索南东主^,1,2, 姚永慧^,1, 张百平¹1.中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室 北京 100101
2.中国科学院大学,北京100049

Comparative study on the mountain elevation effect of the Tibetan Plateau and the Alps

SUO Nandongzhu^,1,2, YAO Yonghui^,1, ZHANG Baiping¹1. State Key Laboratory of Resource and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

通讯作者: 姚永慧（1975-）,女,湖北安陆人,博士,副研究员,研究方向为地理时空数据分析。E-mail: yaoyh@lreis.ac.cn

收稿日期:2019-09-2修回日期:2019-11-7网络出版日期:2020-11-20

基金资助:

国家自然科学基金.41571099 国家自然科学基金.41871350

Received:2019-09-2Revised:2019-11-7Online:2020-11-20
作者简介 About authors
索南东主（1994-）,男,青海共和人,硕士,研究方向为地理空间数据分析。E-mail: jk47sdo5399@gmail.com





摘要
山体效应不仅对气候产生重大影响,也对区域地理生态格局有深远影响,尤其是它对山地垂直带分布和结构类型等的影响已经为地理学家和地植物学家所认识。目前相关研究主要集中在山体效应定量化方面,缺少不同山地山体效应的对比研究,因此对山体效应的区域差异性了解不足。本文选择欧亚大陆上具有明显山体效应的两个山地青藏高原和阿尔卑斯山为研究对象,利用收集到的气象台站观测数据、林线和DEM数据以及基于MODIS地表温度估算的青藏高原和阿尔卑斯山气温数据等,通过对比分析青藏高原与阿尔卑斯山相同海拔高度上的气温以及林线分布高度等来探讨两个山地的山体效应差异性。分析结果表明青藏高原的山体效应比阿尔卑斯山更为强烈,表现为：① 由于山体效应影响,在相同海拔高度上（4500 m）,青藏高原内部气温远高于阿尔卑斯山的气温,尤其是在最热月高原内部气温比阿尔卑斯山内部气温高10~15℃,在最冷月高原内部气温比阿尔卑斯山内部气温高5~10℃。② 由于山体效应影响,青藏高原内部林线也远高于阿尔卑斯山内部林线,约高2000~3000 m。本研究将为山体效应的影响因素分析奠定基础,同时对于揭示欧亚大陆山地生态系统格局具有一定的科学意义。
关键词： 山体效应;青藏高原;阿尔卑斯山;林线;等温线;气温

Abstract
Mountain elevation effect (MEE) not only produces important effect on climate, but also has profound implications for regional geo-ecology pattern. Most researches have been focused on its role as the heat source in summer and its implications for Asian climate, but little has been done on the comparative study of MEE among different mountains and theirs implications for the position of mountain altitudinal belts (MABs). Therefore, there is insufficient understanding of the regional differences of MEE, and the accuracy of the digital model of the mountain effect is not high, which seriously interferes with our understanding of the mechanism of the MEE and its influence on the vertical zone. This article selects the two mountainous regions of Eurasia, the Tibetan Plateau and the Alps, which have obvious mountain effects as the study areas. Using estimated air temperature data, alpine tree line data and ASTER GDEM data, this paper compares air temperature at the same altitude and the distribution heights of alpine tree lines between the two mountains and demonstrates the differences of MEE between the Tibetan Plateau and the Alps. The results indicate that the MEE of the Tibetan Plateau is much more stronger than that of the Alps. Firstly, due to the influence of MEE, at the same altitude (4500 m), the temperature in the Tibetan Plateau is much higher than that in the Alps, especially the temperature of the warmest month in the inner Tibetan Plateau is 10-15°C higher than that in the inner Alps, and the temperature of the coldest month in the inner Tibetan Plateau is 5-10°C higher than that in the inner Alps. Secondly, due to the influence of MEE, the alpine tree line in the inner Tibetan Plateau is also 2000-3000 m higher than that in the inner Alps. This study is a foundation for the analysis of MEE influence factors such as the mountain scale, the mountain structure and the height, and it has certain scientific significance for revealing the pattern of mountain ecosystem in Eurasia.
Keywords：mountain elevation effect (MEE);Tibetan Plateau;Alps;alpine tree line;isotherm;air temperature


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本文引用格式
索南东主, 姚永慧, 张百平. 青藏高原和阿尔卑斯山山体效应的对比研究. 地理研究[J], 2020, 39(11): 2568-2580 doi:10.11821/dlyj020190755
SUO Nandongzhu, YAO Yonghui, ZHANG Baiping. Comparative study on the mountain elevation effect of the Tibetan Plateau and the Alps. Geographical Research[J], 2020, 39(11): 2568-2580 doi:10.11821/dlyj020190755

1 引言

山体效应是德国****De Quervainz首次在阿尔卑斯山观察到的与气温相关的垂直带界线（如林线和雪线）自山体外侧到内部逐步升高的趋势,其本质是山体的热力效应所产生的同海拔上山体内部气温比外部高的气温空间格局^[1]。山体效应不仅对山地气候产生重大影响,而且也对区域自然地理格局产生重要的影响,它对山地垂直带谱及其结构类型的影响已经为地理学家和地植物学家所认识。但从山体效应被发现至今的一百多年里,山体效应对垂直带分布影响的解释一直停留在定性的描述阶段^[2,3,4]。Grubb在研究热带山地雨林的分布时也指出,在孤立山体和大山系外围低山雨林的林线上限分别为700~900 m和1200~1600 m,但由于大山系具有增温效应,其内部低地雨林的上限会更高,约为1200~1500 m甚至可达1800~2300 m^[2]。Barry和Holtmeier等指出在阿尔卑斯山内部拥有较长和较暖的生长季使得其内部林线比外部范围高^[5,6],内部林线高度达2300 m^[7],而山体南北边缘仅为1600和1700 m,从山脉边缘向内部林线高度升高600~700 m^[8,9]。Flohn指出海拔较高的高原地面（如青藏高原和南美阿尔提普拉诺高原）夏季比毗邻的自由大气温度高,这是由于高海拔的高原表面吸收了更多的太阳辐射和潜在的长波辐射^[10]。20世纪50年代青藏高原的增温效应因其对亚洲气候的重大影响而被发现,Flohn和叶笃正等分别发现青藏高原在夏季是巨大的热源,并分析了青藏高原夏季的增温效应及其对大气的加热作用^[10,11]。随后,大量研究从显热和潜热的角度分析了青藏高原夏季的增温效应及其对大气的加热作用^[12]。

近年来,随着计算技术与遥感技术的发展,山体效应及其对垂直带影响的定量化研究取得了极大的进展。姚永慧等分析了青藏高原及其周围地区的山体效应,指出在相同海拔高度上高原内部各月气温比边缘地区高2~7℃,最热月10℃等温线和15℃月温暖指数的海拔高度也从东部边缘向内部逐渐升高,最热月10℃等温线和15℃月温暖指数的分布规律与林线分布规律一致,表明高原山体效应对垂直带谱的分布具有重要的影响^{[13,14,15,16,17,18]}。张朔等以山体内外气温差作为因变量,以纬度、年降水和山体基面高度作为自变量,构建了青藏高原山体效应定量化模型,实现了青藏高原山体效应的直接定量化^[19,20]。贺文慧等以山体内外气温差作为因变量,以纬度、海拔高度和距大地形边缘距离作为自变量,建立了安第斯山山体效应的直接定量化模型^[21]。张百平等以全球六大山区（青藏高原、安第斯山脉、落基山脉、斯堪的纳维亚山脉、阿尔卑斯山脉和新西兰山地）为研究区,构建了山体效应与纬度、降水、山体基面高度之间的回归模型,提出基面高度是山体效应的第一影响要素^[22]。

尽管上述山体效应定量化研究取得了极大的进展,但目前的研究大多针对某一特定山地或高原进行,没有进行过系统的综合对比研究;而且上述研究使用的数据源及定量化方法也不尽相同^{[13,14,16-21]},研究结果不具有可比性,使得对山体效应的区域差异性认识不足。由此,建立的山体效应定量化数字模型精度不高^[22],限制了对山体效应完整性和系统性认识。而青藏高原和阿尔卑斯山不仅是欧亚大陆上具有明显山体效应的两个山地,也是对区域自然地理格局具有重要影响的两个山地,尽管二者都是东西向展布的山地,但它们所处的地理位置、规模和面积等均有很大差别。因此,本文选择青藏高原和阿尔卑斯山进行山体效应对比研究,一方面为查明这两个山地的山体效应及其对区域自然地理的影响,另一方面为了揭示山体规模（如山体的高度和表面积等）和所处的经纬度位置等对山体效应的影响,从而为后续山体效应的影响因子分析奠定基础并提供依据。

2 研究区概况

本研究中青藏高原范围介于25°N~40°N、70°E~105°E（图1）。喜马拉雅山和昆仑山（海拔6000 m以上）分别位于高原的南、北边缘,内部的冈底斯山和唐古拉山（海拔5000 m以上）则将高原分隔为南部、中部和北部三个自然地理单元,川西山地和祁连山构成高原的东部和东北部边缘。高原总面积约250万 km²,高原面的平均海拔约4500 m左右。这里除了有世界最高峰珠穆朗玛峰外,北半球最高林线和最高雪线也分布于此^[23]。青藏高原最高林线主要分布在藏东南及横断山区,林线高达4600~4700 m,部分地区的阳坡甚至能达到4900 m^[24]。青藏高原内部林线处的主要树种为冷杉和云杉^[24,25]。

图1

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图1青藏高原的位置、对应样点及林线分布情况

Fig. 1Location and distribution of alpine tree lines of the Tibetan Plateau



本研究中阿尔卑斯山的范围介于48.3°N~43.1°N、4.9°E~16.6°E之间（图2）。阿尔卑斯山共有82座海拔超过4000 m的山峰,其中最高峰勃朗峰海拔4810.45 m,位于法国和意大利的交界处^[5]。山脉整体呈弧形,长1200 km,宽130~260 km,平均海拔约3000 m,总面积约22万km²。阿尔卑斯山的林线高度一般在1800~2200 m,林线最高可达2400 m^[5,26]。阿尔卑斯山内部林线处的树种主要以落叶松、云杉为主^[26]。

图2

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图2阿尔卑斯山的位置、对应样点及林线分布情况

Fig. 2Location and distribution of alpine tree lines of the Alps

3 数据与方法

3.1 数据来源

（1）DEM数据。DEM数据来源于空间信息联盟（CGIAR-CSI）提供的SRTM 90m数字高程数据库。空间分辨率为90 m,所有数据均是通过无缝数据集生成的。

（2）林线数据。林线数据取自张百平建立的山地垂直带信息系统。张百平等从公开发表的文献中挖掘了全球544个完整的山地垂直带谱数据,594个林线数据,148个雪线数据,173个高山草甸数据,构建了山地垂直带谱信息系统^{[27,28,29,30]}。

（3）气温数据。气温数据是基于MODIS的地表温度数据、DEM数据、气象台站数据结合地理加权回归估算的气温数据集,空间分辨率为0.05°^[14,16]（估算的数据精度比普通线性回归方法的精度更高,调整的决定系数R²大于0.91且标准误差RMSE在1.13~1.53℃范围内）。

3.2 研究方法

山体效应通过山体内外同海拔高度上气温差以及山体内外同类型垂直带界线高度差来定量化^[23]（图3）。图3中的a和e点是山体外侧的点,b和d点是山体内部的点,c点位于a点上方,与山内b点在同一高度上。由于太阳辐射的影响,a和b的太阳辐射相近、气温接近,但b点的气温要比c点的气温要高。根据山体效应的概念模型,山体效应的一种定量化方式就是两点之间的气温差,即MEE_T=T_b-T_c。由于山内气温较高,相应地同种山地植被带界限（例如林线）,在山内就要比在山外分布的高,因此山体效应定量化的另一种表达式就是垂直带界线（林线）的高度差：MEE_H=H_d-H_e。同样地,比较两个山地的山体效应的大小,也可以通过比较两个山地内部同海拔高度上气温及相同类型垂直带界线高度来进行度量。因此,本文通过比较青藏高原和阿尔卑斯山同海拔高度上的气温差以及林线分布的高度差来分析两个山地的山体效应差异。

图3

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图3山体效应的概念模型

注：概念模型参考文献[22]。
Fig. 3Conception model of MEE



首先,在比较青藏高原与阿尔卑斯山同海拔高度上的气温差时,需要进行同海拔高度上的气温转换。本文利用公式（1）,将青藏高原和阿尔卑斯山的气温转换到4500 m高度上（青藏高原平均海拔）进行比较;同时,为了更清楚地对比两个山地的山体效应差异,在两个研究区的中部分别做纬向和经向的剖面分析,即对青藏高原沿纬度32.5°N和经度88°E、对阿尔卑斯山沿纬度46.5°N和经度11°E进行同海拔气温的剖面分析,并比较剖面上二者山体效应的大小。这些剖面分别位于两个研究区的中部,从而最大限度地保证剖面的代表性和完整性。

（1）Tadjusted=T+h-H×?1
公式（1）是根据气温在垂直方向上的递减规律建立的,即每增加单位高度,气温按垂直递减率降低一定的数值。式中： ?1为气温垂直递减率,本文中采用统一的全球平均气温垂直递减率0.6℃/100 m^[31];T为海拔h上的气温;T_adjusted为换算到海拔高度H上的气温。根据公式（1）,已知某点的实际气温和实际高度,那么可以推算这点上空某个高度上（如4500 m）的气温。

其次,在比较两个山地林线分布高度时,为了进一步揭示山体效应对林线的影响,选择与林线高度比较密切的气温指标如最热月5℃、10℃和最冷月0℃、5℃等温线来对比分析青藏高原与阿尔卑斯山的山体效应对林线的影响。已有研究表明最热月平均10 ℃等温线被认为与林线的高度一致^[32,33,34],5℃为大多数植物开始生长的温度^[35];最冷月0℃等温线不仅影响生物生长同时也对划分气温带等具有重要的地理意义^[36,37]。分析时,根据ArcGIS空间分析方法,提取并分析两个山地最热月10℃等温线、最冷月0℃等温线以及这两个月5℃等温线的空间分布;在此基础上,根据公式（2）分别计算青藏高原沿纬度32.5°N、阿尔卑斯山沿纬度46.5°N剖面上各等温线可能达到的理想高度,从而进一步解释两个山地林线分布高度的差异性。

（2）H=h+(t-t0)/?×100
公式（2）也是根据气温的垂直递减规律建立的。式中： ?为气温垂直递减率;t为海拔h上的气温; t0在本文中为0℃、5℃或10℃;H为 t0温度下推算的理论高度。根据公式（2）,已知剖面上某点的实际温度和实际高度,可以计算该点气温如果在10℃（或0℃）时,理论上应该达到的海拔高度。

4 结果与分析

4.1 青藏高原和阿尔卑斯山同海拔上的气温分析

从图4可以看出在4500 m的海拔高度上,无论是最冷月,还是最热月,青藏高原与阿尔卑斯山的气温都是从边缘向内部逐渐升高的。全年其它月份的气温也表现出类似的分布规律。

图4

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图4青藏高原和阿尔卑斯山最热月、最冷月转换到4500 m海拔高度上的气温分布

Fig. 4Temperature distributions of the Tibetan Plateau and the Alps in the coldest and warmest months at the altitude of 4500 m



4.1.1 最冷月4500 m海拔高度上的气温分析 从最冷月4500 m海拔高度上青藏高原沿32.5°N与88°E,以及阿尔卑斯山沿46.5°N与11°E的剖面分析结果来看（图5）,青藏高原内部气温远高于外部边缘地区,山体内外气温差约在10~15℃左右;阿尔卑斯山内部气温约高于其边缘地区2~5℃左右。同时,青藏高原内部气温也明显高于阿尔卑斯山内部的气温,约高5~10℃。

图5

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图5青藏高原和阿尔卑斯山最冷月4500 m海拔高度上的气温剖面

Fig. 5Temperature profiles of the Tibetan Plateau and the Alps in the coldest month at the altitude of 4500 m



4.1.2 最热月4500 m海拔高度上的气温分析 从最热月4500 m海拔高度上青藏高原沿32.5°N与88°E,以及阿尔卑斯山沿46.5°N与11°E的剖面分析结果来看（图6）,青藏高原内部的气温比其边缘地区高2~10℃左右;阿尔卑斯山内部的气温比其边缘地区高2~6℃左右。同样地,最热月青藏高原内部气温也明显高于阿尔卑斯山内部气温,高10~15℃左右。

图6

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图6青藏高原、阿尔卑斯山最热月4500m海拔高度上的气温剖面

Fig. 6Temperature profiles of the Tibetan Plateau and the Alps in the warmest month at the altitude of 4500 m



上述分析结果表明,在同海拔上（4500 m）无论是最热月还是最冷月,两个山地的内部气温都要高于其外部边缘的气温,再一次印证了这两个山地具有明显的山体效应;并且青藏高原内部气温远高于阿尔卑斯山内部温度,说明青藏高原的山体效应比阿尔卑斯山的更为强烈。

4.2 青藏高原和阿尔卑斯山林线分布的差异性分析

4.2.1 青藏高原和阿尔卑斯山林线的分布高度 青藏高原和阿尔卑斯山地区的林线分布高度差异明显（图1、图2）：青藏高原林线沿着外部边缘向内部升高,其中青藏高原内部如横断山区北部、左贡至拉萨一带、喀喇昆仑山的林线高度基本上在4000 m以上,大部分地区的林线可以达到4200~4900 m;东部边缘（川西、祁连山等地）林线高度在3200~3800 m;西部边缘林线高度大多低于3800 m,分布高度基本上在3200~3800 m左右;且青藏高原内部的林线比边缘地区高400~1700 m左右。阿尔卑斯山内部地区的林线高度基本上在2000~2400 m,东部、西部边缘地区的林线高度分别在1600~1700 m、1800~2000 m,其内部林线高出外部边缘地区林线300~800 m。但青藏高原内部林线比阿尔卑斯山内部林线高2000~3000 m。

4.2.2 山体效应对林线的影响 图7a表明,青藏高原最热月10℃等温线在高原内部如玉树、左贡、拉萨、那曲南部地区等的海拔高度可达4000~5500 m,在东部边缘如川西山地等地区分布的高度在3500~4500 m,在西部边缘如喀喇昆仑山附近的海拔高度为3500~4000 m。图7b表明,阿尔卑斯山最热月10℃等温线在山体内部可以达到2000~2500 m左右,在边缘地区的分布高度基本上在1500~2000 m左右。同样地,青藏高原最热月5℃等温线在高原内部可达5000~5500 m,在东部边缘地区约在4500~5000 m左右,西部边缘地区约在4000~5000 m左右（图7a）;阿尔卑斯山最热月5℃等温线在山体内部的分布高度约在2000~3000 m,在边缘地区的海拔高度约为2000~2500 m（图7b）。

图7

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图7青藏高原与阿尔卑斯山最冷月（1月）和最热月（7月）等温线分布

Fig. 7Isothermal distributions of the coldest and warmest months in the Tibetan Plateau and the Alps



图7c表明,青藏高原最冷月0℃等温线基本围绕高原南部边缘分布,海拔高度约在2000~3000 m（东部边缘地区约在1500~2500 m左右）,高原内部仅出现在拉萨谷地海拔3000~3500 m左右;图7d表明,阿尔卑斯山0℃等温线同样分布在山体边缘地区,海拔高度约在500~1000 m左右。同样地,青藏高原最冷月5℃等温线也围绕高原南部边缘分布,在横断山、喜马拉雅山附近的分布高度约在2000~3000 m左右,在其它地区的分布高度均低于1500 m（图7c）;阿尔卑斯山最冷月5℃等温线仅在西南部边缘地区出现,分布高度约在500~1000 m（图7d）。

从上述分析来看,青藏高原0℃、5℃和10℃等温线的分布高度都远远高于阿尔卑斯山的（图7、表1）,尤其是最热月10℃等温线的分布高度,青藏高原内部比阿尔卑斯山高1500~3500 m。这也是青藏高原林线远高于阿尔卑斯山的原因之一。即由于青藏高原的山体效应明显强于阿尔卑斯山的,从而导致其林线高度也远远高于后者。

Tab. 1
表1
表1青藏高原与阿尔卑斯山最热月和最冷月等温线分布高度及林线高度对比
Tab. 1Isotherms of the warmest and coldest months and the heights of tree line in the Tibetan Plateau and the Alps

位置		东部边缘		内部		西部边缘
		青藏高原	阿尔卑斯	青藏高原	阿尔卑斯	青藏高原	阿尔卑斯
最冷月	0℃等温线高度(m)	1500~2500	500~1000	3000~3500	1000~2000	2000~3000	800~1000
	5℃等温线高度(m)	500~1500	<1000	~~	~~	500~1500	<1000
最热月	5℃等温线高度(m)	4500~5000	2000~2500	5000~5500	2000~3000	4000~5000	2000~2500
	10℃等温线高度(m)	3500~4500	1500~2000	4000~5500	2000~2500	3500~4000	1600~2000
林线高度(m)		3200~3800	1600~1700	4000~4900	2000~2400	3200~3800	1800~2000

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根据青藏高原沿纬度32.5°N和阿尔卑斯山沿纬度46.5°N剖面上计算的最热月10℃等温线和最冷月0℃等温线的理想分布高度来看（图8）,剖面上青藏高原内部最热月10℃等温线的分布高度在4000~5500 m,阿尔卑斯山内部10℃等温线的分布高度约在1500~2200 m左右,青藏高原内部最热月10℃等温线的高度比阿尔卑斯山内部高出1800~4000 m（图8a、图8b）;剖面上青藏高原内部最冷月0℃等温线的分布高度约在2200~3500 m,阿尔卑斯山内部0℃等温线的分布高度约在500~1500 m左右,青藏高原内部最冷月0℃等温线的高度比阿尔卑斯山内部高出700~3000 m（图8c、图8d）。

图8

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图8青藏高原沿纬度32.5°N与阿尔卑斯山沿纬度46.5°N剖面上最热月10℃等温线和最冷月0℃等温线理想高度图

Fig. 8Converted 0℃ isotherms of the coldest month and 10℃ isotherms of the warmest month in the Tibetan Plateau along the latitude of 32.5°N and the Alps along the latitude of 46.5°N



从上述青藏高原和阿尔卑斯山林线与等温线的分布规律来看（图7、图8、表1）,林线分布规律与等温线、山体效应的分布规律基本一致,表现为：① 由于山体效应引起的山体内部气温高于边缘地区同海拔高度上的气温,因此两个山地的林线均自边缘向山体内部逐渐升高。② 青藏高原的山体效应要明显高于阿尔卑斯山,因此,青藏高原内部的林线也远高于阿尔卑斯山内部的林线高度。

5 结论与讨论

5.1 讨论

本文根据山体效应的概念和机理,通过比较两个山地同海拨高度上的气温差和林线高度差来定量比较青藏高原与阿尔卑斯山的山体效应。研究结果与其他相关研究结果类似^[4,11,15,22]。但下述几个问题很值得进一步研究和探讨：

（1）山体效应对降水的影响。本文着重分析山体效应引起的气温格局的变化及其引起的林线高度的差异性,但已有研究表明山体效应改变了山区气温随纬度变化的水平梯度与随海拔高度变化的垂直梯度,使得山体内部比外部出现云量减少、降雨量降低的现象,并且具有更长时间的太阳辐射时间、更强的太阳辐射强度、更早的化雪时间,更高的土壤温度,进而产生具有更高夏季气温与更长生长季的局部地形气候,在山体内部较高海拔地区出现了适宜树木生存的温度环境,为林线出现在高海拔地区提供了重要的生理基础,因此山体效应是林线在山体内部出现在更高海拔的最重要原因^[38]。即虽然山体效应主要是山体的热力效应,但其通过改变山体内部的气温和降水等相应地引起林线等垂直带界线的变化^[22,39]。因此,林线的变化是山体效应引起的气温和降水变化的综合反映,虽然气温是影响林线海拔高度分布的决定性因素^[40,41,42],后续的研究工作中也应加强山体效应对山区降水的影响分析与探讨。

（2）气温垂直递减率问题。在进行山体效应定量分析时,必须使用气温垂直递减率来换算同高度上的气温,本文中使用气温垂直递减率为0.6℃/100 m。已有的研究表明,由于山体效应的影响,高原或山体内部气温的垂直递减率应该比其它孤立山地或高原边缘地区的山地气温垂直递减率小^[43,44,45]。因此,本文使用的平均气温垂直递减率并不能代表整个山地或高原的垂直递减率。

（3）阿尔卑斯山气温数据的精度问题。本文使用的气温数据主要是基于MODIS地表温度估算的气温数据^[15,17],由于地表温度数据的空间分辨率为0.05o,而阿尔卑斯山的面积相对于青藏高原来讲要小得多,因此气温数据的空间分辨率相对来讲就比较低;并且目前能获取的该山地的气象观测数据有限,气温估算的精度不如青藏高原的高。气温数据的精度对分析结果会有一定的影响。

（4）山体效应的对比研究。从本文的分析结果来看,青藏高原的山体效应明显强烈于阿尔卑斯的,一方面,由于两个山地的规模明显不同,青藏高原无论是在高度、面积还是体积上都远大于阿尔卑斯山的,即山地规模是山体效应的重要影响因素之一（也就是说山地的尺度对山体效应的大小具有重要的影响作用）;另一方面,二者所处的地理位置不同,尤其是纬度位置对山地接收的太阳辐射量有较大的影响,从而导致山体效应大小的不同。此外,山体的走向和山体结构等都是山体效应的重要影响因素。在山体效应的众多影响因素中,哪些因素起着决定性的作用,还需要进一步的研究。张百平等提出山地基面高度是山体效应的第一影响因子,甚至超过纬度的影响^[20,22],但以山体基面高度为山体效应代用因子的山体效应模型的精度都不高。因此,有必要选择不同类型的山地进行山体效应的对比研究,进一步理清山体效应的决定性影响因素。除阿尔卑斯山和青藏高原外,南美的安第斯山和北美的落基山等地都具有明显的山体效应,并且南北半球的最高林线和最高雪线分别分布于青藏高原和南美的安第斯山^[3]。这些山地的山体效应因各自的规模、山体结构和走向、所处的地理位置及区域大气环流等的不同,产生不同程度的增温效应,并且这些山体效应对气候与生态的影响程度也不尽相同。后续的研究中将系统对比这些山地的山体效应,从而确定山体效应的决定性影响因素,揭示山体效应的区域差异性。

5.2 结论

上述研究结果表明青藏高原的山体效应及其影响与阿尔卑斯山的相比更为强烈。主要表现在以下几个方面：

（1）由于山体效应的影响,在同海拔上无论是最热月还是最冷月青藏高原和阿尔卑斯山的内部的气温皆高于其外部边缘地区的气温,且青藏高原内部气温远高于阿尔卑斯山内部的气温,尤其是在最热月青藏高原内部气温比阿尔卑斯山内部气温高10~15℃（4500 m海拔高度上）;最冷月青藏高原内部的气温比阿尔卑斯山内部气温高5~10℃（4500 m海拔高度上）。

（2）由于山体效应的影响,青藏高原内部的林线也远高于阿尔卑斯山内部的林线,约高2000~3000 m。

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青藏高原作为巨大的热源对亚洲气候、高原生态格局等产生重要的影响。但青藏高原的增温效应最初是20世纪50年代因其对亚洲气候的重大影响而被发现的,因此,大量的相关研究主要集中在高原夏季增温对气候的影响方面,而高原增温效应对高原地理生态格局的影响研究却非常少。利用收集到的气象台站观测数据、基于MODIS地表温度估算的青藏高原气温数据、林线数据和垂直带谱数据及DEM数据,通过对比分析高原内部与外围山区垂直带谱高度的变化及林线的分布规律,并以高原内部与边缘地区相同海拔高度上的气温差、最热月10 ℃等温线、15 ℃·月的温暖指数等温度指标来定量描述高原的增温效应及其对垂直带谱和林线的影响。研究结果表明：① 由于青藏高原增温效应的影响,高原内部气温和生长季长度高于边缘地区,相同海拔高度上,高原内部各月气温比边缘地区高2~7 ℃;在4500 m高度上,高原内部各月气温比四川盆地高3.58 ℃（4月）到6.63 ℃（6月）;最热月10 ℃等温线的海拔高度也从东部边缘（4000 m以下）向内部逐渐升高,在拉萨-改则一带则可出现在4600~5000 m的高度;15 ℃·月的温暖指数的海拔高度也从边缘向内部逐渐升高,在4500 m的海拔高度上,横断山区、高原南部和中部地区的温暖指数均能达到15 ℃·月以上,而其它边缘地区则都低于15 ℃·月。② 青藏高原垂直带谱和林线的分布规律与增温效应的规律极其一致,即均从东部边缘向内部逐渐升高,表明增温效应抬升了高原内部垂直带谱的分布范围和高度：山地暗针叶林带的分布范围在高原内部比东部边缘地区高1000~1500 m;山地草甸带的分布范围在高原内部比东部边缘高出700~900 m;高原内部林线比外围地区高500~1000 m左右。最热月10 ℃等温线和15 ℃·月温暖指数的分布规律与林线分布规律一致,表明高原增温效应对垂直带谱的分布具有重要的影响。
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2在0.63~0.90 之间,标准误差在2.22~3.05 oC之间。(2) 研究区内月均气温的变化范围在-2.25~15.64 oC之间；生长季(5-9 月份) 的月均气温变化范围为：10.44~15.64 oC。(3) 等温线的海拔高度自山体外围向内部逐渐升高,与山体效应的增温效应相吻合；0 oC等温线自10 月份从海拔4700±500 m左右逐渐降低,至1月份降至最低点,约在3500±500 m左右,此后,逐渐回升,至次年5 月份再次达到4700±500 m左右,也就是说横断山区5200 m以下的广大山区全年至少有6~12 个月的气温在0 oC以上。研究表明：可以利用Modis月均地表温度结合地面观测台站的数据较精确的估算山区月均气温。]]>
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作为世界第三极的青藏高原,其巨大的块体产生了显著的夏季增温作用,对亚洲乃至全球气候都具有重大影响。但由于高原自然条件严酷,山区气象观测台站很少,气象资料极度匮乏;如果依靠台站数据进行空间插值获得高原气温的空间分布数据,会由于插值点过少而产生较大误差并可能掩盖一些空间信息,因而难以全面反映高原气温的空间分布规律。利用基于MODIS地表温度数据估算的青藏高原气温数据,详细分析各月气温及重要等温线的空间分布格局,并结合林线和雪线数据,初步探讨了高原气温空间分布格局对高原地理生态格局的重要影响。研究表明：① 等温线的海拔高度自高原东北部、东部边缘向内部逐渐升高,等温线在高原内部比东部边缘高500~2000 m,表明相同海拔高度上气温自边缘向高原内部逐渐升高。② 高原西北部的羌塘高原、可可西里为高原的寒冷区,全年有7个月的气温低于0 ℃,3~4个月的气温低于-10 ℃;青藏高原南部（喜马拉雅山北坡—冈底斯山南坡）和中部（冈底斯山北坡—唐古拉山南坡）是高原的温暖区,全年有5个月的气温能达到5~10 ℃,有3个月的气温能超过10 ℃,尤其是拉萨—林芝—左贡一带在3500~4000 m以下的地区最冷月均温也能高于0 ℃。③ 北半球最高雪线和林线分别分布于高原的西南部和东南部,表明高原气温空间分布特征对本地的地理生态格局具有重要影响。
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R2 > 0.91 and RMSE =1.13-1.53℃ than OLS estimation. For more than 80% of the stations, the Ta thus retrieved from Ts has residuals lower than 2℃. Analysis of the spatio-temporal pattern of retrieved Ta data showed that the mean temperature in July (the warmest month) at altitudes of 4500 m can reach 10℃. This may help explain why the highest timberline in the Northern Hemisphere is on the Tibetan Plateau.]]>

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2=0.895~0.668），说明模型的有效性；③ 随基面高度的抬升，纬度和山体基面高度对雪线分布高度的相对贡献率分别表现出降低（92.6%~48.99%，R2=0.855）和增大（3.33%~31.76%，R2=0.582）的趋势，表明基面高度越高，其对雪线分布高度的影响越大。]]>
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The varied altitudinal gradient of climate and vegetation is further complicated by mass elevation effect (MEE), especially in high and extensive mountain regions. However, this effect and its implications for mountain altitudinal belts have not been well studied until recently. This paper provides an overview of the research carried out in the past 5 years. MEE is virtually the heating effect of mountain massifs and can be defined as the temperature difference on a given elevation between inside and outside of a mountain mass. It can be digitally modelled with three factors of intra-mountain base elevation (MBE), latitude and hygrometric continentality; MBE usually acts as the primary factor for the magnitude of MEE and, to a great extent, could represent MEE. MEE leads to higher treelines in the interior than in the outside of mountain masses. It makes montane forests to grow at 4800-4900 m and snowlines to develop at about 6000 m in the southern Tibetan Plateau and the central Andes, and large areas of forests to live above 3500 m in a lot of high mountains of the world. The altitudinal distribution of global treelines can be modelled with high precision when taking into account MEE and the result shows that MEE contributes the most to treeline distribution pattern. Without MEE, forests could only develop upmost to about 3500 m above sea level and the world ecological pattern would be much simpler. The quantification of MEE should be further improved with higher resolution data and its global implications are to be further revealed.

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通过构建山地垂直带谱数据结构,实现了垂直带谱数字化,增强了垂直带谱的可视化；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；概括出山地垂直带谱的7种变化模式：同构模式、结构递减模式、突变模式、纬向递减模式、经向减升模式、阶梯递增模式和高原叠加模式；归纳出垂直带谱的5种生态类型：与自然地带相联系的顶极带谱、与主要山地相联系的基本带谱、与特殊地生态现象相联系的过渡/特殊带谱、与人类干扰相联系的扰动带谱,以及与强烈人类活动相联系的次生带谱。深入比较和分析垂直带信息图谱,可以揭示更多的地学信息。
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Temperatures of terminal meristems of forest, krummholz and dwarf shrub vegetation were measured at altitudes of 450, 600, 650 and 850 m in the Cairngorm Mountains of Scotland. Simultaneously, the air temperature above the vegetation was recorded, so that it was possible to calculate the difference between meristem and air temperature, sometimes called the excess temperature. This temperature increased linearly with the net radiation absorbed at each station, and the slope was dependent on wind speed and the height of the vegetation. In the extreme cases the slopes were practically zero for forest and 0.028 degrees C W(-1) m(2) for dwarf shrubs. The latter implies a temperature excess of about 15 degrees C in bright sunshine and low wind speeds. A model is developed to calculate the excess temperature from a knowledge of vegetational height and climatological variables.

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我国的亚热带幅员辽阔、物产丰富、人口密集、地形复杂、气候多样,气候带如何划分是一个重要问题。在区划的原则、等级、指标和界线等问题上,都有不同的看法。作者就这些问题发表了意见,并提出了划分亚热带的具体方案。
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