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。     

数字山地垂直带谱研究进展

垂直分带是山地环境研究的基础.近年来我们成功地构了山地垂直带数据模型,可以将我国及全世界山地垂直带谱进行数字集成;归纳出我国31个水平地带、32个垂直地带,奠定了中国山地垂直带谱数字集成的地理学基础.研制了中国山地垂直带谱信息系统并进行了升级;提出了山地垂直带分布的二次曲线模式,需要今后用更多的数据进一步验证;未来几年的工作包括提高山地垂直带的识别精度,并将山地垂直带谱数字集成工作扩展到欧亚大陆甚至全世界.     

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.     

欧亚大陆山地垂直带谱数字集成框架

欧亚大陆是山地垂直带谱多样性和复杂性最集中的区域,在世界山地垂直带谱体系中具有十分重要的地位.针对当前山地研究数据集成相关的研究计划和山地垂直带谱研究中存在的问题,指出进行欧亚大陆山地垂直带谱数字集成的必要性和重要意义;探讨了欧亚大陆山地垂直带谱数字集成的框架体系,包括数字集成的方法、数据库框架结构与内容、技术流程等;详细阐述了数据收集与预处理、分类系统的建立、数据提取、元数据建设、数据存储方式等技术流程;建立了欧亚大陆山地垂直带谱数据库,包括5个专题空间数据库和元数据库;指出了该数据库对山地垂直带谱及相关研究的意义;总结了数据库建设过程中需注意的问题;展望了进一步的发展方向.     

新疆天山山地自然灾害垂直带谱及其特征

分析天山山地由气候原因引起的自然灾害分布的垂直带谱,主要灾害类型有１２种,可分为３个带：（１）基带（暴雨－塌方带）：主要是由中、低山突发性的降雨引起的各种灾害。此带灾害频发时期与最大降水期是同步的。（２）中带（融水－冰冻带）：其灾害大多同温度的变化有密切的关系。（３）上带（风吹雪－雪崩带）：由积雪运动造成的灾害多集中在这里。山地坡向和高度对自然灾害垂直带谱的组成和灾害出现的频率影响很大。由于温度和     

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。     

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。     

山地垂直带坡向信息提取方法

坡向对垂直带的空间分布有重要的影响作用。长期以来,垂直带坡向数据的质量较低,主要以阴坡和阳坡数据为主,4个坡向和8个坡向的数据非常罕见。数据质量的问题严重阻碍了垂直带坡向效应的定量研究。为了克服这个难题,我们利用GIS、遥感、程序设计等现代信息技术手段提出了山地垂直带坡向信息提取的方法(SAI-IMAB),实现垂直带随坡向分布情况全数字化、定量化地显示和表达。本方法包括以下步骤:1.数据预处理,2.垂直带坡向数据库的构建,3.定量表达,4.图形显示。在Matlab 2010b平台下开发绘图函数,根据以下形式来表达和显示垂直带的分布情况,包括:点阵分布模式(PDP)、点阵界限模式(PLP)、曲线带谱模式(CSP)。和传统柱状图的显示方法相比,这些方法具有数据概括程度低、精度高、与现实相似度高的特点。以巴基斯坦Kaghan流域作为试验区,植被图和地形图作为数据源,利用该方法,我们高精度提取出Kaghan地区随坡向变化的山地垂直带谱数据。该方法的提出,有效地提升了山地垂直带的识别精度,提高了垂直带数据的质量,使垂直带分布规律的定量化研究成为可能,有助于更加准确地揭示山地垂直带随坡向变化的规律。     

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。     

阿尔金山-祁连山山地植被垂直带谱分布及地学分析

本文揭示阿尔金-祁连山区垂直带谱空间分布模式并进行地学解释。研究表明:北坡荒漠草原带的上限具有随经度变化的二次曲线分布模式,草原带的上限分布为线性模式,亚冰雪带的分布与7月份气温的零度层分布模式基本相同;北坡镜铁山以西的带谱中没有森林带,以东含有森林带,分布在2500³300米的高度范围内。利用气象台站的地面及高空数据,计算了湿度———生长季平均温度露点差随海拔变化的梯度、多年平均温度、1月多年均温、多年平均降水指标以解释带谱分布,结果表明:由东向西,湿度梯度增大,以酒泉为界,西侧的露点温度差梯度大于0.12℃/100米,东部小于0.09℃/100米,与北坡山地森林带分布基本吻合。     

长江上游社会经济因子对侵蚀产沙的影响

In recent years,the role of human activities in changing sediment yield has become more apparent for the construction of hydraulic engineering and water conservation projec-tions in the Upper Yangtze River,but it has not been evaluated at the macro scale.Taking Sichuan Province and Chongqing City as an example,this paper studies the relationship between socio-economic factors and sediment yield in the Upper Yangtze River based on section data in 1989 and 2007.The results show that sediment yield is significantly correlated with population density and cultivated area,in which the former appears to be more closely related to sediment yield.Moreover,in the relation of sediment yield vs.population density,a critical value of population density exists,below which the sediment yield increases with the increase of population density and over which the sediment yield increases with the decrease of population density.The phenomenon essentially reflects the influence of natural factors,such as topography,precipitation and soil property,and some human activities on sediment yield.The region with a higher population density than critical value is located in the east of the study area and is characterized by plains,hills and low mountains,whereas the opposite is located in the west and characterized by middle and high mountains.In the eastern region,more people live on the lands with a low slope where regional soil erosion is slight;therefore,sediment yield is negatively related with population density.In contrast,in the western region,the population tends to aggregate in the areas with abundant soil and water resources which usually lead to a higher intensity of natural erosion,and in turn,high-intensity agricultural practices in these areas may further strengthen local soil erosion.It is also found that popu-lation tends to move from the areas with bad environment and high sediment yield to the areas with more comfortable environment and less sediment yield.The natural factors have greater influence on sediment yield of western region than that of eastern region.Generally,the natural factors play a dominant role on sediment yield in the Upper Yangtze River.     

长江上游侵蚀产沙与社会经济因子的关系

近年来,随着一系列水利水保工程的建设和使用,长江上游地区人类活动改变泥沙过程的作用越发明显,有必要对其地位和作用进行宏观层面的分析。以四川省和重庆市为例,利用2007 年和1989 年县域截面数据研究了长江上游侵蚀产沙与社会经济因子的关系,结果表明：人口密度、耕地面积与侵蚀产沙具有显著的相关性,其中人口密度与侵蚀产沙的联系更为紧密,并且存在一个临界区间,当人口密度超过这个临界,侵蚀产沙随着人口密度与耕地面积的增加而减少;反之,则侵蚀产沙随着人口密度的增加而增加。这种临界现象实质上体现了地形、降水、土壤等自然环境对产沙的影响,也有部分人为作用。从时空变化来看,人口在不断的向产沙较少、自然条件良好的地区集中,从产沙较多、不适宜生产生活的地区迁离。自然因子对东部高人口密度地区产沙影响较小,对西部低人口密度地区的影响较大。总体上,自然因子对长江上游产沙格局的影响占主导。     

长江上游土地利用变化与冲沟发生和演变

冲沟侵蚀是中国西部山区一个重要的环境问题。小流域研究表明，黄河和长江中的泥沙主要是冲沟侵蚀引起的。目前，长江上游80%的冲沟因被幼林草植被覆盖而处于非活跃期。到底这些冲沟系统是什么时候形成的？未来的暴雨和径流是否会激活这些冲沟系统？土地利用与景观结构对冲沟系统的发生、演变有何关系？基于这些问题，近几年来在中科院山地环境学“百人计划”和“国外引进杰出人才”项目及德国洪堡基金的资助下，中德科学工作者进行了合作研究。本文介绍了长江上游地区土地利用变化与冲沟发生、演变的部分研究成果。我们在西昌安宁河干暖河谷选择了两个冲沟系统一个位于西溪乡长山岭，一个位于大青梁子。为了定量评价土地利用对冲沟发育的影响，我们对研究小流域的航片、土壤剖面、泥沙堆积与土地利用历史等进行了详尽的综合对比分析。同时，对两个冲沟系统的大小和土壤流失的体积进行了详细的野外调查、测定和计算。据此，获得了研究流域的冲沟侵蚀速率。研究结果表明，长江上游数百年的持续景观演变，尤其是20世纪中期人为强烈的不合理农业垦殖和利用土地，造成了四川西南部大量冲沟系统的形成和发展，研究流域的冲沟侵蚀速率高达375t/hm2*a-1。采取成功的水土保持措施以控制冲沟侵蚀，对中国西南山地退化环境的生态修复具有重大实践意义。     

长江上游生态服务功能区域差异研究

提出了生态服务功能及生态服务功能缺失的概念,明确了众多生态学术语之间的关系.并以长江上游为例,探讨生态系统服务功能的区域差异,即分析同一区域不同生态系统服务功能的差异和同一生态服务功能在不同区域贡献率的差异,为生态建设总体规划,重点生态工程选择和布局,生态建设时序确定等提供科学依据.     

青藏高原增温效应对垂直带谱的影响

青藏高原作为巨大的热源对亚洲气候、高原生态格局等产生重要的影响。但青藏高原的增温效应最初是20世纪50年代因其对亚洲气候的重大影响而被发现的,因此,大量的相关研究主要集中在高原夏季增温对气候的影响方面,而高原增温效应对高原地理生态格局的影响研究却非常少。利用收集到的气象台站观测数据、基于MODIS地表温度估算的青藏高原气温数据、林线数据和垂直带谱数据及DEM数据,通过对比分析高原内部与外围山区垂直带谱高度的变化及林线的分布规律,并以高原内部与边缘地区相同海拔高度上的气温差、最热月10℃等温线、15℃·月的温暖指数等温度指标来定量描述高原的增温效应及其对垂直带谱和林线的影响。研究结果表明:1由于青藏高原增温效应的影响,高原内部气温和生长季长度高于边缘地区,相同海拔高度上,高原内部各月气温比边缘地区高2~7℃;在4500 m高度上,高原内部各月气温比四川盆地高3.58℃(4月)到6.63℃(6月);最热月10℃等温线的海拔高度也从东部边缘(4000 m以下)向内部逐渐升高,在拉萨-改则一带则可出现在4600~5000 m的高度;15℃·月的温暖指数的海拔高度也从边缘向内部逐渐升高,在4500 m的海拔高度上,横断山区、高原南部和中部地区的温暖指数均能达到15℃·月以上,而其它边缘地区则都低于15℃·月。2青藏高原垂直带谱和林线的分布规律与增温效应的规律极其一致,即均从东部边缘向内部逐渐升高,表明增温效应抬升了高原内部垂直带谱的分布范围和高度:山地暗针叶林带的分布范围在高原内部比东部边缘地区高1000~1500 m;山地草甸带的分布范围在高原内部比东部边缘高出700~900 m;高原内部林线比外围地区高500~1000 m左右。最热月10℃等温线和15℃·月温暖指数的分布规律与林线分布规律一致,表明高原增温效应对垂直带谱的分布具有重要的影响。     

基于垂直带谱的南北过渡带1:5万植被类型图遥感制图研究——以太白山为例

The compilation of 1:250,000 vegetation type map in the North-South transitional zone and 1:50,000 vegetation type maps in typical mountainous areas is one of the main tasks of Integrated Scientific Investigation of the North-South Transitional Zone of China.In the past,vegetation type maps were compiled by a large number of ground field surveys.Although the field survey method is accurate,it is not only time-consuming,but also only covers a small area due to the limitations of physical environment conditions.Remote sensing data can make up for the limitation of field survey because of its full coverage.However,there are still some difficulties and bottlenecks in the extraction of remote sensing information of vegetation types,especially in the automatic extraction.As an example of the compilation of 1:50,000 vegetation type map,this paper explores and studies the remote sensing extraction and mapping methods of vegetation type with medium and large scales based on mountain altitudinal belts of Taibai Mountain,using multi-temporal high resolution remote sensing data,ground survey data,previous vegetation type map and forest survey data.The results show that:1)mountain altitudinal belts can effectively support remote sensing classification and mapping of 1:50,000 vegetation type map in mountain areas.Terrain constraint factors with mountain altitudinal belt information can be generated by mountain altitudinal belts and 1:10,000 Digital Surface Model(DSM)data of Taibai Mountain.Combining the terrain constraint factors with multi-temporal and high-resolution remote sensing data,ground survey data and previous small-scale vegetation type map data,the vegetation types at all levels can be extracted effectively.2)The basic remote sensing interpretation and mapping process for typical mountains is interpretation of vegetation type-groups→interpretation of vegetation formation groups,formations and subformations→interpretation and classification of vegetation types&subtypes,which is a combination method of top-down method and bottom-up method,not the top-down or the bottom-up classification according to the level of mapping units.The results of this study provide a demonstration and scientific basis for the compilation of large and medium scale vegetation type maps.     

流域侵蚀产沙人类活动影响指数研究——以长江上游为例

流域产沙是土壤侵蚀的重要反映, 受降雨等自然要素和人类活动的共同作用。采用退 耦理论的思想和差分方法推导出流域侵蚀产沙人类活动影响指数的简易估算方法, 并对长江 上游的金沙江、乌江、嘉陵江、岷江分别计算人类活动总体贡献率。结果表明, 各流域人类 活动对侵蚀产沙变化的贡献率达72%～97%,总体上属于抑制侵蚀的正向活动。长江上游输 沙量呈阶段梯级变化, 根据流域侵蚀产沙人类活动影响指数的距平累积变化的突变特征将 1955～2009年划分为5个阶段并分析了每个阶段人类活动的主要特点及其对侵蚀产沙的影响。 其中, 20世纪80年代中期以前河流输沙量较大, 主要与“一五”、“大炼钢铁”、“三线建设”、 农村改革前期不稳定因素等密切相关, 而70年代河流输沙量较小是受当时大搞农田基本建设 和采取“挑沙面土”、“边沟背沟”等传统水土保持措施的影响, 80年代中期后河流输沙量明 显减少, 主要受社会经济稳定有序发展、水保工程的实施及大兴水库建设等影响。     

长江上游山区聚落与水土保持的耦合机制

运用地理学、生态学和物理学的理论,从全新的角度对长江上游山区聚落形成的环境机制进行了系统的分析,提出山区聚落与水土保持之间存在的内在联系：1．山区聚落场所地处山体的自然截流部位,山区耕地的数量和质量是人类聚落对山地坡面过程中水、土资源截流效果的指示器,截留的规模决定聚落规模;2．小流域综合治理是一个完整的截流或节流体系,水土保持的本质就是对山地坡面过程截留;3．通过水土保持,人类获得赖以生存的物质和能量。因此,水土保持是山区聚落生态建设的基础工程,是链接人口、资源与环境协调发展的纽带,沟通人文聚落与自然环境和谐共处的桥梁。     

长三角工业化转型的空间分异研究

通过构建工业化转型发展的评价体系,借助于地统计学的空间自相关和空间变异函数,对长三角135个县域单元工业化转型发展水平的空间格局进行研究,结果表明:"扩容"后的长三角工业化发展水平整体上呈现以上海为龙头,沿沪宁、沪杭两个方向扩展,在苏中北和浙西南地带以区域中心城市为增长极向外扩散的特征;中心城市在工业化过程中的空间极化...