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。     

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。     

1970-2015年秦岭南北气温时空变化及其气候分界意义

基于秦岭南北70个气象站点观测资料,辅以极点对称模态分解方法（ESMD）,对秦岭南北近期气温时空变化特征进行分析,进而以日平均温≥ 10 ℃积温天数为主要指标,以1月0 ℃等温线变化为辅助指标,探讨秦岭山脉的气候分界意义。结果表明：① 1970-2015年秦岭南北气温变化具有同步性,呈现出“非平稳、非线性、阶梯状”的增暖过程,变化阶段可分为：1970-1993年为低位波动期、1994-2002年为快速上升期、2003-2015年为增温停滞期;② ESMD信息分解结果表明,秦岭南北气温变化以年际波动为主导,并未呈现出明显的线性增暖趋势;③ 在空间上,秦岭南北气温趋势呈现“同步增温,南北分异”的响应特征,即秦岭以北地区空间增温具有一致性,秦岭以南地区则呈现“西乡—安康盆地交界”、“商丹盆地”两个低值中心;④ 在气候变暖背景下,秦岭作为气候分界线的作用依然明显,但是南北响应方式存在差异。其中,秦岭以南,北亚热带北界沿山地“垂直上升”,汉江谷地热量资源逐年增加;秦岭以北,尽管以城市带为中心的增温区不断延展,但是冷月气温偏低的格局并未改变。     

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。     

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.     

秦岭中部山地降水的垂直变化研究

明确秦岭高海拔山区降水的变化规律,是深入理解秦岭作为中国南北地理过渡带特征、认识秦岭水资源在南水北调中线工程中重要作用的前提。但秦岭高海拔地区长期缺乏有效的降水观测数据,导致对其降水变化缺乏了解。利用2018年6月1日—2019年5月31日秦岭太白山海拔3760 m实测降水数据,发现在秦岭海拔3760 m处年降水量可达1300 mm,远高于汉江盆地和关中平原600~800 mm的年降水量。在此基础上,检验了克里金（Kriging）、反距离加权（IDW）和薄盘样条（ANUSPLIN）插值方法,以及GPM修正数据（GPM-cal）和ERA5再分析资料对秦岭中部山地年和季节降水空间模态的再现效果,各方案均能揭示秦岭高山区是降水高值中心,且降水随海拔的升高而增大,但利用克里金、反距离加权插值方案不能得到准确的高海拔降水值,与此相比,GPM-cal数据、薄盘样条插值与ERA5资料能较准确刻画秦岭中部山地年降水量随地形的变化。水汽通量分析显示,秦岭凭借高大地形对600 hPa高度以下的南来湿润气流具有明显的阻挡、强迫和拦截作用,使其南坡成为区域降水高值中心。结合高山区降水观测、薄盘样条插值、多源格点资料和数据修正方法,是认识秦岭山地降水形成和变化的有效途径。     

基于山地垂直带谱的秦岭土地利用空间分异

为揭示秦岭山地垂直带与土地利用之间的相互关系,文章基于2000年夏季卫星遥感影象和1∶25万DEM数据,采用目视解译的方式提取出秦岭南北坡的土地利用类型。将垂直带与土地利用进行叠加分析得出:秦岭山地林地占44.83%,草地占35.93%,耕地占18.42%。土地利用在垂直带上地空间分异显著,由基带往上耕地的比例呈指数关系减少,林地呈正抛物线变化,草地则与林地相反。在秦岭南北坡同一垂直带土地利用上也有明显的变化,特别体现在栓皮栎林带、锐齿栎林以及冷杉林带上。     

从秦岭蕨类植物区系地理成分论秦岭山地生态分界线的划分

依据2007~2008年野外实地调查以及相关文献资料,运用植物区系地理学和数量生态学方法,分析了秦岭蕨类植物区系的物种组成和地理分布特征,划分了秦岭蕨类植物的垂直带谱,并以此为基础探讨了秦岭山地生态分界线的划分,得出以下主要结论:(1)秦岭共有蕨类植物36科85属311种,优势科为鳞毛蕨科、蹄盖蕨科和水龙骨科,优势属为鳞毛蕨属和耳蕨属;在科属水平上,以热带成分占优势;而种的水平则以温带成分占绝对优势。(2)根据秦岭蕨类植物南北坡垂直带谱的对比分析,南坡海拔1000m左右应该是一条重要的生态分界线。(3)南坡1000m以下蕨类植物区系组成更接近亚热带区系,而其他地带则与温带蕨类植物区系更为接近,DCA排序很好地证明了此结果。综合来看,将南坡海拔1000m作为秦岭山地亚热带与暖温带的生态分界线较为科学。     

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.     

山地土地类型的结构分析与优化利用——以陕西秦岭山地为例

山地土地类型的多样性及其结构格局的序列性特征明显，相应地呈现出土地类型在空间、数量和质量等3个方面基本格局型式，格局分析能够揭示土地类型结构与功能的异质性及其有序性，从而为全面认识土地类型群体的生态属性与其演替规律提供重要的理论依据，同时为土地利用优化配置的实践提供科学指导，以陕西秦岭山地为例，进行了土地类型的结构分析，并根据山地类型结构格局的空间层次性、结构多级性和功能多元性的特点，提出了不同空间尺度下山地土地利用配置的模式及其优化利用方案。     

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。     

秦巴山地植物南北变化与过渡模式研究

秦岭—大巴山是中国重要的南北地理分界线和生态过渡带,建立秦巴山地南北方向上植物种类组成及重要值的详细变化序列和过渡模式,对于深入认识中国南北过渡带的过渡性、复杂性及暖温带与亚热带分界线具有十分重要的科学意义。本文通过野外实地调查获取秦巴山地东、中、西部3条南北穿越样线163个采样点的植被序列数据,分析了物种丰富度、相对重要值及优势种多度的纬向变化,并将亚热带与温带物种相对重要值的差值（SND-RIV）用于表现南北方物种的优势程度,以分析和归纳植物的空间变化模式。结果表明：① 东部（三门峡—宜昌）、中部（西安—达州）、西部（天水—广元）亚热带物种丰富度及相对重要值自北向南递增,温带物种自北向南递减。东部温带物种丰富度及相对重要值在神农架和伏牛山由于海拔高度的影响出现两个峰值,中部亚热带物种在大巴山地区最高,西部亚热带物种在陇南以南超过温带物种;② 东部南北方物种的交错过渡带最宽,约180 km;中部大约在秦岭南坡至大巴山北坡之间,约100 km;西部交错过渡带偏南,约50~60 km。③ 东、中、西部山地植物纬向过渡模式和驱动因子有明显差异。东、西部自南向北亚热带物种的减少主要与年均降水量减少有关,年平均气温影响较小;中部年平均气温的作用比湿润指数稍大。本文揭示了秦巴山地东、中、西部植物的南北变化及过渡模式,提升了对中国南北过渡带复杂性和多样性的科学认识。     

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。     

秦岭-黄淮平原交界带自然地理若干特征分析

文章探讨了秦岭-黄淮平原交界带划分的依据和方法,然后就其自然地理过渡性、暴雨频繁发生和坡地暖带及其自然地理效应进行讨论。研究表明:交界带自然地理要素不仅具有西部山地和东部平原之间的过渡性,而且北亚热带和暖温带地理成分在这里彼此交汇。交界带暴雨频繁,且以大暴雨为主,集中分布在海拔100~200 m之间。交界带冬季气温高于平原0.5~0.8℃,1月最高气温出现在海拔350~400 m之间,形成特有的坡地暖带,暖带厚度100~250 m。交界带暴雨频繁和暖坡效应是大气环流和交界带地貌格局共同作用的结果,且对本区土壤发育和植物分布等具有重大影响。     

秦岭黄淮平原交界带自然地理特征

The features of physical geography in the transitional region between Qinling Mountains and Huanghuai Plain possess transitional characters evidently in two directions： one is from the western mountain to the eastern plain and the other is from southern subtropical zone to northern temperate zone. Torrential rain, especially strong torrential rain is frequent in the transitional region, and there are many torrential rain centers. A majority of torrential rain is distributed among 100-200 m asl. The winter temperature at 100-400 m asl is higher than that in Huanghuai Plain whose altitude is lower than that of the transitional region, and the highest temperature in January appears at 350-400 m asl.The thickness of warm slope belt in the transitional region varies from 100 m to 250 m asl. The formation of torrential rain and warm slope belt is the result of joint action of atmospheric circulation and local terrain. Frequent torrential rains and warm slope belt had tremendous influences on the soil properties, plant distribution and local climate in the transitional region.     

The features of physical geography in the transitional region between Qinling Mountains and Huanghuai Plain

1IntroductionThe transitional region of physical geography is the transitional zone with unique characteristics formed by the interaction of the adjacent systems of physical geography, which have different properties. Study on the transitional region of physical geography is favorable for developing synthetic theories and methods in physical geography. It is one of the sensitive regions for studying global change, and it may provide scientific basis for exploiting natural resources, alleviatin…     

The features of physical geography in the transitional region between Qinling Mountains and Huanghuai Plain

The features of physical geography in the transitional region between Qinling Mountains and Huanghuai Plain possess transitional characters evidently in two directions: one is from the western mountain to the eastern plain and the other is from southern subtropical zone to northern temperate zone. Torrential rain, especially strong torrential rain is frequent in the transitional region, and there are many torrential rain centers. A majority of torrential rain is distributed among 100-200 m asl. The winter temperature at 100-400 m asl is higher than that in Huanghuai Plain whose altitude is lower than that of the transitional region, and the highest temperature in January appears at 350-400 m asl. The thickness of warm slope belt in the transitional region varies from 100 m to 250 m asl. The formation of torrential rain and warm slope belt is the result of joint action of atmospheric circulation and local terrain. Frequent torrential rains and warm slope belt had tremendous influences on the soil properties, plant distribution and local climate in the transitional region.