第 8 章 自然世界的氣候、地形和龐雜度

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第 8 章 自然世界的氣候、地形和龐雜度 8.1 隨著緯度，陽光照射的差異，產生全球

氣溫和與量的分佈變化。 8.2 季節是環境可預期的變動。 8.3 環境的不規則變動 8.4 地形和地質特徵對全球氣候的影響。 8.5 雨量和蒸發的平衡 8.6 植物的分佈受到氣候、地形和土壤的影

響。

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第 8 章 自然世界的氣候、地形和龐雜度 8.7 植物和動物對其生活環境的適應。 8.8 以植物型與氣候相關來作植被的分類。 8.9 因為氣溫和與量的差異，造成全球的 life

zones 有差異。 8.10 biome 觀念將自然世界劃分為大量度的

類別。 8.11 水域生態體系的分類，基於其物理特質。

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溫帶湖泊的季節性周期 Fig.8.11 spring overturn 和 fall

overturn fall overturn 的成效較大，浮游植

物大量繁殖，這稱為 fall bloom 。 summer 有分層的現像：

epilimnion ( 上層 ) hypolimnion ( 下層 )( 深層 ) thermocline ( 溫度梯度 )

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8.3 氣候的不規則變動 (El Niño) El Niño ： (“little boy” in Spanish, a name

referring to the Christ child) 。 這個現像發生在耶誕節前後，有一股暖流逆向流

向祕魯海岸，有時會強勁到將祕魯原有冷流逼走，而造成海產顯著下降。

El Niño 可能是受到 Southern Oscillation 反向的影響行而形成。這總稱為 ENSO(El Niño Southern Oscillation) ，約 2-10 年發生一次。(Fig.8.13)

有時反而會有不尋常的冷流進入，這又稱為：La Niña (little girl in Spanish)

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Fig.8-13 (a) multivariate ENSO index (MEI) for the years between 1950 and 1996. The MEI includes information about wind currents, ocean and air temperature, and atmospheric pressure.

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Fig. 8-13 (b) comparison of MEI for seven ENSO events.

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8.4 地形和地質對區域的影響 Riparian forrests ( 河岸或湖邊的樹林 ) 北半球的南坡面，較乾旱，植物是 Xeric 型；

北面向較溼冷，植物是 mesic 型。 (Fig.8.14) 海拔高度每升 1,000 公尺，氣溫下降 6-

10oC ，這稱為 adiabatic cooling 。平地氣溫30oC ，海拔 5,000 公尺的高山地區，就會下降到零度以下。

不同海拔高度，有不同的植被 (life zones) 。 Fig.8-15, p.150)

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地形和地質對區域的影響 登上 2,600 公尺的高山，就等於向北旅行至 2,

000 公里遠的海平面之氣候。 除了地形高低的影響外，特殊的地質也會有特

殊的植被。 美國太平洋沿岸的山脈，有一種火成岩

(serpentine) ，一般植物無法成長，因而被稱為 serpentine barrens 。但有少數特有植物可以生長。 Endemics ( 特有種 )

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8.5 雨量和蒸發的平衡 Fig.8-17 氣溫 (t) 、蒸發量 (et) 、葉總

質量 (fm) 、雨量 (p) 和土壤的貯水量(sws) 的關係。沙漠、草原、季節落葉林。

山區的蒸發量愈大，局部雨量愈多。

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Fig.8-17 relationship among temperature(t), evapotranspiration (et), mass of the foliage (fm), precipitation (p), and soil water storage (sws) for desert.

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8.6 植物的分佈受到氣候、地形和土壤的影響

植物的分佈與氣候型相關。 Fig.8-18 四種不同的楓樹的地理分佈。

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Fig.8-19 The distribution of tree species along a gradient of minimum available soil moisture in the coastal region. 於同一個氣候型，也可能因為土壤的溼度之不同，而有不同的植被。

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Fig.8-20 土壤中的有機質和鈣質量的組合之不同，各有不同的植物生長。 Wild black cherry, bloodroot, cream violet 和yellow violet.

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8.7 植物和動物對其生活環境的適應。

Fig.8-21 ： 沙漠植物，通常葉片很小(a) ，或成針狀 (b) ，或沒有葉片。

(C) 雖有多汁較大的葉片，但只存在於雨季。

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Fig. 8-22 白橡樹的樹冠多陽光下的葉片，比較有多個凹陷。遮陰處的葉片則較寬大。這與散熱有關。

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南加洲灌木林

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Fig. 8-23 profiles of the root systems of chaparral species (left) and sage species (right).

•chaparral 灌木的根系較深； sage 則是較淺。

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Table 8-1 chaparral 和 Sage 兩者的特徵 之比較。

Sage 的根淺，夏季落葉，葉片小，蒸散快，光合作用速率可較快，但全年光合產量反而較少。

Chaparral 根深，全年不落葉，葉片大，光合作用速率較慢，但全年光合產量反而較大。

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Fig. 8-24 摘除下的葉片之光合作用和蒸散作用之改變。 Sage植物快速下降，但是 toyon (chaparral species)卻略有提高。摘除下，葉片立即有乾旱的壓力。

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動物的環境、形態、與功能 一般來說，動物的形態對氣候環境，比較不敏感 ( 與植物相比較 ) 。

動物通常可不以形態來適應環境，而是以其生理和行為來適應。

Why ？ (1) 植物有很高的表面積和體積比率。 (2) 植物體的各部門比較要靠自己，不如

動物體的各部門之特化程度。 (3) 植物的生態角色類似。動物是有多種

生態角色。

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8.8 以植物型與氣候相關來作植被的分類。

Raunkiaer's life forms (Fig. 8-25) Phanerophytes ：再生芽在頂端，易暴露於惡劣環境。

Chamaephytes ：再生芽接近地面。 Hemicryptophytes ：再生芽稍微有土壤和落

葉保護。 Cryptophytes ：再生芽完全藏在地面下。

24Fig. 8-25 Raunkiaer's life forms.

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8.9 因為氣溫和與量的差異，造成全球的 life zones 有差異。

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Fig.8-26 平均年雨量、乾燥和潮濕程度，以及年平均生物溫度 (biotemperature) 可以將劃分出全球各地的植被類型。

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Table 8-2 Walter's 分類 ( 全球氣候區 )

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Fig.8.27 Whittaker's 分類 ：按平均氣溫和年雨量來區分全球的植被類型。

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8.10 biome 觀念將自然世界劃分為大量度的類別。

Terrestrial biomes ： deciduous forest biome ( 落葉森林生物區 )(Fig.8-29) 、 temperate needle-leaved biome( 溫帶針葉生物區 )(Fig.8-30) 、 temperate rain forest biome( 溫帶雨林 )(Fig.8-31) 、 temperate grassland biome ( 溫帶草原生物區 )(Fig.8-32) 、 temperate shrubland biome( 溫帶灌木生物區 )(Fig.8-33) 、 Mediterranean woodland biome ( 地中海樹林生物區 )(Fig.8-34) 、 subtropical desert biome(Fig. 8-35)

30Fig. 8-28 The major biomes of the world.

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Biomes Boreal forest biome ( 北方森林生物區 )(Fig.8-

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Tundra biome (凍原生物區 ) ： permanently frozen soil (permafrost) (Fig.8-37) Alpine tundra biome ( 山區凍原生物區 )

(Fig.8-38) Equatorial and tropical biomes (赤道和熱帶

生物區 ) ：南北緯 20o間。熱帶雨林、熱帶季風林、熱帶草原 (savanna) (Fig.8-39, 40, 41)

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8.11 水域生態體系的分類，基於其物理特質。 The major kinds of aquatic environments are

stream, lakes, estuaries, and oceans. Stream( 河川 ) ，起源自「急流」 (riffles) ，進

入一些小池塘 (pools) 。急流氧氣豐富，小池塘累積淤泥和有機質，這些是 allochthonous ( 外來的 ) 物質。進入中下游，情況慢慢轉成autochthonous ( 自生的 ) 有機物質，最後進入河口地區。整個系統稱為： fluvial systems 。

River continuum( 河流連續 )concept ； down stream drift is balanced by the active movement of animals upstream.

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水域生態體系 湖泊 (Lakes) ： form in any kind of

depression. Littoral 區 (Fig.8-42 香蒲 ) 和 limnetic 區，

以及 benthic(底棲 ) 區 Estuaries ( 河口區 ) ：淡鹹水混合區 Ocean( 海洋 ) ： littoral( 岸 ) 區、 neritic(陸棚 ) 區 (100m-200m 深 ) 、 oceanic 區。垂直分層有 photic( 有光 ) 區和 aphotic( 無光 ) 區。

Atoll (珊瑚環礁 )

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Suggested readings Barber, R. T. and E. P. Chavez (1983)

Biological consequences of El Nino. Science 222:1203-1210.

Jeffree, E. P. and C. E. Jeffree (1994) Temperature and biogeographical distributions of species. Functional Ecology 8:640-650.

Philander, G. (1989) El Nino and La Nina. American Scientist 77:451-459.

Rasmussen, E. M. (1985) El Nino and variations in climate. American Scientist 73:168-177.

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