显,矮曲林广泛发育,造成了假林线的普遍存在。     

山体基面高度对青藏高原及其周边地区雪线空间分布的影响

山体效应是地理地带性之外,在大尺度上影响垂直带分布的主要因素,山体基面高度则是山体效应的第一影响因子。青藏高原及其周边地区,雪线呈现出中心高、周围低,与山体基面高度相一致的环状分布模式。为分析山体基面高度对雪线分布的影响,本文共收集青藏高原及周边地区雪线数据142个,采用纬度、经度和基面高度为自变量的三元一次方程拟合研究区雪线分布,计算各自的标准回归系数和相对贡献率,再将基面高度划分成5个子集（0~1000 m、1001~2000 m、2001~3000 m、3001~4000 m和4001~5000 m）,分析基面高度不同的山地对雪线的影响差异。结果表明：① 在青藏高原,纬度、经度和基面高度对雪线高度分布的相对贡献率分别为51.49%、16.31%和32.20%;② 随着基面高度的增高,各子集模型的决定系数虽有逐渐降低的趋势,但仍保持在较高的值域（R²=0.895~0.668）,说明模型的有效性;③ 随基面高度的抬升,纬度和山体基面高度对雪线分布高度的相对贡献率分别表现出降低（92.6%~48.99%,R²=0.855）和增大（3.33%~31.76%,R²=0.582）的趋势,表明基面高度越高,其对雪线分布高度的影响越大。     

A study of the contribution of mass elevation effect to the altitudinal distribution of timberline in the Northern Hemisphere简

Alpine timberline, as the ＂ecologica tion of scientists in many fields, especially in transition zone,＂ has long attracted the atten- recent years. Many unitary and dibasic fitting models have been developed to explore the relationship between timberline elevation and latitude or temperature. However, these models are usually on regional scale and could not be applied to other regions; on the other hand, hemispherical-scale and continental-scale models are usually based on about 100 timberline data and are necessarily low in precision. The present article collects 516 data sites of timberline, and takes latitude, continentality and mass elevation effect （MEE） as independent variables and timberline elevation as dependent variable to develop a ternary linear regression meteorological data released by WorldClim and model. Continentality is calculated using the mountain base elevation （as a proxy of mass elevation effect） is extracted on the basis of SRTM 90-meter resolution elevation data. The results show that the coefficient of determination （R2） of the linear model is as high as 0.904, and that the contribution rate of latitude, continentality and MEE to timberline elevation is 45.02% （p=0.000）, 6.04% （p=0.000） and 48.94% （p=0.000）, respectively. This means that MEE is simply the primary factor contributing to the elevation distribution of timberline on the continental and hemispherical scales. The contribution rate of MEE to timberline altitude dif- fers in different regions, e.g., 50.49% （p=0.000） in North America, 48.73% （p=0.000） in the eastern Eurasia, and 43.6% （p=0.000） in the western Eurasia, but it is usually very high.     

Implications of mass elevation effect for the altitudinal patterns of global ecology

The varied altitudinal gradient of climate and vegetation is further complicated by mass elevation effect (MEE), especially in high and extensive mountain regions. However, this effect and its implications for mountain altitudinal belts have not been well studied until recently. This paper provides an overview of the research carried out in the past 5 years. MEE is virtually the heating effect of mountain massifs and can be defined as the temperature difference on a given elevation between inside and outside of a mountain mass. It can be digitally modelled with three factors of intra-mountain base elevation (MBE), latitude and hygrometric continentality; MBE usually acts as the primary factor for the magnitude of MEE and, to a great extent, could represent MEE. MEE leads to higher treelines in the interior than in the outside of mountain masses. It makes montane forests to grow at 4800–4900 m and snowlines to develop at about 6000 m in the southern Tibetan Plateau and the central Andes, and large areas of forests to live above 3500 m in a lot of high mountains of the world. The altitudinal distribution of global treelines can be modelled with high precision when taking into account MEE and the result shows that MEE contributes the most to treeline distribution pattern. Without MEE, forests could only develop upmost to about 3500 m above sea level and the world ecological pattern would be much simpler. The quantification of MEE should be further improved with higher resolution data and its global implications are to be further revealed.     

西藏山地半淋溶土壤分布与大骨节病关系研究

通过西藏大骨节病县与非病县山地耕型褐土和灰褐土各土壤亚类的对比分析表明，山地褐土和灰褐土环境是西藏大骨节病主要土壤类型。其中大骨节病县有3.2万公顷耕种褐土，占全部耕种褐土的89.4%，而非病县仅0.4万公顷，占10.6%；同样，近3.9万公顷的耕种灰褐土分布在病县，占全部耕种灰褐土的97.4%，而非病县仅0.1万公顷，占2.6%。相似的半淋溶耕型土壤环境，雅鲁藏布江南岸多为非病区，北岸多为病区，可能与北岸念青唐古拉山和南岸喜马拉雅山的岩性和成土物质来源差异有关。同时土壤水土流失也可能是影响大骨节病分布的重要因素，水土流失严重的地区多为病区，而非病区多分布在地势较平坦的地区。因此系统研究西藏典型大骨节病区的土壤分异及其土壤侵蚀程度的差异对探讨未来西藏大骨节病的分布与流行有重要意义。     

提孜那甫河流域地表太阳辐射估算及其影响因素分析

地表太阳辐射是地球表层主要能量来源,对地表能量平衡、能量交换以及生态水文过程等具有决定性意义。山区地形复杂,其地表太阳辐射时空差异较大且较难估算。采用适用于山区的地表太阳辐射模型对西北昆仑山提孜那甫河流域地表太阳辐射时空分布进行了估算,分析了该流域季节太阳辐射空间分布规律并探讨了地形和云2个重要因素对太阳辐射空间分布的影响。结果表明:（1） 地形因子中周围地形阻挡即地形开阔度（Sky view factor,SVF）与年总太阳辐射的关系最为显著,太阳辐射随SVF增加而增加。（2） 年总太阳辐射随着高程增加首先减少,再而随之增加。探究SVF随高程的变化,发现其与太阳辐射随高程的变化趋势较为一致,因此在山区复杂地形下地表太阳辐射估算中仅利用高程对其校正存在明显不足,需综合考虑地形效应。（3） 研究计算了季节云出现频率空间分布与太阳辐射空间分布的相关系数,结果表明夏季太阳辐射受云影响较其他季节显著。定量分析了地形因子以及云对地表太阳辐射空间分布影响的贡献率,周围地形阻挡SVF对地表太阳辐射空间分布的影响最大,高程和云次之。因此综合考虑地形和云对太阳辐射的影响在山区太阳辐射模拟中是非常必要的,研究可为山区地表太阳辐射模拟提供理论依据,并为山区生态水文过程研究提供方法支撑。