亚洲中部干旱区高山林线变化及其驱动机制研究展望

(罗格平：中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆乌鲁木齐830011；
罗格平、戴丽、李艳忠、鲁蕾：中国科学院研究生院，北京100039)

　　摘要：气候变化对森林的影响和森林对气候的反馈作用是全球变化研究前沿，也是森林生态学重要研究方向之一。全球变化对森林的影响存在明显的区域差异，亚洲中部干旱区山地森林在全球变暖背景下正经历着显著变化，其中以高山林线的变化最具代表性。植被带谱清晰的天山北坡近50 a气候变异明显，是研究高山林线变化的理想区域。采用摄影测量技术及高分辨率遥感影像解译手段等新技术、新方法加强对亚洲中部干旱区高山林线变化的探讨，揭示近50 a来亚洲中部干旱区高山林线森林上限和下限变迁特点与过程；并利用Landsat TM、Terra/Aqua MODIS、AMSR_E等遥感影像、气象和测点数据，定量反演林线内土壤温度、水分、冠层温度等控制森林分布与生长发育的关键环境因子的时空变化，揭示林线变迁驱动机制，将深化山地森林生态系统对气候变化响应的认识，并丰富森林生态学的内容。

　　关键词：高山林线；气候变化；驱动机理；遥感反演；亚洲中部干旱区

　　中图分类号：S718．51 文献标识码：A 文章编号：1000－6060(2011)06－0873－07(873～879)

　　 

　　全球变暖是当前气候变化研究的重要议题之一。由于人类活动的影响，大气中 CO2浓度已由工业革命前的 280 ppm 增加到 2005 年的 379 ppm〔1〕，且呈现加速的趋势，地表年均温也上升了 0． 76 ℃，以目前 CO2排放速率计算，至 21 世纪中后期，大气中 CO2浓度将倍增，全球平均气温将升高 1． 5 ～4． 5 ℃〔1 －2〕。由于气候变化对自然生态系统产生显著影响〔3 －5〕，如物候变化〔6〕，国际地圈与生物圈计划(IGBP) 将全球气候变化与陆地生态系统(GCTE) 作为 IGBP 的一个核心项目。陆地生态系统与气候变 化的关系是全球变化研究的重要内容之一，而植被与气候变化的关系又是研究焦点之一〔7 －8〕。

　　森林作为陆地生态系统的主体，是陆地面积最大、分布最广、组成结构最为复杂的地表覆被类型(生态系统) ，也是自然界功能最完善的生物基因库和水、碳、养分储存调节库，对改善生态环境、维护生态平衡具有不可替代的作用〔9〕。森林生态系统是一个巨大的碳库，受人类活动和气候变化的双重影响，对大气中的 CO2起着重要的源或汇作用，从而加强或抵消未来气候变化的程度。气候变化对森林生态系统的影响存在明显的区域差异〔6，10 －11〕。只有通过分析不同森林生态系统变化及其区域响应，才能深入理解和认识气候变化对森林的影响和森林对气候的反馈作用〔12 －13〕。

　　亚洲中部干旱区地处欧亚大陆腹地，自然条件独特，高山与盆地相间分布，在全球变化和人类活动强干扰背景下，亚洲中部气候发生了显著的变化。它是气候变化最敏感的区域之一〔14〕，其生态系统也是陆地生态系统中最为脆弱的组成部分之一，对气候变化十分敏感〔15 －16〕。如 20 世纪 80 年代以来，天山北坡的温度和降水普遍增加〔17〕，冰川加速消融导致河流径流量增加〔18〕，近 40 a 天山北坡气温上升0． 78 ℃ ，降水增加近 30%〔19〕，气候出现由暖干向暖湿发展的信号〔20〕，生态系统也做出显著的响应〔17〕，特别是垂直带谱清晰的干旱区山地，其中以山地林线的变迁最具代表性，尤其是高山林线(alpine tim-berline) 。

　　高山林线，亚高山森林和高山苔原之间的生态过渡带，是一条具有一定宽度和物种组成的复杂生态交错带，更多的时候表现为一种林草交错带，其作为山地垂直带上的一条重要的分界线，是当地生物群落与气候长期相互作用的结果。由于其海拔位置 较高，通常受人为活动的影响较少，这类过渡带被认为具有监测气候变化的综合作用〔21〕，被称为气候变化的“监视器”〔22 －23〕，因而成为全球气候变化研究的热点区域之一〔24 －26〕。此外，高山林线同样存在上限 和 下 限，它 的 上 限 通 常 为 高 山 树 线(Alpine treeline) ，即树木能够生长的最高海拔高度〔27〕; 下限为郁闭森林的上限，即以长势良好、树冠对称、树高 3 m 以上的树木为界〔28〕。高山林线是指郁闭林的上限与树线之间的过渡带，通常包括畸形的矮曲林(krummholz) 和树岛(tree island) ，这些矮曲林树高一般在2 m 以上。这些特征通常是识别高山林线的主要特征，在气候变暖和人类活动的驱动下会引起变化。

　　但在亚洲中部干旱区山地由于缺乏生态变化的站点观测，获取森林变化信息较为困难，相应的研究成果也较少，更缺乏系统深入的研究，对干旱区山地森林尤其是林线对气候变化的响应认识和理解急需加强。这不仅深化干旱区山地森林对气候变化响应的认识，推动森林生态学的发展，而且对于全面认识干旱区生态系统格局与过程演变乃至全球变化研究都具有重要的科学意义。

　　1 林线研究现状及发展动态分析

　　1． 1 全球林线变迁研究现状

　　在全球气候变暖、CO2浓度升高的背景下，高山林线正在脱离原来的发展轨迹而发生着深刻的变化〔21，29 －30〕。关于气候变化与林线动态之间的关系，国内外学者进行了一些研究，取得一些成果〔31〕，如20 世纪以来，气候变暖已使斯堪的纳维亚山系(Scandinavium) 瑞典区域的主要树种树线上升了100 m〔21〕; 气候变化导致加拿大 Hudson Bay 地区白云杉树线向前扩展，并且使林线的森林密度加大〔32〕; 国内学者也在华北山地和长白山对林线与气候变化作了一些研究〔33 －36〕。但气候变化影响下高 山林线位置变迁的研究多集中在湿润半湿润区，且多限于一些热点区域，比如欧洲阿尔卑斯山脉(Alps) 、美洲洛基山脉(Rocky Mountains) 、俄罗斯高加索山脉(Caucasus Mt． ) 以及我国喜马拉雅山脉和东北长白山一带〔28，37 －38〕。

　　1． 2 亚洲中部山地林线变迁研究现状

　　亚洲中部干旱区山地森林，除了存在分布的上限，即高山林线外，还存在分布的下限，即山地森林与山地干草原之间明显的界限。亚洲中部山地森林下限的海拔通常在 1 800 m 以下，在森林下限位置，放牧、森林砍伐等人类活动相对较强，除了对人类活动的干扰敏感外，还对气候变化具有显著的响应。 例如，植物孢粉研究显示在距今 2 000 ～1 300 a 前，天山北坡雪岭云杉林的下限相对现今下移约 330 m左右，当时的温暖指数比现在低 10． 1 ℃ /mon〔39〕。一些学者认为森林分布的上限受低温控制，而分布的下限受降水量控制〔40 －41〕，但对分布在干旱区天山北坡的针叶林而言，其分布的上限和下限受温度和降水综合影响〔42 －44〕。

　　尽管有一些学者利用树木年轮法，分析了山地林线附近树木生长与气候的关系〔42 －44〕，但该方法一般无法识别林线和树线的变迁; 还有一些学者利用孢粉分析法，研究了干旱区山地林线迁移与气候变化的关系〔39，45 －46〕，但总体缺乏近百年尤其是近 50 a来干旱区山地森林上限和下限变迁及其驱动机制的研究。究其原因，一是由于 20 世纪 50 年代以前缺少客观的森林分布数据资料，难以准确获取干旱区山地森林上限和下限变化信息，而且在森林上下限位置附近通常没有森林生态系统野外观测站点，无法对它的物种组成、植被格局以及生理等生态学特征及其变化进行研究; 二是干旱区山地缺少气象观测站点，尤其是在森林上限和下限位置，多数研究是用分布于其下方的、受人类强干扰的平原绿洲区气象站点的数据替代，其研究结果的客观性值得商榷。

　　气候变异对干旱区山地森林上限和下限变迁的驱动机理研究，可以理解为对山地森林生长发育的气候与环境控制条件的研究，包括地表温度、水分条件、太阳辐射等。气候变异将引起地表温度、水分条件的变化，从而引起森林分布格局变化，包括森林上下限位置的变迁。

　　综上所述，对气候变化敏感的干旱半干旱区，其山地林线研究较为薄弱，开展的研究多为数百年、千年以上的时间尺度，较少涉及近百年尤其是近 50 a的时间尺度，对近 100 a 林线的变迁及其对气候变化响应还缺乏深入的认识。

　　2 高山林线研究方法综合分析

　　关于高山林线的位置，不少研究者利用最热月的平均气温来表征。传统认为高山林线交错带的最热月均温为10 ℃，但一些研究者发现不同区域内由于其他因素的影响最热月均温差异非常显著〔47〕。近年的一些研究也证明，影响林线植物生长的温度指标并非仅是平均温度，如在极端地区限制林线植被的生长因素是最高温度或者最低温度〔48〕。日本学者 Kira 提出用热量指数(WI，即月平均温度超过5 ℃ 的总和) 和寒冷指数 (CI，即月平均温度低于5 ℃ 的总和) 来定量判断山地森林以及林线的分布。我国学者将 Kira 提出的热量指数和寒冷指数引入我国的气候植被分类，并且提出新的湿度指数系统对我国东北地区的山地森林分布和高山林线进行有针对性的研究〔49 －51〕。王襄平等〔51〕通过研究我国高山林线的分布高度沿纬度、经度的变化格局，和对高山林线处的温度和基带降水等气候指标的分析，对我国高山林线分布高度与气候因子的关系进行探讨，得出一些宏观和趋势性的结论: 在 30°N 以北，高山林线高度随纬度升高而下降; 在 30°N 以南，则表现出显著的东西部差异: 在东部，高山林线高度变化不明显，西部则随纬度增加呈上升趋势; 影响高山林线高度的主导气候因子为生长季温度条件，最热月温度9． 7 ℃，降水对高山林线高度也有明显影响。

　　国内外学者已对高山林线分布格局与成因做了许多研究。在全球尺度上，国外有学者分析了雪线和林线分布高度随纬度变化的关系，表明温度对林线分布高度起着决定作用〔28，40〕; 在多种温度指标中，生长季温度(全球 5． 5 ～ 7． 5 ℃) 能够较好的指示高山林线分布的位置〔52〕; 冬季低温虽能解释一些地区 高 山 林 线 的 形 成，但 不 能 应 用 于 全 球 尺度〔47，53 －54〕。国内对高山林线的研究相对较晚，20世纪 80 年代初有学者对我国高山林线开展了一些描述性的工作〔55 －57〕，初步探讨了高山林线的划分问题; 最近几年林线研究日益引起一些学者的关注，有学者 在 小 五 台 山、藏 东 南、长 白 山 等 区 域 尺度〔36，58 －59〕以及全国尺度〔51，60〕对高山林线分布高度与气候因素的关系进行了探讨，揭示了温度与降水对高山林线分布位置的决定作用，但这些有关高山林线的研究主要集中在热带和温带湿润气候区域，而针对亚洲中部干旱区的高山林线生态地理特征的研究较少; 此外，目前有学者采用植被群落调查方法 确定林线种群结构动态与动态〔61 －62〕或年轮气候学方法重建林线气候特征〔63 －64〕，也有分析土壤属性对林线植被生长的限制作用〔65 －66〕，大部分研究仅针对限制林线分布的单个因子进行分析，较少通过林线水热条件与土壤属性的组合综合分析林线分布及其成因。

　　关于气候变化对高山林线位置的影响研究，采用的方法一般是根据代用指示资料重建历史植被或环境，然后判断环境变化对高山林线位置的影响。如有根据树木年轮进行百年尺度研究的，也有采用孢粉进行千年时间尺度分析的〔39，45〕，但在无观测资料的情况下，缺乏百年或几十年来高山林线位置变迁的高精度识别方法。

　　Morales 等〔68〕认为传统的用热量来指示林线的位置并不适合于用来研究亚热带高山林线，降水量比热量更有研究意义。传统的热量指标是否适合于干旱区山地林线的识别和表征呢? 目前少见这方面的研究报道。传统的土壤温度、水分信息获取方法通常是人工定点采样和设置定位观测点，虽然精度较高，但面对大范围宏观观测时失去优势，不仅速度慢、花费大量人力物力，而且测点少、代表性差，无法实现大面积实时动态监测。更重要的是，在干旱区山地林线范围，由于地形及经济条件的限制，通常缺乏气象、土壤温度与水分观测站点，往往缺乏准确的热量温度和水分降水指标，因此通常无法用传统的热量指标或水分指标表征干旱区山地林线的位置。遥感以其频繁、持久地提供地表面状信息，并能够宏观、动态、精确地监测地表环境变化，成为 20 世纪发展最为迅速的科技领域之一，遥感将为解决这一问题提供了潜在途径。

　　随着多光谱、多分辨率、多角度、多类型遥感器的研制和运行，利用遥感反演技术所提取地表参数的数目不断增多，其中常用的参数包括土壤温度、土壤水分含量、植被冠层温度等。针对不同来源的遥感数据，国内外学者提出了单通道、多通道、单通道多角度等土壤温度的反演算法〔69 －71〕; 土壤水分的遥感反演所使用波段涵盖了可见光、红外、热红外到微波遥感，反演方法也趋向多样化〔72 －73〕。遥感观测的数据都是瞬时值，由此反演得到的参数都是瞬时的，而地表过程无论在时间还是在空间上都是连续的，因此需要借助模型将观测值和反演值转化为具有时空一致性的数据。地面数据同化技术将为解决上述问题提供了一条新思路〔74 －75〕，如以陆面模型为基础，利用扩展 Kalman 滤波法将地表温度进行同化， 从而提高了土壤温度廓线的预测精度，这些新方法在林线环境因子获取上将发挥着重要作用，从而推动高山林线研究的进展。

　　3 结论与展望

　　如何高精度识别干旱区山地林线迁移轨迹，尤其是近百年尺度的林线变迁，并揭示其驱动机理是亚洲中部干旱区森林生态系统与气候变化相互关系研究领域的一个重要科学问题。对这个问题，首先应对森林分布的上限和下限进行高精度迁移识别，并分析林线变化的形态与生态结构特征; 其次是分析森林分布与主要环境控制因子关系研究; 最后是在此基础上，分析气候变化和人类活动对林线变迁的驱动机理。在研究方法方面，除了常规手段外，遥 感技术对高精度识别林线变迁和驱动力分析非常关键，如若能获取 20 世纪 20 年代或 30 年代的山区航片资料或能够识别的照片，则十分有助于高精度识别高山林线变化。目前这是林线变化及其驱动机理研究的薄弱环节，这将成为推动该领域发展的重要突破点之一。

　　基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 40971066)

　　作者简介: 罗格平( 1968 － ) ，男，研究员，博士，主要从事自然地理、地理信息系统与遥感应用研究． E-mail: luogp@ ms．xjb．ac．cn

　　参考文献(References)

　　〔1〕 IPCC． IPCC WGI fourth assessment report，Climate Change 2007: the physical science basis〔M〕． Paris: The 10th session of working group I of the IPCC，2007．

　　〔2〕 HOUGHTON J T，CALLANDER B A，VARAEY S K． Climate Change 1992〔M〕/ / The supplementary report to the IPCC scientific assessment． Cambridge: Cambridge University Press，1992: 1－ 30．

　　〔3〕 GATES D M． Climate change and its biological consequences〔M〕． Sunderland，MA: Sinauer Associates，1993: 45 －87．

　　〔4〕 MELILLO J M，KICKLIGHTER D W，MCGUIRE A D，et al． Global climate change and terrestrial net primary production〔J〕． Nature，1993，(363) : 234 － 240．

　　〔5〕 EPSTEIN P，MILLS E，et al． Climate change futures: health，ecological and economic dimensions〔M〕． Cambridge，MA: The Center For Health and The Global Environment，Harvard Medical School，2005．

　　〔6〕 葛全胜，郑景云，张学霞，等． 过去 40 年中国气候与物候的变化研究〔J〕． 自然科学进展，2003，13(10) : 1048 － 1053．〔GE Quansheng，ZHENG Jingyun，ZHANG Xuexia，et al． The study on climatic and phenological change last 40 years in China〔J〕． Progress in Natural Science ． 2003，13(10) : 1048 － 1053．〕

　　〔7〕 LCEHLE C，LEBLANC D． Model-based assessments of climate change effects on forest: a critical review〔J〕． Ecological Modeling，1996，90(1) : 1 － 31．

　　〔8〕 郑元润，周广胜，张新时，等． 中国陆地生态系统对全球变化的敏感性研究〔J〕． 植物学报，1997，39(9) : 837 － 840．〔ZHENG Yuanyun，ZHOU Guangsheng，ZHANG Xinshi，et al． Sensitivity of terrestrial ecosystem to global change in China〔J〕． Acta Botanica Sinica，1997，39(9) : 837 － 840．〕

　　〔9〕 张洪亮，张毓涛，张新平，等． 天山中部天然云杉林凋落物层水 文生态功能研究〔J〕． 干旱区地理，2011，34 (2) : 73 － 75．〔ZHANG Hongliang，ZHANG Yutao，ZHANG Xinping，et al． Eco-hydrological characteristics of litter of artificial spruce forest in themiddle part of Tianshan Mountains〔J〕． Arid Land Geography，2011，34(2) : 73 － 75．〕

　　〔10〕MKINEN H，NJD P，KAHLE H P，et al． Large-scale climatic variation and radial increment variation of Picea abies (L． ) Karst．in central and northern Europe〔J〕． Trees，2003，17 (2 ) : 173 －184．

　　〔11〕MKINEN H，NJD P，KAHLE H P，et al． Radial growth variation of Norway spruce (Picea abies (L． ) Karst． ) in central and northern Europe〔J〕． Forest Ecology and Management，2002，171(3) : 243 －259．

　　〔12〕LAL R． Forest soils and carbon sequestration〔J〕． Forest Ecology and Management，2005，220(1 － 3) : 242 － 258．

　　〔13〕DOUGLAS F． Forests may not save us from climate change〔J〕．The New Scientist，2007，196(2627) : 42 － 43，45 － 46．

　　〔14〕NICHOLSON S E． Application of remote sensing to climatic and environmental studies in arid and semi-arid lands〔C〕． Geoscience and Remote Sensing Symposium，IGARSS ＇01． IEEE 2001 International，2001(3) : 985 － 987．

　　〔15〕 Agenda 21［EB/OL］． http: / /www． un． org/esa/sustdev/agenda21． htm．

　　〔16〕BEAUMONT P． Drylands: environmental management and developmen〔tM〕． London: Routledge，1989: 536．

　　〔17〕陈曦，罗格平，夏军，等． 新疆天山北坡气候变化的生态响应研究〔J〕． 中国科学(D 辑) ，2004，34 (12) : 1166 － 1175．〔CHEN Xi，LUO Geping，XIA Jun，et al． Ecology response of climate change on North Slope of Tianshan Mountains，Xinjiang〔J〕． Science in China Series(D) ，2004，34 (12) : 1166 － 1175．〕

　　〔18〕李加强，陈亚宁，李卫红，等． 天山北坡中小河川降水与径流变化特征 － 以精河为例〔J〕． 干旱区地理，2010，33(4) : 615 －622．〔LI Jiaqiang，CHEN Yaning，LI Weihong，et al． Variation features of precipitation and runoff of the middle － small rivers of northern piedmont of Tianshan Mountains: a case of Jinghe River 〔J〕． Arid Land Geography，2010，33(4) : 615 －622．〕

　　〔19〕马丽娟，赵景峰，张宏俊，等． 气候变化背景下冰川积雪融水对博斯腾湖水位变化的影响〔J〕． 干旱区地理． 2010，33(2) : 210－ 216．〔MA Lijuan，ZHAO Jingfeng，ZHANG Hongjun，et al． Impact of glacier and snow melting on Bosten Lake under climate change〔J〕． Arid Land Geography，2010，33(2) : 210 － 216．〕

　　〔20〕施雅风，沈永平，胡汝骥． 西北气候由暖干向暖湿转型的信号、影响和前景初步探讨〔J〕． 冰川冻土，2002，24(3) : 219 －226．〔SHI Yafeng，SHEN Yongping，HU Ruji． Preliminary study on signal，impact and foreground of climatic shift from warm-dry to warm-humid in Northwest China〔J〕，Journal of Glaciology and Geocryology，2002，24(3) : 219 － 226．〕

　　〔21〕KULLMAN L． 20th century climate warming and tree-limit rise in the southern Scandes of Sweden〔J〕． Ambio，2001，30 (2) : 72 －80．

　　〔22〕KULLMAN L． Holocence tree-limit and climate history from the Scandes Mountains，Sweden〔J〕． Ecology，1995，76 (8) : 2490 －2502．

　　〔23〕KUFPER J A，CAIRNS D M． The suitability of montane ecotones as indicators of global climatic change〔J〕． Progress in Physical Geography，1996，20(3) : 253 － 272．

　　〔24〕MACDONALD G M，SCEICZ J M，CLARICOATES J． Response of the central Canadian treeline to recent climatic changes〔J〕． Annals of Association of American Geographers，1998，88(2) : 183 －208．

　　〔25〕THEURILLAT J P，GUISAN A． Potential impact of climate change on vegetation in the European Alps: a review〔J〕． Climate Change，2001，50(1 － 2) : 77 － 109．

　　〔26〕 GRUBER A，BAUMGARTNER D，et al． Temporal dynamic of wood formation in Pinus cembra along the alpine treeline ecotone and the effect of climate variables〔J〕． Trees，2009，23(3) : 623 －635．

　　〔27〕KORNER C． Alpine plant life: Functional plant of ecology of high mountain ecosystem〔M〕． Berlin，Heidelbery: Apringer Verlag，1999: 171 － 214，291 － 297．

　　〔28〕HOLTMEIER F． Ecological aspects of climatically-caused timberline fluctuations〔M〕/ / Beniston M，ed． Mountain Environment in changing climates． London: Routledge，1994: 220 － 233．〔29〕LIU H，TANG Z，DAI J． Larch timberline and its development in North China〔J〕． Mountain Research and Development，2002，22(4) : 359 －367．

　　〔30〕田军，刘鸿雁，田育红，等． 山西关帝山森林上限附近植被的性质与空间格局〔J〕． 山地学报，2003，21(1) : 63 － 67．〔TIAN Jun，LIU Hongyan，TIAN Yuhong，et al． Characteristics and spatial patterns of vegetation on the upper forest boundary on Mt． Guandi，Shanxi Province〔J〕． Journal of Mountain Science，2003，21 (1 ) :63 － 67．〕

　　〔31〕李明财，罗天祥，朱教君，等． 高山林线形成机理及植物相关生理生态学特性研究进展〔J〕． 生态学报，2008，28(11) : 5583 －5591．〔LI Mingcai，LUO Tianxiang，ZHU Jiaojun，et al． Advances in formation mechanism of alpine timberline and associated physioecological characteristics of plants〔J〕． Acta Ecologica Sinica，2008，28(11) : 5583 － 5591．〕

　　〔32〕PAYETTE S，FILION L． White spruce expansion at the tree line and recent climate change〔J〕． Canadian Journal of Forest Research，1985，15(1) : 241 － 251．

　　〔33〕崔海亭，戴君虎，唐志尧，等． 太白山高山林线的稳定性研究〔J〕． 环境科学杂志，1999，11: 207 － 210．〔CUI Haiting，DAI Junhu，TANG Zhiyao，et al． Stability study to alpine timberline in Tai Bai Mountain〔J〕． Journal of Environment Science，1999，11:207 － 210．〕

　　〔34〕石培礼，李文华． 长白山林线交错带形状与木本植物向苔原侵 展和林线动态的关系〔J〕． 生态学报，2000，20(4) : 574 －580．〔SHI Peili，LI Wenhua． Boundary form effects of timberline ecotone on colonization of woody plants and timberline dynamics in Changbai Mountain〔J〕． Acta Ecologica Sinica，2000，20(4) : 574－ 580．〕

　　〔35〕周晓峰，王晓春，韩士杰，等． 长白山岳桦苔原过渡带动态与气候变化〔J〕． 地学前缘，2002，9 (1) : 227 － 231．〔ZHOU Xiaofeng，WANG Xiaochun，HAN Shijie，et al． The effect of global climate change on the dynamics of Betula ermanii-tundra ecotone in the Changbai Mountain〔J〕． Earth Science Frontiers，2002，9(1) : 227 －231．〕

　　〔36〕于澎涛，刘鸿雁，崔海亭． 小五台山北台林线附近的植被及其与气候条件的关系分析〔J〕． 应用生态学报，2002，13(5) : 523－ 528．〔YU Pengtao，LIU Hongyan，CUI Haiting． Vegetation pattern and its relationships to climatic condition near the alpine timberline on Beitai of Mt． Xiaowuta〔iJ〕． Chinese Journal of Applied Ecology，2002，13(5) : 523 － 528．〕

　　〔37〕 MALANSON G． Complex responses to global change at alpine treeline〔J〕． Physical Geography，2001 22(4) : 333 － 342．

　　〔38〕CONNOR S，THOMAS I，KVAVADZE E，et al． A survey of modern pollen and vegetation along an altitudinal transect in southern Georgia，Caucasus region〔J〕． Review of Palaeobotany and Palynology，2004，129(4) : 229 － 250．

　　〔39〕张芸，孔昭宸，阎顺，等． 天山北坡晚全新世云杉林线变化和古环境特征〔J〕． 科学通报，2006，52(12) : 1450 － 1458．〔ZHANG Yun，KONG Zhaochen，YAN Shun et al． Fluctuation of Picea timber-line and paleo-environment on the northern slope of Tianshan Mountains during the late Holocene〔J〕． Chinese Science Bulletin，2006，52(12) : 1450 － 1458．〕

　　〔40〕TRANQUILLINI W． Physiological ecology of alpine timberline 〔M〕． New York: Springer Verlag，1979．

　　〔41〕FALL P． Timber fluctuation and late Quaternary paleoclimates in the Southern Rocky Mountains，Colorado〔J〕． Geological Society of America Bulletin，1997，109(10) : 1306 － 1320．

　　〔42〕朱海峰，王丽丽，邵雪梅，等． 雪岭云杉树轮宽度对气候变化的响应〔J〕． 地理学报，2004，59(6) : 863 － 870．〔ZHU Haifeng，WANG Lili，SHAO Xuemei，et al． Tree ring-width response of Picea schrenkiana to climate change〔J〕． Acta Geographica Sinica，2004，59(6) : 863 － 870．〕

　　〔43〕彭剑峰，勾晓华，陈发虎，等． 天山东部西伯利亚落叶松树轮生长对气候要素的响应分析〔J〕． 生态学报，2006，26(8) : 2723－ 2731．〔PENG Jianfeng，GOU Xiaohua，CHEN Fahu，et al． The responses of growth ring width variations of Larix sibirica Ledb to climatic change in eastern Tianshan Mountains〔J〕． Acta Ecologica Sinica，2006，26(8) : 2723 － 2731．〕

　　〔44〕桑卫国，王云霞，苏宏新，等． 天山云杉树轮宽度对梯度水分因子的响应〔J〕． 科学通报，2007，52(19) : 2292 － 2298．〔SANG Weiguo，WANG Yunxia，SU Hongxin，et al． Response of the treering width of Tianshan spruce to gradient moisture〔J〕． Chinese Science Bulletin，2007，52(19) : 2292 － 2298．〕

　　〔45〕阎顺，孔昭宸，杨振京，等． 东天山北麓 2000 多年以来的森林线与环境变化〔J〕． 地理科学，2003，23(6) : 699 － 704．〔YAN Shun，KONG Zhaochen，YANG Zhenjing，et al． Fluctuation of timberline and environment change near the Northern Piedmonts of Tianshan Mts during the last 2000 years〔J〕． Scientia Geographica Sinica，2003，23(6) : 699 － 704．〕

　　〔46〕阎顺，孔昭宸，杨振京，等． 新疆表土中云杉花粉与植被的关系〔J〕． 生态学报，2004． 24(9) : 2017 － 2023．〔YAN Shun，KONG Zhaochen，YANG Zhengjing，et al． Seeking relationship between vegetation and Picea pollen in surface soils of Xinjiang，northwestern China〔J〕． Acta Ecologica Sinica，2004，24(9) : 2017 － 2023．〕

　　〔47〕OHSAWA M． An interpretation of latitudinal pattern of forest limits in South-and-East-Asian Mountain〔J〕． Journal of Ecology，1990，78(2) : 326 － 339．

　　〔48〕 JUNTUNEN V，NEUVONEN S，NOROLORPI Y，et al． Potentialfor timberline advance in northern Fineland，as revealed by monito-ring during 1983 － 1999〔J〕． Arctic，2002，55(4) : 348 － 361．

　　〔49〕徐文铎． 吉良的热量指数及其在中国植被中的应用〔J〕． 生态学杂志，1985，3(3) : 215 －222．〔XU Wenduo． Heat index of Kira Tatsuo and applications in vegetation of China〔J〕． Chinese Journal of Ecology，1985，3(3) : 215 － 222．〕

　　〔50〕方精云． 东亚地区植被气候类型在温度、降水量坐标中的表达〔J〕． 生态学报，1994，14(3) : 290 － 294．〔FANG Jingyun． Arrandement of East-Asian vegetation-climate types on coordinates of temperature and precipitation〔J〕． Acta Ecologica Sinica，1994，14(3) : 290 －294．〕

　　〔51〕王襄平，张玲，方精云． 中国高山林线的分布高度与气候的关系〔J〕． 地理学报，2004，59(6) : 871 － 879．〔WANG Xiangping，ZHANG Ling，FANG Jingyun． Geographical differences in alpine timberline and its climatic interpretation in China〔J〕． Acta Geographica Sinica，2004，59(6) : 71 － 879．〕

　　〔52〕KRNER C，PAULSEN J． A world-wide study of high altitude treeline temperatures〔J〕． Journal of Biogeography，2004，31(5) : 713 －732．

　　〔53〕GRACE J． Climatic tolerance and the distribution of plants〔J〕．The New Phytologist，1987，106(suppl． ) : 113 － 130．

　　〔54〕KRNER C． A re-assessment of high elevation treeline positionsand their explanation〔J〕． Oecologia，1998，115(4) : 445 － 459．

　　〔55〕李文华． 暗针叶林在欧亚大陆分布的基本规律及其数学模型的研究〔J〕． 自然资源，1979，1(1) : 21 －34．〔LI Wenhua． Study on the distribution of the spruce-fir forest on Eurasia and its modeling〔J〕． Natural Resources，1979，1(1) : 21 － 34．〕

　　〔56〕蒋忠信． 关于自然地带性数学模式之商讨〔J〕． 地理学报，1982，37 (1 ) : 98 － 103． 〔JIANG Zhongxin． Discussion on the modeling of altitudinal zonation〔J〕． Acta Geographica Sinica，1982，37(1) : 98 － 103．〕

　　〔57〕崔海亭． 关于华北山地高山带和亚高山带的划分问题〔J〕． 科学通报，1983，28(8) : 494 －497．〔CUI Haiting． On the demarcation of alpine and subalpine zones in North China〔J〕． Chinese Science Bulletin，1983，28(8) : 494 － 497．〕

　　〔58〕何吉成，罗天祥，徐雨晴． 藏东南色季拉山急尖长苞冷杉(Abies georgei var． smithii) 林线的生态气候特征〔J〕． 生态学报，2009，29(1) : 37 － 46．〔HE Jicheng，LUO Tianxiang，XU Yuqing． Characteristics of eco-climate at smith fir timberline in the Sergyemla Mountains，Southeast Tibetan Plateau〔J〕． Acta Ecologica Sinica，2009，29(1) : 37 － 46．〕

　　〔59〕YU D，WANG G G，DAI L，et al． Dendroclimatic analysis of Betula ermaii forest at their upper limit of distribution in Changbai Mountain，Northeast China〔J〕． Forest Ecology and Management，2007，240(1 － 3) : 105 － 113．

　　〔60〕方精云． 我国森林植被带的生态气候学分析〔J〕． 生态学报，1991，11(4 ) : 377 － 387．〔FANG Jingyun． Ecoclimatological analysis of the forest zones in China〔J〕． Acta Ecologica Sinica，1991，11(4) : 377 － 387．〕

　　〔61〕王晓春，周晓峰，李淑娟，孙龙，牟长城． 气候变暖对老秃顶子林线结构特征的影响〔J〕． 生态学报，2004，24(11) : 2412 －2421．〔WANG Xiaochun，ZHOU Xiaofeng，LI Shujuan，SUN Long，MU Changcheng． The effect of climate warming on the structure characteristic of timberline in Laotudingzi Mountain〔J〕．Acta Ecologica Sinica，2004，24(11) : 2412 － 2421．〕

　　〔62〕张桥英，罗鹏，张运春，等． 白马雪山阴坡林线长苞冷杉(Abies georgei) 种群结构特征〔J〕． 生态学报，2008，28 (1) : 29 － 135．〔ZHANG Qiaoying，LUO Peng，ZHANG Yunchun，et al． Ecological characteristics of Abies georgei population at timberline on the north facing slope of Baima Snow Mountain，Southwest China〔J〕．Acta Ecologica Sinica，2008，28(1) : 29 － 135．〕

　　〔63〕朱海峰，王丽丽，邵雪梅，等． 雪岭云杉树轮宽度对气候变化的响应〔J〕． 地理学报，2004，59(6) : 863 － 870．〔ZHU Haifeng，WANG Lili，SHAO Xuemei，et al． The ring-width response of Picea schrenkiana to climate change〔J〕． Acta Geographica Sinica，2004，59(6) : 863 － 870．〕

　　〔64〕袁玉江，Esper JAN，魏文寿，等． 新疆天山西部三个云杉上树线树轮最大密度年表的研制、相关性及其气候信号分析〔J〕．干旱区地理． 2008，31(4) : 561 － 566．〔YUAN Yujiang，Esper JAN，WEI Wenshou，et al． Development，correlation and climate signal analysis of three spruce chronologies of tree-ting maximum density from upper tree line in the western Tianshan Mountains of Xinjiang〔J〕． Arid Land Geography，2008，31(4) : 561 － 566．〕

　　〔65〕陈曦，许文强，罗格平，等． 天山北坡不同环境条件下雪岭云杉(Picea schrenkiana) 林限土壤属性〔J〕． 生态学报，2008，28(1) :53 － 61．〔CHEN Xi，XU Wenqiang，LUO Geping，et al． Soil properties at the tree limits of Picea schrenkiana forest in response to varying environmental conditions on the northern slope of Tianshan Mountains〔J〕． Acta Ecologica Sinica，2008，28(1) : 53 － 61．〕

　　〔66〕齐泽民，王开运，张远彬，等． 川西亚高山林线过渡带及邻近植被土壤性质〔J〕． 生态学报，2009，29(12) : 6325 － 6332．〔QI Zemin，WANG Kaiyun，ZHANG Yuanpin，et al． The soil properties of the subalpine timberline ecotone and adjacent vegetations in Western Sichuan〔J〕． Acta Ecologica Sinica，2009，29(12) : 6325－ 6332．〕

　　〔67〕袁晴雪，叶芝祥，王丽丽，等． 乌鲁木齐河山区流域树轮宽度年表特征及其对气候的响应〔J〕． 干旱区地理，2010，33(3) : 394－ 403．〔YUAN Qingxue，YE Zhixiang，WANG Lili，et al． Characteristics of tree-ring width chronologies on Urumqi River mountainous basin and their responding to climate change〔J〕． Arid Land Geography，2010，33(3) : 394 － 403．〕

　　〔68〕MORALES M，VILLALBA R，GRAU H，et al． Rainfall-controlled tree growth in highelevation subtropical treelines〔J〕． Ecology，2004，85(11) : 3080 － 3089．

　　〔69〕SORIA G，SOBRINO J A． ENVISAT/AATSR derived land surface temperature over a heterogeneous region〔J〕． Remote Sensing of Environment，2007，111(4) : 409 － 422．

　　〔70〕何立明，阎广建，王锦地，等． 利用 ATSR － 2 数据提取地表组分温度〔J〕． 遥感学报，2002，6(3) : 161 － 167．〔HE Liming，YAN Guangjian，WANG Jindi，et al． Retrieval of land surface components temperatures using ATSR － 2 data〔J〕． Journal of Remote Sensing，2002，6(3) : 161 － 167．〕

　　〔71〕李召良，STPLL M P． 利用 ATSR 数据分解土壤和植被温度的研 究〔J〕． 中国科学(E 辑) ，2000，30:27 －38．〔LI Zhaoliang，STOLL M P． Study on decomposition temperature of soil and plant using ATSR data〔J〕． Science in China (Series E) ． 2000，30: 27 － 38．〕

　　〔72〕宋小宁，赵英时． 基于 MODIS 数据的组分温度反演研究〔J〕．中国矿业大学学报，2004，33(4) : 406 －411．〔SONG Xiaoning，ZHAO Yingshi． Inversion of component temperature based on MODIS data〔J〕． Journal of China University of Mining ＆ Technology，2004，33(4) : 406 － 411．〕

　　〔73〕BINDLISH R，JACKSON T J，GASIEWSKI A J，et al． Soil moisture mapping and AMSR － E validation using the PSR in SMEX02〔J〕． Remote Sensing of Environment，2006，103(2) : 127 －139．〔74〕NJOKU E G，CHAN T K，NGHIEM S V． Soil moisture retrieval from AMSR － E〔J〕． IEEE Trans on Geoscience and Remote Sensing，2003，41(2) : 215 － 329．

　　〔75〕李新，黄春林，车涛，等． 中国陆面数据同化系统研究的进展与前瞻〔J〕． 自然科学进展，2007，17 (2) : 163 － 173．〔LI Xin，HUANG Chunlin，JU Tao，et al． Progress and prospects of land data assimilation system in China〔J〕． Progress in Natural Science，2007，17 (2) : 163 － 173．〕

Prospects on alpine timberline change and its driving mechanism in arid area of Central Asia

LUO Ge-ping1， DAI Li1，2， LI Yan-zhong1，2， LU Lei1，2

(1 State Key Laboratory of Desert and Oasis，Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Science，Urumqi 830011，Xinjiang，China;2 Graduate School，Chinese Academy of Science，Beijing 100039，China)

　　Abstract: The impact of climate change on forests and the feedback of forests to the climate are the focus of study on global change as well as one of the important research topic in forest ecology． The impact of the global change on forests represents significant regional variation． In the arid area of the Central Asia，the mountainous forests are changing notably with the global warming，especially for the change of the alpine trimline． On the north slope of the Tianshan Mountains with clear vegetation spectrum，the climate changed significantly in the latest 50 years，which is the ideal region for researching changes of the alpine trimline． Photogrammetry and interpretation of the satellite images with high resolution are the new techniques and methods to enhance exploration of alpine trimline change in this area，which is helpful for researching the feature and process of the variations occurring near the forest upper and lower limits of the trimline． Retrieving the key environmental variables，e． g． soil temperature，soil moisture and canopy temperature，using Landsat TM，Terra / Aqua MODIS and AMSR － E data，meteorological data and ground-based observations can prompt study on the driving mechanism of the trimline change，this will further deepen the understanding of the response of the mountainous forest ecosystem to climate change，and enrich the contents of the forest ecology．

　　Key Words: alpine timberline; climatic change; driving mechanism; remote sensing inversion; arid area of Central Asia