免费文献传递   相关文献

Responses of phenology to climate change in Zhengzhou area

郑州植物物候对气候变化的响应



全 文 :第 !" 卷第 # 期
!$$" 年 # 月
生 态 学 报
%&’% (&)*)+,&% -,.,&%
/012 !",.02 #
%342,!$$"
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
基金项目:中国气象局预测减灾应用技术开发推广资助项目;国家自然科学基金资助项目(#$5"6$!7)
收稿日期:!$$89$:956;修订日期:!$$895!95:
作者简介:柳晶(57"; < ),女,山西人,博士生,主要从事气候变化和环境研究2 (9=>?1:@ABCD?CE$:$7F 58:2 G0=
通讯作者 &044H@30CI?CE >BJA042 (9=>?1:KAHCEDLF M10C1?CH2 G0=
/)0.1-",). ,"’2:’AH 340MHGJ N>@ L?C>CG?>11D @B3304JHI OD P04HG>@J?CE >CI Q?@>@JH4 R?J?E>J?0C S40MHGJ 0L &A?C> RHJH04010E?G>1 %I=?C?@J4>J?0C;.>J?0C>1
.>JB4>1 -G?HCGH P0BCI>J?0C 0L &A?C>(.02 #$5"6$!7)
3’(’,4’1 1-"’:!$$89$:956;5((’#"’1 1-"’:!$$895!95:
6,)+7-#!8:*,T U?CE,SA2 Q2 G>CI?I>JH,=>?C1D HCE>EHI ?C G1?=>JH GA>CEH >CI HCV?40C=HCJ2 (9=>?1:@ABCD?CE$:$7F 58:2 G0=
郑州植物物候对气候变化的响应
柳W 晶5,郑有飞5,!,赵国强!,陈怀亮!
(52 南京信息工程大学环境科学与工程学院,南京W !5$$##;!2 河南省气象局,#6$$$: )
摘要:利用统计和突变分析方法,对郑州气候(5768 < !$$:年)和 # 种乔木物候(57;8 < !$$:年)的趋势变化特征进行了分析,并
探讨了植物物候期与平均温度、日照的相关性以及对温度变化的响应趋势。分析发现:(5)郑州近 6$>来在冬、春季升温现象明
显;日照在夏季下降最为显著,冬季其次,但在 ! < # 月份历年呈弱上升趋势。(!)物候期变化趋势表现在展叶、开花、果熟期
(除楝树外)呈提前趋势,落叶期略有推迟,绿叶期延长,特别是在 !$ 世纪 7$ 年代中后期,春季物候期(除垂柳外)提前 5$I 左
右。(:)平均温度是影响物候期最为显著的气候因子,温度每升高 5X,春季物候平均提前 8I左右,绿叶期延长 72 6 < 5;2 8I;物
候期突变一般发生在温度突变之后。以上分析说明植物物候对气候变化响应比较敏感,通过分析和掌握气候和物候变化规律,
了解其对当地植物物候的可能影响,可为农业生产、生态环境监测和评估等提供一些理论依据。
关键词:物候期;气候变化;R>CC9YHCI>11方法;温度
文章编号:5$$$9$7::(!$$")$#95#"59$7W 中图分类号:Z7#;W 文献标识码:%
3’9#).9’9 ): #!’.)*)+8 ") (*,2-"’ (!-.+’ ,. ;!’.+*,T U?CE5,[\(.+ ]0B9PH?5,!,[\%) +B09Z?>CE!,&\(. \B>?9*?>CE!
5 !"#$$% $& ’()*+$(,-(./% !"*-("- 0 1-"#($%$23,4/(5*(2 6(*)-+7*.3 $& 8(&$+,/.*$( !"*-("- 0 1-"#($%$23,4/(5*(2 !5$$##
! 9-(/( :+$)*("*/% ;<+-/< $& =-.-$+$%$23,>#-(2?#$< #6$$$:
!"#$ %"&’&()"$ *)+)"$,=>>?,=?(@):A@?A B A@?C,
5D9"7-(":-J>J?@J?G >CI >O4B3J >C>1D@?@ =HJA0I@ >4H >331?HI J0 ?CVH@J?E>JH JHCIHCG?H@ 0L G1?=>JH GA>CEH IB4?CE 5768 ^ !$$:
>CI 3AHC010ED 0L L0B4 _?CI@ 0L J4HH@ ?C 57;8 ^ !$$: ,>@ NH11 >@ JAH G044H1>J?0C@ N?JA =H>C JH=3H4>JB4H >CI @BC@A?CH
IB4>J?0C,>CI >LJH4N>4I@,>4H I?@GB@@HI JAH JHCIHCG?H@ 0L JAH 4H@30C@H@ 0L 3AHC010E?G>1 HVHCJ@ J0 JH=3H4>JB4H GA>CEH,
J0EHJAH4 N?JA JAH?4 I?LLH4HCGH@ ?C >O4B3J GA>CEH ?C JHCIHCG?H@ >CI 1?C_>EH2 ‘H@B1J@ @A0N JA>J (5)5768 ^ !$$: JH=3H4>JB4H
?C JAH @JBID >4H> A>@ 4?@HC @?EC?L?G>CJ1D ?C @34?CE >CI N?CJH4,?C G0CJ4>@J J0 JAH @B==H4 HaB?V>1HCJ JA>J A>@ I4033HI
@0=HNA>J;@BC@A?CH IB4>J?0C A>@ IHG1?CHI =0@J >334HG?>O1D ?C @B==H4,CHbJ OH?CE JA>J ?C N?CJH4,>@ 0330@HI J0 JAH NH>_
4?@H 0GGB44?CE L40= PHO4B>4D J0 %34?1 IB4?CE JA?@ 3H4?0I;(!)JAH 0GGB44HCGH 0L 3AHC010E?G>1 HVHCJ@ (*H>L @34H>I?CE >CI
P10NH4?CE)?@ >IV>CGHI =>4_HI1D >CI @0 ?@ JAH P4B?J 4?3HC?CE HbGH3J =-%*/ /?-@/+/"#,>@ 0330@HI J0 > 1?JJ1H IH1>D 0L 1H>L L>11
J?=H OBJ JAH 1H>L E40N?CE @J>EH ?@ 34010CEHI >CI 3>4J?GB1>41D L40= JAH =?I 577$@,@34?CE HVHCJ@ (HbGH3J !/%*A B/B3%$(*"/
*2)>4H >O0BJ 5$ I>D@ ?C >IV>CGH >CI 1H>L E4HHC?CE ?@ _H3J 10CEH4 @0=H 56 I>D@;(:)>VH4>EH JH=3H4>JB4H ?@ > G1?=>JH
L>GJ04 E4H>J1D >LLHGJ?CE JAH 3AHC010ED OBJ @BC@A?CH IB4>J?0C 31>D@ > =?C04 401H HbGH3J IB4?CE JAH >BJB=C NAHC 1H>VH@ OHE?C
L>11?CE2 )C > 3AHC010E?G>1 O>@?@,?J ?@ L0BCI JA>J > >O0BJ 89I>D ?CJH4V>1 ?C >IV>CGH JA>J 1H>I@ J0 JAH HbJHC@?0C 0L E4HHC 1H>VH@
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
/0 12 3 4 56& 7 8-09 )((:;9 <); ’=’;0 5> ;,9’ ,. 9#;,.+& ?’.’;-**0,"!’ 9:88’. (!-.+’ ,. #!’.)*)+0 -##’-;9 -<"’; "!-" ,.
"’@#’;-":;’,-.8 "!’ (:;=’ -<"’; -/;:#" #),." 9!)%9 "’@#’;-":;’ ;,9’ <); 9#;,.+ #!’.)*)+,(-* ’=’."9 !-##’.,.+ ,. -8=-.(’
-.8 *).+’; +;’’.A*’-< 9"-+’& B9 - ;’9:*","!’ #!’.)*)+,(-* ;’9#).9’ ") (*,@-"’ (!-.+’ ,9 ;’@-;C-/*’ -.8 "!;):+! 9":80 ")
:.8’;9"-.8 "!’ ;’*-",).9 /’"%’’. (*,@-"’ -.8 #!’.)*)+0,," ,9 *,C’*0 ") #;)=,8’ 9)@’ "!’);’",(-* /-9,9 <); -+;,(:*":;-* #;-(",(’
-.8 "!’ @).,");,.+ -.8 -99’99@’." )< ’()*)+,(-* ’.=,;).@’."&
!"# $%&’(:#!).)*)+,(-* ’=’."9;(*,@-"’ (!-.+’;D-..AE’.8-** @’"!)8;"’@#’;-":;’
植物物候是季节节奏宏观、综合的体现,其变化特征反映了过去一段时间气候条件的积累对植物生长、发
育的综合影响。目前由于全球变暖带来的气温 、降水、光照等气候要素变化,对植物物候期已造成显著影
响[5 F G],而由气候驱动的植物动态变化将影响物种之间的相互作用,最终导致生态系统的组成和结构发生改
变[3 F 6],如在生态学方面,会引起物种竞争,害虫与疾病[1],鸟类迁徙与繁殖[5H]等等。目前植物物候对气候的
响应研究主要集中在春秋季物候和生长季对气候变化的响应方面[55 F 5I],考虑的气象要素有温度、水分和日照
等,其中以温度讨论居多;研究结果不尽相同,张福春等[5G等]认为温度升高,开花期推迟,而许多文献讨论结
果为展叶、开花等物候期提前,落叶期推迟,整个生长季延长[53 F 56]。
郑州地处中原,位于南北气候过渡带,属于北亚热带向暖温带气候过渡的大陆性季风气候,研究其区域气
候和植物物候的变化规律,对评估气候变化对我国中原地区植物的可能影响,指导当地的农业生产,监测生态
环境变化等具有一定的理论价值。
)* 资料与方法
)& )* 资料说明
本文所选的郑州气候资料(5137 F JHHI 年)和木本植物物候资料(5167 F JHHI 年)均来自河南省气象局。
郑州气象站位于 IG& KJLM,55I& 73LN,气候是逐旬资料,包括降水(O)、日照(P)、平均气温(Q)。季节划分按
照 5J、5、J 月份为冬季,I、G、3 月份为春季,7、K、6 月份为夏季,1、5H、55 月份为秋季。物候观测以气象站附近
的植物群落为观测对象,选取了当地具有代表性的毛白杨(!"#$%$& ’"()*’"&+ R-;;&)(S5)、垂柳(,+%-.
/+/0%"*-1+)(SJ)、楝树(2)%-+ +3)4+5+16)(SI)、刺槐(7"/-*-+ #&)4"+1+5-+ T&)(SG)G 种木本植物,从 5167 年
开始进行连续观测。本文选取了 3 个主要物候期,依次为展叶盛期(U5)、开花盛期(UJ)、果熟期(UI)、落叶
末期(UG)、绿叶期(U3),因在 5166 年垂柳开花盛期、刺槐果熟期、落叶末期和绿叶期缺测,其样本数为 5K 个,
其余植物物候期的样本数都为 56 个。为计算方便,将各个物候期转换为距离同年 5 月 5 日的天数(8)。
)& +* 方法简介
(5)线性倾向估计方法V 本文用一次线性方程来定量描述各个物理量的变化趋势:
0 8 +H 9 +5. (5)
则趋势变率方程为 40 : 4. W +5,把 +5称作倾向率,方程中的系数可用最小二乘法或经验正交多项式来确
定,本文用最小二乘法来确定系数。
(J)D-..AE’.8-**检测方法(以下简称 DAE方法)V 是一种非参数统计检验方法。其优点是不需要样本
遵从一定的分布,也不受少数异常值的干扰,更适用于类型变量和顺序变量,计算也比较简单。
假设所讨论的样本序列是平稳随机序列,其序列值必须是独立的,且概率分布亦应相同。给定一个时间
序列 .,(5"-";)
概率 !5 8 ! < = < > < =(4;)[ ]< (J)
!5 X !H(!H一般给定为 H& H3),其中 =(4;)为检验的标准化值。
=(4;)8 [4; ? @(4;)]: Y-;(4;! ) (I)
4; 8 #
;
- 8 5
(- ,(-是 5 至 ,之间,小于 .,的总个数。
JKG5 V 生V 态V 学V 报 JK 卷V
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
在零假设条件下,!"的分布为渐近正态,其中期望值和方差分别是
#(!")$ "(" % /)& 0 (0)
1-2(!")$ "(" % /)(3" ’ 4)& 53 (4)
如果零假设被拒绝,也就说明在时间序列内确实存在着变化,表示该序列在某时刻发生突变。根据 (
(!")的符号,还可以确定变化的方向。当 ((!")6 /& 78 时,序列是朝着增加的方向变化;((!")9 : /; 78
时,序列是朝着减小的方向变化。
利用这种简单的客观方法,将连续统计的 ((!")(/")"")值沿时间轴点绘成曲线 <=,而后,将序列反
向,统计 (’(!")值,在同一张图上绘成曲线 <>,若曲线 <=与 <>的交叉点位于 ? /& 78 临界值的置信区间内
(信度水平为 @& @4),此点则为突变点,以此判断该序列的突变。更进一步,如果交叉后两曲线位于置信水平
@& @4 检验值以上(6 @ 的一侧),则序列存在一个趋势的变化。这种非参数检验既方便又客观[/7]。
!" 结果分析
!& #" 气候与物候年季变化趋势
为了便于各个物理量之间的比较,将气候和物候资料通过标准化转为无量纲的参数,然后用线性倾向估
计方法分析了各自的变化趋势特征。
气候变化趋势(表 /)表明了年平均温度呈上升趋势;降水、日照时数呈下降趋势,其中日照变化最为显著
(从倾向率绝对值可看出),每年下降 @& @43,是降水的 5 倍左右。平均温度除在夏季呈现减小趋势外,其余季
节都呈上升趋势;以冬、春两季最为显著。降水除冬季略有增加以外,其余为弱下降趋势;日照四季都为一致
下降趋势,且其变化趋势除春季比温度的趋势小以外,其余季节都比温度的变化程度大。温度、降水的年际变
化与全国各地气候变化基本相一致,表现为温度在近几十年呈上升趋势[3@],降水呈略减小趋势,但冬季降水
增多,其他季节减少[3/];日照时数整体呈下降趋势,而黄河流域其他的一些地区呈上升趋势[33]。这说明郑州
气候变化趋势在全球气候变化的大背景下,有其一致性,也有其局地特殊性。
表 #" 各气象要素变化趋势倾向率(/748 A 3@@B 年)
$%&’( #" $()*()+, -%.( /0 1(.(/-/’/23+%’ 0%+./-4 *5-3)2 #678 9 !::;
项目 C"’D 年 E..F-* 春季 G#2,.+ 夏季 GFDD’2 秋季 EF"FD. 冬季 H,."’2
温度 I’D#’2-"F2’ @& @B3!!! @& @35!!! : @& @@8!!! @& @/7!!! @& @B3!!!
降水 J2’(,#,"-",). : @& @@5!!! : @& @@0!!! : @& @@5!!! : @& @@0!!! @& @@7!!!
日照时数 GF.K!,.’ !)F2K : @& @43!!! : @& @30!!! : @& @04!!! : @& @B/!!! : @& @03!!!
L L !!! 表示线性倾向率通过 @& @@4 信度检验L I!’ *,.’-2 "2’.M "’K"K -2’ K,+.,N,(-." (* 9 @& @@4,!!!)
在当前气候背景下,木本植物各个物候期都发生了不同程度的变化。对 0 种植物的展叶盛期开花盛期、
果熟期、落叶末期、绿叶期进行了趋势倾向率分析(表 3),为了更直观的了解物候期变化趋势,给出了 0 种植
物展叶和绿叶期随时间变化的距平图(图 /)。分析发现:展叶盛期明显提前且趋势比较一致,趋势倾向率为
@& @7 A @& /;开花盛期趋势倾向率的变化幅度比展叶盛期要大一些,变化趋势最大为 @& /B(垂柳);除楝树果实
成熟期略有推迟外,其它 B 种植物果实成熟期都呈现提前趋势,且刺槐提前趋势达到 @& 3,比展叶、开花期的
提前趋势更为明显;落叶期一致推迟,刺槐推迟趋势达到 @& /,其余都不明显;整个绿叶期延长明显,由于秋季
落叶期推迟的趋势不明显,这就说明绿叶期延长主要取决于展叶期的变化。从图 / 中也可看出,展叶盛期在
近几年,一直处于提前趋势,平均提前天数在 /@M左右;绿叶期延长天数在 /4M左右。这与许多研究结论是一
致的,即:春季物候事件变化最为显著,表现为一致的提前趋势,秋季落叶期略有推迟,生长季相对延长[/0 A /O]。
!& !" 植物物候与气候变化的相关分析
大量研究表明,植物物候期变化与一定时间内气象条件密切相关[/3],如在中纬度地区,植物的春季物候
(如发芽、展叶、开花期)主要取决于气温的高低,日照时数其次,降水对植物物候期的影响有滞后作用,对物
候期影响没有温度显著等。
B50/L 0 期 柳晶L 等:郑州植物物候对气候变化的响应 L
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
表 !" # 种木本植物物候期变化趋势(/012 3 4556 年)
$%&’( !" )*(+,’,-./%’ (0(+12 0%3.%1.,+ 4,3 4,53 6.+72 ,4 8,,79 :’%+12 753.+- ;<=> ? !@@A
项目 !"#$ %/ %4 %6 %7 %8
9/ 平均日期 :;’<-+’ =-"’ 01 2/ 2> 666 475
标准差 ?"-.=-<= =’;,-",). >& 61 8& >/ 8& /5 7& 18 /5& 74
倾向率 @<’.= A 5& /5!!! A 5& 52 A 5& 54! 5& 50!!! 5& /7!!!
94 平均日期 :;’<-+’ =-"’ >6 14 01 674 4>2
标准差 ?"-.=-<= =’;,-",). /5& 67 /5& 40 /7& 6> 1& 2/ /4& 77
倾向率 @<’.= A 5& 50!!! A 5& /6!!! A 5& 50!!! 5& 58!!! 5& /4!!!
96 平均日期 :;’<-+’ =-"’ /50 /47 417 6/7 4//
标准差 ?"-.=-<= =’;,-",). 8& 00 2& 6> /6& 1/ 8& >2 0& 61
倾向率 @<’.= A 5& /5!!! A 5& /5!!! 5& 56! 5& 5/ 5& 50!!!
97 平均日期 :;’<-+’ =-"’ /5/ //2 471 642 441
标准差 ?"-.=-<= =’;,-",). >& >0 2& 66 //& 50 /5& 77 /2& 52
倾向率 @<’.= A 5& /5!!! A 5& /5!!! A 5& 45!!! 5& /5!!! 5& /8!!!
B B 9/ 毛白杨 %&’()(* "&$#+"&*, C-<<&,94 垂柳 -,)./ 0,01)&+.2, D&,96 楝树 $#)., ,3#4,5,26,97 刺槐 7&0.+., ’*#(4&,2,2., D&;E/:展叶盛期 *’-F
G#<’-=,.+,E4:开花盛期 FH** F*)%’<,.+,E6:果实成熟期 F!,!!,!!! 分别表示相关系数通过 5& 58,5& 5/,5& 558 信度检验B @!’ ()<<’*-",). ()’FF,(,’."G -<’ G,+.,F,(-." %,"! ’ K 5& 58(!),’ K 5& 5/(!
!),’ K 5& 558(!!!)
图 /B 7 种木本植物的展叶盛期(-)、绿叶期(J)距平值随时间变化趋势
L,+& /B M’#-<"H<’G )F *’-F G#<’-=,.+ (-)-.= FH** F*)%’<,.+ #!-G’ (J)F)< F)H< N,.=G )F %))= #*-."G F<)I /012 ") 4556
斜线是趋势线(都通过了 5& 58 的信度检验),图中从下到上依次是毛白杨(9/)、垂柳(94)、楝树(96)、刺槐(97)@!’ )J*,OH’ *,.’G
<’#<’G’." "!’ "<’.=G -.= -** )F "!’I -<’ G,+.,F,(-." -" - *’;’* )F 5& 58;9/ ") 97 -<’ G-I’ -G "-J*’ 4
根据前面郑州气候趋势变化特征的分析,在近 85 年,气温和日照时数变化比较显著,降水趋势基本无变
化,因此基于各个物候期与其发生时和发生前 4 3 6 个月的气象条件相关比较显著[46],对前 / 个月、前 6 个月
(相对于物候期而言)的平均温度、日照时数与植物各个物候期的相关性进行了分析。因绿叶期是展叶始期
到落叶末期这一生长季的时间段,时间跨度从春季一直到秋季,所以仅分析了与当年气象要素的相关。具体
结果见表 6。
从表 6 看出:!开花盛期、展叶盛期与前 / 月和前 6 月温度相关性非常显著,且呈一致负相关,反映了温
度升高,春季物候期提前这一现象;毛白杨、垂柳果熟期与两个阶段的温度相关性较好,但楝树、刺槐对温度的
7>7/ B 生B 态B 学B 报 4> 卷B
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
反应并不敏感,这可能由于前两种植物的果熟期是在春季,而后两种植物的果熟期出现在 / 0 12 月份,属于秋
季物候,影响其发育成熟的环境因素因时间较长而变得复杂;落叶末期基本都未通过显著性检验,说明对平均
温度反映不敏感,为了分析其原因,同时计算了落叶末期与同期极端最低温度的相关系数,发现相关程度要好
一些,但未能通过 2& 23 的信度检验,说明秋季落叶期可能与同期冷空气活动的强弱有关[45];绿叶期与当年温
度相关显著,且为正相关,反映了温度升高,可使植物绿叶期延长。!无论哪个时段,物候期与日照都无明显
相关,但开花盛期、绿叶期与日照趋势呈一致负相关,为探其原因,按照各个物候期的平均时段,对其时段前的
日照按旬作了趋势分析,发现在 4 月到 5 月份这个时期的日照趋势不但没有减少,而且呈微弱的上升趋势,而
在这个时段,正是许多植物开始从休眠到复苏的过渡阶段,这说明日照对植物物候还是有一定影响,特别是在
春季,日照增加,物候期提前,但影响没有温度显著。
表 !" 气象要素与四种木本植物各个物候期的相关系数
#$%&’ !" ()**’&$+,)- .)’//,.,’-+0 %’+1’’- 2’+’)*)&)3,.$& /$.+)*0 $-4 56’-)&)3,.$& 56$0’0 )/ /)7* 8,-40 )/ 1))4 5&$-+0
气象要素
6’"’)7)*)+,(-* 8-(")79
物 种
:#’(,’9
!1 !4 !; !5 !3
"1 <1 = 2& >1!!! = 2& ?;!!! = 2& @5!!! 2& 1@
<4 = 2& @4!!! = 2& >@!!! = 2& 3@! = 2& 22
<; = 2& ?5!!! = 2& >4!!! 2& 1> 2& 14
<5 = 2& @?!!! = 2& ?;!!! = 2& 13 2& ;3
"; <1 = 2& @4!!! = 2& @@!!! = 2& 34! 2& 4@
<4 = 2& >4!!! = 2& ?4!!! = 2& >5!!! 2& ;@
<; = 2& ?1!!! = 2& >/!!! 2& 5; 2& 1?
<5 = 2& ?;!!! = 2& ?>!!! = 2& 43 2& 53
"1 = 14 <1 2& 31?!
<4 2& >1;!!!
<; 2& 3>4!!!
<5 2& @?4!!!
#1 <1 = 2& 1/ = 2& 4> = 2& 53! = 2& 4@
<4 = 2& 54 = 2& 3?! 2& 22 2& ;5
<; = 2& 52 = 2& 1/ 2& 2? 2& 5/
<5 = 2& 2/ = 2& ;2 2& 55 = 2& ;>
#; <1 = 2& 2> = 2& ;2 = 2& 34! = 2& @/
<4 2& 44 = 2& ;/ = 2& ;> = 2& 2>
<; = 2& 5@! = 2& 11 2& 2> 2& 35!
<5 2& 2> = 2& 2/ 2& 54 = 2& 2?
#1 = 14 <1 = 2& 53!
<4 =2& 1?
<; = 2& 2?
<5 = 2& 1/
A A "1、";、"1 = 14 分别表示物候期的前 1 月、前 ; 月、年平均温度;日照时数(:)表示方法与温度相同 "1 -.B "; -7’ -C’7-+’ "’D#’7-"E7’9 )8 "!’
).’ -.B "!7’’ D)."!9 F’8)7’ "!’ #!’.)#!-9’9 7’9#’(",C’*G;"1 = 14:H..E-* D’-. "’D#’7-"E7’;:E.9!,.’ !)E79(:),9 7’#7’9’."’B ,. "!’ 9-D’ %-G -9
"’D#’7-"E7’;下同 "!’ 9-D’ F’*)%
9& !" 物候期对温度变化的响应
从对 5?-温度的分析来看,在冬季和次年春季升温显著,而对中纬度地区,这个阶段,大部分植物正处于
从休眠到复苏的阶段,而且从前面对各物候期与气象要素的相关分析来看,物候对温度的反映最为敏感,且展
叶盛期,开花盛期、绿叶期的年际变化都通过了 2& 21 信度检验,因此利用其与对应时段温度两者的距平之比
来计算物候期对温度响应的幅度大小(表 5)。计算公式为:
$$ I $! %$",单位:B $ J;其中$$为变化天数,$!为物候期距平,$"为温度距平。
当前 1 月平均温度升高 1J,展叶、开花盛期分别提前 4& @ 0 ;& @B,4& > 0 5& @B,物种之间变化幅度在 2& ?B
0 1& /B之间;而前 ; 月平均温度升高 1J,展叶、开花盛期分别提前 ;& @ 0 >& /B,;& / 0 /& 2B,物种之间变化幅
3>51A 5 期 柳晶A 等:郑州植物物候对气候变化的响应 A
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
度从 /& /0到 1& 20,春季物候对前 / 月平均温度的响应趋势明显比前 2 个月大,这说明春季物候对近期 / 个月
平均温度响应都比较敏感。若当年平均温度升高 23,绿叶期延长 4& 1 5 26& 70,楝树响应趋势最小,刺槐最
大。无论春季物候还是整个绿叶期,因植物物种的不同,导致对温度变化的敏感性变化幅度也不同,说明对区
域气候的变化,植物适应程度不尽相同,从植物生理角度来看,如果有些植物不能及时适应当地气候的变化,
将会使植物群落的整体结构改变,进而给周围生态环境带来较为严重的一系列连锁反应[1 5 28]。
表 !" 物候随温度的变化趋势
" " #$%&’ ! " #(’ )($*+’ ,’*-’*). /0 1(’*/1($2’2 $))/3-4*+ 54,( $43
,’61’3$,73’ (0 $ 3)
物种 9#’(,’: !2 !; !1
<2 =2 > ;& 6!!! > ;& ?!!!
=; >/& 7!!! > @& 7!!!
=/ >;& 7!!! > ;& @!!!
=@ >;& 6!!! > ;& 6!!!
/& 7!!! > @& 8!!!
=; >?& 4!!! > 4& 8!!!
=/ >/& 6!!! > /& 4!!!
=@ >1& 2!!! > @& /!!!
<2 > 2; =2 4& 7!!!
=; 21& ?!!!
=/ 4& 1!!!
=@ 26& 7!!!
89 !" 物候对温度突变的响应
气候突变是从一种稳定态(或稳定持续的变化趋
势)跳跃式地转变到另一种稳定态(或稳定持续地变
化趋势)的现象,表现为气候在时空上从一个统计特
性到另一个统计特性的急剧变化[24]。在这里,将气
象上常用的 ABC 突变方法引入物候学中,并依据前
面结论,对展叶、开花盛期和前 2 月、前 / 月温度,绿
叶期和年平均温度的变化趋势进行了突变检验,DE、
DF表示序列正向和反向变化趋势,两者之间交点为
突变点。
因各个物候期不同,相对应时段的温度所在的月
份也不同,所以在此仅绘出了绿叶期与年温度突变曲
线(图 ;),其余列在表 1 中。从图 ; 中可看出,年平
均温度在 244/ 年后开始逐步上升,突变发生在 244@
52441 年之间,而许多文献中所讨论的温度升温是在
68 年代初,突变发生在中后期[;1,;7],相比之下,郑州温度变化略有滞后;在同期,植物绿叶期也发生了变化,
首先是在温度发生突变以后,植物绿叶期都表现出了较为一致的延长趋势,另外除垂柳外,突变点都发生在温
度突变以后,毛白杨在 244@ 5 2441 年,垂柳在 2464 年左右,楝树、刺槐都在 244? 年左右。展叶、开花盛期的
突变点一般都发生在前 2 月或前 / 月温度突变之后,展叶盛期与前 2 月的温度突变联系比较紧密,基本上温
度突变发生的一两年之内,物候期就出现了突变点(表 1)。
表 :" 展叶(开花)盛期与前 ; 月、前 < 月温度的突变点
#$%&’ :" =761 1/4*,2 /0 &’$0 213’$-4*+,07&& 0&/5’34*+ $*- ,’61’3$,73’2 4* ,(’ 0/36’3 /*’ $*- ,(3’’ 6/*,(2
"2(!2) "2 > /(!2) !2 "2(!;) "2 > /(!;) !;
=2 2446 244@ ;888 244/,2441 244; 244@,244?,;882
=; 244/,2441 244; 244/ 244/,2441 244; 244;
=/ 2446 244@ 2444 2448 2441 ;888
=@ 2446 244@ ;888 2446 244@ 244?
G G "2(!2)、"2 > /(!2)表示展叶盛期(!2)所对应的前 2 月、/ 月温度的突变点;"2(!;),"2 > /(!;)为开花盛期(!;)所对应的前 2 月、/ 月温
度的突变点 "2(!2),"2 > /(!2)H’#H’:’." "!’ IJK# #),.": )L "’K#’H-"JH’ ,. ).’ -.0 "!H’’ K)."!: M’L)H’ *’-L :#H’-0,.+ #!-:’;"2(!;),"2 > /(!;)
-H’ "!):’ M’L)H’ LJ** L*)%’H,.+ #!-:’
从上面分析看出,物候期发生突变一般都出现在温度突变之后,而且都是紧随其后,从另一个角度说明,
物候期对气候变化的响应比较敏感,能对同期或前一段时间气候变化做出相应的反应,因此可作为评估区域
气候变化的一个衡量指标,但还应根据植物特性分门别类进行考虑。
<" 讨论
在当地气候变化的影响下,2467 5 ;88/ 年郑州植物物候期都发生了不同程度的变化,虽然本文物候资料
观测时间较短,但仍得出春季物候提前,果实期提前,落叶期推迟,绿叶期延长的结论,与 CH-K’H[22]、
EH-.N[26]、徐雨晴[;?]等对春秋季物候及生长季的研究结论基本相一致,主要原因可能是因该地区温度上升趋
7?@2 G 生G 态G 学G 报 ;? 卷G
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
/ 图 0/ -、1图分别为绿叶期和年平均气温 234统计量曲线
5,+& 0/ 234 6"-",6",( (789’6 :)8 *’-: +8’’. #!-6’ -.; -..7-* -9’8-+’
"’<#’8-"78’ -8’ 6!)%. ,. - -.; 1
=5、=>表示序列正向和反向变化趋势,?@、?0、?A、?B 代表的
物理量与表 0 相同/ =5,=> -8’ "!’,8 #)6,",9’ -.; .’+-",9’ 9-8,-1*’
"’.;’.(C,8’6#’(",9’*C;?@ ") ?B -8’ 6-<’ -6 D-1*’ 0
势在 0E 世纪 FE 年代以后比较显著。
对春季物候而言,在本研究中发现冬季气温升高,
开花盛期提前,这与 G#-8H6[0I]等研究显示冬季气温升
高,能加速花芽发育,从而使开花期提前的结论相一致,
而张福春[@J]、陈效逑等[0F]认为冬季气温偏高不利于冬
季芽的休眠,使开花期推迟。春季物候与前 @ 月和前 A
月的温度显著相关,进一步证实了 K!-6[AE],徐雨晴
等[0L]研究发现的春季物候开始时期与该物候前 0 M A
个月之间的温度相关性很强的结论。当前 A 月平均温
度升高 @ N,展叶、开花盛期分别提前 A& O M L& F;,A& F
M F& E;,变化幅度比一些研究结果的要大一些,如 58-.H
等[@I]发现 0 M B 月的平均温度升高 @ N,德国果树物候
始花期提前 J;左右,张福春认为春季物候提前 @ M A;。
楝树果熟期并未因为温度的升高而提前,相反是推
后,与落叶期趋势表现一致,但与温度无明显的相关性,
这可能由于楝树的果熟期是在秋季,而影响秋季物候的
因素比较复杂[@J],不能只单纯考虑温度因素。
分析物候期和温度突变之间的区别与联系发现,物
候突变与温度突变有很好的对应关系,都差不多在同时
或邻近几年出现突变点,也就是说当气候从一稳定态向
另一稳定态跳跃时,物候也发生了类似的现象,说明物
候与气候在某种程度上确实存在着许多联系,不同物候
期对气候变化会做出不同的响应。
!" 小结
(@)@FJO M 0EEA 年的气候变化以温度上升和日照
时数下降为主要代表,升温现象在冬季、春季表现最为
明显,夏季温度略有下降,年平均温度突变点在 FE 年代
初期,之后呈一致上升趋势;日照在夏季下降最为显著,
冬季其次,但在 0 M B 月历年日照呈弱上升趋势;降水历年变化趋势不明显。
(0)展叶、开花期提前明显,果熟期除楝树外呈提前趋势,落叶期略有推迟,绿叶期延长,特别是在 FE 年
中后期,春季物候期基本都提前 @E;左右(除垂柳外),绿叶期推迟半个月左右。
(A)春季物候期变化幅度比秋季明显,可能是由于是冬季平均温度的升幅最大,而影响了次年春季物候;
春季物候对前段时期(季、月时间尺度)的温度状况反应敏感,而植物绿叶期则可反映年际尺度上的温度状
况。日照对植物物候还是有一定影响,特别是在春季,日照增加,物候期提前,但影响没有温度显著。
(B)物候期对温度变化响应最为敏感,春季主要是前 @ M A 月温度的影响,温度每升高 @ N,物候提前 0& I
ML& F;,0& L M F& E;;对于绿叶期,每上升 @ N,物候期延长 F& J M @I& O;。不同物种之间的物候期虽对温度响
应趋势比较一致,但是变化天数差异很大。
(J)物候期突变点一般都出现在温度突变之后,而且都是紧随其后,表明物候期对气候变化的响应比较
敏感,可作为评估区域气候变化的一个衡量指标,但因其对气候响应差别较大,须对各种植物特性深入了解。
#$%$&$’($):
[@ ]/ P7 Q P,R7 S,T’ S D& U’6#).6’6 ): #*-." #!’.)*)+C ") (*,<-",( (!-.+’& K("- V()*)+,(- G,.,(- ,0EEO,0O(O):F0A W F0F&
LLB@/ B 期 柳晶/ 等:郑州植物物候对气候变化的响应 /
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
[/ ]0 1-.+ 2 3,4!’. 5 6& 7. "!’ 8’-8).-* 9!:"!; )< .-"=9-* *-.>8(-#’& ?("- @()*)+,(- A,.,(-,BCCD,BD(E):/EF G /FH&
[E ]0 I’.=’*-8 J,K,*’**- L& I!’.)*)+:MN’8#).8’8 ") - %-9;,.+ %)9*>& A(,’.(’,/HHB,/CF(OOFE):PCE G PCF&
[F ]0 Q-.+ R,S, 1,2-) N 6,!" #$& T!’ ’<<’("8 )< (*,;-"’ %-9;,.+ ). "!’ -*#,.’ U’+’"-",). )< "!’ 6,.+!-,MT,V’"-. I*-"’-= !,."’9*-.>& ?("- @()*)+,(-
A,.,(-,/HHO,/O(W):B/PO G B/DB&
[O ]0 A(!%-9X R 3,N’,"’9 Y @& 4!-.+’8 ,. Z)9"! ?;’9,(-. 8#9,.+& L."’9.-",).-* J)=9.-* )< Y,);’"’)9)*)+:,/HHH,/H(D):C/C G CE/&
[W ]0 49,([ \ 6,A#-9[8 T \& 4*,;-"’ (!-.+’ 9’*-"’> ") ’++M*-:,.+ "9’.>8& Z-"=9’,BCCC,ECC:F/E G F/F&
[P ]0 N): 3 Y,A#-9[8 T \& I!’.)*)+: )< Y9,",8! V=""’9<*,’8 -.> (*,;-"’ (!-.+’& 2*)V-* 4!-.+’ Y,)*)+:,/HHH,W(BH):FHP G FBW&
[D ]0 Q-*"!’9 2 N,I)8" @,4).U’: I& @()*)+,(-* 9’8#).8’8 ") 9’(’." (*,;-"’ (!-.+’8& Z-"=9’,/HH/,FBW:EDC G ECO&
[C ]0 I-=*’: A R& S,+!",.+ <)9 "!’ !=;-. (,9(->,-. (*)([:N’(’." 9’8’-9(! ,.>,(-"’8 "!-" *,+!",.+ !-8 V’();’ - #=V*,( !’-*"! ,88=’& R’>,(-* \:#)"!’8’8,
/HHF,WE:ODD G OCW&
[BH]0 A#-9[8 T,49,([& I!’.)*)+: -.> "!’ (!-.+,.+ #-""’9. )< V,9> ;,+9-",). ,. Y9,"-,.& L."’9.-",).-* J)=9.-* )< Y,);’"’)9)*)+:,BCCC,F/(E),BEF
G BED&
[BB]0 ]9-;’9 ],S’,.).’. L,S)=8"-= 3& T!’ ,;#)9"-.(’ )< #!’.)*)+: <)9 "!’ ’U-*=-",). )< ,;#-(" )< (*,;-"’ (!-.+’ ). +9)%"! )< V)9’-*,"’;#’9-"’ -.>
R’>,"’99-.’-. <)9’8"8 ’()8:8"’;8:-. )U’9U,’%& L."’9.-",).-* J)=9.-* )< Y,);’"’)9)*)+:,/HHH,FF(/):WP G PO&
[B/]0 Z’,* ],Q= J 2& @<<’("8 )< =9V-.,X-",). ). #*-." <*)%’9,.+ #!’.)*)+::? 9’U,’%& ^9V-. @()8:8",/HHW,C(E):/FE G /OP&
[BE]0 Q’, 2,K= 4 Y& S-9+’ 8(-*’ <’-"=9’8 <)9 A’-8). #!’.)*)+,(-* 9’8#).8’ ") "!’ ;).8)). (*,;-"’ ,. @-8" 4!,.-& 4*,;-"’ _ @.U,9).;’." 9’8’-9(!,
/HHB,W(B):B G BH&
[BF]0 ‘!-.+ K 4& @<<’("8 )< +*)V-* %-9;,.+ ). #*-." #!).)*)+,(-* ’U’."8 ,. (!,.-& ?("- 2’)+9-#!,(- A,.,(-,BCCO,OH(O):FHE G FHD&
[BO]0 ‘!’.+ J 1,2’ 6 A,\-) ‘ 5& @<<’("8 )< +*)V-* %-9;,.+ ). #*-." #!’.)*)+: ,. *-8" FH :’-98& A(,’.(’ N’#)9",/HH/,FP(/H):BOD/ G BODP&
[BW]0 I’a=’*-8 J,K,*’**- L& I!’.)*)+::N’8#).8’8 ") - %-9;,.+ %)9*>& A(,’.(’,/HHB,/CF(OOFE):PCE G PCO&
[BP]0 Y’-=V,’. @ 2,K9’’*-.> \ J& A#9,.+ #!’.)*)+: "9’.>8 ,. ?*V’9"-,4-.->-:*,.[8 ") )(’-. "’;#’9-"=9’& L."’9.-",).-* J)=9.-* )< Y,);’"’)9)*)+:,
/HHH,FF:OE G OC&
[BD]0 K9-.[ R,4!;,’*’%8[,,?."b’ R,!" #$& 4*,;-"’ (!-.+’8 -.> "9’.>8 ,. #!’.)*)+: )< <9=," "9’’8 -.> <,’*> (9)#8 ,. 2’9;-.:,BCWB G /HHH&
?+9,(=*"=9-* -.> K)9’8" R’"’)9)*)+:,/HHF,B/B(B):WC G PD&
[BC]0 K= 4 Y,Q-.+ 6& T!’ >’<,.,",). -.> >’"’(",). )< "!’ -V9=#" (*,;-",( (!-.+’& A(,’.",- ?";)8#!’9,(- A,.,(-,BCC/,BW(F):FD/ G FCE&
[/H]0 Q-.> ‘ 1,3,.+ 1 \,\’ J \& ?. =#>-",.+ -.-*:8,8 )< "!’ (*,;-"’ (!-.+’ ,. 4!,.- ,. 9’(’." OH :’-98& ?("- R’"’)9)*)+,(- A,.,(-,/HHF,W/(/):
//D G /EW&
[/B]0 4!’. S 5,A!-) 1 Z,‘!-.+ 6 K& I9’*,;,.-9: -.-*:8,8 )< (*,;-"’ (!-.+’ >=9,.+ "!’ *-8" EC :’-98 ,. 4!,.-& 6=-9"’9*: J)=9.-* )< ?##*,’>
R’"’)9)*+:,BCCB,/ (/):BWF G BPE&
[//]0 5= ‘ 5,‘!-) K K& c-9,-",). )< 8=.*,+!" 9->,-",). >=9-",). ,. "!’ 1’**)% N,U’9 Y-8,.& N’8)=9(’ A(,’.(’,/HHO,/P(O):BOE G BOC&
[/E]0 R’.X’* ?,K-V,-. I& 29)%,.+ 8’-8). ’d"’.>’> ,. @=9)#’& Z-"=9’,BCCC,ECP:WOC&
[/F]0 ‘!-.+ K 4& A"-",8",( -.-*:8,8 ") 8#9,.+ "9’’8 #!’.)*)+: -.> ;’"’)9)*)+,(-* <-(")98 ,. Y’,b,.+& 2’)+9-#!,( N’8’-9(!,BCDE,/(/):OO G WF&
[/O]0 1-. R \,3’.+ Q,4!’. I 6& ?.-*:8,8 )< 4*,;-"’ J=;#8 ,. "!’ A-.b,-.+ I*-,.& A(,’.",- 2’)+9-#!,(- A,.,(-,/HHE,/E(W):WPB G WPP&
[/W]0 ‘!-) K K,5= ‘ 1& S).+ "’9; "9’.> -.> b=;# (!-.+’ <)9 ;-b)9 (*,;-"’ #9)(’88’8 )U’9 "!’ =##’9 1’**)% N,U’9 Y-8,.& ?("- R’"’)9)*)+,( A,.,(-,
/HHW,WF(/):P/P G PEW&
[/P]0 5= 1 6,S= I S,1= 6& L;#-("8 )< (*,;-"’ (!-.+’ ). "!’ <,98"M<*)%’9,.+ >-"’8 )< %&’()(*# +,!-.&#*#*(# S& -.> /01()2# #3-1!),(, N=#9& ,. 4!,.-&
J)=9.-* )< Y’,b,.+ K)9’8"9: ^.,U’98,":,/HHF,/W(W):CF G CP&
[/D]0 A#-9[8 T \,4-9’: I ],4);V’8 J& K,98" *’-<,.+ >-"’8 )< "9’’8 ,. A=99’: V’"%’’. BCFP -.> BCCW& S).> Z-",BCCP,PW:BO G /H&
[/C]0 4!’. 5 6,‘!-.+ K 4& A#9,.+ #!).)*)+,(-* (!-.+’ ,. Y’,b,.+ ,. "!’ *-8" OH :’-98 -.> ,"8 9’8#).8’ ") "!’ (*,;-",( (!-.+’8& 4!,.’8’ J)=9.-* )<
?+9);’"’)9)*)+:,/HHB,//(B):B G O&
[EH]0 ?!-8 N,J --+=8 J,?-8- ?B& T!’ #!).)*)+,(-* (-*’.>-9 )< @8").,- -.> ,"8 ()99’*-",). %,"! ;’-. -,9 "’;#’9-"=9’& L."’9.-",).-* J)=9.-* )<
Y,);’"’)9)*)+:,/HHH,FF (F):BOC G BWB&
参考文献:
[B ]0 陆佩玲,于强& 植物物候对气候变化的响应& 生态学报,/HHW,/W (W):C/E e C/C&
[/ ]0 杨国栋,陈效逑& 论自然景观的季节节奏& 生态学报,BCCD,BD(E):/EF e /FH&
[F ]0 王谋,李勇,黄润秋,等& 气候变暖对青藏高原腹地高寒植被的影响& 生态学报,/HHO,/O(W):B/PO e B/DB&
[BE]0 温刚,符淙斌& 中国东部季风区植被物候季节变化对气候响应的大尺度特征& 气候与环境研究,/HHB,W(B):B e BH&
[BF]0 张福春& 气候变化对中国木本植物物候的可能影响& 地理学报,BCCO,OH(O):FHE e FHD&
DPFB 0 生0 态0 学0 报 /P 卷0
!""#:$ $ %%%& ’()*)+,(-& (.
[/0]1 郑景云,葛全胜,郝志新&气候增暖对我国近 23 年植物物候变化的影响& 科学通报,4334,25(43):/064 7 /065&
[/8]1 符淙斌,王强& 气候突变的定义和检测方法&大气科学,/884,/9(2):264 7 28:&
[43]1 王遵娅,丁一汇,何金海& 近 03 年来中国气候变化特征的再分析& 气象学报,4332,94(4):446 7 4:9&
[4/]1 陈隆勋,邵永宁,张清芬,等& 近四十年来中国气候变化的初步分析& 应用气象学报,/88/,4 (4):/92 7 /5:&
[44]1 徐宗学,赵芳芳& 黄河流域日照时数变化趋势分析& 资源科学,4330,45(0):/0: 7 /08&
[42]1 张福春& 北京春季的树木物候与气象因子的统计学分析&地理研究,/86:,4(4):00 7 92&
[40]1 闫敏华,邓伟,陈泮勤& 三江平原气候突变分析& 地理科学,433:,4:(9):95/ 7 955&
[49]1 赵芳芳,徐宗学& 黄河兰州以上气候要素长期变化趋势和突变特征分析& 气象学报,4339,92(4):545 7 5:9&
[45]1 徐雨晴,陆佩玲,于强& 气候变化对我国刺槐、紫丁香始花期的影响& 北京林业大学学报,4332,49(9):82 7 85&
[48]1 陈效逑,张福春& 近 03 年北京春季物候的变化及其对气候变化的响应& 中国农业气象,433/,44 (/):/ 7 0/&
852/1 2 期 柳晶1 等:郑州植物物候对气候变化的响应 1