寇志翔^,1,2, 姚永慧^,1, 胡宇凡^1,21.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

Delimitation of the northern boundary of the subtropical zone in China by geodetector

KOU Zhixiang^,1,2, YAO Yonghui^,1, HU Yufan^1,21. 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,硕士生导师,研究方向地理时空数据分析。 E-mail: yaoyh@lreis.ac.cn

收稿日期:2019-11-25修回日期:2020-03-2网络出版日期:2020-12-20

基金资助:

国家自然科学基金.41871350 国家自然科学基金.41571099

Received:2019-11-25Revised:2020-03-2Online:2020-12-20
作者简介 About authors
寇志翔（1994-）,男,山西永济人,硕士研究生,研究方向地理时空数据分析。 E-mail: zhixiang313@163.com





摘要
暖温带与亚热带的分界线,是自然区划中一条重要的自然界线,它的划分问题曾引起诸多学科****的争论。由于早期综合自然区划研究多以定性、专家集成方法为主,同时区划目的、使用指标等多有不同,导致不同****所划分的自然区多存在一定的差异。本文基于空间分异性思想,使用地理探测器定量探测气候指标对中国亚热带北界的影响,选择其中q值较大的指标如日均温≥0℃天数、最冷月1月均温、年降水和湿润指数等作为主导因子并参考植被、土壤数据探讨亚热带北界界线的位置。结果表明：① 地理探测器法可以快速、准确地筛选自然区划的主要气候指标,并确定分界线的准确位置,提高了自然区划研究的技术水平和区划界线的客观性。② 使用地理探测器划分的新界线在研究区西部位于秦岭南坡1000~1600 m的位置,与以往界线相比略偏南;在研究区东部河南东部、安徽北部比以往界线略偏北。在保持自然要素完整性的同时,新界线具有更大的q值,表明新界线可以很好的反映暖温带与北亚热带2个区划带之间的差异,划分结果具有合理性。
关键词： 地理探测器;亚热带;暖温带;区划;地理分界线

Abstract
The boundary between warm temperate and subtropical zones is an important natural boundary in physical regionalization; however there is controversy about the specific location of the boundary. Because the earlier physical regionalization was mainly based on qualitative methods with expert knowledge, and the regionalization objectives and the adopted indicators were different, scholars had differences in the divisions of physical regions. Based on the idea of spatial differentiation, this paper used geodetector to quantitatively examine the impact of climate indicators on the northern boundary of subtropical zone of China, selected the important indicators with a large q value as the dominant factor and refered to the vegetation and soil data to explore the location of the subtropical northern boundary. The results show that: (1) The geodetector method can quickly and accurately screen the main climate indicators of physical regionalization, decide the precise location of the boundary, which improves the technical level of physical regionalization research and the objectivity of physical regionalization. (2) The new boundary delimitated in this paper is located at the altitude of 1000-1600 m on the south slope of the Qinling Mountains in the western part of the study area, slightly south compared to the previous boundaries (it is consistent with that of Zheng Du and Xi Chengfan in the east of Shaanxi); and it is north compared to the previous boundaries (especially in the north of eastern Henan and northern Anhui) in the eastern part of the study area. While maintaining the integrity of natural elements, the new boundary has a larger q value, indicating that it can well reflect the difference between the warm temperate zone and the northern subtropical zone, and the division results are reasonable.
Keywords：geodetector;subtropical zone;warm temperate zone;physical regionalization;geographical boundary


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寇志翔, 姚永慧, 胡宇凡. 基于地理探测器的中国亚热带北界探讨. 地理研究[J], 2020, 39(12): 2821-2832 doi:10.11821/dlyj020191026
KOU Zhixiang, YAO Yonghui, HU Yufan. Delimitation of the northern boundary of the subtropical zone in China by geodetector. Geographical Research[J], 2020, 39(12): 2821-2832 doi:10.11821/dlyj020191026

1 引言

自然区划,即对自然地理综合体的区域划分,一般均围绕一定的目的,以科学认识为主要目标的自然区划和以各种实践需要而进行的自然区划^[1]。其根本目的是为了合理利用和改造自然,因此,科学地划分自然区域,对于社会生产生活具有重要的意义。早在公元5世纪,《禹贡》一书便将全国划分为“九州”,这是世界最早的自然地理区划工作之一^[2]。近代以来,许多****也对此进行了很多研究,提出了多种中国综合自然区划方案,其中影响较大的有：罗开富将全国划分为7个基本区^[3];黄秉维按照地表自然分异规律^[4],将全国分为3大自然区、6个热量带、18个自然地区和亚地区、28个自然地带和亚地带、90个自然省;任美锷依据自然差异的主要矛盾以及利用改造自然的不同方向,将全国划分为8个自然区、23个自然地区和65个自然省^[5];侯学煜等首先按照热量指标将全国划分为6个带和1个区域,然后根据大气水热条件组合状况不同,分为29个自然区^[6];全国农业区划委员会（主编席承藩,以下简称席承藩方案）将全国划分为3大区域、14个带、44个区^[7];赵松乔将全国划分为3大区、7个自然地区、33个自然区^[2];郑度将全国划分为3大区、11个温度带、48个生态区^[8]。受数据资料及技术条件所限,早期综合自然区划研究多以定性、专家集成方法为主,若干重要界线的确定带有假定、推测成分,指标的选取也有待改进与完善^[9],同时由于自然区划的目的、所使用的指标等多有不同,以及自然要素的复杂性和对自然的认识程度不同,导致不同****所划分的自然区多存在一定的差异,并产生了许多争论。

中国暖温带与亚热带的划分无疑是自然区划研究争论的焦点之一,其界线的具体位置曾引起诸多学科****的争论^[10]。1958年,竺可桢以10 ℃以上积温4500~8000 ℃、最冷月气温2~16 ℃、无霜期240~260天为指标,将秦岭—淮河一带划为亚热带与暖温带的界线^[11]。此后数十年,****们围绕界线的具体位置产生了许多争论,仅在秦岭一带就有秦岭北麓^[12,13,14]、秦岭主脊^{[15,16,17,18]}和秦岭南麓^[19,20,21]三种意见。综合自然区划研究一般基于主导因素原则,拟定划分级别,每一级别均以1~2个指标作为主导因素,再辅以1~2个参考指标来进行划分,而在宏观尺度的区域划分上无疑气候因素占有重要的地位。在前述有重要影响的七种区划方案中,****们均以≥10 ℃以上积温4500 ℃为主要指标,同时参考植被、土壤、作物熟制等其他数据来进行划分,采用的区划方法主要有叠置法、主导标志法、地理相关分析法等,由于缺乏有效的定量化手段,专家知识在区划研究过程中具有极为重要的作用,自然要素的客观性无法有效体现。

自然区划的理论基础是地域分异规律,因此,自然区划必须建立在对自然环境空间分异规律认识的基础上^[1]。所以,在自然区划研究中所划分出的自然区域应保持其内部差异性最小,而不同区域之间差异最大,可以客观地反映自然要素的分异性。此外,在进行区划研究时也需要从众多因子中选择具有主导作用的因子作为区划指标^[22]。王劲峰等提出的地理探测器可以探测和利用空间分异性,定量进行驱动力和空间分异性分析^[23]。董玉祥等利用地理探测器定量识别了影响中国热带北界的气候指标,探讨了热带北界的界线位置,结果表明地理探测器较之前的专家集成等方法,可更加科学、客观和高精度地识别自然区划的空间异质性^[24]。因此,可以使用地理探测器模型定量分析对中国亚热带北界具有重要影响的气候指标。据此,本文利用在自然区划研究中具有重要影响的七种区划方案的亚热带北界界线数据,参考前人自然区划研究时使用的指标,基于自然区划中高级分类单元划分时应着重考虑地带性因素的原则^[25],选取10个气候要素作为本研究的区划指标,使用地理探测器模型定量分析各指标对中国亚热带北界的决定力,从中选取影响较大的区划指标,使用地理探测器模型进行中国亚热带北界新界线的划定,进一步探讨地理探测器在综合自然区划研究中的应用。

2 研究范围

本文的研究区域介于104°55′E~124°18′E、29°55′N~37°7′N之间,其范围依据已有的七种划分方案中暖温带与北亚热带界线确定,确保研究区内仅包含暖温带与北亚热带2个热量带,北界取暖温带北界最南端,南界取北亚热带南界最北端,西界取两个气候区西界的最东端（图1）。由于所选研究区跨越中国第一、第二级地形阶梯,研究区东西部地形差异巨大,西部高大的山脉对自然要素已经产生了巨大的影响,使得东西部即使处于同一纬度的自然要素也存在着较大的差异,故依据中国地貌三级分区图^[26],将研究区划分为东西两部分（图1）。

图1

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图1中国亚热带北界区划的主要方案^{[2,3,4,5,6,7,8]}

Fig. 1Major regionalization schemes for the northern boundary of subtropical zone in China

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

（1）自然区划方案：本文参考的七种自然区划方案分别是：1954年罗开富以景观为划分对象提出的中国自然地理分区草案^[3];1958年黄秉维提出的主要为利用土地与水资源的全国综合自然区划草案^[4];1963年侯学煜基于发展农、林、牧、渔业提出的自然区划方案^[6];1983年赵松乔提出的中国综合自然地理区划的新方案^[2];1984年席承藩提出的综合自然区划方案^[7];1993年任美锷提出的自然区划方案^[5];2008年郑度提出的中国生态地理区域方案^[8]。这七种自然区划方案中的亚热带北界均从其首次公开发表的图书文献中收集并进行数字化而来,主要用于识别对亚热带北界具有重要影响的指标,以便确立本文区划研究的主导因素。

（2）气候数据：本文使用的年均温、年降水、最冷月1月和最热月7月气温数据下载自：http://www.worldclim.org/,该数据是利用全球气象台站数据、采用Auspline插值方法生成的空间分辨率约为1 km的气温和降水数据,包括逐月的气温、降水及年均温和年降水数据^[27]。本文使用的干燥度、湿润指数、日平均气温≥10℃和≥0℃积温数据下载自中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn）中国气象背景数据集^[28],数据是基于全国1915个站点从建站至1990年代中期的气象数据计算,利用反向距离加权平均的方法内插得到,并结合1:100万DEM数据进行了DEM校正,空间分辨率为500 m。本文使用的日平均气温≥10℃和≥0℃天数数据下载自国家生态系统观测研究网络科技资源服务系统（http://www.cnern.org.cn）^[29]气象栅格数据集^[30],该数据是利用1961~2000年的全国740个气象站点观测数据,以气象数据空间化方法研究为基础,依托GIS技术、计算机技术和空间数据库技术,计算后生成的全国陆地范围栅格化的多年平均的日平均气温≥10℃和≥0℃天数的空间分布数据,栅格的空间分辨率为1 km。气候数据用来识别和获取影响中国亚热带北界的气候指标。

（3）植被和土壤数据：植被类型图数据是将《中国1:1,000,000植被类型图》^[31]扫描、数字化而来。土壤类型数据下载自中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn）,系根据全国土壤普查办公室1995年编制并出版的《中华人民共和国1:100万土壤图》数字化生成。植被和土壤数据作为参考数据来辅助中国亚热带北界的划分。

3.2 研究方法

地理探测器可以识别空间异质性,较好地反映同一区域内要素的相似性与不同区域之间的差异性,其核心思想是基于这样的假设：如果某个自变量对某个因变量有重要影响,那么自变量和因变量的空间分布应该具有相似性^[23,32,33]。该模型主要基于统计学原理的空间方差分析,通过分析层内方差与层间方差的异同来定量表达研究对象的空间分层异质性。对于本文研究区而言,各气候指标在同一分区内应较为均一,而在不同分区之间的差异较大。地理探测器模型的公式表达如下：

（1）q=1-1Nσ2∑Nhσh2
式中： q为某指标的空间异质性,此指标用于划分中国亚热带北界; N为研究区全部样本数; σ2为指标的方差; h=1,2,?,L, h标识分区, L表示分区数目。 q∈[0,1], q的大小反映了空间分异的程度, q值越大,表示空间分层异质性越强,反之则空间分布的随机性越强。当 q=0时指示研究对象不存在空间异质性;当 q=1时指示完美的空间异质性。

中国亚热带北界划分的主要影响因子为气候因子,本文参考已有的七种在中国自然区划中具有较大影响力的区划方案（图1）,并从七种区划方案所使用的主要区划指标中选取使用较多的年均温、最冷月1月均温、最热月7月均温、年降水、日均温≥10℃积温、日均温≥10℃天数、日均温≥0℃积温、日均温≥0℃天数、干燥度和湿润指数10个气候要素作为本文的区划指标（图2）。在上述研究区内,基于ArcGIS的格网技术,以5 km×5 km格网为一个统计单元对研究区域进行网格化的样本划分,整个研究区划分的样本数共有35972个,区划指标识别与指标值界定均基于以上全部样本利用地理探测器计算 q统计值来实现,其中区划指标识别依据已有的七种不同区划方案,将35972个样本划分为温带与亚热带两层（ L=2）,指标值界定则基于不同指标值的界线分区来计算,然后基于地理探测器模型计算得到各指标的 q统计值, q值越大表明该气候因子对亚热带北界的影响越大。

图2

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图2中国亚热带与暖温带划分的主要气候指标

Fig. 2Main climate indexes for the boundary delimitation of subtropical and warm temperate zones in China



采用地理探测器模型,可以获得不同区划指标对七种区划方案所划定的亚热带北界的决定力程度,得到各区划指标对不同区划界线的决定力 q值。根据各指标 q值结果,选择其中 q值较大的指标为重要指标,使用地理探测器模型分析前述重要指标取值不同时的 q值变化,找到各指标具有最大空间分异性时的取值,来确定划分中国亚热带北界界线的指标值,并以该指标等值线作为亚热带北界的划界基础。此外,植物与土壤的分布大致依从气候,对于气候的变化植物最先产生反应,而不同的植被产生不同的土壤^[3],故可以采用植被和土壤数据作为中国亚热带北界划界的辅助数据。由于研究区西部山体众多,植被保存相对完整,但研究区东部由于人类活动影响较大,自然植被保存较少,故划界时在研究区西部选择植被指标来修订,在研究区东部选择土壤指标来修订。

4 结果分析

4.1 区划指标识别与筛选

从各指标对不同区划方案的决定力 q值结果看（表1）,在研究区东部,除最热月7月气温外,所有指标的 q均值均较大,其中日均温≥0℃天数、最冷月1月均温、年降水3个指标的 q均值均超过0.5,分别为0.60、0.56、0.54,其余依次为湿润指数（ q均值0.48）、干燥度（ q均值0.46）、日均温≥0℃积温（ q均值0.36）、日均温≥10℃天数（ q均值0.34）、年均温（ q均值0.32）、日均温≥10℃积温（ q均值0.29）。在研究区西部, q值较大的指标有年降水（ q均值0.60）、湿润指数（ q均值0.53）、最冷月1月均温（ q均值0.47）、日均温≥0℃天数（ q均值0.41）、干燥度（ q均值0.31）,其余指标的 q均值均较小。据此初步确定本文划定亚热带北界使用的气候指标：研究区东部为日均温≥0℃天数、最冷月1月均温、年降水;研究区西部为年降水、湿润指数、最冷月1月气温。

Tab. 1
表1
表1中国亚热带北界各区划指标的探测结果(q值)
Tab. 1Detection results of the regionalization indexes of the northern boundary of the subtropical zone of China (qvalue)

	区划 方案	年均温 (℃)	最冷月 1月均温 (℃)	最热月 7月 均温(℃)	年降水 (mm)	日均温 ≥10℃ 积温(℃)	日均温 ≥10℃ 天数(d)	日均温 ≥0℃ 积温(℃)	日均温 ≥0℃ 天数(d)	干燥度	湿润 指数
研究区东部	罗开富方案	0.36	0.60	0.06	0.53	0.31	0.37	0.40	0.63	0.47	0.47
	黄秉维方案	0.30	0.55	0.04	0.56	0.29	0.31	0.34	0.58	0.46	0.49
	任美锷方案	0.34	0.57	0.06	0.58	0.32	0.34	0.38	0.60	0.46	0.51
	侯学煜方案	0.22	0.47	0.02	0.47	0.24	0.26	0.27	0.50	0.38	0.40
	席承藩方案	0.31	0.56	0.04	0.57	0.30	0.33	0.36	0.59	0.47	0.50
	赵松乔方案	0.32	0.56	0.04	0.56	0.30	0.33	0.36	0.60	0.47	0.49
	郑度方案	0.42	0.64	0.08	0.51	0.30	0.42	0.45	0.67	0.49	0.48
	平均值	0.32	0.56	0.05	0.54	0.29	0.34	0.36	0.60	0.46	0.48
研究区西部	罗开富方案	0.18	0.50	0.02	0.59	0.05	0.12	0.09	0.45	0.30	0.49
	黄秉维方案	0.13	0.46	0.00	0.62	0.01	0.07	0.04	0.39	0.32	0.54
	任美锷方案	0.15	0.46	0.01	0.60	0.02	0.08	0.06	0.41	0.30	0.53
	侯学煜方案	0.15	0.49	0.01	0.57	0.02	0.09	0.06	0.43	0.31	0.51
	席承藩方案	0.14	0.47	0.00	0.62	0.02	0.07	0.05	0.40	0.31	0.54
	赵松乔方案	0.14	0.47	0.00	0.62	0.02	0.07	0.05	0.40	0.31	0.53
	郑度方案	0.14	0.47	0.01	0.61	0.02	0.07	0.05	0.41	0.33	0.55
	平均值	0.15	0.47	0.01	0.60	0.02	0.08	0.06	0.41	0.31	0.53

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4.2 区划指标值界定

使用地理探测器模型分析以上各指标取值不同时对中国亚热带北界界线影响的 q值变化结果如表2所示。在研究区东部,日均温≥0℃天数在320天时其 q值最大,数值为0.71;最冷月1月均温在1℃时其 q值最大,数值为0.67;年降水在900 mm时其 q值最大,数值为0.67。在研究区西部,年降水在700 mm时其 q值最大,数值为0.67;湿润指数在10时其 q值最大,数值为0.67;最冷月1月均温在-3℃、-2℃时其 q值最大,数值为0.70。各主要区划指标的取值范围如图3所示,根据地理探测器的结果和各指标值等值线的具体位置（图3）,在研究区东部选定日均温≥0℃天数320天、最冷月1月均温1℃、年降水800 mm;研究区西部选定年降水700 mm、湿润指数10、最冷月1月均温-2℃作为基础来初步划分中国亚热带北界的界线。

Tab. 2
表2
表2主要区划指标对中国亚热带北界的决定力(q值)
Tab. 2Geographic detection power of the main regionalization indexes of the northern boundary of the subtropical zone of China (qvalue)

研究区西部							研究区东部
年降水(mm)	q值	湿润 指数	q值	最冷月1月 均温(℃)	q值		日均温≥0℃ 天数(d)	q值	最冷月1月 均温(℃)	q值	年降水(mm)	q值
500	0.24	-10	0.37	-5	0.57		290	0.30	-2	0.28	700	0.33
600	0.53	0	0.61	-4	0.66		300	0.50	-1	0.48	800	0.55
700	0.67	10	0.67	-3	0.70		310	0.65	0	0.64	900	0.67
800	0.66	20	0.63	-2	0.70		320	0.71	1	0.67	1000	0.66
900	0.57	30	0.52	-1	0.65		330	0.67	2	0.54	1100	0.55
1000	0.49	40	0.38	0	0.54		340	0.41	3	0.32	1200	0.44

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图3

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图3中国亚热带北界区划主要指标的取值范围（上：研究区东部;下：研究区西部）

Fig. 3Value range of main indexes for the regionalization of the northern boundary of the subtropical zone of China (Top: east part of the study area; Bottom: west part of the study area)

4.3 中国亚热带与暖温带界线的划分

在研究区东部,日均温≥0℃天数320天与最冷月1月均温1℃ 2个指标等值线具有高度一致性,而降水量800 mm等值线波动较大,故以最冷月1月均温1℃等值线作为东部亚热带北界的划界基础。河南平顶山以北分布褐土,而褐土属温带土壤类型;在安徽北部广泛分布有砂姜黑土（图4）,而最冷月1月均温1℃等值线基本与砂姜黑土的北界一致,在淮北一带分布着潮土和褐土,不属于亚热带土壤类型;在江苏北部淮河下游淮安至阜宁一线,最冷月1月均温1℃等值线以北仍分布着大量水稻土。在研究区西部,最冷月1月均温-2℃等值线在秦岭北坡与降水量700 mm等值线基本一致,而湿润指数10等值线则靠近秦岭主脊线,从植被分布图（图4）中可以看到,秦岭山脉以落叶阔叶林为主,同时散布常绿性质的植被,故本文在秦岭山脉以最冷月1月均温-2℃等值线为基础来划界,将秦岭山脉广布落叶阔叶林的区域划分为暖温带区域。在秦岭西部甘肃段,亚热带植被与暖温带植被基本以降水量700 mm等值线为界;在秦岭中部基本以最冷月1月均温-2℃等值线为界;在秦岭陕西段东部,最冷月1月均温-2℃等值线以北分布有大量常绿植被。根据以上指标修正获得中国亚热带北界的新界线（图4）。

图4

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图4中国亚热带北界区划的主要指标及植被、土壤分布图

Fig. 4Map showing main indicators, vegetation and soil distribution of the northern boundary of the subtropical zone of China



采用地理探测器对本文新划定的中国亚热带北界新界线进行探测识别,结果如表3所示。在研究区东部,与前人七种方案的指标探测 q均值比较,除年降水与湿润指数2个指标的 q值有微弱下降、日均温≥10℃积温指标的 q值保持不变外,其余指标 q值均有所提高。与七种方案的 q值最大值、最小值相比,多数指标亦接近或超过其最大值。研究区西部的指标 q值与平均值基本一致。

Tab. 3
表3
表3主要区划指标对中国亚热带北界新界线的决定力(q值)
Tab. 3Geographic detection power of the main regionalization indexes of the new northern boundary of the subtropical zone of China (qvalue)

	区划 方案	年均温 (℃)	最冷月 1月 均温(℃)	最热月 7月 均温(℃)	年降水 (mm)	日均温≥ 10℃积温 (℃)	日均温≥ 10℃天数 (d)	日均温 ≥0℃积温 (℃)	日均温≥0℃天数(d)	干燥度	湿润 指数
研究区东部	本文方案	0.45	0.66	0.09	0.46	0.29	0.44	0.45	0.68	0.50	0.46
	平均值	0.32	0.56	0.05	0.54	0.29	0.34	0.36	0.60	0.46	0.48
	最大值	0.42	0.64	0.08	0.58	0.32	0.42	0.45	0.67	0.49	0.51
	最小值	0.22	0.47	0.02	0.47	0.24	0.26	0.27	0.50	0.38	0.40
研究区西部	本文方案	0.18	0.48	0.02	0.60	0.06	0.12	0.10	0.44	0.31	0.51
	平均值	0.15	0.47	0.01	0.60	0.02	0.08	0.06	0.41	0.31	0.53
	最大值	0.18	0.50	0.02	0.62	0.05	0.12	0.09	0.45	0.33	0.55
	最小值	0.13	0.46	0.00	0.57	0.01	0.07	0.04	0.39	0.30	0.49

注：平均值为前述罗开富、黄秉维等七种方案的指标q值平均值;最大值、最小值同理。

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本文新划定的界线在研究区西部位于秦岭南坡海拔1000~1600 m处,在甘肃段比以往界线略偏南,在陕西中部与罗开富等的界线接近,在陕西东部、河南西部的局部地区与郑度、席承藩等的界线基本一致,与前人界线相比,本文界线保持了秦岭主体的完整性,又兼顾了秦岭南坡植被的垂直分布特性;在研究区东部的河南东部、安徽北部比以往界线略偏北,七种前人方案的主要差异也集中在东部,其中侯学煜方案线最靠南,其界线已越过水稻土分布北界,除郑度方案线比较靠北外,其他方案线则比较集中,多以淮河为界,七种方案线中郑度方案线的 q值结果最大,本文界线与郑度方案线相比,具有更大的 q值,同时保持了砂姜黑土在区域上的完整性。综合来看,本文划定的界线在保持自然要素完整性的同时,具有较大的 q值,可以很好的反映暖温带与北亚热带2个区划带之间的差异。

5 结论与讨论

5.1 讨论

（1）本文所划定的界线与七种前人方案线相比,主要差异在于研究区东部本文界线更靠北。主要原因在于,本文划分所使用的气候数据多为19世纪60年代至2000年的,而前人使用的气候数据基本上都是19世纪80年代以前的。随着全球气候变暖,气候界线北移已是不争的事实,郑景云^[34,35]、缪启龙^[36]等多位****研究表明全球变暖已导致北亚热带明显北移^[9,37],因此不同时期所划定的界线也必然会有所差异,而本文的划线依据主要为地理探测器的探测结果,所使用的指标主要为气候指标,因此本文界线可以较好的反映气候要素的分异性。另外,本文界线与前人界线存在东部差异大而西部差异较小,一方面,自然区域都是逐渐过渡的,宏观层面上从亚热带到温带基本呈现与纬度较一致的过渡性特征;另一方面,自然要素会受到非地带性因素的影响,研究区东部基本为平原地形,而研究区西部秦岭和大巴山呈东西向南北而立,高大的山体对大地景观的演变起到了加速作用^[38],使得东西部自然要素即使同一纬度也存在较大的差异。因而,亚热带到温带的过渡,在研究区东部发生在广袤的淮河流域,在研究区西部则发生在秦岭与大巴山之间,当所采用的划界指标值发生变化时,东部的差异也必然较西部要大。

（2）自然区划的定量化技术方法：由于划分目的、划分指标以及自然要素的复杂性、对自然的认识程度不同,导致不同****所划分的自然区多存在一定的差异^[39]。即使所采用的划分指标相同,所划分的界线依然可能不同,如黄秉维和赵松乔均采用>10℃积温4500℃为指标,但二者所划出的界线仍存在一定的差异^[2,4]。目前已知的七种区划方案的地理探测器结果差异不大（表1）,表明七种方案在反映暖温带与北亚热带2个区划带之间的差异方面具有一致性,但具体划分的界线位置却有较大的差异（图1）。本文研究结果表明,地理探测器可以定量探测不同指标对于自然区划界线的影响力,快速确立主导因素,识别自然区划的空间异质性,可以有效用于综合自然区划研究^[24]。

（3）非地带性因素对自然区划的影响：从地理探测器的结果来看,在研究区东部,气温、降水、干燥度以及湿润指数4个指标的 q均值差异很小,即4个指标在体现空间分异性方面具有一致性,表明该区域非地带性因素影响较小,地带性因素起主导性作用;而在研究区西部,4个指标的 q均值差异较东部大,表明西部非地带性因素的影响较东部大,导致西部区域内气温、降水分布的不均匀,间接表明在西部不同区域的气候主导因子有所差异。因此,在进行区划研究时,要注意非地带性因素的影响,在非地带性因素起重要作用的区域,要进行综合考虑,选择能够反映地域差异的指标进行研究。由于本文的自然区划比较宏观,划分时必然会忽略非地带性因素影响所造成的局部分异现象,因此,地理探测器在不同尺度下区划研究中的应用仍有待研究。

此外,由于自然要素的过渡性质,在自然界中并不存在一条可以明确划分自然地域的具体界线,因而划分不同地域单元的界线应为一个过渡带,而非一条明确的分界线^[12],虽然众多****的研究结果不尽相同,但在反映自然要素差异方面均具有合理性。

5.2 结论

本文选取了具有重要影响力的七种自然区划方案以及10个气候指标,使用地理探测器探测各指标对中国亚热带北界的决定力,选择影响较大的指标作为主导因素,划分中国亚热带北界新界线。结果显示：

（1）利用地理探测器法可以快速、准确地筛选自然区划的主要气候指标,有助于提高自然区划研究的技术水平和区划界线的客观性。在研究区东部,除最热月7月均温指标外,所有指标的 q均值均较大,其中以日均温≥0℃天数、最冷月1月均温、年降水3个指标的 q均值最大,3个指标具有最大分异性时的指标值分别为：320天、1℃和900 mm。在研究区西部,则以年降水、湿润指数、最冷月1月均温3个指标的 q均值最大,3个指标具有最大分异性时的指标值分别为：700 mm、10和-2℃。

（2）本文新划定的界线在研究区西部位于秦岭南坡海拔1000~1600 m处,在甘肃段比以往界线略偏南,在陕西中部与罗开富等方案界线接近,在陕西东部与郑度、席承藩等方案界线基本一致;在研究区东部河南东部、安徽北部比以往界线略偏北。在保持自然要素完整性的同时,新界线具有更大的 q值,表明新界线可以有效反映暖温带与北亚热带2个区划带之间的差异。地理探测器 q值探测结果表明,利用地理探测器法来进行自然区划研究可以得到更准确、客观的结果。

致谢:

真诚感谢匿名评审专家在论文评审中所付出的时间和精力,评审专家对本文划界方法、自然指标选取、界线校正依据以及未来研究方向等方面的修改意见,使本文获益匪浅。

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q统计量,可用以度量空间分异性、探测解释因子、分析变量之间交互关系,已经在自然和社会科学多领域应用。本文阐述地理探测器的原理,并对其特点及应用进行了归纳总结,以利于读者方便灵活地使用地理探测器来认识、挖掘和利用空间分异性。]]>
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q值的均值为0.40,分异明显,满足层内同质性和层间异质性最大的区划原则,完全达到了热带与亚热带的区域空间异质性要求,其划分结果合理可信,表明地理探测器模型可为综合自然区划提供良好的技术支撑。]]>
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根据采用同一区划方法、指标体系划分的1951-1980 年及1981-2010 年中国气候区划结果,对比分析了过去60 年中国气候区划的主要界线变化特征。结果表明：1951-1980 年至1981-2010 年,我国寒温带界线西缩、北移;暖温带北界东段北移,其中最大北移幅度超过1个纬度;北亚热带北界东段平均北移1 个纬度以上,并越过淮河一线;中亚热带北界中段从江汉平原南沿移至了江汉平原北部,最大移动幅度达2 个纬度;南亚热带北界西段北移0.5~2 个纬度;青藏高原亚寒带范围缩小,高原温带范围增加。东北湿润、半湿润区虽转干与趋湿并存,但其中温带地区的湿润—半湿润东界东移,大兴安岭中部与南部的半湿润—半干旱界线北扩;其他地区的干湿分界线虽未出现明显移动,但北方半干旱及华北半湿润区总体转干,河西走廊、新疆及青藏高原的干旱、半干旱区总体转湿;而南方湿润区则趋干与转湿并存。
[ Bian Juanjuan, Hao Zhixin, Zheng Jingyun, et al. The shift on boundary of climate regionalization in China from 1951 to 2010
Geographical Research, 2013,32(7):1179-1187.]
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[ Zhang Jian, Liu Xiaoni, Tan Zhonghou, et al. Mapping of the north-south demarcation zone in China based on GIS
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[39] 全石琳, 司锡明. 我国东部亚热带与暖温带分界的方法论探析: 以河南省境内亚热带北界的划分为例
河南师大学报: 自然科学版, 1984,11(1):39-50.
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[ Quan Shilin, Si Ximing. Methodological analysis of the division between the subtropical zone and the warm temperate zone in Eastern China: Taking the division of the northern subtropical Zone in Henan province as an example
Journal of Henan Normal University: Natural Science Dition, 1984,11(1):39-50.]
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