植被春季物候，特别是生长季开始期（SOS）的变化可以改变植被生长季的长度并影响陆地生态系统与大气之间的碳、水和能量交换。1980年代以来，全球增温导致SOS总体呈现提前的趋势。北极增温速率是全球平均的两倍以上，其SOS的变化却并不总遵循提前的趋势，而是具有更高的异质性和多样性。北极地区季节性积雪一年可存在7~10个月，积雪使得气温和SOS之间的关系变得复杂。政府间气候变化专门委员会（IPCC）警告，积雪变化将导致植被物种发生重大改变，影响生态系统结构和功能。北极监测与评估计划（AMAP）也强调，降低积雪与植被相互作用的不确定性对深入了解冰冻圈的气候反馈过程至关重要。积雪可通过改变土壤水热条件、养分循环和入射光合辐射来影响SOS。例如，雪层能保护植被免受冻害、干燥和光抑制，并为植被生长提供土壤水分和养分。但快速融化的薄雪也会增加霜冻的可能性并降低土壤温度，从而限制植被生长。许多研究证明了积雪终日对SOS的决定性作用，也发现了积雪初日、积雪持续时间、雪水当量对SOS的影响。但不同积雪指标间相互关联又相对独立，现有研究缺乏对多个积雪指标的综合考虑，以阐明积雪对SOS的驱动作用。此外，此前的研究主要在局部地区或特定物种上探索了气候条件、积雪和植被物候之间的关联，但有限的数据和区域限制了我们对泛北极地区不同气候条件下SOS对积雪变化响应的理解。为此，南京大学高分辨率遥感实验室开展了泛北极地区积雪变化对植被春季物候影响的研究，基于1982~2015年的长时序遥感数据提取了积雪初日（SCOD）、积雪终日（SCED）、积雪持续时间（SCD）、最大雪水当量（SWEmax）四个积雪指标以及植被春季物候指标（SOS），首次全面量化了泛北极地区积雪对SOS的影响，定量确定了积雪的重要性程度，并阐明了不同气候条件下积雪对SOS的作用。研究表明，SCED是影响泛北极地区SOS最显著的积雪指标。在年际尺度上，SCED每提前1天，SOS提前0.56天；在区域尺度上，SCED每早1天的区域，SOS提前0.84天（图1）。图1 积雪与SOS之间的关系：（a~d）为积雪指标和SOS间偏相关系数空间分布；（e~h）为积雪指标对SOS的年际影响；（i~l）为积雪指标对SOS的区域影响；（m~p）为逐步回归得到的显著影响SOS的积雪指标空间分布
以SCED作为积雪代理指标发现，SCED的变化解释了63%的泛北极地区SOS的12%~90%的变化。SCED是13%的泛北极地区SOS变化的主导环境因素，而气温是45%的泛北极地区SOS变化的主导环境因素。此外，降水和太阳辐射仅在少数地区发挥了主导作用（图2）。
图2 SCED对SOS影响的重要性：（a）SOS和SCED线性回归决定系数的空间分布；（b）影响SOS的主导环境因素的空间分布
SCED对SOS的影响随气温梯度而变化，但不随降水梯度而变化（图3）。在年均温小于1℃的寒冷地区，SCED对SOS的积极作用随着气温的升高而减弱。一方面，由于年平均温越高，积雪融化越早，植被的霜冻风险越大。另一方面，在较冷的地区存在更多的低矮植被，由于积雪更有可能覆盖低矮植被而隔离低温，导致积雪影响相对较强（图4）。而在年均温小于1℃的温暖地区，SCED对SOS的积极作用随着气温的升高而增加。可能是由于在相对温暖潮湿的气候下，土壤冻结减少，植被生长可以更好地吸收和利用融雪水，导致积雪对不同植被SOS的积极影响均增强（图4）。图3 SCED和SOS之间的偏相关系数随着（a）温度和降水梯度以及（b）植被类型的变化
图4 不同温度条件下各植被类型的SCED与SOS显著相关的（a）面积百分比和（b）偏相关系数均值
随着气温持续上升，预测到2055年北极大部分地区的年积雪覆盖将减少10%~20%，这将持续影响植被春季物候。预计SCED的提前对植被春季物候的积极影响在寒冷地区将减弱，而在温暖地区将增强。该发现有助于了解未来植被物候对积雪变化的响应，更好地评估气候变化背景下泛北极生态系统的植被状况。该成果近日以Effects
of Snow Cover on Spring Vegetation Phenology Vary With Temperature Gradient
Across the Pan-Arctic为题发表于Journal of Geophysical
Research: Biogeosciences。南京大学地理与海洋科学学院硕士生吴悠绿为论文第一作者，肖鹏峰教授为论文通讯作者，张学良副教授、博士生刘豪、硕士生董元彪和南方科技大学环境科学与工程学院冯炼副教授为论文合作作者。该研究得到国家自然科学基金项目（42171307）和国家重点研发计划项目（2020YFA0608500）资助。Wu, Y., Xiao, P., Zhang, X., Liu, H., Dong, Y.,
& Feng, L. (2023). Effects of Snow Cover on Spring Vegetation Phenology
Vary With Temperature Gradient Across the Pan‐Arctic. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 128(4),
e2022JG007183. https://doi.org/10.1029/2022JG007183
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