Ecol. Ind.|干旱对中国北方森林春季物候的影响

文摘   2024-12-31 13:21   甘肃  
DOI:https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2024.113022

全球变暖正在改变生态系统的功能和生产力,其中植被物候的变化起着至关重要的作用。这些变化不仅是由气温升高引起的,也是由极端事件(特别是干旱)强度和频率的增加所驱动的。虽然生长季开始 (SOS) 对气温升高的响应已被广泛研究,但季前气象干旱影响不同水文气候区森林生态系统春季物候的机制仍不清楚。我们利用空间分辨率为 250 m 的遥感数据集,结合气象站数据,研究了 SOS 对季前干旱的响应机制。本研究重点关注中国北方的四个水文气候区,全面评估了 SOS 动态的区域差异。

结果表明:(1)在 2001 年至 2020 年期间,湿润地区的森林 SOS 比干旱地区早发生约 18 天。四个水文气候区的 SOS 呈现平均提前趋势,平均每年提前 0.31 天。 (2) 季前干旱对四个研究区域森林SOS的影响呈现出有趣的模式。短期季前干旱显著影响春季物候。在湿润地区,干旱导致大多数地区的SOS提前,而在半干旱地区,森林的SOS因干旱而明显延迟。(3)我们进一步探讨了干旱年份春季物候对不同水文气候区域的不同影响模式:在湿润地区的干旱年份,SOS主要受气温升高的影响;相反,在干旱和半干旱地区,SOS主要受干旱导致的水分不足的影响。我们的研究结果将加强目前对生态系统反馈机制的理解,并有助于评估不同地区植被应对极端气候变化的能力。

图2.利用偏相关分析和干旱识别确定对春季物候影响的流程。

图 3 . SOS 时空分布图。2001 年至 2020 年的平均 SOS(A)、物候变化的平均趋势(B)和 SOS 的标准差(C),其相应的频率位于地图的左上角,右侧分开的四个统计图表显示了四个水文气候区域的详细信息。

图 4 . SOS 与季前干旱之间的最大时间相关性。所有地区 (A) 和四个区域 (B) 的标准化降水蒸散指数 (SPEI) 与 SOS 在 1 至 5 个月尺度上均具有显著相关性 (p < 0.05)。

图 5 . SOS 与季前干旱之间的最大空间相关性。季前标准化降水蒸散指数 (SPEI) 与 SOS 季前干旱月份相关性的空间模式 (A) 和 p 值相关系数的空间模式 (B)。


图 6 .干旱影响下 SOS 的差异空间格局。极端干旱影响下的森林异常像素 (A)、(B) 显示极端干旱影响下四个水文气候区的平均 SOS 异常,(C) 显示极端干旱年份与正常年份之间的 SOS 差异,(D) 显示极端干旱年份与极端潮湿年份之间的 SOS 差异。



图 7 .不同湿度条件下 SOS 的差异。极端干旱、正常年份和极端湿润年份,湿润区(A)、半湿润区(B)、半干旱区(C)和干旱区(D)三种不同情景下四个区域的 SOS 分布。


图8.研究区森林SOS分异状态下干旱与正常年份积温差(HDA)分布(A)及四个亚区域各站点干旱与正常年份积温变化对比(B)。


图9 .湿润区(A)、半湿润区(B)和半干旱区(C)热量积累差异与SOS差异的Pearson相关系数及一维线性回归图。**在0.01水平上显著相关;*在0.05水平上显著相关。


图 10 .研究区域森林春季 SOS 差异状态下干旱年份与正常年份冷量累积 (CDA) 差异分布 (A),其中蓝色站点 (站点 > 0) 表示干旱年份与正常年份前一年冬季冷量累积差异为正,即干旱年份前一年 CDA 较高。橙色站点 (<0) 表示干旱年份前一年冬季 CDA 较小。此外,还展示了四个子区域站点干旱年份与正常年份 CDA 变化的比较 (B),其中横坐标代表站点。

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