1962-2007年北京地区木本植物秋季物候动态

根据中国物候观测网络北京观测站点的物候资料及气候资料,分析了1962—2007年北京地区20种主要木本植物秋季物候对气候变化的响应情况.结果表明:1962—2007年间,北京地区秋季物候开始日期基本保持不变,但结束日期有所推迟,推迟的幅度为3.2d.10a-1,导致该区秋季延长了约14d;研究期间,北京地区木本植物秋季叶始变色期均表现为推迟趋势,平均推迟幅度为4.9d.10a-1;平均最低气温是影响北京地区木本植物叶始变色期早晚的主要气候因子.气候增暖可能是导致近40年北京地区木本植物秋季物候期推迟的主要原因.

影响鲁西南木本植物秋季物候期的气象要素分析

选取鲁西南地区1981—2020年旱柳、榆树、合欢、楝树4种不同科属典型木本植物物候期资料,结合当地相应时期的气候资料进行相关性分析,研究气象要素变化对不同种类木本植物秋季物候期产生的影响。结果表明:(1)鲁西南地区1981—2020年平均日平均气温、平均日最低气温均呈极显著上升趋势,上升速率分别为0.482℃/10 a、0.609℃/10 a。(2)受气候变化影响,鲁西南地区四种木本植物的秋季物候期均呈推迟趋势,榆树、旱柳对于气候变化的敏感度高于其他两种木本植物,木本植物的秋季物候期中落叶末期对气候变化响应最为强烈。(3)鲁西南地区木本植物秋季物候期变化受气温、地温、风速的影响较大,其中气温、地温越高,木本植物秋季物候期会出现的越晚;风速越大,木本植物秋季物候期会出现的越早。(4)鲁西南地区木本植物秋季物候期虽受日照、降水、空气湿度等气象要素影响,但影响并不显著。

中国北方树木秋季物候的过程模拟及其区域分异归因

揭示温带落叶树木秋季物候的发生机理对提高生态系统固碳量和植被生产力的预估精度具有重要意义。该研究利用低温和光周期乘积模型模拟了1981–2014年中国北方温带90余个站点6个树种的叶始变色期和落叶末期,并对逐站点-物种的最优模型进行了模拟精度评价,分析了最优模型模拟精度的时空差异及其随水分梯度的空间变化。主要结果如下:(1)在诱导叶片衰老方面,光周期缩短的影响通常大于温度降低的影响。据此建立的叶始变色期和落叶末期最优模型模拟的平均均方根误差分别为6.9 d和6.0 d,模拟与观测时间序列呈显著正相关关系的比例分别为71.4%和83.6%;(2)最优模型对区域平均和多年平均叶始变色期和落叶末期模拟的绝对误差小于2.4 d,但模拟日期的时空变幅通常小于观测日期,这与秋季物候发生日期的高度时间变异性密切相关;(3)水分条件在一定程度上影响叶片衰老诱导途径的选择,表现为光周期缩短诱导叶片衰老的叶始变色期最优模型所占比例在干旱和半干旱区大于湿润和半湿润区,而最优模型的模拟精度在湿润和半湿润区高于干旱和半干旱区。该研究验证了低温和光周期乘积模型在中国温带地区的适用性,并揭示了水分条件对秋季物候发生机理和模拟精度的影响。

北京东灵山森林木本植物物候对气温响应的季节差异

[目的]明确北京东灵山暖温带森林木本植物不同物候期对气候变暖响应的季节性差异。[方法]本文利用2003-2019年北京市暖温带森林24种木本植物的6种物候期数据,采用偏最小二乘回归和相关分析计算各物候期对季节气温响应的最优相关时段,并应用Wilcoxon符号秩检验对比各物候期对相关时段内气温响应敏感度的差异。[结果]展叶始期、始花期和盛花期对气温响应的最优相关时段分别为物候期前48、64、55 d(3月上中旬至4月底、5月上中旬),该时段内气温每升高1℃,始花期平均提前6.38 d,显著高于展叶始期(提前4.52 d)和盛花期(提前5.05 d)。萌芽期对气温的响应方式与上述3种物候期不同,其最优相关时段为秋冬季10月28日至下一年1月14日,其次是冬春季3月11日至4月14日(萌芽期前34 d)和夏季7月14日至8月27日。秋冬季相关时段气温每上升1℃,萌芽期提前5.48 d,显著高于冬春气温使其提前的天数(3.71 d),而夏季气温上升1℃使萌芽期推迟9.74 d,与其他均显著不同。与普遍的观点不同,叶变色期和落叶期对气温响应的最优相关时段为春夏季4月初至7月中下旬,而对夏秋季(8月下旬至9月中下旬)气温响应显著的物种很少。在气温上升1℃的情况下,春夏季相关时段气温使叶变色期和落叶期分别提前7.12和9.55 d,而夏秋季气温使其分别推迟2.27、5.96 d。近50年,研究点冬末春初(2、3月)气温的上升速度是其他月份的2倍以上,而秋冬季(10—12月)气温无显著变化。[结论]北京东灵山森林木本植物各物候期对不同季节气温的响应方式和强度具有显著差异,且各季节气温的变化呈现不一致性,这可能会对从植物个体到生态系统的各个层次都产生深刻的影响。

中国东部暖温带刺槐物候模型比较

植被物候是陆地生态系统对气候变化响应的一个有力指标,其对水、碳交换和能量平衡发挥着重要作用。在全球气候变暖背景下,植被物候变化规律及预测植物物候期成为研究热点。本研究基于中国东部暖温带10个观测点的气象数据和刺槐地面物候观测资料,利用模拟退火算法对SW、Unichill和DNGDD三种模型的各项参数进行优化,对刺槐春秋季物候期(叶芽开放期、展叶始期、开花始期和叶变色期)进行模拟,通过内部检验对比分析SW、Unichill和DNGDD模型对春、秋季物候期的模拟效果,以选择出最适合预测刺槐物候期的模型。结果表明,刺槐4个主要物候期与同期各项气温平均值间均呈极显著负相关关系。利用模拟退火法对SW、Unichill和DNGDD模型进行参数估计得到的数值符合刺槐的生长发育规律。与DNGDD模型和Unichill模型相比,SW模型对春季物候期模拟效果较好,其模拟的叶芽开放期、展叶始期和开花始期对应的交叉检验方差解释量R^2分别为0.807、0.876和0.907,均方根误差RMSE为6.0、4.6和4.4d。DNGDD模型则对秋季物候(叶变色期)模拟效果较好,其模拟的叶变色期的交叉检验方差解释量R^2为0.580,RMSE为13.4d。因此可以得出,SW模型适合对刺槐春季物候(叶芽开放期、展叶始期、开花始期)的模拟,DNGDD模型则较适用于模拟秋季物候(叶变色期)。

中国暖温带木本植物物候模拟分析

【目的】植物物候能指示自然环境中的气象和水文变化。采用SW模型模拟木本植物的物候期,分析SW模型的有效性和适用性;结合植物生物学特性分析SW模型模拟效果差异产生的原因,为今后物候模型及物候期研究提供基础。【方法】基于沈阳、北京、西安、洛阳等10个站点观测的地面物候数据(叶芽开放期、展叶始期、开花始期和叶变色期)与气象数据,利用模拟退火法对SW模型的参数进行了估计,并对模型进行内部检验及交叉检验,评价模型的准确度及适用性。【结果】研究区域各地近50年的气温呈上升趋势。除洛阳、德州外其余地点春季物候期均为显著提前趋势。其中,泰安的紫薇开花始期提前最为显著,以每10年−4.96 d的速度提前,北京的银杏叶芽开放期提前趋势最不显著,以每10年−0.72 d速度提前。秋季叶变色期表现为推迟,秦皇岛紫薇叶变色期以每10年1.05 d速度推迟,北京地区植物叶变色期以每10年0.12~0.49 d的速度推迟。SW模型对春季物候期模拟效果优于对秋季物候期的模拟,且乔木模拟效果略优于灌木。该模型对加拿大杨展叶始期模拟最为准确,决定系数(R^(2))为0.958,均方根误差(RMSE)为3.5 d;灌木中对紫丁香开花始期模拟效果最优,其R^(2)为0.942,RMSE为3.6 d。与春季物候期模拟相比,秋季叶变色期的模拟偏差较大,R^(2)仅为0.030~0.574。【结论】在过去的50年内,随着温度的升高,多数站点春季物候期表现出提前趋势,秋季物候期则表现为推迟,在物种间和区域间的变化存在差异。SW模型适用于不同生活型物种的物候期模拟且模拟效果差异不显著;该模型对不同物候期的模拟效果不同,其中展叶始期和开花始期的模拟最为准确,其次是叶芽开放期,叶变色期模拟准确度则最低。这表明仅考虑温度因子的SW模型不能真实模拟秋季物候期,应耦合光周期和降水等因子改进模型,以提高模型模拟的准确度。

长白山牡丹岭典型阔叶树叶变色期高光谱及红边特性

以长白山牡丹岭典型阔叶木本植被为研究对象,通过冠层高光谱和微分光谱数据确定叶变色期,利用红边参数建立光谱与叶变色期的反演模型.研究结果表明:冠层高光谱反射比曲线可以准确反映植被秋季叶变色期的变化,并表现为三种基本类型:叶开始变色期——叶全部变色期——干枯但不落叶,叶开始变色期——部分变黄并开始落叶——未完全变黄但落叶结束,叶开始变色期——叶全部变色期——落叶;一阶微分光谱曲线与高光谱曲线线能够更清晰的显示出叶开始变色期和叶完全变色期的具体日期;建立红边参数—叶变色期的反演模型,R2均在0.9以上,且不同植被适合不同形式的拟合方程.对利用遥感方法定量监测山地秋季物候具有重要理论意义和广泛应用前景.

气温和土壤湿度对中国东部温带蒲公英黄枯普期的影响

为了揭示草本植物秋季物候的时间变化及其气候归因,利用中国东部温带47个站点1992-2012年的植物物候与气象数据和统计方法,分析蒲公英黄枯普期的变化趋势,并模拟黄枯普期的年际变化。结果表明:1)在1992-2012年期间,34个站点的蒲公英黄枯普期呈推迟的趋势,其中22个站点呈显著推迟的趋势,相比之下,13个站点的蒲公英黄枯普期呈提前的趋势,其中5个站点呈显著提前的趋势;2)各站蒲公英黄枯普期与生长季(展叶始期到黄枯普期的期间)的平均温度主要呈负相关关系,但与秋季土壤相对湿度和秋季日最低温度主要呈正相关关系;3)在30个单站有效最优模型(p<0.05)中,蒲公英黄枯普期受秋季土壤相对湿度影响的站点有22个,受秋季日最低温度影响的站点有19个,受生长季平均温度影响的站点有21个。此外,模型模拟的精度受到蒲公英黄枯普期年际波动的显著影响,即在一个站点处的黄枯普期年际波动越小,模型的模拟精度越高。

颜色和物候表明46种温带落叶木本植物衰老叶片的养分变异

不同共生植物的叶片养分含量差异显著,反映了不同的叶片养分利用策略。然而,衰老叶片养分的种间变异及其驱动因素尚不清楚。本研究旨在探讨衰老叶片养分的种间变异及其驱动因素。我们在中国东北的帽儿山森林生态系统研究站测定了46种共存温带落叶木本植物新鲜落叶的碳、氮、磷浓度。采用随机森林模型量化10个生物因素(菌根类型、固氮类型、生长形态、耐阴性、叶片质地、变色程度、变色类型、叶片变色峰期、落叶峰期和落叶末期)的相对重要性。研究结果表明,落叶氮浓度种间变化为4倍,磷浓度变化达9倍。较高的氮和磷平均浓度(15.38和1.24 mg·g^(−1))表明该森林氮和磷限制较弱。功能群仅对特定养分及其比值有显著影响。磷浓度、氮磷比与外生菌根树种的落叶高峰日和落叶结束日呈负相关。颜色鲜艳的叶片(红色>棕色>黄色>黄绿色>绿色)倾向于比绿色叶片氮和磷浓度更低而碳氮比和碳磷比较高。随机森林模型表明,秋季叶变色和落叶物候贡献了80%的种间变异解释量。这些结果增加了我们对温带森林木本植物营养策略之衰老叶片养分变异性的理解。

中国5种暖温带木本植物叶全变色期数据集(1963–2015)

植物秋季物候受温度、湿度、光照等多种环境因素的共同影响,其发生机制和变化过程存在很大不确定性,在全球变化及资源环境领域研究中至关重要。本文利用中国物候观测网1963–2015年白蜡、垂柳、刺槐、榆树和杏树等5种木本植物的叶全变色期数据,构建多元回归(Multivariate Regression,MR)、温度光周期(Temperature-photoperiod,TP)和春季影响秋季(Spring-influenced Autumn,SIA)三种秋季物候模型,经模拟和尺度拓展研制了过去50年各物种的叶全变色期0.5°×0.5°格网数据。数据交叉验证结果表明叶全变色期的平均模拟误差约为10–18天。本数据集是表征中国近50年秋季物候时空格局及变化特征的基础数据,数据集由头文件、物种物候期和物种分布范围三部分组成,包括3个数据文件夹共计541个数据文件,数据存储为.txt、GEOTIFF和ArcGIS ASCII格式,数据量压缩前26.8 MB(压缩后4.86 MB)。