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欧亚大陆是世界上山地垂直带谱多样性和复杂性最高的大陆,在全球山地垂直带谱体系中占据十分重要的地位。迄今为止对该大陆垂直带谱的研究多停留于山系/区域尺度,对该大陆整体的垂直带类型、垂直带谱结构、垂直带空间变化模式的研究几为空白;运用GIS、信息技术对大陆尺度复杂类型垂直带谱进行综合、集成研究的先例更是缺乏。
本文广泛收集欧亚大陆山地垂直带谱资料,对该大陆水平自然地带、垂直带类型、垂直带谱结构类型进行系统分类;在数字垂直带谱方法及GIS支持下,尝试大陆尺度海量垂直带谱的数字集成;在此基础上,探讨欧亚大陆主要垂直带界限在不同尺度上的空间分布模式。主要研究成果及结论如下:
(1)根据大陆尺度垂直带谱数字集成的需求,提出欧亚大陆水平地带区划的原则、指标体系、等级体系;以Koppen-Trewartha、WWF、FVV、Bailey、郑度方案等为参考,建立欧亚大陆水平地带区划方案,共划分7个气候带,23个生物气候区和72个自然地带,为垂直带谱数字集成与分析提供基本地学框架。
(2)首次对欧亚大陆山地垂直带进行系统分类。提出基于生态地理特征的山地层带模型,以及欧亚大陆垂直带分类的原则、依据、分类单位、命名方式;综合、归纳现有区域性分类系统,填补前人研究空白区域,建立包含48个类型的欧亚大陆垂直带分类系统,并系统论述了每个类型的特征、典型分布区。
(3)系统归纳了欧亚大陆垂直带谱结构类型。根据地理地带性原则,提出带谱系列、带谱结构型组、带谱结构类型三级带谱结构分类体系;将欧亚大陆垂直带谱结构类型划分为6大带谱系列、24个带谱结构类型组,63种带谱类型,并系统论述了每个类型的分布区域、结构特征。
(4)收集整理了1600余篇世界各国垂直带谱文献,制定规则实现带谱数据提取和标准化;建立含6个大专题数据的欧亚大陆山地垂直带谱空间数据库(MABSDE),集成完整垂直带谱870个、林线903个、暗针叶林线360个、树线366个、雪线183个、冻土线122个,是当前数据量最大、覆盖面最广的垂直带谱数据库;建立了垂直带谱WebGIS平台,实现垂直带谱数据的网络发布、共享与交流。
(5)基于ArcEngine平台,研制了山地垂直带谱数字集成与分析系统(MABS-DIAS)。该系统具备通用GIS常用功能,并提供多项垂直带专业功能,包括任意空间范围内垂直带谱数据检索、垂直带信息图谱可视化、垂直带界限提取、空间分布模型计算等专业功能,为大尺度垂直带研究及相关领域提供一个功能丰富、实用性强的信息工具。
(6)利用本文集成的大量数据,分析了主要垂直带界限的空间分布模式,并以林线为例探寻欧亚大陆不同尺度上垂直带分布空间格局。大陆尺度上,林线、雪线、暗针叶林线、明亮针叶林线随纬度升高而下降,速率分别为94m/纬度、108m/纬度、102m/纬度、76m/纬度。区域尺度上,大陆东、中、西部林线纬向下降率分别为167m/纬度、99m/纬度、64m/纬度,各区域均出现低纬地带林线纬向下降率大于高纬地带的现象,地势海拔是主要原因,经度地带性也有影响。山系尺度上,除喀尔巴阡山脉之外,其它6大山系均高于之前估算,修正了前人因数据不充分、计算方式不合理造成的偏差。
(7)在山系、区域、大陆三个尺度上,欧亚大陆林线高度与纬度均呈二次曲线关系,(R2=0.813),南美大陆(R2=0.96)亦遵循这一模式。一定程度上证实了资源与环境信息系统国家重点实验室山地GIS研究组提出的垂直带分布的二次曲线模式假说。并发现林线高度与经度的关系仅在温带剖面呈二次曲线模式(R2=0.64),而在大陆整体上并不严格成立,完善了对大陆尺度林线分布格局的认识。
本文还存在以下不足之处需改进:
(1)数据方面:应加大数据搜索力度,进一步丰富和完善垂直带谱数据库,并建立数据质量评价机制,提高数据可靠性;此外,借助山地GIS研究组发展的“山地垂直带谱数字识别”技术提取更多山系尺度的精细、连续带谱数据,并将其与离散带谱数据一体化集成与分析也是将来努力的方向之一。
(2)垂直带(谱)分类系统方面:由于文献资料不全,致使部分垂直带(谱)在现有分类系统中缺失,将来应予以补充和完善。
(3)垂直带谱分布模式的地学解释:因数据所限,本文未能结合环境要素对垂直带空间分布格局进行定量解释;“山体效应”对垂直带分布有重要影响,将其定量化将极大地提高垂直带分布的模拟和解释的精度,这将是下一步努力的方向之一。