區(qū)域性升溫會導(dǎo)致草原物候的推遲？
清華大學(xué)地學(xué)中心辛秦川博士在《環(huán)境遙感》上以第一作者發(fā)表論文
土壤水分是草原物候發(fā)展的重要因素
清華新聞網(wǎng)4月9日電 日前，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心在衛(wèi)星遙感專業(yè)期刊排名第一的《環(huán)境遙感》（Remote Sensing of Environment）上發(fā)表了題為“結(jié)合氣候與衛(wèi)星數(shù)據(jù)的美國西部草原返青期模擬”（Modeling grassland spring onset across the Western United States using climate variables and MODIS-derived phenology metrics）的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)單純考慮溫度因素的積溫模型并不能夠預(yù)測大尺度下的草原萌芽時間，而綜合考慮溫度，光照，與水分的物候模型，能夠取得時空一致的預(yù)測結(jié)果，并與站點觀測結(jié)果吻合良好。論文第一作者為該中心教師辛秦川博士，合作者包括澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Broich博士，以及清華大學(xué)的宮鵬教授。
生態(tài)系統(tǒng)的春季萌芽時間，即植被返青期，決定著生態(tài)系統(tǒng)的功能與服務(wù)，影響著動物微生物的活動以及生物多樣性的增減。草原生態(tài)系統(tǒng)的物候變遷，對氣溫的改變尤為敏感，是全球氣候變化的良好指針。過去幾十年間的觀測資料顯示，高寒干旱等部分地區(qū)的草原返青期，并沒有隨著全球升溫而不斷提前，部分草種的返青期相反地出現(xiàn)了滯后現(xiàn)象。草原返青期的提前與滯后，指示著物種進(jìn)化的不同途徑，引起學(xué)術(shù)界的廣泛討論與爭議。究其本質(zhì)，是因為目前的陸面生態(tài)模型仍然難以準(zhǔn)確預(yù)測植被的返青時間。
針對物候分量模型這一難題，清華大學(xué)地學(xué)中心的研究團(tuán)隊，采取不同于基于站點數(shù)據(jù)的模型開發(fā)思路，另辟蹊徑，利用大尺度衛(wèi)星遙感觀測數(shù)據(jù)，在廣泛接受的積溫模型基礎(chǔ)上，對整個美國西部草原進(jìn)行物候分量模型的發(fā)展（圖一）。結(jié)果表明，目前主流的物候模型，由于僅考慮溫度對植被生長的限制因素，對草原返青期的預(yù)測出現(xiàn)極大偏差，難以準(zhǔn)確模擬年際尺度的變化，尤其在水分缺乏的干旱半干旱地區(qū)表現(xiàn)相對較差。綜合考慮溫度，光照，與土壤水分的新型物候模型，能夠在不同區(qū)域和不同尺度上均取得良好的預(yù)測結(jié)果。
圖一. 不同物候模型在美國西部草原地區(qū)的時空結(jié)果表現(xiàn)。
研究結(jié)果指示，區(qū)域性的加速升溫一方面有利于植被的光合作用，而另一方面容易加速干旱半干旱的水分散失。而地區(qū)性的水分虧缺，極有可能是草原物種選擇不同的返青期進(jìn)化路線的部分原因。該研究深化了衛(wèi)星技術(shù)在生態(tài)監(jiān)測方向上的具體應(yīng)用，有助于理解不同氣候要素對生態(tài)物候的影響，能夠?qū)Σ煌貐^(qū)返青期的提前與滯后現(xiàn)象做出合理解釋。
附文獻(xiàn)鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425715000498
供稿：地學(xué)中心 編輯：襄樺
