秦岭山地温度带划分研究

张善红 白红英 孟清

摘 要：根据秦岭山地及其周边气象站点的日气象观测数据，遵循地带性与非地带性相结合原则、温度带内发生同一性与区域气候特征相对一致性相结合原则、综合性和主导因素相结合原则、自下而上和自上而下相结合原则、空间连续性与取大去小原则、自然地理景观原则等六个原则，根据前人的研究成果及秦岭山地的地理环境特征，确定了秦岭山地温度带划分的指标，拟对秦岭山地气温突变前后的温度带进行划分，将秦岭山地划分为寒温带、中温带、暖温带、北亚热带、中亚热带五个温度带。

关键词：气候变化；中国南北过渡带；北亚热带；秦岭

中图分类号：P467 文献标识码：Ａ文章编号：1674-0033（2023）02-0031-07

引用格式：张善红，白红英，孟清.秦岭山地温度带划分研究[J].商洛学院学报，2023，37（2）：31-37.

Abstract： According to the daily meteorological observation data of meteorological stations in and around the Qinling Mountains， following six principles， including the combination of zonality and non-zonality， the combination of intra-zone occurrence and the relative consistency of regional climate characteristics， the combination of comprehensive and dominant factors， the combination of bottom-up and top-down， spatial continuity and the principle of taking large and removing small， and the principle of physical geography landscape， According to the previous research results and the geographical environment characteristics of the Qinling Mountains， the index of temperature zone division in the Qinling Mountains was determined， and the temperature zone before and after the sudden change of temperature in the Qinling Mountains was planned to be divided into cold temperate zone， middle temperate zone， warm temperate zone， north subtropical zone and middle subtropical zone.

Key words： climate zone change; north-south transitional zone of China; northern subtropics; Qinling Mountains

温度带的划分，是从系统的角度来探讨不同地区的气候特点及不同温度带的空间分布规律，以便让人们更好地认识一个地区的气候状况[1-2]。秦岭山地位于中国南北过渡带，地形复杂多样，山地层峦叠嶂，山地海拔落差较大。受纬度和地形的影响，该地区的山地温度带从低海拔到高海拔表现出典型的山地垂直地带性，在气候变化研究中具有典型的地域特征。本文结合前人研究成果和秦岭山地独特的区域特征及秦岭山地各地理要素的变化过程，确定秦岭山地温度带划分的原则和指标，进而划分秦岭山地温度带。为保证温度带划分的科学性和完整性，除收集研究区的资料外，还分别向研究区的东西南北四个方向扩展，获取周边区域的相关资料，以获得更多的实测数据支撑。

1  秦嶺温度带划分原则

1.1 地带性与非地带性相结合原则

地带性和非地带性空间分布是地球表层环境要素中最基本的空间地域分异规律，地带性和非地带性因素在温度带的形成过程中，是互相影响、互相制约，在共同作用下形成的。在温度带的划分中，地带性和非地带性的对立统一贯穿整个过程。太阳辐射沿着地理纬度使得热量在南北方向产生空间分异；海陆的物理性质不同，使得气温在海上和陆上差异明显，以及水分沿东西方向的空间差异；海拔高度、地表形态及坡度坡向的分异，使得水热条件在垂直方向上产生分异，一些区域呈现出非地带性的地理过程。

山系的山地气候，是在一定纬度温度带背景下形成的，是在这个纬度温度带的基础上产生的[3]，而山地气候又是纬度温度带的特殊情况。同时，山地气候由于海拔高度增加气候要素产生有规律的变化，形成随海拔高度分布的高度温度带。秦岭山地有着巨大的海拔高差，因此在划分温度带时，必须遵循地带性与非地带性相结合的原则，首先考虑水平地带性，然后考虑因为高程的差异导致的垂直地带性。另外，由于太白山独特的地理位置，使其拥有完整的山地垂直地带性，因此在进行秦岭山地温度带划分时，将太白山作为一个典型的地域单元进行划分，并结合整个研究区的地理环境特点，确定温度带区划标准，进行温度带划分。

1.2 温度带内发生同一性与区域气候特征相对一致性相结合原则

地理环境要素是自身的发生、演化形成的历史产物，因此不仅要考虑其现在的空间分布和特点的一致性与差异性，还需要从发生学的角度，充分考虑其气候成因和变化过程是否相对统一。同一个温度带具有发生同一性，是指作为整体的最本质和最基本的形成与发展历史具有共同性，即同一个温度带具有相同的形成过程，并表现出相同的现代特点，即同一个温度带内，既具有相似的水热条件，又具有相似的土壤和植被。但地球上不可能存在两个完全一样的叶子，根据地域分异规律得知，地球表层亦不可能有两个完全相同的区域，加之秦岭山地的过渡性特征，微地形的影响使得小尺度的地域分异，可能会造成上一级地域区划的内部差异，这些也应考虑其中。

1.3 综合性和主导因素相结合原则

在温度带的划分过程中，通常用到日均温稳定≥10 ℃日数、1月平均温度、7月平均气温、日均温稳定≥10 ℃积温、多年平均极端气温这些气候因子，从中选取主导作用的气候因子作为温度带界线的划分，其他因子作为辅助因子。20世纪80年代以前，日均温稳定≥10 ℃积温一直是我国气候区划的一个通用指标，但从陈咸吉[4]发表《中国气候区划新探》后，很多学者逐渐认识到，对于地势高差悬殊的地区和幅员广大的中国来说，以日均温稳定≥10 ℃积温作为指标划分温度带有一定局限性，采用日均温稳定≥10 ℃持续日数为指标进行气候区划，可以更好地刻划出温度条件的差异。从此以后，日均温稳定≥10 ℃持续日数被中国科学院及中央气象局等部门编制的气候区划所采用。

另外，因秦岭坐落在中国南北过渡带上，1月份平均气温对暖温带和北亚热带的分界具有很重要的作用。因此，本文以日均温稳定≥10 ℃持续日数和1月份平均气温也作为本研究区的主导指标进行温度带划分。同时因秦岭山地海拔高差悬殊，使得同一水平上不同海拔高度的地域气候存在差异，因此在秦岭山地气候的划分过程中，不仅要充分考虑气候要素这一主导因素，还要考虑研究区的植被、土壤、地貌等相关地理因素，所以将地形、土壤、植被等因素参与到秦岭山地温度带的划分，将主导因素和综合性因素有机结合在一起作为划分秦岭山地温度带的一个重要原则。

1.4 自下而上和自上而下相结合原则

在进行大尺度温度带的划分时，通常采用自上而下原则依据指标按层次划分温度带，能够在大范围下客观地把握和体现温度带地域分异的总体规律；自下而上的原则，根据各站点气候指标的相似度，结合各温度带单元的相对完整性，连续性，将各站点合并成气候区，揭示和分析中小尺度地域单元在空间上的聚集过程。

秦岭山地温度带划分可采用自上而下的方法，但在一些小的地方，出现面积很小的温度带，可采用小块区域与邻近地域气候类型相同的原则，把一些小的气候类型合并为大的气候类型。另外，海拔高的地方，气象站点数据的空间插值往往误差大一些。因此在太白山地区的温度带划分时，利用太白山中高海拔站点数据进行插值，对太白山地区的温度带划分进行修正。

1.5 空间连续性与取大去小原则

空间连续性主要体现在各气候带保持完整性，不允许出现“飞地”和“遗漏”的现象。但在进行气候带划分时，一些地带性特征往往会因非地带性因素（如高山，大型河流，大型湖泊等），使得地带性的连续性遭到破坏。因此，在本研究区进行温度带划分的过程中，由于地形的影响，温度带边界线多数会呈锯齿状，在温度带界线处会出现很多小的斑块温度带；另外一个温度带内部也会出现部分斑块温度带。因此，要根据实际情况在考虑空间连续性的同时，对一些较小的温度带进行取舍，以保证整个研究区温度带划分结果的连续性，以保证结果不出现过渡的破碎。

1.6 自然地理景观原则

山地温度带的位置与山地自然地理景观带相符合。对纬度温度带，由于尺度较大的缘故，气候要素的变化梯度相对较小[3]，因此，从一个纬度温度带到另一个纬度温度带之间是渐变的、模糊的、不确定的，使得相邻温度带之间难以找到自然地理景观的分界标志。但山地温度带，气候要素的水平梯度和垂直梯度相对较大，山地气候的变化在山地自然景观中可以清楚地表现出来，有可能直接看到自然带的具体轮廓[3]，如植被的垂直带谱，雪线，林线等，甚至可以辨别植被随高度的差异分界，物候随海拔高度的差异等。

此外，山地气象站点的设置有限，所获得的山地观测资料也非常有限，因此可以利用山地自然景观划分山地温度带，这样划分的温度带可能更加接近现实。因此自然地理景观原则在划分山地温度带中是非常必要的。秦岭山地自然景观分异明显，特别是植被垂直带谱、林线等景观轮廓分明，在现代空间分析技术的支撑下，这将在秦岭温度带划分中表现出重要的参考作用。

2  秦岭山地温度带划分指标

2.1 温度带划分指标的选取

温度条件是影响植被第一生产力最重要的因素，温度是人类在現阶段还不能大规模、长时间改变的气候因子[5]，温度条件是温度带划分中一项不可或缺的因素。日均温稳定≥10 ℃积温是植被生长发育的一个极其重要的指标，因此日均温稳定≥10 ℃积温以往一直被作为我国温度带划分的一个通用的指标。如中央气象局、中国科学院[6]及中国农业区划委员会[7]等部门编制气候及农业气候区划时都以日均温稳定≥10 ℃积温作为温度带的划分指标，同时也有很多学者[8-10]采用该指标进行温度带划分。

日均温稳定≥10 ℃积温用于温度带划分时，对于地势高差悬殊的地区有一定局限性，主要体现在以下两个方面：一方面，积温掩盖了温度在水平空间上分布的不均一性[11]。积温受到地形等因素的影响，可能会造成两个地方积温相同，却属于不同的气候类型。例如，内蒙古自治区的赤峰市（海拔571 m）和西藏的察隅（海拔2 328 m），两个地方的积温都接近3 200 ℃左右，但前者属于温带气候，玉米或者小麦一年一熟，后者属于亚热带气候，稻麦一年两熟。

另一方面，积温受太阳光照强度和太阳辐射的影响。太阳辐射较强的地方可以直接影响植被的体温和地表温度，从而影响植被对积温的需要。日均温稳定≥10 ℃期间的积温作为指标划分温度带时，对于地势高差悬殊的秦岭同样有一定的局限性[12]，但日均温稳定≥10 ℃日数作为指标，能够更准确地刻画山地起伏较大的地区温度条件的地域分异[11，13-14]。自20世纪80年代至今，这一指标一直被中央气象局[15-16]和中国科学院[6]等部门编制气候区划时采用。

秦岭地势高差悬殊，海拔高度的不同，造成积温值差别较大，因此本文选用日均温稳定≥10 ℃日数作为温度带划分的主导指标，以便更准确地刻划秦岭山地由于起伏较大造成的地区温度条件差异。此外，最冷月气温（1月）决定着地带性植被的越冬和发育，且秦岭山地位于暖温带和亚热带分界线上，1月平均温度对南北过渡带影响较大，且1月平均气温在整个秦岭气候变暖中表现最为显著[17]，因此把1月平均气温作为秦岭山地暖温带和亚热带的主导分界指标。

最热月7月气温，往往对高原和高纬度地区的植被生长具有重要意义。本研究区没有高原，没有高纬度，但为了温度带划分的科学性和完整性，向研究区的东西南北四个方向扩展，因此有部分青藏高原地区成为研究区的扩展区，在进行温度带划分时，把位于青藏高原地区的部分直接划分为高原气候区；7月份温度近60年来在秦岭山地变化较小[17]。因此在温度带划分指标体系的构建时没有采用7月气温。另外，极端低温在温度带划分过程中也非常重要，为了更好地体现气候区划的综合性特征，秦岭山地的温度带划分也采用极端最低气温的多年平均值作为参考指标进行温度带的划分。

基于以上分析，将日均温稳定≥10 ℃日数和1月平均气温，确定为秦岭温度带划分的主要指标，日均温稳定≥10 ℃积温、年极端最低气温多年平均值确定为参考指标。另外，山地地形复杂多样性及气候垂直变化的分异性，地形要素也是参与温度带划分的一个重要因素，同时依据自然景观的划分原则，参考前人对植被和土壤等方面研究结果所对应的温度条件指标进行温度带划分。

2.2  秦岭山地温度带划分指标的适用性分析

温度带划分指标体系，在国内学术界一般以郑景云等[18]在《地理学报》上发表的《中国气候区划新方案》中的标准（见表1）为依据。该指标体系适用于大尺度范围的温度带划分，对海拔较低的研究区更具有适用性。而秦岭山地研究范围相对较小，地势高差悬殊，且位于中国南北过渡带，地理位置独特，因此有些指标的划分标准不太适用秦岭山地。本文根据温度带划分的原则，参照郑景云等对温度带划分的指标（表1），以秦岭山地植被和土壤等方面的研究结果所对应的温度带划分指标进行对比分析，确定适合秦岭山地温度带划分的指标体系。

2.2.1暖温带和北亚热带分界线分类指标

由于秦岭山地处于中国南北过渡带，即暖温带和亚热带的分界带上，学者们对秦岭暖温带和亚热带的研究较多。参考前人对秦岭山地亞热带和暖温带的划分指标，对表1中暖温带和北亚热带分界线的主要指标和辅助指标的适用性进行分析，确定亚热带和暖温带的划分指标。

张学忠等[19]通过对秦岭山地植被的实际调研，发现秦岭陕西常绿阔叶木本植物分布的北界，位于秦岭南坡中部大致海拔1 000 m等高线附近。康慕谊等[20]通过对秦岭不同区域植物区系的调查和秦岭南北坡植被垂直带谱的比较分析，认为秦岭南麓海拔1 000 m等高线可作为秦岭山地的南北分界线。姚永慧等[21]选择代表中国南方亚热带针叶林的马尾松林（Pinus massoniana）和北方温带针叶林的油松林（Pinus galeiforms）两类植被，研究了这两类植被在秦巴山区的空间分布及二者分界线处的气候条件，认为秦巴山区亚热带针叶林（马尾松林）与温带针叶林（油松林）的分界线（位于伏牛山南坡至汉中盆地北缘一线（秦岭南坡）海拔1 000～1 200 m处）可以作为亚热带与暖温带界线划分的植被—气候指标之一。张俊华等[22]从空间、垂直和南北向上，分析了秦巴山区土壤有机碳/全氮含量及增幅均与秦岭1 000 m等高线、1月0 ℃等温线、暖温带落叶阔叶林带（含常绿成分）和亚热带常绿落叶阔叶混交林的上限基本一致，从土壤的有机碳/全氮的空间分布方面为亚热带—暖温带划界提供一定依据。

通过以上学者的研究，普遍认为秦岭南坡1 000 m等高线可以作为秦岭山地南北分界线，即北亚热带和暖温带的分界线。将秦岭南坡海拔1 000 m等高线与表1中北亚热带和暖温带分界的主要指标和辅助指标（日均温稳定≥10 ℃日数220 d、1月0 ℃等温线）对比发现，日均温≥10 ℃日数220 d等值线在秦岭南坡海拔1 000 m等高线以南，而日均温≥10 ℃日数210 d等值线、1月0 ℃等温线跟秦岭南坡海拔1 000 m等高线基本一致。这说明表1中暖温带和亚热带的分界线分类指标对秦岭山地不太适用，秦岭山地北亚热带和暖温带的主要分类指标日均温稳定≥10 ℃日数比平原地区减少10 d左右更合适。另外，最冷月气温决定着地带性植被的越冬和发育，且秦岭山地位于暖温带和亚热带分界线上，1月平均温度对南北过渡带影响较大，因此确定秦岭亚热带和暖温带分界线主要指标为1月份0 ℃等温线。

2.2.2中温带和暖温带分界线分类指标

中温带和暖温带的划分指标以暖温带典型植被落叶阔叶林生长的上限为界。雷明德[２３]通过实地考察确立了太白山植被垂直带谱，研究认为太白山南坡海拔500～1 000 m是山地常绿、落叶阔叶混交林，海拔1 000～1 300 m是栓皮栎林纯林，海拔1 300～2 300 m是油松、华山松与锐齿栎林镶嵌分布。邓晨晖[24]认为，太白山南坡海拔1 000～2 000 m是山地落叶阔叶林。经过实地考察并参考太白山DEM图得知，前人为了获得更加完整的太白山植被垂直带谱，分析的太白山是广义的太白山，即把太白山南坡延伸到汉中盆地。但经过实地考查得知，在狭义的太白山南坡，大致在海拔1 300～2 000 m分布着相对比较纯的栎林，狭义的太白山南坡有暖温带存在。

对照表1，中温带和暖温带的分界线为日均温稳定≥10 ℃日数170 d，与太白山海拔2 000 m的等高线进行对比，发现日均温稳定≥10 ℃日数160 d等值线与海拔2 000 m的等高线更接近一些，因此把日均温稳定≥10 ℃持续日160 d等值线作为秦岭山地暖温带和中温带的分界。

2.2.3中温带和寒温带分界线分类指标

因寒温带位于秦岭山地海拔较高处的太白山之中，因此寒温带和中温带的分界只考虑太白山的植被分布情况，通常以巴山冷杉和太白红杉的分界线进行划分。为全面地了解太白山植被分布状况，本文采用面向对象分类方法，对太白山SPOT5 HRG2影像（成像时间2013年10月8日，全色波段分辨率为2.5 m。通过Kappa系数和野外50个样本点来进行解译精度评价，结果表明分类精度高于90%。太白山植被样点数据有两部分：一是现场实地采样数据。采用手持GPS现场踩点定位，记录植被信息数据。具体路线为：厚畛子—老县城—都督门—老庙子—跑马梁—大爷海—大文公庙—放羊寺—明星寺—平安寺—鹦鸽；汤峪—天圆地方—大文公庙—大爷海—拔仙台—玉皇池—三合宫—铁甲树—厚畛子—黑河森林公园。二是遥感影像解译数据。遥感影像解译数据，在Arcgis下生成随机样点，提取太白红杉和巴山冷杉的分布状况。

参考表1，中温带和寒温带的分界线为日均温稳定≥10 ℃日数100 d。对比日均温稳定≥10 ℃持续日100 d等值线与秦岭山地太白红杉和巴山冷杉的分界线，发现二者基本保持一致。因此，中温带和寒温带分界线的主要指标采用日均温稳定≥10 ℃持续日100 d等值线。

2.2.4中亚热带和北亚热带分界线分类指标

秦岭山地中不存在中亚热带，但为保证温度带划分的科学性和完整性，分别向秦岭东西南北四个方向扩展，使得中亚热带纳入到研究区域。中亚热带和北亚热带在研究区中海拔相对较低，纬度也低。按照表1中亚热带和北亚热带分类标准，提取了日均温稳定≥10 ℃日数240 d等值线和1月4 ℃等温线。发现二者基本保持一致，且用该指标划分的秦岭山地北亚热带和中亚热带与郑景云等[18]温度带划分的结果基本一致。因此，秦岭山地中亚热带和北亚热带分界线以日均温稳定≥10 ℃持续日240 d等值线和1月4 ℃等温线为主要分类指标。

2.3  秦岭山地温度带划分指标的确定

本文通过对秦岭山地温度带划分指标的选取和秦岭山地温度带划分指标的适用性的分析，最终确定秦岭山地的温度带划分指标体系，见表2。由表２可以发现，秦岭山地温度带划分的主要指标跟郑景云等[18]划分中国的温度带指标有所差异。如中温带和暖温带的主要指标，郑景云等的方案以日均温稳定≥10℃持续日170 d为主，而秦岭山地的中温带和暖温带分类指标以日均温稳定≥10 ℃持续日160 d更为合适；暖温带和亚温带的主要指标，郑景云等的方案以日均温稳定≥10 ℃持续日220 d为主，而秦岭山地的暖温带和北亚热带分类指标以日均温稳定≥10 ℃持续日210 d和1月0 ℃等温线更为合适。

出现秦岭山地温度带指标划分的差异，可能是由于秦岭山地所處的过渡带位置、秦岭山地太白山垂直带谱的完整性（太白山发育了世界上最宽的山地垂直带——山地落叶阔叶林垂直带 ），远远超过正常情况下山地垂直带1 000 m的阈值[25]等方面的原因引起的。

前人研究[17，24，26-28]发现，秦岭山地的气温突变在1980年代末和1990年代初，且气候是一个长期的概念，通常30年为一个气候周期，因此可以把1989年作为秦岭气温突变年[17，24，26-28]。根据表2秦岭山地温度带划分指标，以1989年秦岭气温突变年为界研究秦岭气温突变前30年（1960—1989年）和气温突变后30年（1990—2019年）两个阶段的温度带类型，将秦岭山地划分为寒温带、中温带、暖温带、北亚热带、中亚热带五个温度带。

在以后的研究中将重点研究气温突变前和突变后各温度带界线的变化，分析气温突变后各温度带是否明显向高海拔和向北位移，并重点分析暖温带和北亚热带界线的变化，研究秦岭北坡出现“飞地”北亚热带的原因。

３  结论与讨论

３.1 结论

本文通过秦岭山地气候、植被、土壤等各项指标，并依据前人的研究成果及秦岭山地的地理环境特征，确立了秦岭山地温度带划分的原则和指标。研究发现，秦岭山地温度带划分的原则、地带性与非地带性相结合原则、温度带内发生同一性与区域气候特征相对一致性相结合原则、综合性和主导因素相结合原则、自下而上和自上而下相结合原则、空间连续性与取大去小原则、自然地理景观原则。秦岭山地各温度带划分主要指标：北亚热带和暖温带为1月平均气温的0 ℃等温线；中温带和暖温带为日均温稳定≥10 ℃日数160 d等值线；寒温带和中温带为日均温稳定≥10 ℃日数100 d等值线；中亚热带和北亚热带为日均温稳定≥10 ℃日数240 d等值线和1月平均气温4 ℃等温线。

３.2 讨论

本课题组前期的研究发现，气温突变后秦岭北坡出现“飞地”北亚热带的气候格局[29]。秦岭北坡出现北亚热带，并不代表各种亚热带的植物或者农作物可以在这里正常生长、栽培。要想真正地栽培北亚热带植物，可能需要一些时间，或者培育一些新品种，让植物慢慢适应这里的气候。位于秦岭南麓的陕西省商洛市商南县，地处111°24′～111°01′E，33°06′～33°44′N，是一个本来不产茶的地方，从２０世纪60年代开始引进南方的茶叶品种，70年代引种成功，1976年全县建成茶园27 000亩规模。21世纪以来，结合国家的退耕还林政策，商南县掀起了茶叶种植高潮，至此，商南县“南茶北引”取得显著成功。商南县“南茶北引”的成功，使茶叶栽培的最北端从30°N向北推移300多千米至33°N，商南县成为中国西部最北端的新兴茶区。这其中一方面的原因是由于气候变暖使得该地区的北亚热带向北推移。另一方面，可能是因为秦岭山地独有的山地气候，比较适合茶叶的生长。

在气候变暖的大背景下，秦岭以北出现北亚热带，各个气候因子指标都达到了北亚热带的条件，秦岭北坡的热量条件逐渐符合常绿落叶阔叶混交林的生长条件，农林作物的适生区也在慢慢发生改变，人们可以根据气候条件的变化合理调整农林作物种植区。一些亚热带的植物可以引种，或者也可以尝试栽种一些晚熟的农作物。因此，要科学合理地评估气候资源，根据气候条件的变化逐步调整农林作物适合种植区，科学应对气候变化，实现农业和林业生产力的最大化。

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