Orginal Article
1. 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 1001012. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,南京 210023
1. State Key Laboratory of Resource and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China2. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023, China
版权声明:2015 《地理研究》编辑部 《地理研究》编辑部
基金资助:国家自然科学基金项目（41571099, 41001278）
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摘要
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。
关键词：气温;林线;雪线;等温线;空间格局;青藏高原
Abstract
The immense and towering Tibetan Plateau (TP) acts as a heating source and shapes the climate of not only the Eurasian continent but also the entire world. Currently, air temperature of the plateau is usually obtained from discrete meteorological observational data using a series of statistical analyses and spatial interpolation. However, the interpolation accuracy is low due to the scarcity of meteorological observation stations, and little is quantitatively known about the detailed temperature pattern of the TP. According to Modis-based estimated air temperature data, this paper firstly studies the detailed spatial pattern of air temperature of the TP; Then it analyzes the spatial changes of isotherm altitudes of -10℃, -5℃, 0℃, 5℃, 10℃ for every month. Isotherm altitudes are extracted from Aster GDEM; Thirdly, this paper discusses the implication of air temperature of TP for treelines and snowlines based on 148 snowline data and 267 treeline data. The results show that: 1) isotherms have a trend of rising from the eastern and northeastern edges of the plateau to the interior and about 500-2000 m higher in the interior than in the eastern and northeastern edges; 2) the northwestern plateau, or the Qiangtang plateau and the Hoh Xil region, are the coldest regions of the TP, where air temperatures are below 0℃ for seven months and lower than -10 ℃ for three or four months in a year; the southern and central plateau, especially the north flank of Himalaya - the south flank of Gangdisê Mts., the north flank of Gangdisê Mts. - the south flank of Tanggula Mts., and the great river valleys, are quite warm, with monthly mean air temperatures between 5-10 ℃ for five months and above 10 ℃ for three months in a year; especially, air temperature of the coldest month is above 0℃ below the elevations of 3500-4500 m at Lhasa, Linzhi and Zuogong. 3) The highest treeline and snowline of the Northern Hemisphere are distributed in the southeastern and southwestern parts of the plateau, respectively, revealing a significant effect of air temperature on the geo-ecological pattern of the TP.
Keywords：air temperature;treeline;snowline;isotherm;spatial pattern;Tibetan Plateau
作为世界第三极的青藏高原,因其独特、巨大的块体产生显著的夏季增温作用,对亚洲乃至全球气候具有重大影响。由于青藏高原自然条件险恶,山区气象观测台站很少,气象资料极度匮乏;而且这些台站多分布在峡谷或平原等离城镇比较近、便于收集和获取数据的地方。严格来讲,这些台站获得的气象数据并不能反映高原的实际气温分布情况,因此目前对青藏高原气温的空间分布规律认识不足。气温对高原植被等生态—地理格局具有重要的控制作用,是研究高原生态与环境演变的一个重要气象指标。
作为世界第三极的青藏高原,因其独特、巨大的块体产生显著的夏季增温作用,对亚洲乃至全球气候具有重大影响。由于青藏高原自然条件险恶,山区气象观测台站很少,气象资料极度匮乏;而且这些台站多分布在峡谷或平原等离城镇比较近、便于收集和获取数据的地方。严格来讲,这些台站获得的气象数据并不能反映高原的实际气温分布情况,因此目前对青藏高原气温的空间分布规律认识不足。气温对高原植被等生态—地理格局具有重要的控制作用,是研究高原生态与环境演变的一个重要气象指标。
首先,根据估算的气温数据,在ArcGIS的支持下,分析各月气温的空间分布格局;其次,利用ArcGIS的空间分析技术生成气温等值线图,从等值线图中分别提取1-12月各月-10 ℃、-5 ℃、0 ℃、5 ℃、10 ℃等温线;然后,将等温线与DEM数据叠加,获得各等温线的分布高度,分析各等温线通过地区海拔高度的变化和空间分布规律;通过对等温线空间分布与季节变化规律的综合分析揭示青藏高原气温在水平和垂直高度上的分布规律;最后,根据获得的林线和雪线数据,分析林线和雪线的空间分布规律,研究气温对林线和雪线分布高度的影响,探讨高原气温对高原地理生态格局的影响。
首先,根据估算的气温数据,在ArcGIS的支持下,分析各月气温的空间分布格局;其次,利用ArcGIS的空间分析技术生成气温等值线图,从等值线图中分别提取1-12月各月-10 ℃、-5 ℃、0 ℃、5 ℃、10 ℃等温线;然后,将等温线与DEM数据叠加,获得各等温线的分布高度,分析各等温线通过地区海拔高度的变化和空间分布规律;通过对等温线空间分布与季节变化规律的综合分析揭示青藏高原气温在水平和垂直高度上的分布规律;最后,根据获得的林线和雪线数据,分析林线和雪线的空间分布规律,研究气温对林线和雪线分布高度的影响,探讨高原气温对高原地理生态格局的影响。
图2 青藏高原夏半年0 ℃、5 ℃、10 ℃、-5 ℃等温线分布格局
Fig. 2 Spatial distribution of air temperature and the isotherms of -5℃, 0℃, 5℃ and 10℃ in summer half year
9月份气温明显降低。祁连山5 ℃等温线主要分布在3500~4500 m;藏北高原和横断山区4500~5000 m以上的区域、藏中高原5000~5500 m以上、藏南高原5000~6000 m以上的区域气温低于5 ℃。总的来看,昆仑山、喀喇昆仑山、藏北高原和祁连山区气温明显下降：这些区域的极高海拔地区（5000~6000 m以上）气温开始下降到0 ℃以下,高海拔地区（4500 m以上）的气温介于0~5 ℃,低于4500 m的地区（祁连山3500 m以下）气温仍在5~10 ℃;藏中、藏南及横断山区的大部分地区（4500 m以下）仍然能达到5~10 ℃;日喀则、拉萨、林芝以及横断山部分地区的气温还能保持在10~15 ℃。
9月份气温明显降低。祁连山5 ℃等温线主要分布在3500~4500 m;藏北高原和横断山区4500~5000 m以上的区域、藏中高原5000~5500 m以上、藏南高原5000~6000 m以上的区域气温低于5 ℃。总的来看,昆仑山、喀喇昆仑山、藏北高原和祁连山区气温明显下降：这些区域的极高海拔地区（5000~6000 m以上）气温开始下降到0 ℃以下,高海拔地区（4500 m以上）的气温介于0~5 ℃,低于4500 m的地区（祁连山3500 m以下）气温仍在5~10 ℃;藏中、藏南及横断山区的大部分地区（4500 m以下）仍然能达到5~10 ℃;日喀则、拉萨、林芝以及横断山部分地区的气温还能保持在10~15 ℃。
图3 冬半年青藏高原气温及0 ℃、-5 ℃、-10 ℃等温线分布格局
Fig. 3 Spatial distribution of air temperature and the isotherms of 0℃, -5℃, -10℃ in winter half year
4.1.3 青藏高原气温空间分布的整体特征 青藏高原等温线的分布高度自高原东北部和东部边缘向西南部逐渐抬升,等温线在祁连山及高原东部边缘最低,在高原西南部最高,其次为横断山区。例如10月份的0 ℃等温线,在祁连山东部基本分布在2000~3000 m,向西南至格尔木—玛沁一线的东北部基本上分布在3000~4000 m,在横断山区的分布高度基本上在4000~5000 m（部分地区可以出现在5000 m以上）,冈底斯山以北地区基本上在4500~5000 m,拉萨—林芝—左贡一带也基本上在4500~5000 m,拉萨以西的喜马拉雅山北坡至冈底斯山都能达到5000~5500 m。7月份10 ℃等温线在高原东部边缘、祁连山一带一般在4000 m以下;在横断山区的高度基本上在4000~5000 m;逐步向西向高原内部10 ℃等温线的高度也逐渐升高,在拉萨以西高达4500~5000 m,而在改则—噶尔一带则可以达到5000~6000 m。
4.1.3 青藏高原气温空间分布的整体特征 青藏高原等温线的分布高度自高原东北部和东部边缘向西南部逐渐抬升,等温线在祁连山及高原东部边缘最低,在高原西南部最高,其次为横断山区。例如10月份的0 ℃等温线,在祁连山东部基本分布在2000~3000 m,向西南至格尔木—玛沁一线的东北部基本上分布在3000~4000 m,在横断山区的分布高度基本上在4000~5000 m（部分地区可以出现在5000 m以上）,冈底斯山以北地区基本上在4500~5000 m,拉萨—林芝—左贡一带也基本上在4500~5000 m,拉萨以西的喜马拉雅山北坡至冈底斯山都能达到5000~5500 m。7月份10 ℃等温线在高原东部边缘、祁连山一带一般在4000 m以下;在横断山区的高度基本上在4000~5000 m;逐步向西向高原内部10 ℃等温线的高度也逐渐升高,在拉萨以西高达4500~5000 m,而在改则—噶尔一带则可以达到5000~6000 m。
图1 研究区范围及林线、雪线分布图
Fig. 1 Sketch map of the Tibetan Plateau and snowline / treeline sites
The authors have declared that no competing interests exist.
The authors have declared that no competing interests exist.
青藏高原近50年来气温的年代际变化
Decadal temperature changes over Qinghai-Xizang Plateau in recent 50 years.
近34 a青藏高原年气温变化
Change of annual air temperature over Qinghai-Tibet Plateau during recent 34 years.
我国横断山区1960-2008 年气温和降水时空变化特征
Spatio-temporal variations of temperature and precipitation in Mts. Hengduan during 1960-2008.
青藏高原1951-2006年气温距平序列的建立与分析
Construction and analysis of mean air temperature anomaly series for the Qinghai-Xizang Plateau during 1951-2006.
1961~2005年来青藏高原主要气候因子的基本特征
Basic characteristics of major climatic factors on Qinghai-Tibet Plateau in recent 45 years.
近40年青藏高原主要生物温度指标的变化趋势
Variation of bio-temperature indexes on the Tibetan Plateau in the past 40 years.
Mapping regional air temperature fields using satellite derived surface skin temperatures.
Introduction to Environmental Remote Sensing.
Advances in satellite remote sensing of environmental variables for epidemiological applications.
基于MODIS数据的青藏高原气温与增温效应估算
MODIS-based estimation of air temperature and heating effect of the Tibetan Plateau.
MODIS-based estimation of air temperature of the Tibetan Plateau.
基于MODIS地表温度的横断山区气温估算及其时空规律分析
MODIS-based air temperature estimation in the Hengduan Mountains and its spatio-temporal analysis.
Highest treeline in the northern hemisphere found in southern Tibet.
The upper timberlines in different climatic zones.
青藏高原自然环境的演化与分异
Evolution and differentiation of the natural environment of the Qinghai-Tibet Plateau.
Last glaciation and maximum glaciation in the Qinghai-Xizang (Tibet) Plateau: Acontroversy to M. Kuhle's ice sheet hypothesis.
欧亚大陆山地垂直带谱数字集成与分析
Digital integration and Analysis of the Eurasian Mountain Altitudinal Belt
数字山地垂直带谱研究进展
Progress in the study on digital mountain altitudinal belts.
欧亚大陆山地垂直带数字集成系统的设计与应用
Structure and function of the digital integrated system for the Eurasian mountain altitudinal belt
近48年青藏高原强降水量的时空分布特征
Temporal and spatial distribution of heavy precipitation over Tibetan Plateau in recent 48 years.
青藏高原东南部现代雪线和林线及其关系的初步研究
A preliminary study on existing snowline timber line and their relations in southeastern part of the Qinghai-Xizang Plateau.
试论横断地区自然垂直带
A preliminary study on the vertical natural zones in the Hengduan Mountainous region.
西藏高原及其附近的流场结构和对流层大气的热量平衡
The flow pattern and heat budget in the troposphere over the Tibetan Plateau and surrounding area.
Some remarks on the annual trend of weather in the Scottish highlands.
Some aspects of the thermal influences of Qinghai-Tibetan Plateau on the atmospheric circulation