地形和气候对中国山地森林带界线的影响

doi:10.13249/j.cnki.sgs.2013.02.167

摘要/Abstract

摘要：

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。

关键词: 山地垂直带, 森林带, 地形效应, 基带

Abstract:

The division of vegetation zones is an old and highly emphasized topic in both botany and geography. High mountains are characterized by different vegetation types at different elevations. Altitudinal vegetation belts are bounded by relatively narrow boundaries. Investigation and identification of altitudinal vegetation belts is significant in ecological and geographical studies due to extremely complex environment and diverse vegetation types in mountains. Altitudinal forest belts (AFBs) are significantly impacted by topographic and climatic factors. The climatic data used in this study were obtained from Chinese Ecosystem Research Network (CERN) between 1960 and 2000. After analyzing the significance of the 13 climatic factors in 31 base belts, we obtained three dominant principal components (PCs) designated as temperature variation index in winter (WTVI), temperature variation index in summer (STVI), and drought index (DI). WTVI decreased from South to North China, whereas STVI was high in South China and Tibetan Plateau. DI increased from the southwest to the northwest of China. Next, 28 AFB data were collected from published references. Multivariate regression analysis was used to quantify the relationship between AFB characteristics and topographic and climatic PCs. Results show that the base elevation of a mountain has the significant contribution to lower limits of AFBs (39.67％), whereas the relative elevation of a mountain has the significant contribution to upper limits of AFBs (39.34％). The climatic factors have similar contributions to variations in upper limits, lower limits, and width of AFBs. Among the three climatic PCs, STVI has the most contribution to variations of AFBs, followed by WTVI and DI. This paper quantifies the relative contributions of topographic and climatic factors to variations in AFBs at regional scales, and could potentially be used to evaluate and model the AFB distributions in other mountainous regions at regional or global scales.

Key words: mountain altitudinal belt, altitudinal forest belt, topographic effect, base belt

中图分类号:

孙然好, 张百平. 地形和气候对中国山地森林带界线的影响[J]. 地理科学, 2013, 33(2): 167-173.

Ran-hao SUN, Bai-ping ZHANG. Effect of Regional Topographic and Climatic Factors on Limits of Altitudinal Forest Belts[J]. SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA, 2013, 33(2): 167-173.

图/表 6

图1

表1

图2

表2

表3

表4

参考文献 43

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代表山体	基面高度(m)	海拔高度(m)	南坡上线(m)	南坡下线(m)	北坡上线(m)	北坡下线(m)
内蒙古奥克里堆山	500	1520	1400	700	1400	800
吉林长白山	250	2690	1540	845	2020	1650
山西恒山	1300	2300	2200	1900	2300	1900
内蒙古大青山	990	2400	1900	1300	2100	1700
宁夏贺兰山	1500	3700	3000	2200	3000	2000
新疆阿尔泰山	500	4374	2000	1200	2450	1200
甘肃兴隆山	1800	3620	2750	2200	2750	2200
宁夏大罗山	1850	2650	2650	2280	2650	2000
新疆果子沟	600	3900	2300	1100	2500	2000
辽宁本溪	0	1400	1400	900	1400	800
北京东灵山	800	2303	1800	900	2000	900
河南伏牛山	480	2211	2000	1100	2000	1600
陕西太白山	500	3767	3400	1000	3400	1300
安徽大别山	100	1750	1729	800	1750	700
陕西秦巴山区草链岭	600	2700	2600	1200	2600	1200
陕西秦巴山区鹰咀石	500	2700	2550	800	2550	800
湖北神农架	400	3106	3106	700	3106	1800
福建武夷山	200	2158	1700	200	2158	200
广西大瑶山	110	1979	1500	1300	1500	1300
湖南龙山	300	1514	1200	700	1350	700
海南五指山	100	1550	950	100	650	100
西藏南迦巴瓦峰	1300	6000	3400	1300	3000	1300
西藏珠穆朗玛峰波曲谷地	1500	8465	3400	2500	3500	2500
西藏珠穆朗玛峰甘马藏布河谷地	1500	8465	3600	2500	3800	2500
西藏珠穆朗玛峰吉隆河谷地	1500	4800	3800	3100	3600	3000
西藏珠穆朗玛峰绒辖曲谷地	1500	8465	3300	2500	3800	2500
西藏珠穆朗玛峰卓姆曲谷地	1500	8465	3800	2500	3800	2500
西藏东喜马拉雅山东段	0	6450	3750	600	4000	3200

气候指标	PC1	PC2	PC3
1月最高温	0.977	0.067	-0.131
1月最低温	0.942	0.282	-0.143
7月最高温	0.344	0.903	0.182
7月最低温	0.443	0.867	-0.056
年均干燥度	-0.034	0.181	0.860
年降水量	0.707	0.311	-0.604
年均温	0.820	0.560	-0.059
≥10℃积温	0.728	0.664	-0.061
≥0℃积温	0.749	0.648	-0.086
温暖指数	0.755	0.638	-0.094
生物温度	0.760	0.633	-0.100
年均日照时数	-0.532	-0.461	0.635
年均太阳辐射	-0.002	-0.763	0.592
特征值	9.489	1.65	1.236
贡献率（％）	72.989	12.689	9.507
累积贡献率（％）	72.989	85.679	95.185

	上线南北差异	下线南北差异	林宽南北差异
冬季温度变异指数	0.339^*	0.386^*	-0.21
夏季温度变异指数	-0.422^*	0.458^*	-0.412^*
干旱指数	-0.36^*	0.154	-0.334^*

模型		模型系数及检验					模型检验
模型		非标准化系数	t 统计值	容差	相对贡献率(%)		R²	F值	DW值
上线南北差异	常数项C	0					0.52	3.19 (p=0.026)	2.47
	基面海拔高度	0.11	0.52	0.54	4.74
	山体相对高度	-0.95	-3.21	0.3	39.34
	冬季温度变异指数	0.51	2.75	0.78	21.06	55.92
	夏季温度变异指数	-0.59	-1.81	0.25	24.64
	干旱指数	-0.25	-1.18	0.61	10.22
下线南北差异	常数项C	0					0.63	4.99 (p=0.003)	1.6
	基面海拔高度	0.83	4.17	0.54	39.67
	山体相对高度	-0.19	-0.7	0.3	8.89
	冬季温度变异指数	0.35	2.08	0.78	16.49	51.43
	夏季温度变异指数	0.66	2.23	0.25	31.41
	干旱指数	0.07	0.4	0.61	3.54
林宽南北差异	常数项C	0					0.54	3.48 (p=0.018)	1.38
	基面海拔高度	-0.8	-3.7	0.54	36.46
	山体相对高度	-0.17	-0.6	0.3	7.85
	冬季温度变异指数	-0.16	-0.88	0.78	7.21	55.69
	夏季温度变异指数	-0.9	-2.79	0.25	40.77
	干旱指数	-0.17	-0.83	0.61	7.71