气候变化对森林的影响和森林对气候的反馈作用是全球变化的研究前沿,也是森林生态学重要研究方向之一。亚洲中部干旱区山地森林在全球变暖背景下正经历着显著变化,其中以高山林线的变化最具代表性,其分布与变化是气候变化与陆地生态系统相互作用机制研究的关键问题之一,但目前这方面的研究较为薄弱尤其是对林线变化的识别。本研究以位于亚洲中部干旱区的新疆天山北坡三工河流域高山林线为研究区,主要采用摄影测量技术,利用1962和1981年两期历史航片数据和2006年一期Quickbird高分辨率遥感影像,高精度识别了44年天山北坡森林面积变化和林线位置迁移,分析了雪岭云杉(Picea Schrenkiana)为代表的乔木和以侧柏(Juniperus Sabina)为主的灌木的时空分布格局和变迁轨迹;并主要基于气象、土壤、地形地貌等因子,构建了林线变化的空间多元回归数理统计模型,分析了森林面积变化和林线迁移的驱动机理。本项研究将深化山地森林生态系统对气候变化响应的认识,并丰富森林生态学的内容。本项研究取得的主要结论如下:　　 (1)森林及林线分布:研究区内云杉大部分集中在海拔2300-2600米,最高单株云杉分布在2880米,即林线位置;侧柏主要集中在海拔2600-2900米,最高分布达3270米。0-45°和270-360°坡向上云杉占其总面积的72.95%,侧柏在45-90°和225-270°坡向上的分布占其总面积的51.62%。云杉在0-45°坡向上分布的最高海拔比在225-270°坡向上高100米左右。　　 (2)森林及林线变化:1962-2006年间云杉面积平均扩张9.15%,其中1981-2006年面积年增加速率为0.22%,高于1962-1981年的0.19%;在20-40°坡度的面积扩张占面积增加总量的82.3%,在0-90°和270-315°坡向的扩张占增加面积的77.1%;单株云杉最高分布海拔上升2-3米,即林线的小幅上升。侧柏在1981-2006年间面积平均扩张了12.8%,平均年增加速率为0.51%,最高分布海拔上升7-12米。云杉和侧柏的扩张多分布于原有植被边缘和内部空地。　　 (3)土壤属性:在海拔2400-3000米内随海拔的升高,云杉下土壤表层(5厘米)湿度先降低后增加,深层土壤(35厘米)湿度逐渐增加。林线处春夏两季,深层土壤湿度大于表层,表层土壤湿度由云杉到侧柏到草地逐渐降低;秋季和冬季,云杉下这两个深度的土壤湿度相近,侧柏下相同深度的土壤湿度高于云杉。林线处夏季草地土壤温度高于云杉和侧柏5-10℃左右,侧柏和云杉土壤温度接近;冬季,侧柏表层土壤温度高于云杉5℃左右。养分在土壤表层呈现表聚现象,云杉下的有机质、碳氮比和速效氮均高于侧柏;土壤pH值在云杉和低海拔处趋于中性;速效钾在草地土壤中含量最高,侧柏次之。林线处的土壤特征是气候和植被相互作用的结果,且林线处植被分布能由水热条件、地形条件、速效钾、pH值和有机质进行高精度模拟。　　 (4)林线变化驱动因子分析:生长季和冬季温度升高是驱动高山林线变化的主要气候因子。林线处云杉和侧柏变化均可由logistic模型结合空间自相关理论进行模拟,且模拟精度较高:两种植被扩张与距原有植被距离负相关,与云杉3米邻域和侧柏9米邻域分别呈正相关,云杉变化与冬季太阳辐射呈正相关。　　 研究区林线扩张加快是气候条件改变的结果。侧柏下的土壤及其形成的局地气候,在林线处温度升高的背景下有可能提高向高海拔扩张的云杉幼苗在冬春季节的存活率。同时,由于侧柏面积扩张和海拔上升速率快于云杉,若未来几十年内林线处气候变化延续以往趋势,则云杉上限上升速率有可能加快,即林线出现明显上升。