谭忠厚-基于GIS的中国南北分界的计算和模拟

基于GIS的中国南北分界的计算和模拟报告人：谭忠厚指导教师：陈全功教授兰州大学草地农业科技学院2010年8月19日大纲•研究背景•研究内容和方法•结果•讨论或展望研究背景：2009年，为纪念中国地理学会成立100周年，全国地学工作者评选出了近百年来最有价值的中国境内的地理大发现，最终精选出30项“中国地理百年大发现”。其中名列第一者即张相文在1908年首次提出的“秦岭淮河一线”，并评价说该线的提出，首次正确的界定了我国自然地理的南北分界，对于认识我国自然地理规律和指导农业生产都具有重要的意义。但是，这一提法存在两大迷雾：•迷雾一：秦岭不知分南北秦岭不只是东西向一字排列的众多山头，而是南北纵横数十甚至数百公里的茫茫群山。分界线应该画在秦岭南坡、北坡还是主脊线呢？众说纷纭。•迷雾二：淮河找不到自己的家淮河，尤其是淮河下游，已难觅滔滔主流，所见的也只是南北数十公里的人工水网。以这条人工灌溉总渠来分中国之南北，总有些勉强。尽管把分界线画在哪里众说纷纭，但当代学者普遍认为，秦岭-淮河一带是中国南北地理气候分界带。此带从海滨到江苏淮安，再到河南信阳，直到陕西的安康，长约上千公里，宽约数十公里。此带的南北，自然景观、地理风貌、农业生产方式、生活习俗等，都有着明显的不同。但这都只是一种笼统的说法。“南北分界”的划分标准是什么，有怎样的属性，是只具有自然属性，抑或是自然和人文属性的综合；“南北分界”究竟是“一条带”，还是“一条线”，“带”有多大的面积，“线”呈什么样的走向，这些都没有明确的表述。研究内容和方法1中国南北分界带分界因子的确定根据中国南方北方地理、气候、人文等方面的差异，并考虑数据的可获取性和可操作性，选取地理因素、气候因素、人文因素等三个方面，构建了中国南北分界带评定指标体系。1.1地理因素西部秦岭地带作为一个沿纬度东西向分布的高大山系，对大地景观从南到北的演变起到了加速作用，而淮河地带地处平原，即便处于同一纬度，气候、植被、土壤、地质、地貌等也存在较大的差异，因此选取300米等高线将研究区域划分为东西两部分，分别进行研究。1.2气候因素在气候因素中选取了多年平均温度、降水量、≥10℃年积温、多地表湿润度指数、1月平均温度、无霜期、相对湿度等7个指标。1.3人文因素南北分界带不单单是地理气候分界带，还包括了人文方面的差异。人类对自然景观的影响直接体现在对土地利用上，本研究选取了水地旱地面积比例作为确定南北分界带的一个指标。2中国南北分界带评定模型的建立依据评定因子提取需要的专题数据图层，建立了中国南北分界带划分的评定模型：S=Wi*Ux(T，P，θ，H，Y，D，R，A)=W1*UT+W2*UP+W3*Uθ+W4*UH+W5*UY+W6*UD+W7*UR+W8*UA其中，S为南北分界归属度指数；Wi为各评定因子的权重值；Ux为各评定因子的隶属函数；T，P，θ，H，Y，D，R，A分别表示多年平均温度、多年平均降水量、≥10℃年积温、多年平均地表湿润度指数、多年1月平均温度、多年平均无霜期、多年平均相对湿度、水旱地面积比例。各评定因子的权重值由多位专家打分，用层次分析法加以确定；各因子的隶属函数通过模糊集合理论建立。2.1评定因子权重的确定运用层次分析法,通过对评定因子两两之间重要性的对比,进行专家打分,生成中国南北分界带评定因子的判断矩阵：得到各评定因子的权重值：评定模型的权重不仅通过了一致性检验,并且与专家评判的结果是相一致的。2.2各评定因子的隶属度函数依据模糊集合理论，根据各评定因子在南方北方的不同，在专家指导下，通过多次调试，最终构建了中国南北分界带评定因子的隶属函数。每个评定因子隶属函数的选取都与全国植被图（亚热带常绿阔叶林和暖温带落叶阔叶林的分布）和全国土壤图（红壤和黄、棕壤的分布）进行了参照，使每个评定因子的隶属函数尽量精确，并使东西部隶属函数很好的吻合。2.2.1东部南北分界带评定因子的隶属函数：2.2.2西部南北分界带评定因子的隶属函数：由层次分析法确定了各评定因子的权重,模糊集合理论构建了各评定因子的隶属函数,最终建立了中国南北分界带评价模型:S=0.1800*UT+0.1588*UP+0.1402*Uθ+0.1300*UH+0.1177*UY+0.1092*UD+0.0872*UR+0.0769*UA结果1.基于GIS的中国南北分界带通过GIS技术平台，利用南北分界带评定模型，逐点计算南北分界归属度指数，并在专家指导下，根据南北分界隶属度的分布范围，结合模糊综合评判方法，以前人定性描述的南北分界带的地理分布、常绿阔叶林和落叶阔林分布、红壤和黄棕壤的分布为基础，反复的调试，模拟出南北分界带的地理分布。由于南北分界带属于带状分布，隶属度应有动态的变化，最终将东部南北分界带的隶属度取值范围定为0.35—0.60，西部南北分界带的隶属度取值范围定为0.45—0.65，形成了中国东部南北分界带和西部南北分界带的分布范围，最后将东、西部南北分界带加以组合,制成了基于GIS中国南北分界带分布图(图1)。图1.基于GIS的中国南北分界带分布图结论一基于GIS的南北分界带分布图表明，中国南北分界带具有自然（气候、地理）和人文的综合属性，大致沿张相文先生和当代学者指出的走向与区域分布，涉及四川、甘肃、陕西、湖北、河南、安徽、江苏等7个省的130个县、市，最窄处在陕西省洋县，约26.42km，最宽处在江苏省邳州市到定远县，约195.41km，总面积约145500.74km2。2.基于GIS的中国南北分界线在中国南北分界带上，顺经度各段中点的连线，称为南北分界线。图2-图4分别为南北分界带的西段、中段和东段，详细显示了南北分界带所经过的县。图2.中国南北分界带（线）分布图西段图3.中国南北分界带（线）分布图中段图4.中国南北分界带（线）分布图东段结论二利用ArcMap9.3在中国南北分界带上取其中心线，可称为南北分界线。此线的走向大致为：西起四川省的平武县境内（E104°15′,N32°18′），经甘肃省的文县、康县，陕西省的略阳县、阳县、旬阳县，湖北省的郧西县，河南省的西峡县、新野县、汝南县，安徽省的阜阳市、蚌埠市（北距蚌埠市区约4.67km），江苏省的泗洪县、淮安市（北距淮安市区5.68km），东至江苏省射阳县的海滨（E120°21′,N34°05′），总长度约1666.28km。讨论•基于GIS的分布图表明，中国南北分界具有自然（气候、地理）和人文的综合属性，大致沿张相文先生和当代学者指出的走向与区域分布。这应当是一种继承和发展。•以往对南北分界的研究大多只是定性的描述，本文在定性研究的基础上，依据《地球系统科学数据共享平台》和《中国生态建设与草业开发专家系统》提供的气候、地理、人文等方面的数据，使用了GIS表述的方法，对中国南北分界进行了定量化的计算和模拟。此次中国南北分界带和分界线的研究，首次给出了定量、定位的结果。这是科研方法上的创新。•从本质上讲，GIS表述只是一种模拟。只有不断地反复模拟，模拟的结果才能逐步逼近“真值”。总之，模拟的结果可供参考，但并非一成不变的标准。•在中国南北分界带的南部，是典型的亚热带气候；但在分界带内、分界线的南部，气候虽以亚热带为主，显然已含有暖温带的若干因素，反之亦然。在南北分界线的两侧，南方的亚热带气候与北方的暖温带气候既是互相排斥，又是确定存在的。这种由“分界带”到“分界线”的做法，体现了丹麦物理学家波尔“并协、互补”的哲学的原理。这说明，哲学对于自然科学的协助、指导作用也是十分重要的。•本研究加深了对南北分界两大迷雾“秦岭不知分南北”和“淮河找不到自己的家”的认识。在秦岭地带，中国南北分界线基本上沿秦岭南坡，这与陕西师范大学刘胤汉教授的研究结果一致。在淮河一带，基本沿淮河走向，且在难觅滔滔主流的淮河下游，南北分界线与淮河故道非常接近。这将是以后的研究重点。谢谢！