全 文 ：林业科学研究!"#$"!"%"%#$%/* %)$
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!!文章编号!$##$$&()""#$"##%#%/*#*
基于 =&/#指标的云南松气候适宜性分析
陈!飞$! 王健敏$! 陈晓鸣$#! 孙宝刚$! 杨子祥$! 段兆尧"
"$2中国林业科学研究院资源昆虫研究所!国家林业局资源昆虫培育与利用重点实验室!云南 昆明!*%#""&*
"2云南省林业科学院!云南 昆明!*%#"#$#
收稿日期$ "#$"#*")
基金项目$ 国家林业局%(&)&项目""##(&./#*国家林业局林业公益性行业专项""##(#&#%"*"##)#&##$#
作者简介$ 陈!飞"$()/(#!男!湖北人!硕士研究生!主要研究方向$森林健康P
#
通讯作者$ YE8?L$ SE:;6=hO?KPQE$*(P=6>
摘要!基于云南省气象数据与云南松空间分布数据!结合国际上应用较广的f?98指标!通过统计方法和[<4软件!分
析了云南省气候资源时空变化特征以及云南松未来适生区域的变化) 结果表明$云南松的温暖指数为 ."2$
"#&2. V/月!最适范围为 )*P$ $*#2# V/月!平均值 $""2( V/月*云南省 `<年际变化曲线呈明显升高!从
$(/# 年的 $"$P.# V/月升至 "##" 年的 $..2%/ V/月*\<年际变化曲线呈下降趋势!从 $(/# 年的 $#2(/ EE/"V
/月# U$降至 "##" 年的 )P(" EE/"V/月# U$!`<波动较\<显著!最高值出现在 $(() 年!为 $.*2*. V/月!最低
值为 $(/* 年的 $$/2$. V/月!但均在云南松最适分布范围内) 基于f?98温暖指数预测$未来气候变化下!云南松
分布仍集中于滇中地区!但分布面积发生了较大变化!云南松分布北界移动不明显!但云南松总体适生面积将逐步
减少)
关键词!云南松 *气候变化$f?98指标$气候适宜性
中图分类号!4/($P"%/ 文献标识码!,
;$#5+U&$7 65&G#%()"&%#<&5&%+ ,3!+*-.*++"+&+--O#2(*,$=&/#12V$*&1(2
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第 % 期 陈!飞等$基于f?98指标的云南松气候适宜性分析
气候是决定植被类型和分布的主要因素之一!
气候的变化将会导致植物分布区发生变化) 气候变
化已成为当今国际社会共同关注的全球问题!<_GG
"<=>69JAO69=E6=>8L_8=6LA= GL?E8>6G;8=J6#第 & 次
评估报告指出!$(#* 至 "##% 年全球平均气温升高
#2%* #2(" V!$(%* 年至 "##% 年全球气温以 #P$.
V/"$# 8#
U$的速率上升) 代姝玮等+$,基于 $(*$(
"##/ 年中国西南地区 )) 个气象台站的地面观测资
料!结合统计方法和[<4 软件分析发现$西南地区年
平均气温呈上升趋势!平均增速为 #2$) V/"$#
8#
U$
!全区降水资源总体减少!年降水量的平均下降
速率为 $# EE/"$# 8# U$!程建刚等研究发现$云南
近 %# 年气温变化与全球北半球中国变化趋势基
本一致!气温变化幅度略大于全球!弱于北半球和全
国变化+", ) 关于气候变化对植被分布的影响已通过
一些研究实例证明!有研究者通过对 $ /## 多个物
种在 "# $&# 年时间内分布区的变化研究发现+., $
物种分布区迁移与气候变化相关!对部分物种进行
定量分析得出!气候变化导致物种分布区北界平均
向北移动速率为 *2$ QE/"$# 8# U$!最高分布海拔
平均上升速率 *2$ E/"$# 8# U$) 贺庆棠等+&,通过
\ALD9?DJ6生命地带分类模型和生态信息系统分别
预测了马尾松"Y=04%C(%"0=(0( e8EN#和云南松
"Y=04%H400(0$0%=%C98=:;#的地理位移趋势) 另外!
也有气候植被指标体系被应用到对气候与植被关
系的研究中!f?98温暖指数"`<#和寒冷指数"G<#是
目前国际应用较广的气候植被相关研究的方法和
指标之一+%, !有许多学者应用 f?98指数研究了我国
青藏高原内蒙古等地的地带性树种的气候植被指
标和植被区划+* U/, )
云南松是我国西南地区的特有树种!具有生态
适应性广!天然更新能力强的特点+), ) 关于云南松
生物特性及分布状况!曾有许多学者进行讨论!早期
研究得出$气候变暖将会导致云南松面积到 "#%# 年
减少 %#3左右+&, !该结果基于气候包络模型得出!
而该模型通常会使结果过度估计+(, ) 目前!地理信
息技术已广泛应用于物种适宜性评价+$# U$., !将 [<4
与f?98指标应用到云南松分布预测中的相关研究
尚未见报道) 本文分析了云南省气候植被指标时
空变化特征与云南松气候适宜性!并对未来云南松
分布进行预测!可以利用这些研究结果从森林经营
要求的角度出发!采取相应的措施!调整森林的组成
结构!控制云南松林分布变化的方向和走势!有助于
森林发挥最大的经济效益和生态效益!为正确的森
林经验管理方案提供理论依据)
$!材料与方法
@P@A云南松空间分布数据
云南省森林资源连续清查第 & 次复查于 "##"
年对全云南省范围按 * QEl) QE的距离布设 / (/%
块 #2) ;E" 的正方形样地进行全面调查!本研究从
中提取云南松的空间分布数据!以云南松为优势树
种的样地达 /() 个!占全省有林地 ""2/%3!云南松
分布受纬度影响明显!主要集中分布在云南省中间
纬度地带"".W.#X "*W.#XZ#!滇西北如丽江滇东
北如昭通等地亦有分布!具体如图 $ 所示)
图 $!"##" 年云南松样地分布
@P?A气候数据
气候数据从 GL?E8>6G;?=8O&2&# 中提取!GL?
E8>6G;?=8是基于_5<41"K898E6>696L6O8>?A= 96J967
7?A=7A= ?=D6K6=D6=>7LAK67EAD6L#建立起来的气候
模型+$& U$%, ) _5<41采用了 " *## 多个气象站数据!
为我国产生了 & QEl& QE的网格气候数据) 由于
山区地形复杂!这样的分辨率仍会带来相当大的误
差) GL?E8>6G;?=8采用双向插值法和偏导海拔调整
方程相结合的方法+$*, !解决了_5<41数据低分辨率
的不足!可为任一样点产生气候数据!GL?E8>6G;?=8
的输出结果在云南省已经得到 $.% 个气象站点数据
的验证)
@PBA研究方法
$P.P$!气候植被指标!目前国际上较流行的研究
植被与气候关系的指标和方法如下$
f?98
+$/ U$),热量指数!包括温暖指数"`<#和寒冷
指数"G<#) 温暖指数采用月平均气温高于 % V的差
值总和作为植物生长的热量条件!同样!寒冷指数是
//%
林!业!科!学!研!究 第 "% 卷
采用月平均气温低于 % V的差值总和来表示!计算
公式为$
:6J
!
"&K%# *+6JK
!
"% K&#
单位为V Z月!式中$&为月平均气温
徐文铎湿润指数+$(, "\<#$
,6cYO:6"EE/"V/月# U$#
式中$Y为年降水量*
本文热量指数分布范围采用半峰宽计算法!计
算如下$
最适范围$RK#2%Y:, RN#2%Y:,
式中$Y:,J"2.%& Z?
其中$?为树种热量指数的标准差!R为热量指
数的平均值) j?E+"#,认为用半峰宽作图法来确定树
种的热量分布最适宜范围!国内专家认为可用半峰
宽计算法来确定树种热量分布最适范围+"$, )
$P.P"!数据处理!根据云南省第 & 次连续清查数
据 / (/% 个样地的海拔与经纬度从 GL?E8>6G;?=8O
&2& 软件中调取每个样地的 $(/#("##" 气候指标以
及 "#"#"#%# 和 "#)# 年预测气候指标!每个样地气
候指标包含 $($" 月均气温年均气温以及年均降
水量!通过上述公式计算出每个样地的 :6+6和 ,6
值) 利用,9:[<4(2. 分析!通过空间分析模块克吕
格插值对 / (/% 个样地的 f?98温暖指数进行插值!
设定的 :6L7?]6参数均为 #2##.!生成空间栅格数
据!最后输出不同年代云南省温暖指数分布特征图)
"!结果与分析
?P@A云南松分布的气候指标范围
通过对云南松样地的气候数据进行分析处理!
计算云南松分布区的各种气候指标"表 $#!如 f?98
的温暖指数":6#寒冷指数"+6#徐文铎湿度指数
",6#)
表 @A云南松分布的气候指标
指标 平均值 标准差 最小值 最大值 最适范围
f?98温暖指数":6#a"V/月# $""2))% .$2"). ."2$## "#&2.## )*2#*% $%(2/#%
f?98寒冷指数"+6#a"V/月# U#2.() $2%%) U"#2/## #2###
年均降水量"P;Y#aEE $ ##(2.$( $(/2(*$ &/)2### $ )/#2###
徐文铎湿润指数",6#a"EE/"V/月# U$ )2("# .2%*$ .2&.$ ."2*$*
由表 $ 可知$云南松的温暖指数为 ."2$
"#&2. V/月!最适范围为 )*2#*% $%(2/#% V/
月!平均值 $""2))% V/月!极限范围"最小值 最
大值#和最适范围都较宽!其它几个指标亦如此!这
表明云南松分布的气候范围较广) 5AA>等+"",对 $&.
个研究中的 $ &/. 个物种进行了整合分析! 发现有
)#3的物种的迁移与温度变化高度相关) 由于云南
省地处低纬度高原地带!气候总的来说属于亚热带
高原季风气候!四季温度差异不明显!计算得出大部
分样地寒冷指数为 #!不存在差异!故选择温暖指数
的极限范围与最适范围作为云南松适生性范围值作
分析)
?P?A云南省气候植被指标时间变化特征
图 " 所示$云南省`<年际变化曲线呈明显升高
趋势!从 $(/# 年 $"$2.# V/月升至 "##" 年 $..2%/
V/月*\<年际变化曲线呈下降趋势!从 $(/# 年
$#2(/ EE/"V/月# U$降至 "##" 年的 )2(" EE/
"V/月# U$!`<波动较\<显著!`<最高值"$.*2*.
V/月#出现在 $(() 年!最低值为 $(/* 年的 $$/2$.
V/月!但均在云南松最适分布范围内)
图 "!云南省 $(/#("##" 年`<\<区域平均值年际变化曲线
)/%
第 % 期 陈!飞等$基于f?98指标的云南松气候适宜性分析
?WBA云南省区域`<空间变化特征
图 . 显示出云南省温暖指数 $(/# 年$()# 年
$((# 年和 "### 年的分布特征!分级以云南松的温暖
指数"`<#为标准!分别为$最佳适生范围取值 )*
$*#亚适生范围取值 ." )* 和 $*# "#&非适生
范围取值q." 和t"#&) 总体显示!从南向北 `<明
显降低!东西方向差异不明显)
图 .!云南省`<时空分布特征
与图 $ 对比得出$淡灰色区域虽然是云南松亚
适生区即潜在分布范围!但实际分布点很少分布其
中!北部地区淡灰色区域同样为亚适生区却实际分
布有大量云南松!原因可能是气候变暖将使病虫害
发生期提前害虫死亡率降低繁殖代数增加!从而
使森林病虫害危害加重!使得该区域相对于纬度更
高的地带不适宜云南松长期生存发展) 对每 $# 年
做时间尺度分析发现整体变化并不明显!对具体分
布于各区域的样地数量对比作图 &!不同时间各区
域呈小幅变化!非适生区呈上升趋势!而其他则为不
规律波动)
?PCA气候变化条件下云南松潜在分布预测
气候变化条件下物种分布区的变化由两方面原
因造成!一方面是由于原分布区的消失!另一方面由
新适宜的分布区增加) 分别对 "#"# 年"#%# 年和
"#)# 年`<分布预测作图 %!未来气候变化下!云南
松分布仍集中于云南中间纬度地带!但分布面积发
生了较大变化) "#"# 年至 "#%# 年!北部非适生区德
年份
图 &!分布于不同区域的样地数量对比图
钦中甸区域面积出现较大萎缩) 最佳适生区也出
现大面积萎缩!消失区域主要集中在文山马关丘
北砚山弥勒建水和开远一带) 高温非适生区扩
大!主要体现在景洪勐腊以及元谋县) "#%# 年至
"#)# 年!上述变化继续扩大!红河州文山州基本演
变为云南松亚适生区!华坪县也出现非适生区) 总
体来说!云南松分布区北向移动不太明显而由南向
北消失比较剧烈!具体面积增减百分比见表 ")
(/%
林!业!科!学!研!究 第 "% 卷
图 %!气候变化下云南松适生性分布预测
表 ?A未来气候变化下云南松潜在分布区面积变化
项目
分布区面积a3
"#"# 年 "#%# 年 "#)# 年
:6q." U#2). U$2#& U#2&$
."
%
:6q)* U$2/& U$2(( U"2$.
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非适生区 U#2#$ $2#* &2/(
亚适生区 $2)( /2"$ &2*"
最佳适生区 U$2)) U)2"$ U(2&$
!!
!!通过对比北部消失面积与南部新增面积发现!
南部非适生区扩大面积超过北部非适生区缩小面
积!综合二者数据以及图 % 比较得出!云南松分布北
界移动不明显!但云南松适生面积将逐步减少)
"#"# 年!云南松最佳适生区减少 $2))3*"#%# 年减
少 )2"$3*"#)# 年减少 (2&$3!非适生区至 "#)# 年
增加 &2(/3!并且呈加快趋势)
.!结论与讨论
根据云南松实际分布状况与分布区气候数据得
出!云南松温暖指数平均值为 $". V/月!最适范围
为 )* $*# V/月!极限范围为 ." "#& V/月)
近年来!云南气候与全球一致性的变暖!"# 世纪 )#
年代后期开始气温持续上升!特别是 "# 世纪 (# 年
代后增暖趋势更强烈+"., ) 气候变暖背景下!云南省
地区温暖指数呈明显增加趋势!从 $(/# 年的 $"$2.#
V/月升至 "##" 年的 $..2%/ V/月!湿润指数略
微降低!从 $(/# 年的 $#2(/ EE/"V/月# U$降至
"##" 年的 )2(" EE/"V/月# U$!`<波动较 \<
显著)
气候变化背景下!基于 f?98温暖指数预测出
"#"# 年"#%# 年以及 "#)# 年云南松适生性分布范
围!总体来说!云南松分布区北界向北移动不太明
显!而南界萎缩向北移动较为剧烈!这与前人对云南
松的预测结果相吻合+&, ) 对非适生区而言!南部非
适生区扩大的面积超过北部非适生区缩小的面积!
综合表 " 数据得出!云南松总体适生面积将逐步减
少) "#"# 年!云南松最佳适生区减少 $2))3!"#%#
年减少 )2"$3!"#)# 年减少 (2&$3!非适生区面积
至 "#)# 年将增加 &2/(3!并且呈加快趋势)
#)%
第 % 期 陈!飞等$基于f?98指标的云南松气候适宜性分析
由于自然本身具有复杂性可变性与异质性!因
此!不可能利用简单的模型精准地预测物种在未来
的时空分布+"&, ) 本研究基于物种与环境静态关系
进行研究!而实际情况下物种对于气候的逐渐变化
具有主动适应性及自我调节和耐受能力!能通过长
期的适应进化来适应生境的变化!如果未来的气候
变化幅度和速率分别处于云南松耐受极限和适应进
化速度范围内!则云南松未来的分布状况可能与现
状差异不大!反之则相反*另一方面!物种的迁移速
度相对气候变化是滞后的!所以本文模拟的云南松
分布适生性结果主要是基于气温的单一指标反映一
种发展变化趋势而非未来实际分布) 未来实际的分
布是由各方面因素综合决定的!比如光照水分土
壤人为干扰火灾外来物种入侵物种适应性进化
和物种迁移等等+"%, ) 可以合理的预测!如果未来实
际气候向着本研究中使用模型所预测的气候方向发
展!则云南松的分布也会朝着预测的总体趋势发展)
提供物种的未来分布预测图!特别像云南松这类在
西南地区森林生态系统中占有重要地位的树种!将
有利于营林伐木等管理决策方向的选择!并在气候
变化对生态和生产方面产生的影响中采取趋利避害
的针对性措施)
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+"", 5AA>0e! _9?:6R0! \8Lf5! $&(FPC?=J69K9?=>7ABJLAN8LM89
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