編輯選編

編輯：張萌 侯美亭

葉物候悖論:為什么變暖在溫暖的地方更為重要——Leaf phenology paradox: Why warming matters most where it is already warm.Remote Sensing of Environment, 2018, Vol. 209.

氣候和生態(tài)系統(tǒng)特性之間的交互作用控制著物候?qū)夂蜃兣透珊档捻憫?yīng)，而目前對(duì)這些交互作用仍然知之甚少。為了確定這些交互作用的貢獻(xiàn)，美國(guó)杜克大學(xué)的Seyednasrollah等使用空基遙感植被指數(shù)檢測(cè)了美國(guó)東南部沿氣候梯度和不同生態(tài)區(qū)的葉片生長(zhǎng)情況。通過(guò)建立一種分層狀態(tài)——空間貝葉斯模型，量化了氣溫、干旱程度和冠層熱脅迫是如何對(duì)山區(qū)到沿海平原地區(qū)的葉片展開產(chǎn)生影響的。研究使用了2001—2012年美國(guó)東南部59個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的植被生長(zhǎng)開始期的氣候數(shù)據(jù)、日植被指數(shù)和冠層表面溫度數(shù)據(jù)。研究結(jié)果證實(shí)了沿不同生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特性與氣候變量之間存在很強(qiáng)的交互作用。研究發(fā)現(xiàn)，在山區(qū)，春季葉片生長(zhǎng)開始得更快，而沿海地區(qū)森林對(duì)年際溫度異常的敏感性更大。盡管所有地區(qū)對(duì)氣溫變暖的敏感性都在下降，但研究發(fā)現(xiàn)了一種生態(tài)系統(tǒng)的相互作用：落葉林為主的森林比落葉林較少的森林對(duì)氣候變暖的敏感性更低，這很可能是由于常綠物種在整個(gè)季節(jié)中葉片持續(xù)地存在。山地森林的生長(zhǎng)開始期更容易受到日益加劇的干旱和水分不足的影響，而沿海地區(qū)則相對(duì)具有生態(tài)彈性。隨著冠層熱脅迫（定義為冠層與空氣的溫度差異）的增加，葉片在干旱年之后生長(zhǎng)變得緩慢，在濕潤(rùn)年之后生長(zhǎng)加速。

1587—2008年?yáng)|北多年凍土區(qū)夏季地溫的重建——Reconstruction of the regional summer ground surface temperature in the permafrost region of Northeast China from 1587 to 2008.Climatic Change, 2018, Vol. 148.

為了延長(zhǎng)東北多年凍土地區(qū)的歷史氣溫記錄，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)的張先亮等基于興安落葉松年輪寬度年表重構(gòu)了過(guò)去4個(gè)世紀(jì)的地溫（GST）數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)7個(gè)相互之間存在很好相關(guān)性的標(biāo)準(zhǔn)年輪年表進(jìn)行平均，產(chǎn)生了一個(gè)區(qū)域平均年代學(xué)數(shù)據(jù)。GST是該地區(qū)樹木生長(zhǎng)的主要限制因素。通過(guò)分析GST日數(shù)據(jù)對(duì)樹木生長(zhǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈影響的天數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)5月30日—8月26日（夏季）的GST與站點(diǎn)的樹木年輪年表數(shù)據(jù)呈現(xiàn)高度相關(guān)。1971—2008年，夏季GST與地區(qū)平均樹木年輪年表的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.704（P＜0.001），基于此，重建了1587—2008年的GST數(shù)據(jù)。重建后的GST解釋了1971—2008年期間實(shí)際GST方差的49.4%，捕捉了4個(gè)暖期（1597—1603，1716—1723，1781—1788和1925—1929年）和3個(gè)冷期（1639—1647，1686—1711和1799—1805年）。重構(gòu)后的GST與小冰川期北半球溫度一致，1857—2008年的升溫速率與之前報(bào)道的小興安嶺溫度重構(gòu)相似。重構(gòu)后的GST的低頻變化與凍土融化深度相一致。重建的GST是本研究地區(qū)最長(zhǎng)的GST記錄，可作為凍土融化深度的參考。

從Sentinel-2光譜波段反演冠層葉綠素含量，以估計(jì)冬小麥集約種植系統(tǒng)的氮吸收——Retrieval of the canopy chlorophyll content from Sentinel-2 spectral bands to estimate nitrogen uptake in intensive winter wheat cropping systems.Remote Sensing of Environment, 2018, Vol. 216.

在集約化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，減少氮肥對(duì)環(huán)境影響最常見的方法之一是調(diào)整作物需要的N輸入。這一調(diào)整通常與氮素營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（NNI）有關(guān)，該指數(shù)基于作物冠層中最大和實(shí)際吸收的氮（分別表示為NC和CNC）的概念。因此，利用可自由獲取的衛(wèi)星圖像在田間尺度上大范圍精確估計(jì)NC和CNC是需要解決的關(guān)鍵問題。比利時(shí)魯汶大學(xué)的Delloye等研究表明，反演自Sentinel-2（S2）衛(wèi)星數(shù)據(jù)的小麥CNC和冠層葉綠素含量（CCC）之間存在高度相關(guān)（R2=0.90）。CNC和CCC的反演基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法。CNC反演誤差較低，分別是4和21 kg/hm2（依賴于生長(zhǎng)階段），這對(duì)于評(píng)估NNI非常有潛力。本研究得出了4個(gè)主要結(jié)果：冠層水平的重要性、與品種關(guān)系的獨(dú)立性、對(duì)不同生長(zhǎng)階段的依賴、對(duì)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可能只需要使用10 m S2通道來(lái)估算N。同時(shí)，分析了3種與CNC和NC相關(guān)的生物物理變量的估計(jì)精度：綠色面積指數(shù)（GAI）、葉葉綠素含量和CCC。研究指出，像素的異質(zhì)性影響了GAI的估計(jì)精度，紅邊通道在生長(zhǎng)季節(jié)增加了GAI估計(jì)精度。

氣候變暖對(duì)北方樹種光合作用的影響取決于土壤濕度——Effects of climate warming on photosynthesis in boreal tree species depend on soil moisture.Nature, 2018, in press.

氣候變暖將通過(guò)熱效應(yīng)和改變土壤濕度兩個(gè)方面來(lái)影響光合作用。這兩個(gè)方面對(duì)于森林來(lái)說(shuō)都非常重要，因?yàn)槿蛏值拇蟛糠謪^(qū)域都在兩種時(shí)期之間波動(dòng)：低溫限制了光合作用的時(shí)期和土壤水分可能會(huì)限制碳吸收的時(shí)期。美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的Reich等展示了隨著北方森林的生長(zhǎng)季節(jié)從雨季過(guò)渡到適度的干旱期，氣候變暖的影響從正到負(fù)。在一項(xiàng)針對(duì)溫帶和北方森林11種共生的年輕樹種為期3年的露天變暖試驗(yàn)中，對(duì)于處在最濕潤(rùn)土壤（占生長(zhǎng)季的 1/3）的溫帶森林， 3.4 ℃的增溫增加了光飽和凈光合作用和葉片擴(kuò)散導(dǎo)度。在所有11種植物中，葉片擴(kuò)散導(dǎo)度以及由此導(dǎo)致的光飽和凈光合作用在干旱期下降，而且在氣溫變暖試驗(yàn)下的植物中的下降幅度比在常溫下的植物大得多。因此，對(duì)于11個(gè)物種，在土壤最干燥的時(shí)段內(nèi)（占生長(zhǎng)季的2/3），氣候變暖降低了光飽和凈光合作用。因此，無(wú)論是在干旱期間還是在有規(guī)律發(fā)生的、在生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)的適度干旱時(shí)期，低土壤濕度都可能會(huì)降低甚至逆轉(zhuǎn)氣候變暖對(duì)干旱、季節(jié)性寒冷環(huán)境下光合作用的潛在益處。

（以上由侯美亭選編）

北極地區(qū)快速升溫的驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究進(jìn)展——《科學(xué)通報(bào)》2018年第63卷第26期

受全球持續(xù)暖化影響，北極地區(qū)近地表氣溫正在以超過(guò)全球平均兩倍以上的速度急劇升高，稱為“北極放大”效應(yīng)。北極的快速升溫與地氣系統(tǒng)的能量收支異常直接相關(guān)，學(xué)術(shù)界基于模式模擬、衛(wèi)星觀測(cè)等多種手段開展了大量研究工作，并提出了一系列的理論和證據(jù)，嘗試從能量收支的角度對(duì)“北極放大”效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行解釋。曹云鋒等對(duì)驅(qū)動(dòng)“北極放大”的各種潛在機(jī)制的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了闡釋，并回顧了各種驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究進(jìn)展。綜合現(xiàn)有研究表明，北極的快速升溫既與受北極獨(dú)特的地理、大氣環(huán)境影響形成的多種輻射反饋機(jī)制（如海冰反照率輻射反饋機(jī)制、邊界層大氣逆溫引起的溫度梯度正反饋機(jī)制、普朗克反饋機(jī)制等）有關(guān)，也可能是由地球大氣、海洋環(huán)流異常引起的極向物質(zhì)與能量傳輸增強(qiáng)所致。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行綜合分析指出，受研究方法存在一定缺陷、高質(zhì)量且時(shí)空完整的長(zhǎng)時(shí)序輻射產(chǎn)品的缺乏，以及探索不同因素之間關(guān)聯(lián)機(jī)制的綜合性研究的缺少等影響，目前對(duì)于北極地區(qū)快速升溫的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)機(jī)制仍無(wú)定論，不同理論之間存在很大的分歧。進(jìn)一步指出，長(zhǎng)時(shí)序、高質(zhì)量的地表與大氣輻射產(chǎn)品研發(fā)，研究方法的進(jìn)一步優(yōu)化與各種氣候因子變化對(duì)地氣系統(tǒng)能量收支擾動(dòng)的更準(zhǔn)確量化，以及針對(duì)不同氣候因子之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制的綜合分析，將是未來(lái)提升北極地區(qū)氣候變化研究的重要方向。

陸地下墊面與環(huán)境氣流對(duì)鋒面氣旋發(fā)展過(guò)程影響的理想試驗(yàn)——《地球物理學(xué)報(bào)》2018年第61卷第8期

地面摩擦和大尺度流場(chǎng)是影響鋒面氣旋結(jié)構(gòu)演變的重要因子，吳雪劍等使用WRF模式并采用濕物理方案，通過(guò)理想化試驗(yàn)，綜合考慮陸面摩擦、氣旋式擾動(dòng)相對(duì)于急流位置和大尺度流場(chǎng)對(duì)鋒面氣旋結(jié)構(gòu)變化的影響。結(jié)果表明：當(dāng)僅考慮單一因子時(shí)，氣旋式擾動(dòng)位于急流南側(cè)和輻合流流場(chǎng)有利于氣旋形成Shapiro-Keyser（S-K）模型結(jié)構(gòu)。當(dāng)同時(shí)考慮地面摩擦和大尺度輻合時(shí)，氣旋式擾動(dòng)位于急流北側(cè)的氣旋發(fā)展整體向經(jīng)典的挪威氣旋模型轉(zhuǎn)變；擾動(dòng)位于急流南側(cè)的氣旋發(fā)展則整體呈現(xiàn)S-K模型結(jié)構(gòu)，此時(shí)輻合流場(chǎng)有利于S-K模型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。當(dāng)同時(shí)考慮地面摩擦和大尺度輻散時(shí)，擾動(dòng)處于急流北側(cè)的氣旋呈現(xiàn)挪威氣旋模型結(jié)構(gòu)；由于氣旋式擾動(dòng)穿越急流和輻散流場(chǎng)同時(shí)有利于暖鋒后彎發(fā)展以及冷暖鋒距離加大和鋒消，擾動(dòng)處于急流南側(cè)的氣旋呈現(xiàn)典型S-K氣旋模型結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)果解釋了在東亞大陸地區(qū)輻散場(chǎng)形勢(shì)下出現(xiàn)的S-K模型結(jié)構(gòu)氣旋個(gè)例。

氣候變化背景下1981—2010年中國(guó)小麥物候變化時(shí)空分異——《中國(guó)科學(xué)（地球科學(xué)）》2018年第48卷第7期

物候是氣候變化可靠有力的指示物之一，作物物候變化及其影響機(jī)制研究對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化和指導(dǎo)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。由于缺乏長(zhǎng)時(shí)段連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，全國(guó)尺度的作物生長(zhǎng)季內(nèi)連續(xù)多個(gè)物候期的變化，尤其是物候期變化趨勢(shì)的時(shí)空分異特征研究報(bào)道較少。劉玉潔等基于全國(guó)4個(gè)小麥種植區(qū)內(nèi)48個(gè)農(nóng)業(yè)氣象站1981—2010年的長(zhǎng)序列物候觀測(cè)記錄，量化了小麥10個(gè)關(guān)鍵物候期和相應(yīng)生長(zhǎng)階段長(zhǎng)度的時(shí)空變化。結(jié)果表明，1981—2010年，在小麥生長(zhǎng)季內(nèi)氣候顯著變化背景下，小麥物候也發(fā)生了顯著變化。在全國(guó)尺度，播種期、出苗期、三葉期和乳熟期平均推遲幅度分別為0.19，0.06，0.05和0.06 d/a；而分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期和成熟期平均提前幅度依次為0.02，0.15，0.21，0.17，0.19和0.10 d/a；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段長(zhǎng)度和生長(zhǎng)季長(zhǎng)度分別平均縮短0.23和0.29 d/a，而生殖生長(zhǎng)階段長(zhǎng)度平均延長(zhǎng)0.06 d/a。不同種植區(qū)小麥物候期及生長(zhǎng)階段長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)不盡相同。小麥生長(zhǎng)季長(zhǎng)度對(duì)生長(zhǎng)季內(nèi)氣候因子變化敏感度的空間分異特征在春、冬小麥之間表現(xiàn)得尤為突出。春（冬）小麥生長(zhǎng)季長(zhǎng)度均隨著生長(zhǎng)季內(nèi)平均溫度上升而縮短（延長(zhǎng)）；所有種植區(qū)小麥生長(zhǎng)季長(zhǎng)度均隨生長(zhǎng)季內(nèi)降水和日照時(shí)數(shù)增加而延長(zhǎng)。其中，春小麥生長(zhǎng)季長(zhǎng)度對(duì)降水的敏感度小于冬小麥，但對(duì)日照時(shí)數(shù)的敏感度大于冬小麥。在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理時(shí)應(yīng)因地制宜，充分考慮小麥物候變化及其對(duì)不同氣候因子變化響應(yīng)的空間分異特征。

改進(jìn)的CLDAS降水驅(qū)動(dòng)對(duì)中國(guó)區(qū)域積雪模擬的影響評(píng)估——《氣象》2018年第44卷第8期

積雪因?yàn)槠涮囟ǖ膶傩栽跉夂蜃兓退难h(huán)中扮演著重要角色，在大氣和陸面之間起到了調(diào)節(jié)能量和水交換的顯著作用，而陸面驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接決定著模式對(duì)積雪的模擬效果。師春香等采用CLDAS（CMA Land Data Assimilation System）和改進(jìn)后的降水驅(qū)動(dòng)（CLDAS Prcp）分別驅(qū)動(dòng)Noah3.6陸面模式對(duì)積雪變量進(jìn)行模擬，并對(duì)中國(guó)主要的積雪區(qū)東北區(qū)域、新疆區(qū)域、青藏高原區(qū)域的積雪覆蓋率、雪深、雪水當(dāng)量的模擬效果進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，CLDAS Prcp改善了原有驅(qū)動(dòng)在冬季由于低估降水所造成的模擬積雪量偏少的情況；東北區(qū)域模擬結(jié)果與觀測(cè)的時(shí)間變率最為一致，積雪覆蓋率、雪深、雪水當(dāng)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.42，0.78，0.93；而雪水當(dāng)量的改進(jìn)效果最明顯，均方根誤差和偏差分別減小了54.8%和83.1%，相關(guān)系數(shù)提高了0.47；同時(shí)，CLDAS Prcp不僅能反映積雪變量的年際變率，而且能夠較準(zhǔn)確地反映出強(qiáng)度較大的突發(fā)降雪事件。

（以上由張萌選編）