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Implications of mass elevation effect for the altitudinal patterns of global ecology

1990年

作者：帕瑞克·纽金斯

来源：南通市图书馆图书评论

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Journal of Geographical Sciences 2016年第7期26卷 871-877页

作者：张百平姚永慧 State Key Laboratory of Resources and Environment Information System Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research CAS Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application

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.

关键词： mass elevation effect intra-mountain base elevation treeline altitudinal belt Tibetan Plateau

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中国南北过渡带研究的十大科学问题

地理科学进展 2019年第3期38卷 305-311页

作者：张百平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

秦岭-淮河一线在60 a前被科学地确定为中国南北分界线。此后中国地学科学家一直在探索分界线的具体位置和划分指标改进问题;随着数据的积累和认识的加深,还发现了一些新的科学问题。2017年启动的国家科技基础资源调查专项"中国南北过渡... 详细信息

秦岭-淮河一线在60 a前被科学地确定为中国南北分界线。此后中国地学科学家一直在探索分界线的具体位置和划分指标改进问题;随着数据的积累和认识的加深,还发现了一些新的科学问题。2017年启动的国家科技基础资源调查专项"中国南北过渡带综合科学考察"将秦岭-大巴山定义为中国南北过渡带的主体,拟全面系统地调查和研究其自然地理要素与资源问题,从而实现中国南北分界线研究的全面深化和突破。秦岭-大巴山具有多维地带性结构,表现出高度的过渡性、复杂性、多样性和敏感性。目前面临和需要研究的主要科学问题包括:①南北分界线与南北过渡带的关系?②暖温带与亚热带划分指标如何改进?③植被-土壤在南北方向上的渐变序列及其形成机理?④全球变化与地区关键生物气候指标空间变动的关系?⑤秦巴山地的多维地带性结构如何分解与综合?⑥秦巴山区生物多样性、特有性的格局与机理?⑦秦巴山地东西向廊道效应?⑧秦巴山地的区域环境效应及对国家生态安全的意义?⑨秦巴山地在中国历史发展中的特殊意义?⑩西秦岭的地理结构与华夏文明起源的关系?这些问题既是过去研究工作和认识的总结,也是未来一段时间内需要关注和研究的重点。希望这样的归纳和梳理对于中国南北过渡带和南北分界线的科学研究具有一定的启发和促进作用,为中国自然地理学理论发展、生物多样性和生态安全研究,甚至为华夏文明起源的研究提供新的视角和框架。

关键词：南北过渡带秦岭-大巴山多维地带性大尺度生态廊道

MODIS-based air temperature estimation in the southeastern Tibetan Plateau and neighboring areas

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Journal of Geographical Sciences 2012年第1期22卷 152-166页

作者：姚永慧张百平 State Key Laboratory of Resource and Environmental Information System Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research CAS

Climatic conditions are difficult to obtain in high mountain regions due to few meteorological stations and, if any, their poorly representative location designed for convenient operation. Fortunately, it has been shown that remote sensing data could be used to estimate near-surface air temperature （Ta） and other climatic conditions. This paper makes use of recorded meteorological data and MODIS data on land surface temperature （Ts） to estimate monthly mean air temperatures in the southeastern Tibetan Plateau and its neighboring areas. A total of 72 weather stations and 84 MODIS images for seven years （2001 to 2007） are used for analysis. Regression analysis and spatio-temporal analysis of monthly mean Ts vs. monthly mean Ta are carried out, showing that recorded Ta is closely related to MODIS Ts in the study region. The regression analysis of monthly mean Ts vs. Ta for every month of all stations shows that monthly mean Ts can be rather accurately used to estimate monthly mean Ta （R2 ranging from 0.62 to 0.90 and standard error between 2.25℃ and 3.23℃）. Thirdly, the retrieved monthly mean Ta for the whole study area varies between 1.62℃ （in January, the coldest month） and 17.29℃ （in July, the warmest month）, and for the warm season （May-September）, it is from 13.1℃ to 17.29℃. Finally, the elevation of isotherms is higher in the central mountain ranges than in the outer margins; the 0℃ isotherm occurs at elevation of about 4500±500 m in October, dropping to 3500±500 m in January, and ascending back to 4500±500 m in May next year. This clearly shows that MODIS Ts data combining with observed data could be used to rather accurately estimate air temperature in mountain regions.

关键词： land surface temperature MODIS air temperature estimation spatio-temporal analysis the Heng-duan Mountains Tibetan Plateau

MODIS-based estimation of air temperature of the Tibetan Plateau

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Journal of Geographical Sciences 2013年第4期23卷 627-640页

作者：姚永慧张百平 State Key Laboratory of Resource and Environmental Information System Institute of Geographic Sciencesand Natural Resources Research CAS Beijing 100101 China

The immense and towering Tibetan Plateau acts as a heating source and, thus, deeply shapes the climate of the Eurasian continent and even the whole world. However, due to the scarcity of meteorological observation stations and very limited climatic data, little is quantitatively known about the heating effect and temperature pattern of the Tibetan Plateau. This paper collected time series of MODIS land surface temperature （LST） data, together with meteorological data of 137 stations and ASTER GDEM data for 2001-2007, to estimate and map the spatial distribution of monthly mean air temperatures in the Tibetan Plateau and its neighboring areas. Time series analysis and both ordinary linear regression （OLS） and geographical weighted regression （GWR） of monthly mean air temperature （Ta） with monthly mean land surface temperature （Ts） were conducted. Regression analysis shows that recorded Ta is rather closely related to Ts, and that the GWR estimation with MODIS Ts and altitude as independent variables, has a much better result with adjusted R 2 〉 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.

关键词： Tibetan Plateau air temperature estimation MODIS land surface temperature geographical weighted regression spatial interpolation

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青藏高原气温空间分布规律及其生态意义

地理研究 2015年第11期34卷 2084-2094页

作者：姚永慧张百平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 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

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... 详细信息

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。㈡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。

关键词：气温林线雪线等温线空间格局青藏高原

基于MODIS数据的青藏高原气温与增温效应估算

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地理学报 2013年第1期68卷 95-107页

作者：姚永慧张百平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

利用2001-2007年MODIS地表温度数据、137个气象观测台站数据和ASTERGDEM数据,采用普通线性回归分析方法(OLS)及地理加权回归分析方法(GWR),研究了高原月均地表温度与气温的相关关系,最终选择精度较高的GWR分析方法,建立了高原气温与地... 详细信息

利用2001-2007年MODIS地表温度数据、137个气象观测台站数据和ASTERGDEM数据,采用普通线性回归分析方法(OLS)及地理加权回归分析方法(GWR),研究了高原月均地表温度与气温的相关关系,最终选择精度较高的GWR分析方法,建立了高原气温与地表温度、海拔高度的回归模型。各月气温GWR回归模型的决定系数(AdjustedR2)都达到了0.91以上(0.91～0.95),标准误差(RMSE)介于1.16～1.58℃;约70%以上的台站各月残差介于-1.5～1.5℃之间,80%以上的台站的残差介于-2～2℃之间。根据该模型,估算了青藏高原气温,并在此基础上,将高原及周边地区7月份月均气温转换到4500m和5000m海拔高度上,对比分析高原内部相对于外围地区的增温效应。研究结果表明:(1)利用GWR方法,结合地面台站的观测数据和MODISTs、DEM等,对高原气温估算的精度高于以往普通回归分析模型估算的精度(RMSE=2～3℃),精度可以提高到1.58℃;(2)高原夏半年海拔5000m左右的高山区气温能达到0℃以上,尤其是7月份,海拔4000～5500m的高山区的气温仍能达到10℃左右,为山地森林的发育提供了温度条件,使高原成为北半球林线分布最高的地方;(3)高原的增温效应非常突出,初步估算,在相同的海拔高度上高原内部气温要比外围地区高6～10℃。

关键词：青藏高原气温估算 MODIS地表温度 GWR方法增温效应

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基于DEM的秦岭温度场模拟

山地学报 2007年第4期25卷 406-411页

作者：莫申国张百平重庆工商大学旅游学院重庆400067 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

考虑到秦岭地形对温度场的影响因素,以主分水岭为界分为南北两部分,在普通插值的基础上,采用一种基于DEM的辅助插值方法,同时考虑秦岭南北坡坡向的差异,对秦岭的温度场进行了模拟。采用气象观测站点数据和格网精度为100 m的DEM数据,利用... 详细信息

考虑到秦岭地形对温度场的影响因素,以主分水岭为界分为南北两部分,在普通插值的基础上,采用一种基于DEM的辅助插值方法,同时考虑秦岭南北坡坡向的差异,对秦岭的温度场进行了模拟。采用气象观测站点数据和格网精度为100 m的DEM数据,利用GIS空间分析方法,模拟了秦岭的温度场,并对模拟结果进行了交叉验证分析。实验表明,基于DEM的秦岭温度场模拟,结果较精确地反映秦岭山地的温度场分布特征,同时验证了秦岭对南北气温具有明显的分异作用和气候效应。

关键词：秦岭辅助插值方法温度场模拟

干旱区可持续土地利用模式分析——以天山北坡为例

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地理学报 2006年第11期61卷 1160-1170页

作者：罗格平张百平中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

可持续土地利用模式是土地生态经济可持续发展的必然要求,但目前对可持续土地利用模式的科学基础研究较为薄弱。可持续土地利用模式的科学基础是土地类型及其空间组合结构,利用遥感和地理信息系统等新技术、基于社会发展需求的小尺度、... 详细信息

可持续土地利用模式是土地生态经济可持续发展的必然要求,但目前对可持续土地利用模式的科学基础研究较为薄弱。可持续土地利用模式的科学基础是土地类型及其空间组合结构,利用遥感和地理信息系统等新技术、基于社会发展需求的小尺度、大比例尺土地类型制图及其空间结构研究将是今后土地分类学的重要研究方向之一。目前土地利用中存在的与环境相关的问题,多数源自于违背土地类型自然属性的客观要求。退耕还草还林政策的实施,体现了土地利用需要遵循土地类型自然属性的客观要求。以天山北坡为例,在可持续土地利用模式的科学基础分析的基础上,根据土地类型及其空间组合结构,进一步完善和提升了近年提出的干旱区绿洲-中山带立体双带模式和干旱区山地利用模式;并基于典型的干旱区绿洲格局提出了冲洪积扇绿洲集约利用模式、冲积平原绿洲农业规模经营模式以及河流尾闾三角洲绿洲生态利用模式。

关键词：天山北坡绿洲景观格局绿洲变化

喀喇昆仑山—西昆仑山地区的垂直自然带、环境和自然保护问题

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自然资源学报 1989年第3期4卷 254-266页

作者：郑度张百平中国科学院国家计划委员会地理研究所

喀喇昆仑山—西昆仑山地区属于青藏高原西北部寒冷干旱的荒漠、半荒漠地带,是连结高山荒漠和山地荒漠的关键区域。根据垂直自然带谱的基带及各分带的组合配置形式,可区分出干旱、极干旱、高寒干旱及高寒半干旱四种结构类型组。垂直自然... 详细信息

喀喇昆仑山—西昆仑山地区属于青藏高原西北部寒冷干旱的荒漠、半荒漠地带,是连结高山荒漠和山地荒漠的关键区域。根据垂直自然带谱的基带及各分带的组合配置形式,可区分出干旱、极干旱、高寒干旱及高寒半干旱四种结构类型组。垂直自然带的区域变化明显,喀喇昆仑山与西昆仑山育显著不同,不仅南北翼有别,东西方向的递变也很突出,反映出大尺度的地域分异规律。全新世以来,干旱化的趋势十分明显,人类活动引起的环境问题突出,建议对雪岭云杉和昆仑圆柏等采取保护措施,并在羌塘高原腹地建立高原自然景观及野生动植物自然保护区。

关键词：垂直自然带环境自然保护昆仑山