Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 坡向对山地垂直带空间分布的影响研究 | |
| 其他题名 | A Study on the Influence of Slope Aspect on the Spatial Distribution Patterns of Montane Altitudinal |
| 庞宇 | |
| 出版年 | 2013 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 张百平 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学 |
| 中文摘要 | 坡向对山地垂直带空间分布的影响研究 摘要 作为地理学的经典研究对象，山地垂直带的研究已有上百年的历史。然而，垂直带谱的精确提取和表达的创新性研究仍被重视不足，导致垂直带数据精度较低，通常为百米精度，长期以来严重阻碍了山地垂直带定量研究的发展。另一方面，传统的研究仅是阴、阳坡的简单对比，少有四个或八个坡向上的分析，完全掩盖了山地垂直带随坡向的复杂变化规律。为了解决以上的问题，本文利用GIS、RS、信息科学等先进技术和方法，研究山地垂直带坡向信息提取方法。以中国贺兰山和巴基斯坦Kaghan流域为研究区，定量化地提取和表达垂直带的分布情况，分析垂直带随坡向的连续分布规律。 本博士论文是国家自然科学基金面上项目——山地垂直带谱的高精度提取和坡向效应研究(No. 40971064)的重要组成部分。本文的主要研究内容包括以下方面： （1）基于文献资料，制定垂直带数字曲线带谱生成规则，利用二次曲线方法，沿坡向连续提取山地垂直带谱。对于巴基斯坦Kaghan流域，将植被分布图（Schickhoff制作）的矢量图层，与DEM、坡向图、坡度图、太阳辐射图等四个图层进行整合，建立Kaghan流域垂直带坡向数据库，并按照不同的气候生态特征将其划分为五个子区域。对于贺兰山，用SPOT5影像、地形图和DEM数据制作贺兰山垂直带类型图，主要包括五种垂直带类型，分别为：亚高山草甸带、山地针叶林带、疏林草原与灌丛带、山地草原带、荒漠草原带等，建立贺兰山垂直带坡向数据库。 （2）基于两个研究区域的垂直带坡向数据库，研究各垂直带谱上下线、分布面积随坡向变化的分布规律。利用直方图统计法对贺兰山东侧、西侧、山体及Kaghan流域各气候生态区所有坡向上垂直带分布面积进行统计，结果显示贺兰山亚高山草甸带（海拔2800~3450米）、山地针叶林带（海拔1600~3100米）、疏林草原与灌丛带（海拔1200~3000米）在所有坡向上都有分布，且在阳坡分布面积大于阴坡，而山地草原（海拔1650~2350米）和荒漠草原（海拔1200~2300米）受坡向影响不明显；Kaghan流域的农场和牧场（海拔1200~3400米）、灌丛带（海拔2450~3750米）、中山草甸带（海拔2470~4500米）、山地常绿阔叶林带（海拔1200~2150米）主要分布于阳坡和半阳坡，山地落叶阔叶林带（海拔2600~3850米）主要分布于阴坡和半阴坡，Balakot-Sachcha河段区域的山地针叶林（海拔1900~2970米）主要分布在阳坡，以乔松和西藏长叶松为主，而海拔较高的Sachcha-Jared、Jared-Naran、Naran-Besal河段区域的山地针叶林（海拔1500~3700米）主要分布在阴坡，以雪松和冷杉为主。 （3）贺兰山针叶林带的密度随坡向的分布规律。构建坡向（每1°）为横轴、高程（每10m）为纵轴的坐标系，采用二维累积直方图法对针叶林像元进行统计，获得贺兰山东侧、西侧、山体的像元密度图。结果显示针叶林的分布存在密度核心，距离核心区距离越近，针叶林像元的密度越大，反之越小。采用“核”密度法及层片分析法，获得山地针叶林带的坡向核心区大致位于315°~45°坡向（阴坡），海拔2250m~2650m之间。利用直方图统计法，计算针叶林的分布面积随坡向的分布模式在贺兰山东侧、西侧、山体正态分布的拟合值分别为0.954、0.986、0.990。对研究区的九个子区域进行比较分析，在相同侧翼的相似度高。由于人为砍伐和自然灾害的影响，某些区域针叶林面积随坡向的分布有出现双峰化的趋势。针叶林坡向定量分布规律的发现，为大区域林区针叶林分布面积评估和科学管理具有重要的研究意义。 （4）山地垂直带随坡向变化的地带性分析。从中国植被区划的角度研究坡向对垂直带分布的影响，按照二级研究区的标准，选择14个研究案例进行分类研究，研究坡向对垂直带谱分布的影响。定义垂直带谱定量化的部分概念，提出了研究区不同坡向垂直带谱相似度的评价方法：带宽比重法和同类排序法。按照带宽比重法得出不同坡向上垂直带相似度最高的区域为五指山（0.964），其后依次为：白石砬子（0.795）、兴隆山（0.698）、喀喇昆仑山马尔洋达坂（0.594）、阿尔泰山友谊峰（0.535）、贡嘎山（0.481）、贺兰山东部（0.435）、五台山斗叶峰（0.417）、南羌塘高原草原亚区（0.385）、东喜马拉雅东段（0.359）、伏牛山（0.181）、大青山（0.103），相似度最低的地区为大兴安岭（0.071）。按照同类排序法计算，不同坡向带谱相似度最高为五指山、东喜马拉雅东段、阿尔泰山友谊峰（5级），其后由高到低依次为：白石砬子、五台山斗叶峰、贡嘎山、贺兰山东部、喀喇昆仑山马尔洋达坂（4级）、南羌塘高原草原亚区（3级）、兴隆山（2级）、大兴安岭、大青山、伏牛山（1级）。从中可知，从亚热带向寒温带过渡，带谱随坡向的分异变大。 （5）太阳辐射对垂直带坡向分布的影响。首先，在北半球，以10°纬度和10°坡度为间隔，构建了0°N~60°N，0°~60°坡度的49个正圆锥体理想坡面模型。利用ArcGIS中的太阳辐射分析模块，计算了49个理想模型的太阳辐射分布情况。然后，对Kaghan流域六种垂直带类型分布的区域进行相关分析，发现太阳辐射与农场和牧场、灌丛带、山地常绿阔叶林带、中山草甸带的坡向分布呈现典型的正相关（R均值为0.671、0.773、0.667、0.439），与山地落叶阔叶林带呈现负相关（R=-0.198），与山地针叶林带在低海拔区域为正相关（R=0.304），在高海拔区域无相关性（R均值为0.279、0.260、0.166）。最后，对贺兰山五种垂直带类型进行相关分析，发现太阳辐射与亚高山草甸带、疏林草原和灌丛带的坡向分布呈现典型的正相关（R均值为0.512和0.321），与山地针叶林带呈现典型的负相关（R均值为-0.769），与山地草原带和荒漠草原带没有相关性（R均值为0.209和0.107）。 本研究仍有以下不足，需要改进： （1）如何从遥感分类结果向垂直带分布图转化，仍然是一个有待解决的难题。 垂直带以自然地理的角度来划分，主要反映研究区主要植被类型的综合分布情况，其划分结果具有一定的宽容性和概括性。而遥感分类图中会产生大量的点状信息和碎块，其分类结果不能直接定义为垂直带，需要依据专家知识进行二次概括。因此，由遥感数据向垂直带转化的方法，值得深入研究。 （2）“坡向-高程”坐标系下垂直带分布规律的精确解释。 “坡向-高程”坐标系下垂直带散点图的表示方法存在局限性，无法显示植被原始的位置信息，从而不能从常规地理视角（经纬度）分析和解释垂直带随“坡向-高程”的变化。 （3）本文仅选取了太阳辐射一个因子，对垂直带随坡向的连续变化规律进行了初步机理分析。在后续的研究工作中，还需要考虑水热、气温、土壤环境等综合因素，对垂直带的坡向分布进行更深入的机理分析。 关键词：山地垂直带，坡向效应，信息提取，贺兰山，Kaghan流域，太阳辐射 |
| 英文摘要 | A Study of the Influence of Slope Aspect on the Spatial Distribution Patterns of Montane Altitudinal Belts Abstract Altitudinal Vegetation Belts is an eternal research hot topic in physical geography, ecology and botany. The history of study on the altitudinal vegetation belts by geographers is over one hundred years. However, creative research on the accurate extraction and expression of altitudinal belts spectra has been paid little attention; the data of montane altitudinal belts are often of low resolution (more than 100m), and the development of the quantitative study on montane altitudinal belts has been impeded for a long time. The majority of previous studies focused mainly on the simple comparisons of shady and sunny slopes, and four slope aspects (south, north, east and west) had been seldom involved. Furthermore the research on continuous variation of vegetation along aspect is even less to be found. Thus, the incomplete data obscures the detailed description of altitudinal belts. In order to solve these problems, GIS, RS and IT advanced technologies were used to study the method for identifying the montane altitudinal belts. The Helan Mountains of China and the Kaghan valley of Pakistan were taken as study regions to extract and analyse the distribution of altitudinal belts as well as to explore the continuous distribution pattern of altitudinal belts along slope aspect. This dissertation is supported by the general project of the Natural Science Foundation of China(40971064). The main study contents of this paper are as the follows: (1)According to basic data of literature material, vegetation map and remotely sensed data, the rule to generate digital curve spectra was set for continuously extracting spectra of montane altitudinal belts by using binomial equation method. For the Kaghan valley, layers include vegetation map, DEM, aspect map, slope gradient map and insolation maps were all integrated into a SAIDMAB(Slope Aspect Information Database of Montane Altitudinal belts). |
| 中文关键词 | 山地垂直带 ; 坡向效应 ; 信息提取 ; 贺兰山 ; Kaghan流域 ; 太阳辐射 |
| 英文关键词 | montane altitudinal belts aspect effect |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 地图学与地理信息系统 |
| 来源机构 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287207 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 庞宇. 坡向对山地垂直带空间分布的影响研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
| 个性服务 |
| 推荐该条目 |
| 保存到收藏夹 |
| 导出为Endnote文件 |
| 谷歌学术 |
| 谷歌学术中相似的文章 |
| [庞宇]的文章 |
| 百度学术 |
| 百度学术中相似的文章 |
| [庞宇]的文章 |
| 必应学术 |
| 必应学术中相似的文章 |
| [庞宇]的文章 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
