基于遥感和GIS的西南纵向岭谷区温度场的形成机理研究

For the detailed digital simulation of mountain temperature, and the continuous expression on multiple spatial and temporal scales for management and application, remote sensing and GIS （Geographic Information System）methods and techniques are to be employed to research into the effects of multi-topographic factors and the formation mechanism of mountain temperature. The study is mainly in view of the difficult of traditional techniques to achieve refined and spatial analysis and the quantitative analysis of multi-topographic effects. The longitudinal range-gorge region of Southwest China is selected as the study area to focus the research specifically on temperature increase on mountain body, temperature preservation in valleys, thermal redistribution as a result of slope gradient and aspect, as well as abnormal temperature variations in temperature filed. The study will elaborate on the independent functional mechanism and build the effecting models of diverse topographic factors, e.g. longitude, latitude, altitude, mountain uplift, deep-incised valleys, slope aspect and slope gradient, on temperature. Finally, the comprehensive mechanism of multiple-scale topographic factors on temperature formation will be analyzed, and the simulation model of mountainous temperature under the complex combination effect of multi-factors will be put forward. The study will contribute to effectively bridging the gap in the micro-patterns of mountain temperature due to the effect of terrain factors and to enhancing the fundamentals in climatic resources research in mountain areas. In a nutshell, the entire study aims at providing data support and methodological references for the alpine and gorge region refinement exploitation and protection of mountain climate resources.

为实现山地气温数字化模拟，并在多时空刻度上连续化表达管理和应用，针对山地气候研究传统观测和技术手段难以实现山地温度精细化、空间化研究和多尺度地形影响定量分析的问题，提出充分利用遥感、GIS（Geographic Information System，地理信息系统）技术探索山地温度场的形成机理。以西南纵向岭谷区为研究区，基于中高分辨率热红外卫星影像获取的地表温度场，分别以经纬度、海拔、山地隆起、沟谷、坡度和坡向等地形因子为对象，研究多尺度地形对气温的作用机理，以及温度突变现象的形成机理，建立各因子对气温的独立作用模型，分析多因子作用与气温的交互关系，最终建立各地形因子综合作用的山地气温场空间模拟模型。研究将填补山地温度微格局规律研究方面的空缺，充实山地气候资源研究方面的基础性工作，为高山峡谷区气候资源开发和保护提供技术支撑和方法借鉴。

针对山地气候研究传统观测和技术手段难以实现山地温度精细化、空间化研究和多尺度地形影响定量分析的问题，利用遥感、GIS技术，以西南纵向岭谷区为研究区，基于MODIS、Landsat8热红外卫星影像获取的山地温度场，结合野外样地观测及常规气象站台观测数据，主要研究了除海拔之外山地隆起、沟谷、坡度和坡向等地形因子及逆温对山地温度场的作用规律，构建了各地形因素的地学指标，分别30m、100m空间尺度建立了多地形因子综合作用的山地温度场地学模拟模型，并提出了一种使用稀疏观测站点记录的实时气象数据快速模拟区域地表温度场时间过程的方法。研究表明：（1）山体增温现象集中发生于多山地区，大体呈现三级阶梯逐渐变化的格局，其相对高增温区域多环绕高大山体，在其中上部分布。山体体积和地形高差是山体增温现象主要响应指标。（2）沟谷保温现象大部分集中于滇南和滇东沟谷区域，滇西北仅怒江河谷南段、滇东北金沙江河谷区表现较为明显。（3）逆温呈条带状集中分布，与山脉、沟谷走向一致，与山脉、沟谷的等高线平行且向北略有抬升。逆温带集中分布于高大山体高度的3/5的带状上、或离开山体基部400 m以内的条带内。逆温强度时间变化符合二次抛物线的变化趋势。（4）不同坡向，温度总体变化规律为：东南>南>西>东>西南>东北>西北>北。坡度变大，温度越高，当坡度增大到一定程度，坡度越大，温度越低。（5）在30m、100m空间尺度，分别可使用坡向指数、海拔、坡度指数叠加，海拔、地形高差、沟谷指数、坡度指数叠加建立地表温度模拟模型。（6）基于监测站点实时温度距平值，构建区域地表温差内插场，与地表温度基线场叠加，可实现地表温度场的实时模拟。研究充实了山地气候资源研究方面的基础性工作，为高山峡谷区气候资源开发和保护提供了技术支撑和方法借鉴。