山地垂直自然带是随着海拔升高导致的气候、生物和土壤等综合作用形成的自然带分异现象,尤其以植被分带性最为显著。位于欧亚大陆腹地的天山是全球七大山系之一,是世界上最大的独立纬向山系之一,东西横亘2500余公里,南北宽250-350千米,是世界上距离海洋最远的山系。天山拥有极为丰富的自然景观和山地垂直景观,发育了从冰雪到荒漠的完整的山地垂直自然带,被认为是全球气候的变化“敏感器”。以“天山”为依托,于2013年成功申报“新疆天山”世界自然遗产,2014年中国与哈萨克斯坦、吉尔吉斯坦三国联合成功申报“丝绸之路:长安-天山廊道的路网”世界文化遗产,这充分表明天山的地理与环境的独特性,其中,位于天山东段的博格达遗产地发育了温带干旱区典型的山地垂直自然带谱,是温带干旱区山地生态系统的最典型代表。因此,对天山山系垂直自然带的定量刻画和认知气候变化对垂直自然带的影响,以及应对气候变化对于高山生态环境及世界遗产产生的影响评估和应采取的对策与措施均有着重要的科学意义与应用价值。本文首次将生态系统多稳态和稳态转换理论及势能分析模型,引入山地垂直带过渡区海拔识别的研究中。由于天山山系北坡垂直带的连续性与完整性,采用天空地一体化空间信息技术（RS,GIS,GNSS）开展北坡垂直自然带宏观大尺度和精细尺度上的定量模型识别的双尺度研究。大尺度宏观研究气候变化驱动下的天山山系北坡垂直自然带的时空变化特性,研究对象覆盖天山山系全区四段:东天山、北天山、中天山和西天山,基于2001-2018年MOD13Q1时序数据和分层分类法提取天山地表覆盖类型并分析变化趋势;在此基础上,基于像元百分比方法确定天山北坡各段的垂直自然带谱,分析其分布海拔上下限的波动及变化趋势,认知气候变化背景下的天山山系北坡垂直自然带的变化规律。精细尺度是选取拥有全球最典型代表的温带干旱区山地垂直自然带的世界自然遗产地博格达。首先,评估归一化植被指数（NDVI）、地表温度（LST）和植被覆盖度（FVC）在基于生态系统多稳态和稳态转换理论的垂直自然带定量识别研究中的适用性,再利用势能分析模型精细定量识别博格达北坡垂直自然带的生态过渡区海拔及分带海拔,旨在以温带干旱区最典型的山地垂直自然带谱为“标杆”,精细认知垂直带谱间状态不稳定区域的海拔范围。最后,结合TRMM 3B43降水数据和ERA5温度数据的降尺度结果,分析天山山系北坡垂直带分布海拔范围波动的驱动力。主要结论如下:（1）整个天山山系北坡以及四个分段相对应的垂直自然带各自空间分布特征明显。最高的温带荒漠带海拔上限位于中天山东部,在2500 m以上。相较于其他天山分区,中天山的山地草原带分布海拔上下限整体较高,且带宽较窄。山地森林带分布海拔上限总体趋势较为平稳,海拔下限近似“W”形态分布,中天山山地森林带分布海拔上下限相对高于其他天山分区,其海拔上限均高于2800m,海拔下限均高于2200 m,处于分布特征“W”的顶部区域;东天山东部和西天山西部的山地森林带分布海拔下限相对较高,分布于海拔2200-2450 m左右,成为分布特征“W”的两个端点区域。冰雪带海拔宽度最宽处位于中天山中部冰雪带,带宽约为1950 m左右;北天山中部和西部冰雪带分布海拔下限明显低于其他天山分区,成为最低雪线。（2）天山山系垂直自然带分布海拔变化对气温和降水响应敏感,并呈现明显的空间分异特性。在对2001-2018年的ERA5温度数据和TRMM 3B43降水数据进行适用性分析的基础上,分析天山山系的温度和降水时空变化特征,结果表明:2001-2018年,整个天山山系温度变化的“暖化”趋势明显,但降水空间分布具有区域差异,东天山、中天山和北天山东部呈现“湿化”趋势,北天山中部和西部及西天山呈现“干化”趋势。结合温度降水数据的空间分布特征,分析天山山系北坡垂直自然带出现相应的波动趋势。结果表明:2001-2018年,北天山东部和中天山中部的山地草原带分布海拔上限波动相对较小,分布海拔下限下降约150-200m左与北天山东部和中天山中部呈现的“暖湿化”趋势相一致。天山山系山地森林带相较于其他垂直带类型,其分布海拔上下限波动相对较小。整个天山山系冰雪带分布海拔下限整体呈现向高海拔退缩的状态,与天山“暖化”趋势较为明显的结论一致。（3）对博格达北坡精细刻画出6个垂直自然带的海拔范围,对比且实证大尺度方法在垂直自然带划分的科学与有效性。在探测相邻垂直自然带存在不同稳态的基础上,利用势能分析模型可获取沿海拔梯度垂直自然带间的转换范围及分带海拔,并用无人机与实地采集数据验证了结果的可靠性。计算沿海拔梯度不同生态系统状态的势能值,分析不同状态的吸引力变化趋势,获得稳定状态间的过渡范围及分界海拔,结果如下:温带荒漠带-山地草原带（海拔1062-1104 m,1066m）,山地草原带-山地针叶林带（海拔1689-1764 m,1707 m）,山地针叶林带-高山草甸带（海拔2690-2744 m,2714 m）,高山草甸带-高山垫状植被带（海拔3251-3263 m,3257 m）,高山垫状植被带-冰雪带（海拔3555-3656 m,3643 m）。同时,通过对比博格达精细识别与东天山西部大尺度垂直自然带识别的结果,总体来看,两个尺度的研究结果保持了很好的一致性,这为整个天山山系大尺度的垂直自然带的深入研究提供了一种新的技术手段与研究思路。（4）不同的遥感指标沿海拔梯度揭示生态系统状态的适用性与作用不同,生态系统稳态转换理论及势能分析模型在山地垂直带过渡区海拔识别是可行的。通过比较分析表明,NDVI和FVC在揭示垂直自然带生态系统稳定状态时具有局部适用性,而LST可以适用于整个垂直自然带。利用NDVI、FVC和LST三种遥感参数的频率分布和赤池信息准则（Akaike Information Criterion,AIC）均可揭示到博格达温带荒漠和山地草原两种生态系统状态的存在,且同时存在不同生态系统状态共现的海拔范围（1062-1104 m）,生态系统状态沿海拔梯度的临界转换始于1066 m高程。然而,随着海拔的升高,NDVI和FVC的适应性降低,LST仍然可以揭示山地草原带、山地针叶林带、高山草甸带及高山垫状植被带及冰雪带的生态系统的稳定状态。相邻带间的LST频率分布呈现的双峰模式,且AIC最小值对应的模式数为2,均表明相邻垂直自然带为不同生态系统的稳定状态。本文首次将生态系统多稳态和稳态转换理论及势能分析模型引入山地垂直带过渡区海拔识别的研究之中,实证了该理论与方法的有效性。