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作为地理学的经典研究对象，山地垂直带的研究已有上百年的历史。然而，垂直带谱的精确提取和表达的创新性研究仍被重视不足，导致垂直带数据精度较低，通常为百米精度，长期以来严重阻碍了山地垂直带定量研究的发展。另一方面，传统的研究仅是阴、阳坡的简单对比，少有四个或八个坡向上的分析，完全掩盖了山地垂直带随坡向的复杂变化规律。为了解决以上的问题，本文利用GIS、RS、信息科学等先进技术和方法，研究山地垂直带坡向信息提取方法。以中国贺兰山和巴基斯坦Kaghan流域为研究区，定量化地提取和表达垂直带的分布情况，分析垂直带随坡向的连续分布规律。 本博士论文是国家自然科学基金面上项目——山地垂直带谱的高精度提取和坡向效应研究(No.40971064)的重要组成部分。本文的主要研究内容包括以下方面: (1)基于文献资料，制定垂直带数字曲线带谱生成规则，利用二次曲线方法，沿坡向连续提取山地垂直带谱。对于巴基斯坦Kaghan流域，将植被分布图（Schickhoff制作）的矢量图层，与DEM、坡向图、坡度图、太阳辐射图等四个图层进行整合，建立Kaghan流域垂直带坡向数据库，并按照不同的气候生态特征将其划分为五个子区域。对于贺兰山，用SPOT5影像、地形图和DEM数据制作贺兰山垂直带类型图，主要包括五种垂直带类型，分别为:亚高山草甸带、山地针叶林带、疏林草原与灌丛带、山地草原带、荒漠草原带等，建立贺兰山垂直带坡向数据库。 (2)基于两个研究区域的垂直带坡向数据库，研究各垂直带谱上下线、分布面积随坡向变化的分布规律。利用直方图统计法对贺兰山东侧、西侧、山体及Kaghan流域各气候生态区所有坡向上垂直带分布面积进行统计，结果显示贺兰山亚高山草甸带（海拔2800～3450m）、山地针叶林带（海拔1600～3100m）、疏林草原与灌丛带(海拔1200～3000m)在所有坡向上都有分布，且在阳坡分布面积大于阴坡，而山地草原（海拔1650～2350m）和荒漠草原（海拔1200～2300m）受坡向影响不明显;Kaghan流域的农场和牧场（海拔1200～3400m）、灌丛带（海拔2450～3750m）、中山草甸带(海拔2470～4500m)、山地常绿阔叶林带（海拔1200～2150m）主要分布于阳坡和半阳坡，山地落叶阔叶林带(海拔2600～3850m)主要分布于阴坡和半阴坡，Balakot-Sachcha河段区域的山地针叶林(海拔1900～2970m)主要分布在阳坡，以乔松和西藏长叶松为主，而海拔较高的Sachcha-Jared、Jared-Naran、Naran-Besal河段区域的山地针叶林（海拔1500～3700m）主要分布在阴坡，以雪松和冷杉为主。 (3)贺兰山针叶林带的密度随坡向的分布规律。构建坡向（每1°）为横轴、高程（每10m）为纵轴的坐标系，采用二维累积直方图法对针叶林像元进行统计，获得贺兰山东侧、西侧、山体的像元密度图。结果显示针叶林的分布存在密度核心，距离核心区距离越近，针叶林像元的密度越大，反之越小。采用“核”密度法及层片分析法，获得山地针叶林带的坡向核心区大致位于315°～45°坡向（阴坡），海拔2250m～2650m之间。利用直方图统计法，计算针叶林的分布面积随坡向的分布模式在贺兰山东侧、西侧、山体正态分布的拟合值分别为0.954、0.986、0.990。对研究区的九个子区域进行比较分析，在相同侧翼的相似度高。由于人为砍伐和自然灾害的影响，某些区域针叶林面积随坡向的分布有出现双峰化的趋势。针叶林坡向定量分布规律的发现，为大区域林区针叶林分布面积评估和科学管理具有重要的研究意义。 (4)山地垂直带随坡向变化的地带性分析。从中国植被区划的角度研究坡向对垂直带分布的影响，按照二级研究区的标准，选择14个研究案例进行分类研究，研究坡向对垂直带谱分布的影响。定义垂直带谱定量化的部分概念，提出了研究区不同坡向垂直带谱相似度的评价方法:带宽比重法和同类排序法。按照带宽比重法得出不同坡向上垂直带相似度最高的区域为五指山(0.964)，其后依次为:白石砬子(0.795)、兴隆山(0.698)、喀喇昆仑山马尔洋达坂(0.594)、阿尔泰山友谊峰(0.535)、贡嘎山(0.481)、贺兰山东部(0.435)、五台山斗叶峰(0.417)、南羌塘高原草原亚区(0.385)、东喜马拉雅东段(0.359)、伏牛山(0.181)、大青山(0.103)，相似度最低的地区为大兴安岭(0.071)。按照同类排序法计算，不同坡向带谱相似度最高为五指山、东喜马拉雅东段、阿尔泰山友谊峰（5级），其后由高到低依次为:白石砬子、五台山斗叶峰、贡嘎山、贺兰山东部、喀喇昆仑山马尔洋达坂（4级）、南羌塘高原草原亚区（3级）、兴隆山（2级）、大兴安岭、大青山、伏牛山（1级）。从中可知，从亚热带向寒温带过渡，带谱随坡向的分异变大。 (5)太阳辐射对垂直带坡向分布的影响。首先，在北半球，以10°纬度和10°坡度为间隔，构建了0°N～60°N，0°60°坡度的49个正圆锥体理想坡面模型。利用ArcGIS中的太阳辐射分析模块，计算了49个理想模型的太阳辐射分布情况。然后，对Kaghan流域六种垂直带类型分布的区域进行相关分析，发现太阳辐射与农场和牧场、灌丛带、山地常绿阔叶林带、中山草甸带的坡向分布呈现典型的正相关（R均值为0.671、0.773、0.667、0.439），与山地落叶阔叶林带呈现负相关(R=-0.198)，与山地针叶林带在低海拔区域为正相关(R=0.304)，在高海拔区域无相关性(R均值为0.279、0.260、0.166)。最后，对贺兰山五种垂直带类型进行相关分析，发现太阳辐射与亚高山草甸带、疏林草原和灌丛带的坡向分布呈现典型的正相关（R均值为0.512和0.321），与山地针叶林带呈现典型的负相关（R均值为-0.769），与山地草原带和荒漠草原带没有相关性(R均值为0.209和0.107)。 本研究仍有以下不足，需要改进: (1)如何从遥感分类结果向垂直带分布图转化，仍然是一个有待解决的难题。 垂直带以自然地理的角度来划分，主要反映研究区主要植被类型的综合分布情况，其划分结果具有一定的宽容性和概括性。而遥感分类图中会产生大量的点状信息和碎块，其分类结果不能直接定义为垂直带，需要依据专家知识进行二次概括。因此，由遥感数据向垂直带转化的方法，值得深入研究。 (2)“坡向-高程”坐标系下垂直带分布规律的精确解释。“坡向-高程”坐标系下垂直带散点图的表示方法存在局限性，无法显示植被原始的位置信息，从而不能从常规地理视角（经纬度）分析和解释垂直带随“坡向-高程”的变化。 (3)本文仅选取了太阳辐射一个因子，对垂直带随坡向的连续变化规律进行了初步机理分析。在后续的研究工作中，还需要考虑水热、气温、土壤环境等综合因素，对垂直带的坡向分布进行更深入的机理分析。