高考试题聚焦“地理环境的差异性”的分析与思考——以“山地垂直带谱中森林带特殊分布原因”探究为例

一、高考聚焦“地理环境的差异性”的试题设计基于连续两年“5+3”高考新模式后的高三教学经验和最近五年全国各地高考试题研究,发现“地理环境的差异性”是江苏省乃至全国多个省份高考命题和考查的重点。2018年该考点在各省区考查重视度较低,表现为全国各地公布的9份高考试题,其中仅4份对“地理环境的差异性”有考查。但接下来四年各地考查重视度明显升高,尤其是2020年,全国各地公布的10份高考题中有9份考查了“地理环境的差异性”。江苏省高考对这一考点尤为重视,除2019年外,其余四年高考均考查了这一知识点(表1)。

数字山地垂直带谱及其体系的探索

本文总结了传统山地垂直带研究的脉络及存在的问题;构建了山地垂直带谱数据结构,实现了垂直带谱数字化与可视化;提出了垂直带谱的三级体系:以基带区分一级带谱,以特征垂直带区分二级带谱,以垂直带组合结构、优势垂直带及垂直高度及宽度区分三级带谱;归纳出垂直带谱的5种生态类型:1.与区域气候相联系的顶极带谱;2.与主要山地相联系的基本带谱;3.与特殊地生态现象相联系的过渡/特殊带谱;4.与人类干扰相联系的扰动带谱;5.与强烈人类活动相联系的次生带谱。

山地垂直带坡向信息提取方法

坡向对垂直带的空间分布有重要的影响作用。长期以来,垂直带坡向数据的质量较低,主要以阴坡和阳坡数据为主,4个坡向和8个坡向的数据非常罕见。数据质量的问题严重阻碍了垂直带坡向效应的定量研究。为了克服这个难题,我们利用GIS、遥感、程序设计等现代信息技术手段提出了山地垂直带坡向信息提取的方法(SAI-IMAB),实现垂直带随坡向分布情况全数字化、定量化地显示和表达。本方法包括以下步骤:1.数据预处理,2.垂直带坡向数据库的构建,3.定量表达,4.图形显示。在Matlab 2010b平台下开发绘图函数,根据以下形式来表达和显示垂直带的分布情况,包括:点阵分布模式(PDP)、点阵界限模式(PLP)、曲线带谱模式(CSP)。和传统柱状图的显示方法相比,这些方法具有数据概括程度低、精度高、与现实相似度高的特点。以巴基斯坦Kaghan流域作为试验区,植被图和地形图作为数据源,利用该方法,我们高精度提取出Kaghan地区随坡向变化的山地垂直带谱数据。该方法的提出,有效地提升了山地垂直带的识别精度,提高了垂直带数据的质量,使垂直带分布规律的定量化研究成为可能,有助于更加准确地揭示山地垂直带随坡向变化的规律。

中国温带半干旱、干旱区山地气候垂直带谱研究

本文在讨论了山地垂直气候带研究方法的基础上，充分利用地学分析、气候遥感信息复合和地形气候学分析的优势，成功地完成了三者的匹配与结合，给出了大兴安岭、阴山、贺兰山等山地垂直气候带谱的基本特征。

高黎贡山自然保护区西坡垂直带蚂蚁群落研究

首次研究了高黎贡山自然保护区西坡垂直带蚂蚁群落及其物种多样性。在北段和中北段随海拔升高优势种数目增加 ,而在南段随海拔升高优势种数目递减。在北段和中北段随海拔升高优势种所占百分比递减 ,而在南段随海拔升高优势种所占比例递增。在西坡 4个地段均呈现随海拔升高物种数目和密度递减的基本规律。北段和中北段随海拔升高优势度指数降低 ,中南段和南段随海拔升高优势度指数增大。北段随海拔升高多样性指数递增 ,中北段多样性指数缺乏规律性 ,中南段和南段随海拔升高多样性指数递减。北段、中北段和中南段均呈现随海拔升高均匀度指数递增规律 ,而南段表现出随海拔升高均匀度指数递减的相反情况。西坡 4个地段垂直带上 ,蚂蚁群落之间的相似性系数几乎均在 0 0 0～ 0 2 5 ,处于极不相似水平 ,只有 1个系数超过此范围。我们认为在原始植被状态下 ,高黎贡山自然保护区西坡蚂蚁群落的基本规律是随着海拔升高 ,优势种数目递减 ,优势种所占比例递增 ,物种数目递减 ,密度递减 ,优势度指数递增 ,多样性指数递减 ,均匀度指数递减。

贡嘎山东坡植被垂直带谱的物种多样性格局分析

为了探讨贡嘎山东坡海拔梯度上植物多样性的结构特征及格局变化 ,基于植被垂直带谱的样带和样方调查 ,分析了物种丰度与种 -面积关系的垂直变化 ,物种多样性生态和地理成分的海拔梯度格局 ;去势对应分析(DCA)和典范对应分析 (CCA)被用于分析 17种环境因子之间的相关性 ,和环境因子对 2 7个多样性结构成分和 6 7个样方空间格局的影响 ;并定量分离不同尺度的环境变量对多样性格局分异的贡献。结果表明 :1)贡嘎山东坡的植物物种多样性总体上表现了自下而上降低的梯度 ,但从河谷干旱灌草丛带到常绿阔叶林带和高山灌丛带到草甸带显示了相反的梯度变化 ;2 ) 10种分布区类型的物种有各不相同的垂直丰度格局 ,9种生活型的物种多样性垂直格局则反映了草本与木本类型的明显差异 ;3)从河谷干旱灌草丛到山地针阔混交林的生物多样性结构变化主要反映水分梯度的影响 ;而从山地针阔混交林到高山草甸 ,多样性结构变化的主导因子是气温 ;4 )气候的垂直梯度和生境的局部异质性是物种多样性格局两组不同作用尺度和性质的影响因子 ;总体上 76 .83%的多样性变异得到了解释 ,其中寒冷指数的作用最为突出。分析结果支持了关于生物多样性格局机理的不同假说 ;同时表明 。

高黎贡山自然保护区东坡垂直带蚂蚁群落研究

研究了高黎贡山自然保护区东坡北段、中北段、中南段、南段垂直带蚂蚁群落及其物种多样性。高黎贡山自然保护区东坡垂直带上蚂蚁群落具有明显的规律性。随海拔升高蚂蚁群落优势种数目普遍递减 ,优势种所占比例递增 ,物种数目和个体密度递减。随海拔升高 ,优势度指数普遍递增 ,物种多样性指数和均匀度指数递减。同时观察到了一些例外。在北段云南松林出现的优势度指数偏高 ,优势种数目、物种多样性指数和均匀度指数偏低例外与植被为纯林有关 ,而该处物种数目和个体密度偏高例外与边缘效应有关。中南段季风常绿阔叶林出现的优势度指数偏高 ,优势种数目、个体密度和物种多样性指数偏低与植被片断化有关。中北段和中南段山体上部出现的优势种所占比例和优势度指数偏低、物种多样性指数和均匀度指数偏高情况与植被保持原始林状态有关。在保护区东坡 4个地段垂直带上 ,蚂蚁群落之间的相似性系数几乎均在 0～ 0 .2 5之间 ,处于极不相似水平。只有中北段东坡旱冬瓜林与季风常绿阔叶林蚂蚁群落相似性系数达到 0 .2 5～ 0 .50范围 ,即中等不相似水平。

中国山地垂直带信息图谱的探讨

通过构建山地垂直带谱数据结构,实现了垂直带谱数字化,增强了垂直带谱的可视化;提出了垂直带谱的三级体系:以基带区分一级带谱,以特征垂直带区分二级带谱,以垂直带组合结构、优势垂直带及垂直高度及宽度区分三级带谱;概括出山地垂直带谱的7种变化模式:同构模式、结构递减模式、突变模式、纬向递减模式、经向减升模式、阶梯递增模式和高原叠加模式;归纳出垂直带谱的5种生态类型:与自然地带相联系的顶极带谱、与主要山地相联系的基本带谱、与特殊地生态现象相联系的过渡/特殊带谱、与人类干扰相联系的扰动带谱,以及与强烈人类活动相联系的次生带谱。深入比较和分析垂直带信息图谱,可以揭示更多的地学信息。

青藏高原植被垂直带与气候因子的空间关系

集成了青藏高原气候区149个山地植被垂直带数据,利用国家基本气象台站自建站以来到2001年的地面观测日气象数据,计算了地面的温暖(WI)、寒冷(CI)、湿润(MI)、吉良龙夫(Kira)干湿指数、干燥度(Idm)等水热指数,运用GIS的空间分析模块,模拟了青藏高原水热条件的空间分布形势,探讨山地植被垂直带谱分布规律与制约因子的定量指标。结果表明:在高原的东北部、西北边缘,以荒漠、荒漠草原、山地森林、山地草原、灌丛、草甸为组合的半干旱、干旱结构向高原腹地以高寒草原、高山草甸、荒漠带组合的高寒干旱带谱结构的变化;东南、南部边缘,以温暖湿润为特征的以森林带为优势带谱组合结构逐渐向寒冷的高原中心变化;高原的地势效应,致使的水热形势呈现从中央向边缘变化的趋势是致使青藏高原植被垂直带谱分布的重要原因。

山地垂直带谱的数字识别方法探讨

在地学信息图谱思想和数字带谱体系的基础上,阐明了垂直带谱数字识别的概念和方法。通过AML语言组合ArcG IS功能模块,实现了昆仑山北侧垂直带谱的数字识别,通过评价认为其成果能够适用于山系尺度的带谱研究;探讨了M atlab软件编程实现山体360°带谱数字识别的算法;进一步分析了垂直带研究中带谱界限自动识别的前景和挑战。在对两种程序设计方法进行对比和分析的基础上,确立了山体单侧、山体360°两种垂直带谱模式的构建技术。研究表明,带谱数字识别技术能够为山地垂直带谱的构建提供可行的支持,促进地学信息图谱的进一步发展。

海南岛霸王岭垂直带热带植被物种多样性的空间分析

以常用的 Shannon-Wiener指数 ,Simpson指数以及新近提出的两个非参数指数 (Chao多样性指数和二阶刀切法多样性指数 ) ,计测了海南岛霸王岭垂直带上不同植被类型 (包括热带低山雨林、热带山地雨林、热带云雾林、热带山地矮林 )的物种多样性。在此基础上 ,借助地理信息系统的空间分析技术 ,模拟绘制了整个梯度的多样性变化谱。总体而言 ,样带下部的物种多样性高于上部 ,或者说热带低山雨林与热带山地雨林的物种多样性高于热带云雾林与热带山地矮林 ,而南部稍高于北部。

中国山地垂直带的数字集成与基本规律分析

首次归纳出我国63类垂直带(包括31类基带)；在ArcGIS 8．3平台上,以山地垂直带谱“数字引擎”为内核,成功研制了“中国山地垂直带谱信息系统(1．0)”,将我国约239个山地垂直带谱进行了数字集成,使我们对我国垂直带谱数据的掌握从残缺上升为相对完备。该研究工作不仅为我国山地垂直带谱规律的数字分析提供了强大的手段,也为世界山地垂直带谱的数字集成提供了必要的理论和技术方法。还利用该系统,对重要垂直带界线如雪线、林线、高山草甸进行了空间规律分析。结果表明,除高山草甸经向变化缺乏明显规律外,其他垂直带界线的经、纬向变化的二次曲线(抛物线)模式比其他模式具有更高的相关系数。因而,抛物线模式应是我国山地垂直带宏观尺度上的基本空间模式。今后垂直带谱研究应在界线精度、带谱结构的地理学／生态学解释等方面继续深入。

阿尔金山-祁连山山地植被垂直带谱分布及地学分析

本文揭示阿尔金-祁连山区垂直带谱空间分布模式并进行地学解释。研究表明：北坡荒漠草原带的上限具有随经度变化的二次曲线分布模式，草原带的上限分布为线性模式。亚冰雪带的分布与7月份气温的零度层分布模式基本相同；北坡镜铁山以西的带谱中没有森林带，以东含有森林带，分布在2500～3300米的高度范围内。利用气象台站的地面及高空数据，计算了湿度——生长季平均温度露点差随海拔变化的梯度、多年平均温度、1月多年均温、多年平均降水指标以解释带谱分布，结果表明：Fh东向西，湿度梯度增大，以酒泉为界，西侧的露点温度差梯度大于0．12℃／100米，东部小于0．09℃／100米，与北坡山地森林带分布基本吻合。

横断山区垂直带谱的分布模式与坡向效应

根据收集到的横断山区山地垂直带谱数据,对山地垂直带的坡向效应和空间分布规律进行了分析和研究。结果表明:1)主要的垂直带和垂直带界线如林线、暗针叶林带、雪线等的纬度和经度地带性分布规律明显并且分布模式都相似,纬向上呈开口向下的二次曲线分布模式,经向上呈开口向上的二次曲线分布模式,两者共同形成"双曲抛物面"分布模式,充分反映了横断山区的环境与生态的复杂性和独特性,也进一步丰富和发展了山地垂直带谱的二次曲线假说;2)横断山区山地垂直带谱表现出明显的基于水分驱动的坡向效应,主要表现为同一山体的东、西坡往往具有不同的基带和带谱结构,相同类型的带谱出现的海拔和分布范围不同,迎风坡表现出较为湿润的类型和带谱结构,而背风坡则表现出更为干旱的类型和组成结构;横断山区的坡向效应主要是由于山体对当地盛行季风的影响,造成迎风坡和背风坡水热条件相差很大,从而发育不同的山地垂直带谱类型。从横断山区山地垂直带谱的空间分布规律来看,28°～29°N、98°～101°E范围内,即大致在澜沧江以东-雅砻江以西,山地垂直带谱普遍表现出干热的特点,为横断山区干热气候的核心地带。但如何定量分析山地的坡向效应尚有待于进一步的研究和讨论。此外、数据质量和数据误差也对分析的结果,尤其是空间分布模式的数学模拟结果产生一定的影响,在以后的研究中尚需进一步完善。

贡嘎山垂直带林分凋落物及其理化特征

本文研究了贡嘎山东坡垂直带森林凋落物量、凋落物特征及其N、P、K、有机碳的归还量,并探讨了它们随海拔高度变化的规律。结果表明,分布于海拔2200m常绿与落叶阔叶混交林、海拔3050m峨眉冷杉和林线峨眉冷杉的凋落物量依次为:3811.017、2809.925、2908.501 kg·hm^(-2)·a^(-1);N、P、K的归还量依次为:66.577、34.850、40.758 kg·hm^(-2)·a^(-1)。贡嘎山东坡海拔2200m至3580m天然林乔木层的年凋落物量随水热条件的变化有明显减少的趋势,乔木层的年凋落物中阔叶成分逐步消失,针叶成分从无到有,地衣、苔藓所占比例逐渐减小,碎屑所占比例也趋于减小。

太白山北坡成土因素及不同土壤垂直带谱的比较

在系统地考察太白山北坡地质、地貌、气候和植被等成土因素的基础上 ,总结和回顾了用土壤发生分类和土壤系统分类两种分类体系划定的太白山北坡土壤垂直带谱。根据最新的土壤系统分类 ,太白山北坡的土壤垂直带谱是 :暗瘠寒冻雏形土 (35 0 0～ 376 7m )———暗沃寒冻雏形土 (330 0～ 35 0 0m)———酸性湿润雏形土 (2 5 0 0～ 330 0m)———简育湿润淋溶土(140 0～ 2 5 0 0m)———简育干润淋溶土 (<140 0m )。分析、比较表明 :两种体系有密切联系 ,均以成土因素为依据 ,建立在土壤发生学理论之上 ;与土壤地理发生分类相比 ,土壤系统分类用可以度量的诊断层和诊断特性进行土壤分类 ,不仅能够反映出山地土壤成土因素的垂直变化趋势 ,而且避免了太白山北坡土壤类型鉴定上的许多歧义。

H12C14N分子ν2垂直带的高温谱线强度及随温度的变化规律

采用乘积近似法计算了氰化氢分子H12C14N的总配分函数,其中转动配分函数考虑了离心扭曲修正,振动配分函数采用谐振子近似。利用计算所得配分函数和文献提供的实验振动跃迁矩平方及Herman-Wallis因子系数,计算了氰化氢分子H12C14Nν2垂直带,即0110-0000跃迁在常温和高温下的线强度,并与HITRAN数据库的数据进行了比较。结果显示,在296K及温度高达3000K时,计算所得谱线强度与HI-TRAN数据库提供的结果均符合较好。表明对氰化氢分子H12C14N高温下的分子配分函数和线强度的计算是可靠的。进一步计算了0110-0000跃迁带在更高温度4000和5000K的线强度及模拟光谱,并总结了该跃迁带中的谱线强度随温度的变化规律:对于转动量子数J≥32的跃迁谱线(包括P支、Q支和R支),当温度从296K逐渐增加时,其线强度迅速增加,到1000K附近达到最大值,然后迅速减弱。对于转动量子数J<32的跃迁谱线(同样包括P支、Q支和R支),线强度在296K时最大,然后随温度的升高迅速减弱。

中国亚热带山地植被垂直带分布对气候季节性的响应

根据植被研究的文献,收集了中国亚热带地区(23°-34°N)具有亚热带常绿阔叶林基带的49个山地的地理位置、气候因子、植被垂直带分布等数据;计算了不同山地基带的温度和降水季节性(分别以月平均温度和降水量的变异系数表示),以及气候季节性强度指数(以月平均温度和降水量的变异系数的乘积表示);最后分析了季节性强度与植被垂直带分布的关系。结果显示,中国亚热带地区北纬25°以南的所有山体缺少落叶阔叶林带,而北纬32°以北的则一定具有落叶林带;在中间地带,具有落叶阔叶林带的山体比例随纬度上升而上升。温度的季节性强度和气候季节性强度随纬度上升而增加,但降水的季节性强度与纬度没有显著关系。非参数相关分析表明,中国亚热带山地植被垂直带落叶阔叶林缺失与否与气候要素的季节性强度显著相关,即随山体的温度季节性强度和气候季节性强度的增加,山体拥有落叶阔叶林带的可能性增加。这种纬度梯度上的山体植被垂直分布格局(落叶阔叶林带存在与否)的变化与叶片水平上碳平衡模型的预测一致。

辽东山地老秃顶子北坡植被类型及垂直带谱

基于沿海拔梯度的样方调查数据,运用TWINSPAN分类方法,科学划分老秃顶子北坡的森林群落类型,确定老秃顶子北坡植被垂直带谱,并对其种类组成和生活型谱进行系统研究。结果表明：⑴老秃顶子北坡植被垂直带谱由8个带组成,即海拔500-720m的蒙古栎＋色木槭落叶阔叶林带,海拔720-820m的紫椴＋色木槭落叶阔叶林带,海拔820-920m的臭冷杉＋暴马丁香针阔混交林带,海拔920-1080m的臭冷杉＋鱼鳞云杉暗针叶林带,海拔1080-1190m的枫桦＋臭冷杉针阔混交林带,海拔1190-1280m的岳桦＋簇毛槭落叶阔叶林带,海拔1280-1320m的矮灌化槭树＋毛榛子山地灌丛带,海拔1320-1367m的小叶章＋苔草山地草甸带。⑵老秃顶子北坡自山麓至山顶8个植被带的物种丰富度分别为43、27、33、39、54、45、47和34种,呈现出了在中等海拔高度拥有最高物种多样性的现象。⑶老秃顶子北坡在山麓-920m间,随着海拔的升高,群落中高位芽植物明显增多,地面芽植物明显减少;在海拔920m-山顶,随着海拔的升高,群落中高位芽植物明显减少,至山顶基本消失,而地面芽植物比例则由21.2%显著增加到山顶的79.4%。

黄土丘陵区土壤侵蚀链垂直带水沙流空间分布

采用多坡段组合模型、人工模拟降雨实验研究了土壤侵蚀链垂直带水沙流空间分布变化特征。结果表明:愈向下坡方向的坡段产流量愈大,单位面积、单位时间的产流量按坡段排列为:谷坡>梁峁坡下部>梁峁坡中部>梁峁坡上部。雨强为29 7mm/h时,坡面上没有沟蚀发育;雨强为60 5mm/h时,细沟主要分布在梁峁坡下部和谷坡处;雨强为90 2mm/h时,各种侵蚀形态在坡面均有较好发育,细沟的出现部位一直伸展到梁峁坡中部和上部之间。由于上坡来水来沙的作用,梁峁坡的产沙量增大了20 2%～63 5%,谷坡的产沙量增大了42 9%～74 5%。