河南林州植物物候变化特征及其原因分析

根据河南省林州市1987年至2004年的物候和气象资料,运用一元线性回归法和相关分析法分析了林州市近20年来植物物候的变化特征及其对气候变化的响应。结果表明,近20年来,林州地区的毛白杨(Populus tomentosa Carr.)、刺槐(Robinia hispida Linn.)、梧桐(Firmiana simplex W.F.Wight)和白梨(Pyrus bretschneideri Rehd.)等木本植物的春季物候期提前,秋季物候期变化不一致,生长期延长;车前(Plantago asiatica Linn.)、藜(Chenopodium album Linn.)和苍耳(Xanthium sibiricum Patr.)等草本植物的春季物候期变化不一致,秋季物候期均提前,生长期缩短。木本植物春季物候变化受冬末春初气温变化的影响最大、日照次之、降水最小,秋季物候期对气候变化基本没有响应;草本植物的物候期主要受气温影响,降水能促进草本植物开花。木本植物的春季物候变化可作为反映气候变化的代用指标。     

中国草地和欧洲木本植物返青期对气温和降水变化的响应:基于生存分析的研究

长期以来,气候与植物物候关系的研究大多基于线性模型,但植被物候对气候变化的响应可能是非线性的。该文利用非线性模型——生存分析模型来分析时间序列中过去事件(气候因子)对目的变量(物候)的作用:用生存分析模型分析了春季气温和降水量对内蒙古草地、青藏高原草甸和欧洲地区木本植物返青期的影响。其中,内蒙古与青藏高原的物候信息来自遥感数据,欧洲地区物候信息为实测数据。蒙特卡洛方法用于拟合模型参数。结果表明:生存分析模型适合对上述不同研究对象的物候影响因素进行分析,并能模拟非线性效应;在内蒙古草地,春季气温和降水对春季返青有很大的影响,而青藏高原草甸和欧洲地区木本植物返青期对春季降水响应较小,对春季气温变化的响应随Holdridge干燥度指数上升而下降;在预测返青期时发现:春季平均气温提高1℃会导致上述地区返青期提前1–6天;而春季气温与降水的增加会导致返青期发生明显的非线性变化,这种非线性效应无法基于线性模型模拟出来。结果说明生存分析模型既能用于分析不同尺度下植物物候与气候的关系,也能用于模型预测,尤其适合探讨大幅度气候变化对物候的非线性影响。     

气候变暖对内蒙古地区小白杨物候的影响

基于1982—2006年内蒙古地区17个小白杨物候观测站的气温以及小白杨春季和秋季物候资料,对该区小白杨春季和秋季物候的变化趋势进行了研究,分析了物候期变化与气候变暖的关系,并利用逐步回归方法建立了小白杨始花期和落叶期变化的预估模型.结果表明：1982—2006年间,研究区气温呈增加趋势,该区小白杨春季物候呈提前趋势,秋季物候呈延后趋势;小白杨始花期与冬、春季气温呈负相关,主要影响因子为3—4月的平均气温;落叶期与秋季气温呈正相关,主要影响因子为8—10月的平均气温;根据气候变化国家评估报告,未来内蒙古地区春、秋季平均气温分别升高1.5 ℃～5.4 ℃和1.2 ℃～4.4 ℃,小白杨始花期将提前3.9～17.8 d,落叶期将延后3.0～12.4 d.     

Responses of green-up dates of grasslands in China and woody plants in Europe to air temperature and precipitation: Empirical evidences based on survival analysis

长期以来, 气候与植物物候关系的研究大多基于线性模型, 但植被物候对气候变化的响应可能是非线性的。该文利用非线性模型——生存分析模型来分析时间序列中过去事件(气候因子)对目的变量(物候)的作用: 用生存分析模型分析了春季气温和降水量对内蒙古草地、青藏高原草甸和欧洲地区木本植物返青期的影响。其中, 内蒙古与青藏高原的物候信息来自遥感数据, 欧洲地区物候信息为实测数据。蒙特卡洛方法用于拟合模型参数。结果表明: 生存分析模型适合对上述不同研究对象的物候影响因素进行分析, 并能模拟非线性效应; 在内蒙古草地, 春季气温和降水对春季返青有很大的影响, 而青藏高原草甸和欧洲地区木本植物返青期对春季降水响应较小, 对春季气温变化的响应随Holdridge干燥度指数上升而下降; 在预测返青期时发现: 春季平均气温提高1 ℃会导致上述地区返青期提前1-6天; 而春季气温与降水的增加会导致返青期发生明显的非线性变化, 这种非线性效应无法基于线性模型模拟出来。结果说明生存分析模型既能用于分析不同尺度下植物物候与气候的关系, 也能用于模型预测, 尤其适合探讨大幅度气候变化对物候的非线性影响。     

气候变化对桂林植物物候的影响

利用线性倾向估计、Mann-Kendall突变检测等方法,对桂林气候(1951～2009年)和3种植物物候(1983～2009年)的趋势变化特征进行了分析,并探讨了物候期与气温、日照、降水等气象因子的相关性及其对主要气候影响因子的响应情况。结果表明:在当地气候变化背景下,桂林市植物物候期发生了不同程度的变化,春季物候期提前,秋季物候期推迟,绿叶期延长;平均气温是影响植物物候期最为显著的气象因子,气温每增高1℃,春季物候平均提前5d左右,秋季物候平均推迟8d左右,绿叶期延长约27d;春季物候和绿叶期的突变一般发生在气温突变之后,但秋季物候期突变与其影响月份气温的突变并无关系。以上分析说明植物物候对气候变化响应比较敏感,通过分析气候和植物物候变化的规律,掌握气候对当地植物物候的可能影响,可为农业生产、生态环境监测和评估等提供理论依据。     

民勤荒漠区植物物候对气候变暖的响应

近几十年来,全球气候普遍变暖.那么,荒漠地区的气候是不是响应了全球气候的这种变化?在全球气候变化过程中,荒漠区植物物候又是如何响应这种气候变化的呢?显然,研究荒漠地区植物物候对气候变化的响应对于深入研究荒漠植物物候与气候因子的关系以及荒漠地区的植物保护都具有重要意义.运用位于中国西北典型荒漠地区的民勤沙生植物园1974～2007年42种中生、旱生植物的物候观测资料进行分析.结果表明:研究区1974年以来气温抬升幅度大于其他文献的研究报道,春季物候期提前幅度明显大于其他国家文献报道;在气温变暖的过程中,不同月份的气温变化与年平均气温的变化趋势并不完全对应,物候期发生当月的平均气温对该物候期的影响＞物候期发生上月平均气温＞年平均气温;研究区位于中国典型荒漠化地区,属于干旱荒漠气候,春季气温升高较其他地区更加明显,这就是当地春季物候期提前幅度相对较大的原因所在,也是当地以及中国西北沙区近几十年来沙尘暴天气增多和沙尘暴发生日期提前的原因.植物物候变化既是植物对气候变化的综合反应过程,又是植物适应气候变化的过程,尤其是荒漠植物.因此,物候研究将会成为今后气候学和植物生态学研究的一个重要内容.     

西安木本植物物候与气候要素的关系

根据1963–2007年中国物候观测网西安观测站的物候和气温、降水资料,分析了西安站34种木本植物春季展叶始期、展叶盛期、始花期和盛花期等4个关键物候期的变化趋势、对气候变化的阶段响应特点及其与气温、降水变化的关系。结果表明,1963年以来,西安地区气温呈显著上升趋势,特别是1994年前后,气温发生明显突变,上升趋势更加明显;西安春季物候变化主要呈现提前趋势。在45年中,观测到的34种植物的展叶始期平均提前1天,展叶盛期平均提前1.4天,始花期平均提前9天,盛花期平均提前12天;以突变点为界,34个物种1995–2007年的4种物候期比1963–1994年平均提前了4.34±0.77天;春季物候期的早晚主要受春季气温的影响,特别是春季物候期发生当月和上一月的平均气温对物候期的影响最为显著。叶物候和物候发生期前一月的降水量有较为明显的相关关系,花物候期和降水的关系不明显。     

城市化对上海市城乡梯度上植物爆芽与展叶物候的影响

城市化影响植物物候,春季物候,如爆芽和展叶是植物响应城市化的客观生物指示。然而在城乡梯度上植物物候如何变化,以及物候与城市化程度是否存在定量关系,尚不明确。利用上海市2条城乡梯度上的6种木本植物的春季物候观测数据,以及距市中心距离作为城市化程度的代理指标,研究植物的爆芽和展叶物候期在城乡梯度上的变化及其与城市化程度的关系。研究结果表明：6种城市木本植物的爆芽和展叶物候期呈现随着距市中心距离的增加而延迟的趋势;城市化程度代理指标与爆芽和展叶物候期之间存在线性关系,城市化代理指标距市中心距离可以解释物候期延迟的31.5%—96.7%;物候期延迟时间因物种和距离城市距离而异,爆芽期延迟时间为3—15 d,展叶始期延长时间为4—13 d,展叶盛期延长时间为3—9 d。上述结果对理解城市化对植物物候的影响机制,评估城市化对城市生态系统的影响具有积极意义。     

华北区域杨柳科树木春季物候期模拟

杨柳科树木是我国华北区域植树造林的主要树种,但春季的杨柳飞絮问题既影响区域大气环境质量,也对人体健康造成一定的危害,因此准确预报杨柳科树木的春季物候期具有重要现实意义。基于中国气象局农业气象观测网和中国科学院地理科学与资源研究所中国物候观测网提供的华北区域1963—2018年59个站点的4种杨柳科树木(垂柳、旱柳、加拿大杨、毛白杨)的4个春季物候期(开花始期、盛期、末期和果实或种子成熟期)观测数据,对3种基于逐日气温序列构建的春季物候过程模型(简单积温模型、温度三基点模型和冷激-三基点模型)进行了参数率定和优选,分别对这16个基于物种-物候期的最优春季物候模型进行了外部检验。内部模拟结果表明,各模型对同一物种-物候期模拟效果相差不大,均方根误差(RMSE)介于5.5—11.6d,各模型对同一物种发生较早的物候期模拟效果相对更好。通过赤池信息准则(AIC)判定,上述16个基于物种-物候期的最优春季物候模型中,有11个选择简单积温模型,有5个选择冷激-三基点模型,其中,垂柳和旱柳的最优春季物候模型都选择了简单积温模型,加拿大杨的各春季物候期对2种物候模型均有选择,毛白杨的各春季物候期则全部...     

中国北方苹果主产地苹果物候期对气候变暖的响应

为揭示我国北方苹果物候期时空变化特征及其对气候变暖的响应时段和强度,选取福山、万荣和阿克苏分别代表我国渤海湾、黄土高原和新疆苹果产区,利用1996—2018年各地红富士苹果芽开放期、展叶始期、始花期、可采成熟期、叶变色末期和落叶末期物候数据,分析不同物候期及生长阶段长度的变化趋势,并利用偏最小二乘回归法,从日尺度层面,分析气温变化对各物候期的影响。结果表明: 近23年来,福山、万荣和阿克苏芽开放期、展叶始期和始花期均呈现提前趋势,平均提前速率分别为0.36、0.33和0.23 d·a^-1,落叶末期则呈推迟趋势(0.68 d·a^-1),可采成熟期和叶变色末期在各产区的变化趋势不一致;果实生长发育期和果树全生育期分别以1.20和0.82 d·a^-1的速率延长。苹果春季物候期与1月初至相应物候期发生前平均气温呈显著负相关关系,期间温度每升高1 ℃,芽开放期、展叶始期和始花期将分别提前3.70、3.47和3.48 d;秋季物候期与各物候期前21～72 d的平均气温呈正相关,但与影响时段平均气温的相关性低于春季物候期;总体上,春季物候期受气温影响的程度大于秋季物候期,且果实生长发育期和果树全生育期的延长主要由春季物候期提前所致。各主产地间苹果物候期对气候变暖的响应存在一定差异,其中气温对阿克苏苹果生长发育的影响最大,其次是万荣,对福山的影响并不明显。该研究结果可为指导各地苹果产业应对气候变化提供理论依据。     

Asymmetric effects of cooler and warmer winters on beech phenology last beyond spring

In temperate trees, the timings of plant growth onset and cessation affect biogeochemical cycles, water, and energy balance. Currently, phenological studies largely focus on specific phenophases and on their responses to warming. How differently spring phenology responds to the warming and cooling, and affects the subsequent phases, has not been yet investigated in trees. Here, we exposed saplings of Fagus sylvatica L. to warmer and cooler climate during the winter 2013–2014 by conducting a reciprocal transplant experiment between two elevations (1,340 vs. 371 m a.s.l., ca. 6°C difference) in the Swiss Jura mountains. To test the legacy effects of earlier or later budburst on the budset timing, saplings were moved back to their original elevation shortly after the occurrence of budburst in spring 2014. One degree decrease in air temperature in winter/spring resulted in a delay of 10.9 days in budburst dates, whereas one degree of warming advanced the date by 8.8 days. Interestingly, we also found an asymmetric effect of the warmer winter vs. cooler winter on the budset timing in late summer. Budset of saplings that experienced a cooler winter was delayed by 31 days compared to the control, whereas it was delayed by only 10 days in saplings that experienced a warmer winter. Budburst timing in 2015 was not significantly impacted by the artificial advance or delay of the budburst timing in 2014, indicating that the legacy effects of the different phenophases might be reset during each winter. Adapting phenological models to the whole annual phenological cycle, and considering the different response to cooling and warming, would improve predictions of tree phenology under future climate warming conditions.     

暖温带乔木和灌木物候变化及对气候变化的响应

根据2003-2014年气象数据和暖温带3种乔木(辽东栎、五角枫和核桃楸)和3种灌木(土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木)的物候观测数据资料, 采用气候倾向率和回归分析等方法, 观察乔木和灌木物候变化特征的差异, 分析温度、降水以及乔木、灌木的物候变化趋势, 同时对气象因子与乔木和灌木物候期的相关关系进行研究。结果表明: ①研究期间, 北京东灵山平均气温呈不显著的上升趋势, 气候倾向率为0.200℃·10a–1, 春季(3–5月)和夏季(6-8月)温度显著上升; 降水量呈下降趋势, 平均减少71.630 mm·10a–1, 总体呈暖、干的趋势。②3种乔木的生长季长度都缩短, 辽东栎、五角枫和核桃楸平均生长季长度分别缩短50.70 d·10 a–1、29.83 d·10a–1和22.36 d·10a–1。3种灌木的生长季长度也都缩短, 土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的平均生长季长度分别缩短42.55 d·10a–1、42.76 d·10a–1和38.15 d·10a–1。乔木和灌木的物候变化趋势相同, 整体表现为春季物候推迟, 秋季物候提前, 生长季长度都缩短且生长季长度相差不大。乔木和灌木都表现出芽期推迟最明显, 每10年推迟达19天以上。③乔木和灌木各物候期与气温总体表现为负相关, 即气温升高, 物候期提前, 其相关性显示出夏季(6-8月)温度对植被物候期影响较大, 夏季温度与各物候期表现为正相关, 即夏季温度升高, 物候期推迟。同时乔木和灌木与总体降水没有明显的相关关系, 但秋季物候与不同时段降水表现不同的相关性, 由此可知夏季温度变化对木本植物春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大, 而秋季物候(叶变色期和落叶期)受温度和降水共同影响。     

北方地区典型林草地物候时空变化特征及其对气象因子的响应

为探究北方地区典型植被林地、草地物候特征及其对气候变化的响应,本文基于1982—2015年的GIMMS NDVI 3gv1数据集和气象资料,采用动态阈值法提取植被物候,应用线性回归和偏相关分析法分析林、草地物候时空变化特征及其与气候变化的关系。结果表明：(1)林地生长季长度(LOS)以0.32d/a的速率极显著延长,整体表现为生长季始期(SOS)以-0.18d/a极显著提前,生长季末期(EOS)以0.14d/a极显著推迟。林地SOS提前、EOS推迟和LOS延长的区域面积占比分别为93.3%、90.4%和96.3%。(2)草地LOS以-0.01d/a的速率不显著缩短,表现为SOS以-0.09d/a不显著提前,EOS以-0.10d/a不显著提前。SOS提前、EOS提前和LOS缩短的区域占比为67.5%、69.1%和50%。(3)林地SOS主要受冬末春初的气温升高和降水增加而提前,EOS受夏季气温升高、秋季以及冬末春初降水增加而推迟。(4)草地SOS主要受春季气温升高和短波辐射减少而提前,EOS受秋季气温升高和短波辐射减少而提前,草地物候与气象因子的响应时长小于林地。     

1982—2009年基于卫星数据的北半球中高纬地区植被春季物候动态及其与气候的关系

深入认识北半球植被物候在全球变暖背景下的动态变化特征,对于评估和预测生态系统结构和功能对气候变化的响应有重要的指示作用.遥感技术是获取北半球植被春季物候的最重要方法,但是由于物候提取算法的差异,目前还存在较大的不确定性.本文利用5种方法,基于卫星获取的归一化植被指数估算了北半球中高纬地区1982—2009年植被春季物候开始日期,分析了该日期的多年动态变化的时空特征,并探讨了气候变化对春季物候变化的影响.结果表明: 研究区植被春季物候开始日期呈现提前趋势,研究期间提前(4.0±0.8) d,其中,欧亚大陆提前速率为(0.22±0.04) d·a^-1,显著高于北美大陆的变化速率(0.03±0.02 d·a^-1);不同植被类型的变化趋势不同,5种方法都显示草地表现为显著提前趋势,而林地的提前趋势不显著.区域平均的植被春季物候开始日期的年际波动主要受春季温度的变化所驱动(r² =0.61,P<0.001), 温度每上升1 ℃,可以导致春季物候提前(3.2±0.5) d,而春季降水影响不显著(P>0.05).     

西安4种落叶乔木物候期对气候变化的响应

以西安1979—2018年的气候资料和植物物候观测资料为基础,采用分段回归和趋势倾向率等方法,分析了毛白杨(Populus tomentosa)、杜梨(Pyrus betulifolia)、七叶树(Aesculus chinensis)和灯台树(Bothrocaryum controversum)4种落叶乔木展叶盛期和叶全变色期的生长趋势,使用偏相关分析探讨了气温、降水和日照时数与物候期的关系并通过偏最小二乘回归(Partial Least Squares, PLS)判断气候变量对物候期的综合影响。结果表明：(1)1979—2018年,4种乔木的生长季长度延长,整体表现为春季物候期提前,秋季物候期推迟;(2)展叶盛期物候指标与叶全变色期物候指标,转折均发生在1982年;转折后,物候特征变化显著,春季物候的提前速率和秋季物候的推迟速率加快,展叶盛期平均提前3.8d/10a,叶全变色期平均推迟4.7d/10a;(3)展叶盛期与春季气温表现为极显著负相关,叶变色期与秋季气温表现为显著正相关;降水对植物物候的影响不显著;春季物候与日照时数呈现极显著负相关关系,秋季物候期与日照时数呈不显著正相关...     

Climate-associated changes in spring plant phenology in China

The timing of phenological events is highly responsive to global environmental change, and shifts in a phenological phase can affect terrestrial ecosystems, agriculture and economics. We analyzed changes in phenology for the spring season in China that occurred between the 1960’s and the 2000’s using four methods: species-level observations, meta-analysis, satellite measurements and phenology modeling. Previous analyses have rarely been reported due to sparse observations. Our results suggest that spring in China has started on average 2.88 days earlier per decade in response to spring warming by −4.93 days per degree Celsius over the last three decades. The shift towards an earlier start of spring was faster in two forest biomes (spring started on average 3.90 days earlier per decade) than in three grassland biomes (spring started on average 0.95 day earlier per decade). This difference was probably due to increased precipitation impacts in the grassland biomes. Interannual variations in the start of spring were most likely attributed to annual fluctuations in spring temperature (∼40%) and in large-scale circulation anomalies (∼20%).     

Phenological responses of plants to climate change in an urban environment

Global climate change is likely to alter the phenological patterns of plants due to the controlling effects of climate on plant ontogeny, especially in an urbanized environment. We studied relationships between various phenophases (i.e., seasonal biological events) and interannual variations of air temperature in three woody plant species (Prunus davidiana, Hibiscus syriacus, and Cercis chinensis) in the Beijing Metropolis, China, based on phenological data for the period 1962–2004 and meteorological data for the period 1951–2004. Analysis of phenology and climate data indicated significant changes in spring and autumn phenophases and temperatures. Changes in phenophases were observed for all the three species, consistent with patterns of rising air temperatures in the Beijing Metropolis. The changing phenology in the three plant species was reflected mainly as advances of the spring phenophases and delays in the autumn phenophases, but with strong variations among species and phenophases in response to different temperature indices. Most phenophases (both spring and autumn phenophases) had significant relationships with temperatures of the preceding months. There existed large inter- and intra-specific variations, however, in the responses of phenology to climate change. It is clear that the urban heat island effect from 1978 onwards is a dominant cause of the observed phenological changes. Differences in phenological responses to climate change may cause uncertain ecological consequences, with implications for ecosystem stability and function in urban environments.     

近30年北京自然历的主要物候期、物候季节变化及归因

根据中国物候观测网资料并结合气象观测数据, 重新编制了北京颐和园地区1981-2010年的自然历。通过与原自然历比较, 揭示了北京物候季节变化特征, 分析了1963年以来物候季节变化的可能原因。研究发现: 与原自然历相比, 1981-2010年北京的春、夏季开始时间分别提前了2天和5天, 秋、冬季开始时间分别推迟了1天和4天; 夏、秋季长度分别延长了6天和3天, 春、冬季长度则分别缩短了3天和6天; 各个物候期的平均日期、最早日期、最晚日期在春、夏季以提前为主, 在秋、冬季以推迟为主; 且春、秋、冬季节内部分物候期次序也出现了不同程度的变化。春、夏、冬季开始日期前的气温变化和秋季开始日期前的日照时数变化可能是北京颐和园地区物候季节变化的主要原因; 不同物种、不同物候期对气温变化的响应程度不同, 导致了物候季节内各种物候现象出现的先后顺序发生变化。     

Forecasting phenology under global warming

As a consequence of warming temperatures around the world, spring and autumn phenologies have been shifting, with corresponding changes in the length of the growing season. Our understanding of the spatial and interspecific variation of these changes, however, is limited. Not all species are responding similarly, and there is significant spatial variation in responses even within species. This spatial and interspecific variation complicates efforts to predict phenological responses to ongoing climate change, but must be incorporated in order to build reliable forecasts. Here, we use a long-term dataset (1953–2005) of plant phenological events in spring (flowering and leaf out) and autumn (leaf colouring and leaf fall) throughout Japan and South Korea to build forecasts that account for these sources of variability. Specifically, we used hierarchical models to incorporate the spatial variability in phenological responses to temperature to then forecast species'' overall and site-specific responses to global warming. We found that for most species, spring phenology is advancing and autumn phenology is getting later, with the timing of events changing more quickly in autumn compared with the spring. Temporal trends and phenological responses to temperature in East Asia contrasted with results from comparable studies in Europe, where spring events are changing more rapidly than are autumn events. Our results emphasize the need to study multiple species at many sites to understand and forecast regional changes in phenology.