生态地理区域界线的变动性既包括年际间的波动变化和多年的动态演变，也指人类活动引起界线的历史变迁以及全球变化所产生的区域响应(吴绍洪等，2002)。气候作为生态系统演变的重要控制因子，它的任何变化都会对生态系统产生影响，进而对生态地理界限的空间位置产生影响。真正意义的生态地域划分方案是由Bailey(1976)提出的，1996年在美国生态学大会上所展示的包括大、中、小不同尺度的生态区划研究成果，显示了区划研究的新进展，此后生态区划及生态制图成为宏观生态学的研究热点。我国生态地理区划研究是从早期进行的全国自然地域系统划分和综合自然区划开始的(竺可桢，1931；黄秉维等，1959)，20世纪80年代，随着生态系统观点、生态学原理和方法逐渐被引入自然地域系统研究，生态地理区划研究得以进一步深入。之后，随着全球气候变化研究的深入开展，国内外地理学界又开展了新一轮的生态地理区域研究，许多学者在客观划分生态地理区域界限的指标体系(Robert，1989；郑度等，1999)以及这些指标体系的应用(靳英华等，2003；杨传平等，2001；邹春静等，2004)方面作了大量工作。但地球上不同的纬度地带，气候变化情况不尽相同，同时，研究时间序列不同，同一区域的生态地理界限的划分也会出现差异。

黑龙江省作为全球气候变化的敏感区域，位于中国最北部，地处中纬度亚洲大陆东岸，地域辽阔，地势复杂，跨越寒温带、温带和暖温带3个气候区，气候变率大，同时该省的森林、草原、湿地、沙地等自然地理资源丰富。研究气候变化对该省生态地理区域界限的影响，可为该省自然资源的合理利用、土地退化防治、生物多样性保护等区域可持续发展战略和规划的制定提供理论参考。本研究在总结前人研究成果的基础上，根据近十几年新增加的科研资料，对1961年来气候变化对黑龙江省的生态地理区域界限的影响进行分析，以期为该区生态环境变化研究提供参考。

1 研究区概况

黑龙江省位于中国东北部(121°11′—135°05′ E，43°26′—53°33′ N)，全省土地面积(包括加格达奇)47.1万km²。该省处在由暖温带向寒温带、由湿润区向半干旱区过渡的地带，季风气候特征明显，大陆性气候特征突出，气候时空差异显著，气温由东南向西北逐渐降低，年平均气温4~5 ℃，年降水量500 mm左右，夏季气温高，降水多，光照时间长，适宜植物生长。

2 研究方法 2.1 资料处理

本文所用气象资料为黑龙江省气象局整编的80个测站的1961—2003年的逐日气象资料。由于气候变化研究必须建立在可靠资料的基础上，而实测的资料由于受台站迁移、城市热岛效应等因素的影响，大都存在序列的不均一性。因此，在进行气候变化分析之前，首先消除城市热岛效应影响(Karl et al., 1996)，剔除人口大于50万的大城市和大于100万的特大城市。然后，对剩余的70个测站的气温和降水数据依据翟盘茂等(1996)的处理方法进行质量控制，对质量控制范围内缺测的气象数据用Newton法进行了插补和延长(薛毅，2006)。

2.2 气候分区

为更客观地反映黑龙江省不同地域气候波动的实际情况，在行政区划的基础上对全省进行气候分区，以影响植物分布的生长季积温、水分状况和土壤肥力作为因子进行模糊聚类分析，把黑龙江省按行政区划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ与Ⅳ这4个气候区(图 1)。其中Ⅰ区气候寒冷湿润，为大兴安岭地区；Ⅱ区气候温凉且较湿润，包括小兴安岭、松嫩平原和三江平原部分市(县)；Ⅲ区气候温暖且较干旱，包括大庆和齐齐哈尔地区；Ⅳ区气候温和且较湿润，包括绥化、哈尔滨、东部山地及三江平原部分市(县)。

2.3 气象数据网格化

根据Leemans和Cramer(1990)建立的全球气候网络0.5°×0.5°(大约56 km×56 km)，把全省划分为285个网格，将处理后的70个气象站1961—2003年的逐日气温和降水数据，基于GIS平台，利用Kriging方法进行网格插值，以备分析(王学军，1997；侯景儒，1981)。

2.4 Mann-Kendall统计检验方法

Mann-Kendall统计检验方法是一种非参数统计检验方法。非参数检验方法亦称无分布检验，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量，计算也比较简便(张建云等，2007)。该方法在较长时间序列气象因子突变检验时较多使用。

2.5 指标体系

桑斯威特(C. W. Thornthwaite)1948年提出了以可能蒸散和水分平衡概念为基础的气候分类法，并于1955年对其中某些界限和计算公式进行了修正(潘守文，1994)。计算方法如下：

式中：E_P为温度效率指数(cm)；T为月平均气温(℃)；I为热能指数，可用下式表示：

a为因地而异的函数，可由下式确定：

当月平均气温T≤0时，定义E_p为0，I值等于0。由于不同月份的日数和白昼长度不同，故E_P应修正为

式中：h为当地逐月可照时数(h)。

近些年，国内学者在东北地区生态气候学的研究中多次用到桑斯威特气候分类法，并取得了良好效果(靳英华等，2003；吴正方，2002；赵东升，2004)。

2.5.1 热量分类指标

E_p是温度的函数，实际上相当于温度效率指标。桑斯威特根据E_p值大小确定温度带(表 1)。经过丘宝剑(1986)的修正，使桑斯威特的热量分类指标适合东北地区热量带的分布：东北地区寒温带与温带E_p的界限为49.2 cm，温带与暖温带E_p的界限为65.4 cm。

2.5.2 干湿分类指标

桑斯威特以降水量P(cm)和可能蒸散为基础设定湿润指数I_m：

以I_m≥0为湿润气候，I_m值越大，气候越湿润；I_m < 0为干燥气候，I_m绝对值越大，气候越干燥。可按湿润指数划分气候干湿类型。黑龙江省降水集中在夏季，而E_p取决于≥0 ℃的月平均温度，I_m反映的黑龙江省暖湿季节的干湿特征与桑斯威特分类法所依据的美国东部资料基础的气候背景基本相似，因此I_m的分类指标与黑龙江省地区干湿界线分布具有良好的一致性(赵东升，2004)。

3 结果与分析 3.1 气候变化趋势 3.1.1 年际气温变化

为了更好地研究黑龙江省各气候区气温变化趋势，采用多项式拟合法(R²＞0.50)对各气候区近43 a来的年平均气温距平的时间序列进行分析(图 2)，从图 2可见，各气候区变化趋势基本一致，总体上存在显著的增温趋势(P＜0.01)，但增温趋势不是一直存在，而是分段变化，前后有明显的差别。从20世纪60年代到80年代后期为较长的偏冷期，负距平年占该时期的70%以上，其中70年代初气温达最低，之后冷期振幅逐年减小，逐渐升温，到90年代，气温距平开始为正，至今仍为持续偏暖，正距平年份占该期的全部，相对高温的状态已经趋于稳定。这样的趋势变化和其他学者的研究结果基本吻合，一些小的差别(如趋势转变的年份不同)可能是由于计算的资料长度和空间范围的差异或数据处理方法不同造成的(潘华盛等，2002)。

3.1.2 年际降水变化

同样采用多项式拟合方法(R²＞0.50)对近43 a来全省各气候区降水距平趋势特征进行分析(图 2)，结果表明，各气候区降水量变化趋势基本一致，其总体上升趋势并不显著(P＞0.05)，经历了降—升—降的变化历程，20世纪60年代初降水量下降明显，但还仍然保持在正距平水平，之后继续下降，在经历了10 a左右的下降趋势后，70年代中期开始波动上升，到80年代初期降水量才上升到正距平，在维持了10 a左右的上升趋势后，90年代至今又出现下降趋势。

3.2 气候变化对生态地理界限的影响

综合气温和降水量变化趋势，运用Mann-Kendall统计检验方法，检验到1961—2003年全省4个气候区的气温和降水量在1990年前后均出现突变点，因而，本文以1990年为界，根据桑斯维特的气候分类法，对比分析1961—1990年和1990—2003年全省生态地理界限变动情况。

3.2.1 热量指标

热量资源是植物生命活动中不可缺少的生活因子，是决定陆地地表大尺度差异的主要因素，对于生态地理区域综合体的一切过程都有影响，是生态地理区域划分的重要指标。

图 3分别为1961—1990和1990—2003年的温度效率指数(E_p)年平均值分布范围，对比可见，黑龙江省温带与暖温带E_p界限(65.4 cm等值线)，在1961—1990年基本在齐齐哈尔和大庆西南部，该区域内年平均气温3.34 ℃，≥10 ℃年积温2 772.56 ℃，年降水量418.64 mm。而1990—2003年65.4 cm等值线发生了明显的北撤和东移，面积扩大8.47万km²，逐渐延伸到整个大庆、齐齐哈尔大部、绥化西南部和哈尔滨西部，且牡丹江南部有0.82万km²也表现出了暖温带的热量特征，该区域内年平均气温3.86 ℃，≥10 ℃年积温2 813.78 ℃，年降水量453.52 mm，并且年平均气温和≥10 ℃年积温正在以0.02和24.83 ℃·a^-1的速度增加，年降水量正在以7.52 mm·a^-1的速度减少。

另一条重要界线为寒温带与温带E_p的界限(49.2 cm等值线)，也表现出明显的北撤现象。1961—1990年主要分布在大兴安岭、黑河大部和嘉荫县北部地区，该区域内年平均气温-4.00 ℃，≥10 ℃年积温1 612.74 ℃，年降水量479.86 mm。而1990年至今已经北撤到漠河县、呼玛县和塔河县的西北部，面积缩小了20.70万km²，大兴安岭南部和黑河、伊春已经表现出温带的热量特征。1990年后表现为寒温带气候特征的区域内年平均气温－4.20 ℃，≥10 ℃年积温1 558.82 ℃，年降水量510.52 mm，其年平均气温、≥10 ℃年积温和年降水量的变化趋势不明显。

3.2.2 湿润指数

水分的各种形态变化和运动影响大气-土壤-植物系统的能量输送和贮存，并且也影响各种自然景观的形成，由于水资源丰缺的差异，不同地区出现了水域、森林、草原、荒漠等自然景观。因而水分条件也是划分生态地理区域界限的重要指标之一。

对比1961—1990年与1990—2003年两时段的湿润指数I_m分布图(图 4)可见，最明显的变化是分布于小兴安岭北部地区具有湿润气候特征的地域(I_m＞0)在近14 a(1990—2003年)内消失了，取而代之的是半湿润气候特征。桑斯维特将I_m=－33.3作为划分半湿润区与半干旱区的界限，在黑龙江省西南部半干旱地区并无明显变化，仍然分布于大庆、齐齐哈尔大部和绥化西南部，但1990—2003年该区年平均气温比1961—1990年上升了1.10 ℃，≥10 ℃年积温上升了115.63 ℃，年降水量平均增加了16.21 mm，I_m值呈减小趋势，可见，虽然该区域的半干旱气候类型没有改变，但其干旱程度却在逐渐加重。同时，在三江平原中部，1961—1990年的0.94万km²的具有半干旱气候特征区域，在1990—2003年增加到了3.95万km²，可见，近43 a黑龙江省的干旱状况在进一步恶化。

4 结论与讨论

气候变化是引起生态系统变化的重要原因之一，如果气候变化带来的水热条件的变化超过了生态系统所能承受的限度，该生态系统即会遭到破坏，取而代之的是适应该气候条件的新生态系统，由此生态地理区域界限便可能发生不同程度的迁移。

通过对1961年以来黑龙江省气温和降水趋势变化特征的分析发现，20世纪90年代初至今相对高温的状态开始稳定；全省降水量在这43 a中经历了降—升—降的变化历程，但总体上升趋势不显著。

一般来说，温度条件和水分状况的组合是决定生态地理区域大尺度差异的主要因素，单纯的温度和降水都不能体现输入的能量与物质的分配、组合与转换规律(吴绍洪等，2002)。本文利用桑斯维特气候分类法中的热量分类和干湿分类指标作为生态地理分区的依据，讨论了气候变化对黑龙江省生态地理区域界限的影响，结果表明，在气候变暖的背景下，黑龙江省温带与暖温带的热量界限发生了北撤和东移，寒温带与温带的热量界限发生了大幅度的北撤。同时，分布于小兴安岭北部地区的具有湿润气候特征的地块在1990—2003年这段时间内消失了，取而代之的是半湿润的气候特征。黑龙江省西南部半干旱区与半湿润区界限并无明显变化，但在三江平原中部地区半干旱区面积有所扩大。

生态地理区域界线的改变将对自然界和人类的生产、生活产生一系列的影响。本研究结果表明，1990—2003年的寒温带与温带的温度效率指数界限较1961—1990年明显北移，其结果必将对生长在变化区域的兴安落叶松(Larix gmelinii)林产生影响，大兴安岭北段的兴安落叶松林是俄罗斯东西伯利亚明亮针叶林的向南延伸部分，是我国寒温带针叶林区北段的地带性植被类型，由于热量指标的变化，该森林生态系统中的优势树种就可能会被其他树种代替，这些树种对变化后的热量指标更加适合，从而使兴安落叶松林在我国的天然分布面积逐渐缩小。

目前，生态地理界限划分研究很多，所采用的方法和所选用的指标不尽相同，但基本上是以气象台站的单点温度和降水数据来代替较大面积区域的气象条件，并不能客观地反映某一区域真实的气象条件，尤其是在地形条件复杂、气象测站稀少的黑龙江省，其代表性更差。本文采用了克立格法和GIS技术对该省的温度和降水数据进行插值处理，在一定程度上克服了气象数据代表性差的弊端，从而提高了研究精度。

桑斯维特植被气候分类法仅考虑气候因素，而忽略了生态系统变化对气候变化的反馈作用及其进一步对生态系统的影响，以及缺乏对极端气候事件的考虑，因此有一定的主观性和局限性，但用于研究大尺度气候变化对生态地理区域界限影响不失为一种精确、简单、可行的方法(丘逸民，1992)。另外，在研究生态地理区域时，绝大多数方法只注重考虑生态环境本身的因素，往往没有考虑对多数生态系统均有干扰的人类在其中发挥的作用，随着现代科学技术的进步，人类对自然生态过程的干预将不断加强，纯自然过程的研究将不能客观准确地反映生态系统的变化，而将自然与人文指标有机地结合，因地制宜地完善生态地理区域界限划分的指标体系将成为今后研究的主要方向。