区域性升温会导致草原物候的推迟?

清华大学地学中心辛秦川博士在《环境遥感》上以第一作者发表论文

土壤水分是草原物候发展的重要因素

  清华新闻网4月9日电 日前,清华大学地球系统科学研究中心在卫星遥感专业期刊排名第一的《环境遥感》(Remote Sensing of Environment)上发表了题为“结合气候与卫星数据的美国西部草原返青期模拟”(Modeling grassland spring onset across the Western United States using climate variables and MODIS-derived phenology metrics)的研究论文。研究发现单纯考虑温度因素的积温模型并不能够预测大尺度下的草原萌芽时间,而综合考虑温度,光照,与水分的物候模型,能够取得时空一致的预测结果,并与站点观测结果吻合良好。论文第一作者为该中心教师辛秦川博士,合作者包括澳大利亚新南威尔士大学的Broich博士,以及清华大学的宫鹏教授。

  生态系统的春季萌芽时间,即植被返青期,决定着生态系统的功能与服务,影响着动物微生物的活动以及生物多样性的增减。草原生态系统的物候变迁,对气温的改变尤为敏感,是全球气候变化的良好指针。过去几十年间的观测资料显示,高寒干旱等部分地区的草原返青期,并没有随着全球升温而不断提前,部分草种的返青期相反地出现了滞后现象。草原返青期的提前与滞后,指示着物种进化的不同途径,引起学术界的广泛讨论与争议。究其本质,是因为目前的陆面生态模型仍然难以准确预测植被的返青时间。

  针对物候分量模型这一难题,清华大学地学中心的研究团队,采取不同于基于站点数据的模型开发思路,另辟蹊径,利用大尺度卫星遥感观测数据,在广泛接受的积温模型基础上,对整个美国西部草原进行物候分量模型的发展(图一)。结果表明,目前主流的物候模型,由于仅考虑温度对植被生长的限制因素,对草原返青期的预测出现极大偏差,难以准确模拟年际尺度的变化,尤其在水分缺乏的干旱半干旱地区表现相对较差。综合考虑温度,光照,与土壤水分的新型物候模型,能够在不同区域和不同尺度上均取得良好的预测结果。

图一. 不同物候模型在美国西部草原地区的时空结果表现。

  研究结果指示,区域性的加速升温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。而地区性的水分亏缺,极有可能是草原物种选择不同的返青期进化路线的部分原因。该研究深化了卫星技术在生态监测方向上的具体应用,有助于理解不同气候要素对生态物候的影响,能够对不同地区返青期的提前与滞后现象做出合理解释。

  附文献链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425715000498

供稿:地学中心 编辑:襄桦

2015年04月09日 15:00:52  清华新闻网

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