地理科學(xué)基礎(chǔ)

1、第3章 地球表層系統(tǒng)基本格局本章結(jié)構(gòu)n3.1 自然要素的格局n3.2 人文要素的格局n3.3 格局的尺度3.1 自然要素的格局n3.1.1 地域分異規(guī)律n3.1.2 地域分異的定量表達(dá)n3.1.3 要素間的空間匹配規(guī)律3.1.1 地域分異規(guī)律n地帶性規(guī)律n概述n地帶性規(guī)律的含義：地球表層系統(tǒng)組成的空間分布與地理位置相關(guān)聯(lián)。n地理位置的種類：緯度位置、經(jīng)度位置、海拔高度位置、海陸位置等。n地帶性規(guī)律的表現(xiàn)：緯度地帶性，海陸梯度地帶性（經(jīng)度地帶性），垂直地帶性。3.1.1 地域分異規(guī)律n緯度地帶性n緯度地帶性的含義：n地球表層系統(tǒng)組成的空間分布與緯度位置相關(guān)聯(lián)。n緯度地帶性的形成機(jī)制：n太陽(yáng)輻射能

2、是地球表層一切地理過(guò)程的能量基礎(chǔ)，它的沿緯度遞次變化使地球表層系統(tǒng)組成產(chǎn)生相應(yīng)變化。n緯度地帶性的表現(xiàn)：n由熱量條件隨緯度位置變化所引起的地球表層系統(tǒng)組成的變化，主要包括氣候、土壤、生物等要素。具體表現(xiàn)形式分為沿海型（濕潤(rùn)型）和內(nèi)陸型（干旱型）兩大系列。寒帶、寒溫帶寒帶、寒溫帶溫帶溫帶熱帶熱帶黑色人種黑色人種熱帶熱帶3.1.1 地域分異規(guī)律n緯度地帶性對(duì)人類活動(dòng)的影響n對(duì)第一產(chǎn)業(yè)的影響：世界主要作物生長(zhǎng)都受熱量條件制約，具有鮮明的緯度地帶性。n對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響：人類社會(huì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)集中在溫帶、亞熱帶，熱帶尚處于比較落后的狀態(tài)，而冰雪嚴(yán)寒的極地地區(qū)，至今仍是文明的不毛之地。n對(duì)文化的影響：緯

3、度地帶性對(duì)文化的影響相當(dāng)長(zhǎng)期穩(wěn)定地存在于各民族文化之中，我國(guó)漢民族文化的主要差異是南北差異。3.1.1 地域分異規(guī)律n海陸梯度地帶性（經(jīng)度地帶性）n含義：n地球表層系統(tǒng)組成的空間分布與海陸相對(duì)位置（經(jīng)度位置）相關(guān)聯(lián)。n形成機(jī)制：n海洋和陸地兩大物質(zhì)體系的差異引起的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換的差異，主要是水循環(huán)的差異。n主要表現(xiàn)：n由水分條件隨海陸相對(duì)位置變化所引起的地球表層系統(tǒng)組成的變化，主要包括氣候、土壤、生物等要素。3.1.1 地域分異規(guī)律n海陸梯度地帶性對(duì)人類活動(dòng)的影響n對(duì)第一產(chǎn)業(yè)的影響：自然景觀表現(xiàn)為森林-草原-荒漠的轉(zhuǎn)變，第一產(chǎn)業(yè)的種植表現(xiàn)為林業(yè)-農(nóng)業(yè)-牧業(yè)的變換。n對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響：人

4、類早期文明中心主要在內(nèi)陸，近現(xiàn)代海洋的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義顯得格外重要，世界許多國(guó)家都形成了沿海向內(nèi)陸的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的梯度格局，中國(guó)分成東部、中部、西部三個(gè)經(jīng)濟(jì)地帶。n對(duì)文化的影響：在幅員廣大的國(guó)家和地區(qū)都有明顯表現(xiàn)。美國(guó)東西部文化差異顯著；中國(guó)西部文化粗獷豪放，與東部沿海委婉細(xì)膩并兼容西洋文化的海派文化有著鮮明反差。3.1.1 地域分異規(guī)律n垂直地帶性n含義：n地球表層系統(tǒng)組成的空間分布與海拔高度位置相關(guān)聯(lián)。n形成機(jī)制：n地面長(zhǎng)波熱輻射隨高度遞減導(dǎo)致熱量（氣溫）隨高度遞減（0.6/100m）；降水隨海拔高度呈現(xiàn)先增加后減少的變化特征。n主要表現(xiàn)：n由水熱條件隨海拔高度位置變化所引起的地球表層系統(tǒng)組成

5、的變化，主要包括小氣候、山地土壤、山地生物等要素。3.1.1 地域分異規(guī)律n非地帶性n非地帶性的含義：地球表層系統(tǒng)組成的空間分布與地理位置無(wú)關(guān)聯(lián)。n形成機(jī)制：地殼運(yùn)動(dòng)、地表物質(zhì)組成差異等。n非地帶性的表現(xiàn)：地形、巖性、高原氣候、隱域性土壤、隱域性植被等。3.1.2 地域分異的定量表達(dá)n地帶性規(guī)律的定量表達(dá)n含義：自然地理要素與地理位置的定量關(guān)系。n常用指標(biāo)：熱量（氣溫，可能蒸散）和水分（降水量).n理論公式：n氣溫：W=f(N,E,H)n式中，W-氣溫，一般使用月均溫或年均溫；N-緯度；E-經(jīng)度；H-海拔高度。n可能蒸散量： APE=f(N,E,H)n式中，APE-可能蒸散量，一般使用月或年可

6、能蒸散量；N-緯度；E-經(jīng)度；H-海拔高度。3.1.2 地域分異的定量表達(dá)n降水量： P=f(N,E,H)n式中，P-降水量，一般使用月或年降水量；N-緯度；E-經(jīng)度；H-海拔高度。n說(shuō)明：函數(shù)形式可為非線性或線性，目前尚無(wú)全球尺度模型，多為區(qū)域尺度模型；模型都是統(tǒng)計(jì)模型。3.1.2 地域分異的定量表達(dá)n地帶性規(guī)律的區(qū)域統(tǒng)計(jì)模型n氣溫的區(qū)域統(tǒng)計(jì)模型（方精云）n說(shuō)明：區(qū)域范圍：中國(guó)；數(shù)據(jù)來(lái)源：全國(guó)671個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣象臺(tái)站的多年平均月均溫、年均溫、地理位置數(shù)據(jù)。n統(tǒng)計(jì)模型：W=56.07-0.71N-0.14E-0.43H (r=0.98)n模型的解釋：在全國(guó)尺度上，緯度增加1，年均溫下降0.71；經(jīng)

7、度增加1，年均溫下降0.14；海拔高度增加100m，年均溫下降0.43。3.1.2 地域分異的定量表達(dá)n可能蒸散量的區(qū)域統(tǒng)計(jì)模型（張新時(shí)）n說(shuō)明：區(qū)域范圍：中國(guó)；數(shù)據(jù)來(lái)源：全國(guó)671個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣象臺(tái)站的多年平均月均溫、日照時(shí)數(shù)、地理位置數(shù)據(jù);使用桑斯維特方法計(jì)算可能蒸散量。n統(tǒng)計(jì)模型：APE=2037.98-18.83N-4.58E-15.78Hn模型的解釋：在全國(guó)尺度上，緯度增加1，年可能蒸散量減少18.83mm；經(jīng)度增加1，年可能蒸散量減少4.58mm；海拔高度增加100m，年可能蒸散量減少15.78mm。3.1.2 地域分異的定量表達(dá)n降水量的區(qū)域統(tǒng)計(jì)模型（趙傳燕）n說(shuō)明：區(qū)域范圍：甘肅祖厲

8、河流域；數(shù)據(jù)來(lái)源：流域內(nèi)46個(gè)氣象站、水文站的多年平均月降水量、年降水量、地理位置數(shù)據(jù)。n統(tǒng)計(jì)模型：P=-1433.64-4.71N+46.53E+16.8Hn模型的解釋：在該流域尺度上，緯度增加1，年降水量減少4.71mm；經(jīng)度增加1，年降水量增加46.53mm；海拔高度增加100m，年降水量增加16.8mm。3.1.3 要素間的空間匹配規(guī)律n概述n要素間空間匹配規(guī)律的含義：n地球表層系統(tǒng)組成要素之間空間格局的匹配規(guī)律。n總體規(guī)律：n氣候類型格局決定水平地帶性土壤類型和植被類型的格局。n地貌類型格局決定非地帶性土壤類型與植被類型的格局，決定氣候、土壤、植被類型的垂直分布格局。n人類活動(dòng)決定人

9、工植被與人工土壤類型的格局。n上述植被、土壤類型格局的變化也會(huì)反作用于氣候、地貌、人類活動(dòng)的格局變化。氣候類型土壤類型植被類型寒溫帶濕潤(rùn)半濕潤(rùn)氣候漂灰土寒溫帶針葉林中溫帶濕潤(rùn)半濕潤(rùn)氣候暗棕壤溫帶針葉與落葉闊葉混交林暖溫帶濕潤(rùn)半濕潤(rùn)氣候棕壤、褐土溫帶落葉闊葉林北亞熱帶濕潤(rùn)氣候黃棕壤、黃壤亞熱帶常綠、落葉闊葉混交林中亞熱帶濕潤(rùn)氣候紅壤亞熱帶常綠闊葉林南亞熱帶濕潤(rùn)氣候赤紅壤亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林熱帶濕潤(rùn)氣候磚紅壤熱帶季雨林、雨林溫帶半濕潤(rùn)氣候黑土、黑鈣土溫帶禾草、雜類草草甸草原溫帶半干旱氣候栗鈣土溫帶叢生禾草典型草原溫帶干旱氣候灰漠土、灰棕漠土溫帶矮半喬木荒漠，灌木荒漠，半灌木矮半灌木荒漠高原亞寒帶寒

10、帶半濕潤(rùn)氣候黑氈土、草氈土高寒嵩草雜類草草甸高原亞寒帶寒帶半干旱氣候巴嘎土高寒禾草苔草草原高原寒帶干旱氣候寒漠土高寒墊狀矮半灌木荒漠中國(guó)典型氣候類型與地帶性土壤類型、植被類型的匹配關(guān)系3.1.3 要素間的空間匹配規(guī)律n植被-氣候格局的匹配模型n代表性模型：n基于彭曼（Penman）公式的植被-氣候分類n基于桑斯維特（Thornthwaite）公式的植被-氣候分類n霍爾德里奇（Holdridge）的生命地帶模型n基于吉良鳩夫（Kari）公式的植被-氣候分類3.1.3 要素間的空間匹配規(guī)律n生命地帶模型n劃分植被-氣候空間匹配的指標(biāo)n生物溫度（BT）：n式中，T月均溫，當(dāng)T30時(shí)，按30計(jì)。n可能

11、蒸散率（PER）：PER=PET/PBT58.93/Pn式中，PET可能蒸散量，P降水量。121121tBTT3.1.3 要素間的空間匹配規(guī)律n植被-氣候匹配類型劃分n由上述劃分指標(biāo)（生物溫度、可能蒸散率、降水量）建立生命地帶劃分坐標(biāo)系統(tǒng)（三角形），將全球劃分為37個(gè)地帶性植被-氣候匹配類型。n坐標(biāo)系統(tǒng)采用以2為底的對(duì)數(shù)體系。世界生命地帶分類圖譜張新時(shí)修正的分類圖譜垂直帶四、要素格局的聯(lián)系n植被類型的判別n將擬判別類型置于生命地帶劃分坐標(biāo)系統(tǒng)中，計(jì)算該類型在坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置到各基準(zhǔn)類型中心點(diǎn)的距離，距離最短者為歸屬類型。n判別公式如下：222(loglog) (log)log)(loglog0

12、22222020iPERPERPPBTBTiiidmin12min(,.,)ndd dd3.1.3 要素間的空間匹配規(guī)律n生命地帶模型的不足n總體判別精度還不夠高（全球40%，中國(guó)58%）。n垂直地帶性植被類型的判別精度較低，未考慮季節(jié)溫度變化和日照長(zhǎng)度。n劃分指標(biāo)中采用月均溫、T30時(shí)按照30處理等仍顯粗糙。n不能識(shí)別尺度相對(duì)較小的非地帶性植被類型。3.1.3 要素間的空間匹配規(guī)律n植被-氣候空間格局匹配模型發(fā)展方向n發(fā)展包括氣候、地貌、土壤等影響因子的多尺度植被-環(huán)境模型。n發(fā)展包括植被地理模型、植被結(jié)構(gòu)與功能模型在內(nèi)的植被動(dòng)態(tài)模型，更好地為環(huán)境（氣候）變化的陸地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)研究提供科學(xué)支

13、撐。3.2 人文要素的格局n3.2.1 農(nóng)業(yè)區(qū)位論n3.2.2 工業(yè)區(qū)位論n3.2.3 中心地理論3.2.1 農(nóng)業(yè)區(qū)位論（杜能）n含義：農(nóng)業(yè)土地利用的空間配置規(guī)律。n假設(shè)：n(1)存在一個(gè)與外界隔絕的孤立國(guó)，它是一個(gè)天然均質(zhì)的大平原。在孤立國(guó)內(nèi)只有一個(gè)城市，且位于平原中央，城市周圍是農(nóng)村和農(nóng)業(yè)用地。各地農(nóng)業(yè)發(fā)展的土壤、氣候等自然條件都相同。n(2)城市是孤立國(guó)中農(nóng)產(chǎn)品的唯一銷售市場(chǎng)，而農(nóng)村則靠該城市供給工業(yè)品。n(3)孤立國(guó)內(nèi)唯一的交通工具是馬車，它是城市與農(nóng)村間聯(lián)系的唯一交通工具，各地的可達(dá)性相同。n(4)農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)費(fèi)與其重量及從產(chǎn)地到市場(chǎng)的距離成正比。n(5)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者以獲取最大利潤(rùn)為目的

14、，并根據(jù)市場(chǎng)供求關(guān)系調(diào)整其經(jīng)營(yíng)品種。n農(nóng)業(yè)土地空間配置模式：n圍繞城市形成農(nóng)業(yè)土地利用的圈層結(jié)構(gòu)。（集約牧業(yè)）n杜能圈形成機(jī)制n原理：決定于位置級(jí)差地租的空間差異。n級(jí)差地租公式：R=PQCQKtQn式中，R級(jí)差地租，P產(chǎn)品產(chǎn)地價(jià)格，Q單位面積產(chǎn)量，C直接生產(chǎn)成本，K市場(chǎng)距離，t運(yùn)費(fèi)率。n圈層形成過(guò)程：產(chǎn)量高、運(yùn)費(fèi)高、地租高的利用方式，配置在最內(nèi)層；依此類推，產(chǎn)量最低、運(yùn)費(fèi)最低、地租最低的利用方式，配置在最外層；其中，級(jí)差地租為零（R0）的點(diǎn)是農(nóng)業(yè)土地利用的外部邊界。從內(nèi)層到外層，土地利用的集約度由高到低。3.2.1 農(nóng)業(yè)區(qū)位論（杜能）n現(xiàn)代農(nóng)業(yè)土地利用中的杜能圈：n農(nóng)業(yè)區(qū)位論原理的其它應(yīng)用：

15、n城市內(nèi)部土地配置模式n含義：工業(yè)企業(yè)空間布局規(guī)律。n假設(shè)：已知原料供給地的地理分布；己知產(chǎn)品的消費(fèi)地與規(guī)模；勞動(dòng)力存在于多數(shù)的已知地點(diǎn)，不能移動(dòng)。n分析步驟：n只考察運(yùn)費(fèi)因子，即假定不存在運(yùn)費(fèi)以外成本的區(qū)域差異，影響工業(yè)區(qū)位的因子只有運(yùn)費(fèi)一個(gè)，即運(yùn)費(fèi)指向。n考察勞動(dòng)費(fèi)用對(duì)由運(yùn)費(fèi)所決定的基本工業(yè)區(qū)位格局的影響，即考察運(yùn)費(fèi)與勞動(dòng)費(fèi)合計(jì)為最小時(shí)的區(qū)位，即勞動(dòng)力指向。n考察集聚因子對(duì)由運(yùn)費(fèi)指向與勞動(dòng)費(fèi)指向所決定的工業(yè)區(qū)位格局的影響，即集聚指向。3.2.2 工業(yè)區(qū)位論（韋伯）n原理n運(yùn)費(fèi)、勞動(dòng)成本、集聚因子的相互作用，決定了工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)成本最低點(diǎn)作為工業(yè)企業(yè)的理論區(qū)位。n運(yùn)費(fèi)指向：n原材料系數(shù)稀有原材

16、料重量/產(chǎn)品重量n系數(shù)1，配置在原料產(chǎn)地；n系數(shù)1，不受限制。n對(duì)工業(yè)企業(yè)配置的作用：一般地說(shuō)，運(yùn)費(fèi)在原材料系數(shù)1和1的企業(yè)布局中具有主導(dǎo)作用，適用于大中空間尺度（國(guó)家或區(qū)域）。3.2.2 工業(yè)區(qū)位論n勞動(dòng)成本指向：n當(dāng)一地的單位產(chǎn)品中勞動(dòng)力成本節(jié)約大于運(yùn)費(fèi)增加時(shí)，工業(yè)企業(yè)趨向布局于該地。n對(duì)工業(yè)企業(yè)配置的作用：一般地說(shuō)，在勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)和常規(guī)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的跨國(guó)布局和國(guó)家內(nèi)部區(qū)域布局中勞動(dòng)成本因子經(jīng)常起主導(dǎo)作用。n集聚因子指向：n概念：集聚是指在地理上一些相互關(guān)聯(lián)的企業(yè)集中在某一地域的現(xiàn)象。n集聚效益的來(lái)源：共用基礎(chǔ)設(shè)施的成本節(jié)約；產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)系中的運(yùn)費(fèi)節(jié)約；同質(zhì)勞動(dòng)力雇傭成本的降低；信息成本的降低。

17、n對(duì)工業(yè)企業(yè)配置的作用：一般地說(shuō)，集聚因子在中小空間尺度的工業(yè)企業(yè)布局中起主導(dǎo)作用。3.2.2 工業(yè)區(qū)位論n含義：區(qū)域或國(guó)家內(nèi)城市等級(jí)-規(guī)模、空間結(jié)構(gòu)的規(guī)律；或城市內(nèi)部商業(yè)企業(yè)空間配置規(guī)律。n有關(guān)概念：n中心地：供給中心商品的布局場(chǎng)所（各級(jí)城鎮(zhèn)和城市內(nèi)部的商業(yè)區(qū)）。n中心商品：在少數(shù)地點(diǎn)供給，在多數(shù)地點(diǎn)消費(fèi)的商品。n中心地職能：中心地所供給的中心商品特征。n市場(chǎng)區(qū)：從中心地接受中心商品供給的區(qū)域。n需求門檻：中心地為供給某種中心商品而必須達(dá)到的該商品的最小限度的需要量。n3.2.3 中心地理論（克里斯塔勒）n中心地等級(jí)：中心地供給中心商品的區(qū)域范圍的大小，或服務(wù)人口數(shù)量的多少。服務(wù)區(qū)域范圍大、

18、人口多的中心地為高級(jí)中心地，反之亦然。n中心地系統(tǒng)的空間模型（基于市場(chǎng)原則）n假設(shè)條件：n中心地所在區(qū)域自然條件相同且為均質(zhì)平原，人口均勻分布。n區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的交通便利程度一致。n消費(fèi)者都利用距離自己最近的中心地購(gòu)買商品。n同一商品在各中心地的價(jià)格和質(zhì)量均相同。n各中心地滿足區(qū)域內(nèi)所有地點(diǎn)消費(fèi)者的購(gòu)買要求。n中心地系統(tǒng)空間配置過(guò)程：n同級(jí)中心地（B級(jí)）提供服務(wù)半徑相同（21km）的同一中心商品，形成面積相同的六邊形市場(chǎng)區(qū)；n由于存在低級(jí)中心商品需求，其服務(wù)半徑（如20-12km）小于高級(jí)中心地提供的中心商品，在三個(gè)毗鄰高級(jí)中心地組成的等邊三角形中心點(diǎn)上形成低級(jí)中心地及其服務(wù)的市場(chǎng)區(qū)（K級(jí)）。n同

19、理，由于存在更低級(jí)中心商品需求，則在高一級(jí)三個(gè)毗鄰高級(jí)中心地組成的等邊三角形中心點(diǎn)上形成低級(jí)中心地及其服務(wù)的市場(chǎng)區(qū)(A級(jí))。n依此類推，當(dāng)所有中心商品需求全部滿足后，形成穩(wěn)定的中心地系統(tǒng)。n市場(chǎng)原則下中心地系統(tǒng)的基本特點(diǎn)n不同等級(jí)市場(chǎng)區(qū)由高到低形成1，3，9，27，81，的數(shù)量關(guān)系(K3)；不同等級(jí)中心地由高到低形成1，2，6，18，54，的數(shù)量關(guān)系；在空間結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為三個(gè)同級(jí)中心地構(gòu)成的三角形的重心是低一級(jí)中心地布局的區(qū)位點(diǎn)。n交通原則下中心地系統(tǒng)的基本特點(diǎn)n兩個(gè)相鄰?fù)?jí)中心地連線的中點(diǎn)是低一級(jí)中心地布局的區(qū)位點(diǎn)。不同等級(jí)市場(chǎng)區(qū)由高到低形成1，4，16，64，256，的數(shù)量關(guān)系(K4)；不同

20、等級(jí)中心地由高到低形成1，3，12，48，192，的數(shù)量關(guān)系。n行政原則下中心地系統(tǒng)的基本特點(diǎn)n高一級(jí)中心地的市場(chǎng)區(qū)完全包含低一級(jí)中心地及其市場(chǎng)區(qū)。不同等級(jí)市場(chǎng)區(qū)由高到低形成1，7，49，343，2401，的數(shù)量關(guān)系（K7）；不同等級(jí)中心地由高到低形成1，6，42，294，2058，的數(shù)量關(guān)系。n中心地理論的應(yīng)用n實(shí)證分析：3.2.3 中心地理論n應(yīng)用：n中心地理論在各國(guó)區(qū)域開(kāi)發(fā)、國(guó)土開(kāi)發(fā)與整治、城市體系規(guī)劃、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)規(guī)劃等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。n聯(lián)邦德國(guó)的聯(lián)邦空間整治法及空間整治綱要。n日本建設(shè)省運(yùn)用中心地理論進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃。n在中國(guó)，區(qū)位論實(shí)踐應(yīng)用最多的也是中心地理論。3.3 格局的尺度n3.3.1 尺度的含義n3.3.2 尺度的表現(xiàn)n3.3.3 尺度的作用3.3.1尺度的含義n現(xiàn)象尺度的含義：是指地球表層系統(tǒng)某一現(xiàn)象所涉及到的空間或時(shí)間范圍，也叫特征尺度。n觀測(cè)尺度的含義：是指在開(kāi)展各種觀測(cè)時(shí)所采用的空間或時(shí)間單位。通常采用幅度、分辨率和粒度作為觀測(cè)尺度的指標(biāo)。n幅度是指觀測(cè)某一現(xiàn)象時(shí)所包括的總范圍或者所持續(xù)的總時(shí)間。n分辨率是指兩次觀測(cè)之間的間隔時(shí)間或間隔距離。n粒度是指單個(gè)觀測(cè)所包括的范圍或者持續(xù)時(shí)間。3.3.2 尺度的識(shí)別n類型尺度的識(shí)別（組織尺度）n通過(guò)類型分級(jí)指標(biāo)體系識(shí)別地球表層系統(tǒng)組成要素的多尺度性。n地貌：宏觀形態(tài)地貌類型成因地貌類型