全球陸地自然帶的基本格局及其理論研究

1、Tuesday, March 19, 2024,第二章 全球陸地自然帶的基本格局及其理論研究,,教學重點,了解全球陸地主要自然帶的形成、分布及其基本特點，掌握地理環(huán)境的整體性與差異性。借助自然地理環(huán)境的地域分異規(guī)律，對世界自然地理環(huán)境進行區(qū)域分異研究。,內(nèi)容結構,,陸地自然帶的形成與分布,自然帶的形成,全球自然帶的分布及主要自然帶的定量特征,自然地理環(huán)境的整差理論和地域分異,自然地理環(huán)境的地域分異,自然地理環(huán)境的整體性與差異性,,,

2、,,,第一節(jié) 陸地自然帶的形成與分布,一、自然帶(Physical Zone)的形成定義地球表層中城南北更替，東西延伸的復雜的自然綜合體。 特點一定的熱量、水分的組合代表性的植被、土壤類型占優(yōu)勢的、特有的景觀型命名以植被類型命名,,,,,早寒武紀,,中泥盆紀(魚類時代),,石炭—二疊紀自然帶,,晚侏羅紀,,古新世（早第三紀早期）,,中新世（晚第三紀時期）,,,（二）、自然帶的形成與時空演化在白堊紀——新生代時期植被分

3、布基礎上延續(xù)下來延續(xù)：赤道帶和熱帶自然帶（保留至今的第三紀植物群、風化殼和古土壤）；變化或分化：亞熱帶自然帶、北半球溫帶草原和荒漠帶、溫帶林中的闊葉林亞帶；年輕類型：溫帶森林中的針葉林亞帶或亞寒帶針葉林帶（中新世或上新世）、苔原帶（第四紀）,（三）對自然帶演化意義的認識,發(fā)現(xiàn)者B.B.道庫恰耶夫（俄國自然地理、土壤學家）自然帶是復雜的自然綜合體由眾自然要素共同組成其理論與實踐意義極大其演化與人類活動關系密切全球變化與自

4、然帶演化,GCTE (Global Change and Terrestrial Ecosystem),全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng) （Global Change and Terrestrial Ecosystem; GCTE）：是國際地圈－生物圈計劃(International Geosphere-Biosphere Program，IGBP)的核心研究計劃之一。旨在分析全球尺度上大氣成分、氣象、人類活動和其他環(huán)境變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)結構和

5、功能的影響，預測未來全球變化對農(nóng)業(yè)、林業(yè)、土壤和生態(tài)系統(tǒng)復雜性的影響（1992年開始）。,,目標（1）預測氣候、大氣成分、土地利用的變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)包括農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和經(jīng)營性森林系統(tǒng)的影響。 （2）確定這些影響將如何對大氣和物理氣候系統(tǒng)產(chǎn)生反饋。,主要研究內(nèi)容,（1）生態(tài)系統(tǒng)生理學：①CO2增加的效應；②生物地球化學方面的變化；③植被變化對水和能量通量的影響；④綜合研究（全球變化條件下生態(tài)系統(tǒng)生理學的綜合模式；陸地生態(tài)系統(tǒng)中的碳儲庫與碳

6、通量）。 （2）生態(tài)系統(tǒng)結構的變化：①局地尺度動力學；②局地至區(qū)域尺度的模式；③關于元素循環(huán)和氣候反饋的區(qū)域尺度至全球尺度植被變化模式。,,（3）全球變化對農(nóng)業(yè)和林業(yè)的影響：①全球變化對主要農(nóng)作物種類的影響；②害蟲、疾病和雜草的變化；③全球變化對土壤的影響；④多種（復雜）農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的綜合實驗和模擬計劃。 （4）全球變化與生態(tài)復雜性：①生物多樣性和生態(tài)復雜性對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響；②全球變化對生物多樣性和復雜性的綜合影響；③全球變化對孤立

7、種群變化性的影響。http://gcte.ibcas.ac.cn/INDEX.HTM （國際地圈-生物圈計劃中國委員會）,LUCC (Land-Use and Land-Cover Change),是1992年IGBP與IHDP (International Human Dimensions Programme on Global Environmental Change)正式確立的共同的核心計劃(Land-Use and Land

8、-Cover Change, LUCC) ,其目的在于提示人類賴以生存的地球環(huán)境系統(tǒng)與人類日益發(fā)展的生產(chǎn)系統(tǒng)（農(nóng)業(yè)化、工業(yè)化／城市化等）之間相互作用的基本過程。,其思想與認識的基礎,認識過去和未來土地覆蓋變化的影響是研究全球環(huán)境變化及其人類驅動力和影響的核心，包括天文學、氣候系統(tǒng)、生物地球化學循環(huán)、生態(tài)復雜性和土地退化及其農(nóng)業(yè)和居住地的影響。土地覆蓋建模需要更新的土地利用資料；沒有確鑿懂得土地利用和土地利用變化因素的知識，就不可能預

9、測未來土地覆蓋的狀態(tài)。土地利用的主要決定因子是人口統(tǒng)計學因素，如人口的數(shù)量和密度，技術，富裕程度，政治結構，經(jīng)濟因素。一個重要的基礎研究是認識這些因子怎樣相互作用從而驅動土地覆蓋變化的，或土地覆蓋的設計怎樣才能用來規(guī)劃將來的土地利用格局、將來土地覆蓋率變化的速率及將來土地覆蓋的狀態(tài)。為了加深我們對土地利用變化及其對全球系統(tǒng)貢獻的認識，必須結合有關的實例研究對土地覆蓋變化及相關的社會-政治-經(jīng)濟條件進行分類。必須通過分類及實例研究

10、所獲得的知識發(fā)展區(qū)域的和全球的土地利用/土地覆蓋變化模型。,1996年通過的LUCC研究計劃以五個中心問題為導向：①近300年來人類利用（Human use）導致的土地覆蓋的變化；②人類土地利用發(fā)生變化的主要原因；③土地利用的變化在今后50年如何改變土地覆蓋；④人類和生物物理的直接驅動力對特定類型土地利用可持續(xù)發(fā)展的影響；⑤全球氣候變化及生物地球化學變化與土地利用與覆蓋之間的相互影響。,,目前其確定的有關研究重點：①土地覆蓋

11、變化狀況的評估；②全球土地利用與土地覆蓋變化的建模與預測；③全球、區(qū)域和局地不同空間尺度土地利用和土地覆蓋變化的不同驅動力之間的聯(lián)系；④數(shù)據(jù)開發(fā)活動與數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)（DIS）。,BAHC （Biospheric Aspects of the Hydrological）,生物圈的水循環(huán)方面（Biospheric Aspects of the Hydrological，BAHC）1993～1998年基本問題：植被是如何與水文循環(huán)的物

12、理過程相互作用的？,,目標（1）通過野外測量，確定生物圈對水文循環(huán)的控制，發(fā)展從小塊植被的到大氣環(huán)流模式（GCM）網(wǎng)絡單元時空尺度上的土壤-植被-大氣系統(tǒng)中能量和水通量模式；（2）建立能被用于描述生物圈與地球物理系統(tǒng)間的相互作用、以及能被用于驗證這類相互作用模擬結果的適當數(shù)據(jù)庫。,主要研究內(nèi)容：（1）發(fā)展和驗證一維土壤-植被-大氣傳輸（SVAT）模式：①驗證SVAT模式——能量、水和碳通量的野外研究；②選擇、評價和改進研究局地尺度

13、通量的恰當?shù)腟VAT模式——模擬研究活動；③為應用SVAT模式確定世界范圍內(nèi)植被的功能類型；④運用SVAT模式分析未來的全球變化對不同的生物群落類型和不同氣候下的水文過程的影響。（2）陸面特征和通量的區(qū)域尺度研究——實驗、解釋和模擬：①研究從局地到區(qū)域尺度上陸面的不均勻性和地形對陸地-大氣相互作用影響；②優(yōu)先設計和協(xié)調區(qū)域尺度上的陸面實驗，以研究植被、大氣和水文過程；③為區(qū)域尺度陸面過程發(fā)展一般性的參數(shù)化方案。,,（3）生物圈-水圈相

14、互作用的多樣性-時間和空間變化性：①時間尺度上的綜合研究；②土壤、養(yǎng)分和碳的水載運移；③描述陸面的特征以評價和模擬地面數(shù)據(jù)缺乏的地區(qū)。（4）天氣發(fā)生器計劃（Weather Generator Project ）：①生態(tài)和水文研究及其相關的管理目標和數(shù)據(jù)的需求；②發(fā)展天氣發(fā)生器；③促進答對天氣發(fā)生器和數(shù)據(jù)庫的使用。http://sdb.llas.ac.cn/glonavigator/11206-bahc.htm,二、全球自然帶的分布

15、及主要自然帶的定量特征,（一）全球自然帶的分布及其特點,,,熱帶雨林,熱帶稀樹草原,熱帶、亞熱帶荒漠,熱帶荒漠草原,亞熱帶地中海常綠硬葉林,溫帶落葉闊葉林,亞寒帶針葉林,苔原,東岸亞熱帶常綠林,熱帶稀樹草原,熱帶荒漠草原,熱帶、亞熱帶荒漠,亞熱帶地中海常綠硬葉林,溫帶荒漠,溫帶草原,高山垂直植被帶,熱帶雨林帶(Tropical Rain Forest Zone),,,,熱帶稀樹草原帶(Savanna Zone),,,,熱帶荒漠帶(Tro

16、pical Desert Zone),位于副熱帶高壓帶和信風帶的背風側,亞熱帶荒漠草原帶(Subtropical Desert Steppe Zone),熱帶荒漠帶與亞熱帶森林帶之間,亞熱帶森林帶(Subtropical Forest Zone),分布于亞熱帶的大陸東岸、西岸,溫帶荒漠帶（Temperate Desert Zone）,主要分布在亞歐大陸內(nèi)部和北美大陸西部的一些山間高原上，在南美大陸南部的東側也有所表現(xiàn)。,溫帶草原帶(Te

17、mperate Steppe Zone),北半球表現(xiàn)非常典型，如亞歐大陸中部,溫帶闊葉林帶（Temperate Broad-Leaved Forest Zone）,主要分布在溫帶大陸的東部和西部,亞寒帶針葉林帶（Sub- Boreal Coniferous Forest Zone）,亞歐大陸北部及北美大陸北部（全球性的自然帶）,苔原帶（Tundra Zone）,亞歐大陸及北美大陸的最北部及北極的眾多島嶼,冰原帶（Ice Sheet Zo

18、ne）,幾乎占據(jù)南極大陸全部、格陵蘭島大部及極地的許多島嶼,（二）主要自然帶的定量特征自然帶的核心子系統(tǒng)：生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)率可以作為人類對自然地理環(huán)境的診斷指標（衡量和考察：自然地理環(huán)境功能退化與否，生產(chǎn)潛力發(fā)揮的程度如何，人類對生態(tài)系統(tǒng)的管理水平和對自然資源合理利用的效果如何）。在陸地自然帶中森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)率最高，草原生態(tài)系統(tǒng)次之，而荒漠生態(tài)系統(tǒng)最低。,表：主要景觀地帶定量特征,資料來源：景貴和（引自伊

19、薩欽科）.綜合自然地理學.長春：東北師范大學出版社，1986,第二節(jié) 自然地理環(huán)境的整體性與差異性理論和地域分異（Regional Differentiation）,一、自然地理環(huán)境的整體性與差異性（The Integrity and Differences of the Physical Geographic Environment）,內(nèi)在聯(lián)系性能量轉換和物質循環(huán)是自然地理環(huán)境最基本的運動形式，在其運動的過程中，自然地理環(huán)境的某

20、一要素必然影響另外的要素，某一部分必然影響另外的部分，它們相互作用、相互聯(lián)系，共同組成自然地理環(huán)境的整體。該屬性是整體性最基本的內(nèi)容。空間組合性在自然地理環(huán)境內(nèi)部，各組成要素和組成部分按緯向地帶性規(guī)律，以一定的方式進行排列組合，從而呈現(xiàn)其特定的空間結構。該屬性是內(nèi)在聯(lián)系性在空間上的反映。動態(tài)演變性 自然地理環(huán)境外部的能量和物質輸入具有可變性和階段性，同時，所有組成要素和組成部分都有自身演化發(fā)展的特點，從而使自然地理環(huán)境的整體始終

21、處在不斷演化發(fā)展的過程中。該屬性是內(nèi)在聯(lián)系性在時間上的反映。,整體性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,森林減少,,土壤腐殖質減少,水土流失加劇,土壤肥力下降,,,僅存人工林天然次生林,,滯留降水功能降低,,洪水斷流,溝谷綜合縱橫巖石裸露,,風化加速,,,東半球東北部、亞歐大陸東部,地形（地勢、起伏、結構）,氣候（類型、復雜、大陸性、季風）,河流（數(shù)量、內(nèi)流區(qū)、輻射狀）,土壤（類型復雜、齊全）,植被（類型復雜、齊

22、全）,動物（大陸型為主）,亞洲自然地理環(huán)境的總體特征,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,差異性,緯向地帶性即地表自然地理現(xiàn)象近于東西向延伸、呈南北更替的帶狀規(guī)律性。緯向地帶性差異是由太陽熱力因素造成的，即地球是一個運動中的橢球體，太陽輻射能在地表分布不均而呈東西向帶狀分布的緣故。,非緯向地帶性即地表自然地理現(xiàn)象的分布呈偏離緯向地帶性規(guī)律的特性。海陸分布、地質構造、地形起伏和洋流等都屬于非地帶性因素，由這些因素所導致

23、的氣溫、降水、土壤、植被等的經(jīng)向地帶性或區(qū)域性分布，都是非地帶性的具體表現(xiàn)。,緯向地帶性,非緯向地帶性,,,經(jīng)向地帶性屬于非地帶性規(guī)律之一。它是指自然地理現(xiàn)象近于南北延伸、東西更替的帶狀分布規(guī)律性，表現(xiàn)為大氣濕度、降水等因素自海岸向內(nèi)陸遞減及其所引起的自然地理特征的東西變異。經(jīng)向地帶性是因海陸分布、山脈南北走向等因素而造成的。,經(jīng)向地帶性,垂直地帶性亦稱“垂直帶性”，一般指高山地區(qū)自然地理現(xiàn)象隨高度遞變而呈現(xiàn)的規(guī)律性。高山垂

24、直遞變現(xiàn)象的產(chǎn)生同溫度向上迅速減低、降水與濕度在一定限度內(nèi)向上增加有關。在不同的地理地帶中，垂直帶有不同的表現(xiàn)圖式。在同一地理地帶內(nèi)，因山體大小、坡向、高度、距海遠近等的不同，垂直帶的表現(xiàn)圖式也不盡相同。,垂直地帶性,第一級全球自然地理環(huán)境的整體性與差異性第二級大洲或大洋自然地理環(huán)境的整體性與差異性……,整體性與差異性的等級劃分,二、自然地理環(huán)境的地域分異,（一）地域分異規(guī)律（Rule of Territorial Di

25、fferentiation ）地域分異是指地球表層各組成成分及自然綜合體沿地理坐標確定的方向，分成相互更替的各級單位的現(xiàn)象?！从车厍虮韺痈鹘M成成分及整個自然綜合體分異的客觀規(guī)律稱為地域分異規(guī)律或空間地理規(guī)律（景貴和，1986）。地域分異是指地球表層大小不等的、內(nèi)部具有一定相似性的地段之間的相互分化，以及由此而產(chǎn)生的差異。其中，帶有普遍性的地域分異現(xiàn)象和地域有序性就是地域分異規(guī)律。（黃秉維， 1999）地域分異包含了地域間的相互

26、聯(lián)系和空間的相互作用，這個意見是正確的（R.哈特向） 。,,地域分異規(guī)律的理解廣義狹義（緯度地帶性，Latitudinal Zonality）太陽輻射（太陽能）在地表的不均勻分布表現(xiàn)為世界性地帶與地帶段性,三維地帶性（Three Dimensional Zonality）,山地或高山研究（20世紀中葉，C .特羅爾）三維分異三位一體三維結構s=f (W，J，G)四度時空,（二）世界自然地理環(huán)境的區(qū)域分異,,地域分異規(guī)律