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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

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。     

云南山地土壤垂直带信息图谱分析

地学信息图谱是一种以图形方式显示地理事物或现象空间形态结构、揭示时空变化规律的手段与方法。为了实现基础地理信息数字化,推动"数字山地"研究的开展和区域可持续发展,在地学信息图谱理论和ArcGIS软件环境支撑下,利用云南省第二次土壤普查资料、1∶25万电子地图和DEM数据等建立了云南省土壤垂直带信息图谱,实现了山地土壤垂直带的数字化显示及其与地理位置的链接。基于空间维度的土壤信息带谱显示,在纬度方向上土壤带谱滇西比滇东复杂,且长度随纬向递增;在经度方向上,热带区域的土壤垂直带谱结构相对较简单,亚热带区域的土壤垂直带谱结构、长度趋于一致,温带高原气候区的土壤垂直带谱结构最为丰富和复杂,且再次体现了相同基带上发育的土壤带组成基本相似的规律,但各区内部随经度变化规律不明显。     

辽东山地老秃顶子北坡植被类型及垂直带谱

基于沿海拔梯度的样方调查数据,运用TWINSPAN分类方法,科学划分老秃顶子北坡的森林群落类型,确定老秃顶子北坡植被垂直带谱,并对其种类组成和生活型谱进行系统研究。结果表明:⑴老秃顶子北坡植被垂直带谱由8个带组成,即海拔500~720m的蒙古栎+色木槭落叶阔叶林带,海拔720~820m的紫椴+色木槭落叶阔叶林带,海拔820~920m的臭冷杉+暴马丁香针阔混交林带,海拔920~1080m的臭冷杉+鱼鳞云杉暗针叶林带,海拔1080~1190m的枫桦+臭冷杉针阔混交林带,海拔1190~1280m的岳桦+簇毛槭落叶阔叶林带,海拔1280~1320m的矮灌化槭树+毛榛子山地灌丛带,海拔1320~1367m的小叶章+苔草山地草甸带。⑵老秃顶子北坡自山麓至山顶8个植被带的物种丰富度分别为43、27、33、39、54、45、47和34种,呈现出了在中等海拔高度拥有最高物种多样性的现象。⑶老秃顶子北坡在山麓~920m间,随着海拔的升高,群落中高位芽植物明显增多,地面芽植物明显减少;在海拔920m~山顶,随着海拔的升高,群落中高位芽植物明显减少,至山顶基本消失,而地面芽植物比例则由21.2%显著增加到山顶的79.4%。     

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.     

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.     

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.     

地形和气候对中国山地森林带界线的影响

山地森林带界线对地形差异和气候变化敏感,是地学、生态学研究的重要内容。利用13个气候指标进行主成分分析,提取出中国31个自然地带的气候指数,包括夏季温度变异指数(STVI)、冬季温度变异指数(WTVI)和干旱指数(DI),3个气候指数符合地带性分布规律,STVI从南向北递减,WTVI以东部地区和南疆部分地区最高,DI则从东南向西北递增。基于文献发表的中国28个典型山体的森林带界线数据,将其与山体基面高度、山体相对高度和地带性气候指数进行多元回归分析。结果显示,山体基面高度对森林带下线南北坡差异贡献最大(39.67%),山体相对高度对森林带上线南北坡差异贡献最大(39.34%)。3个地带性气候指数的累积贡献对森林带上线南北差异、下线南北差异和带宽南北差异的影响差别不大,在51.4%~55.9%之间,其中STVI贡献最大,其次是WTVI和DI。通过定量揭示地形和气候要素对山地森林带界线差异的贡献,可以为区域或全球尺度的山地森林带界线评价和模拟提供参考。     

近50年乌鲁木齐河流域垂直气候带的异同变化特征

依据乌鲁木齐河流域各站点近50 a的观测数据,分析垂直带内气候变化的异同特征。结果表明,年增温趋势最强的是低山带0.554℃/10 a,贡献最大是冬季温度。温度距平变化幅度除中山带为进入21世纪最大外,其他均为1990 s最大。显著增温突变年际尺度(2 a)上,低海拔带响应早于中、高山带;年代际尺度(16~23 a)上高山带最早,中山带最晚。年增湿趋势最显著是高山带20.8 mm/10 a,贡献最大是夏季降水。降水距平幅度除高山带1990 s振幅最大外,其他均为1980 s最大。降水突变特征为随着海拔高度的增加突变的响应时间依次推后。