氣候變化對家燕物候期的影響分析

王 燕，戴 晨，曹 晨

（1.鎮(zhèn)江市氣象局，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.丹徒區(qū)氣象局，江蘇 鎮(zhèn)江 212100）

物候是指生物長期適應溫度條件的周期性變化，如草木榮枯、候鳥去來。物候現(xiàn)象與氣候等環(huán)境因素息息相關，物候對全球變暖的響應正在成為物候研究的一個新的熱點領域。鳥類是日常生活中最常見和活躍的生態(tài)系統(tǒng)組成部分之一[1-2]，對氣候和環(huán)境的改變反應相當敏感，可看作氣候變化的指示器之一[3]。研究氣候變化對鳥類的影響已成為國內外關注的焦點[4-5]。

家燕是全球性的遷徙鳥種，也是大自然的捕蟲專家，依賴人類建筑物營巢，具有重要的生態(tài)和文化價值[6]。家燕也是我國常見的一種夏候鳥，每年春季由南方越冬地遷往北方進行繁殖。繁殖結束后，秋季又遷徙到南方越冬。氣候變暖使得鳥類繁殖期提前[7-8]并影響著候鳥的遷徙時間[9-10]。

在全球變暖的大背景下，鎮(zhèn)江地區(qū)的氣候也發(fā)生了相應的改變，并對遷飛經過的家燕物候期產生影響。鎮(zhèn)江地區(qū)研究家燕物候期變化方面的文章相對較少，尤其是氣候變化對其影響的分析少見。本文通過對遷飛經過鎮(zhèn)江市農業(yè)氣象研究所家燕始見、絕見期觀測資料的分析，研究了家燕始見、絕見和間隔期的變化特征，以期掌握家燕物候的變化特征，為動物生態(tài)研究、生態(tài)環(huán)境保護的開展提供重要的指導。同時，研究氣候變化對家燕物候期的影響為全球氣候變化研究提供重要佐證，也為可持續(xù)發(fā)展和當?shù)剞r業(yè)生產等應用研究提供科學參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

鎮(zhèn)江市1984—2019年家燕物候資料（始見、絕見期）及同期氣象資料（氣溫、降水、日照）均來源于鎮(zhèn)江市農業(yè)氣象研究所。鎮(zhèn)江市農業(yè)氣象研究所是國家農業(yè)氣象觀測基本站，自1984年1月1日至今由農業(yè)氣象觀測員對家燕活動狀態(tài)進行觀測記錄。觀測方法根據(jù)《農業(yè)氣象觀測規(guī)范》對物候觀測的規(guī)定，觀測記錄每年家燕的始見、絕見日期。家燕每年春季最早飛來巢窩的日期為家燕始見日期，即可記錄日、月。秋季家燕離巢飛往南方的日期為絕見期。

1.2 研究方法

物候期采用儒略日換算方法，即物候期出現(xiàn)的日期為從1月1日到物候期的實際天數(shù)。采用一次線性方程對研究對象（氣候、物候）的變化趨勢進行擬合，方程中的系數(shù)采用最小二乘法加以確定，并分別做線性趨勢的顯著性檢驗。

對各氣象要素與家燕物候期進行相關分析，相關系數(shù)采用Pearson相關系數(shù)法，并做顯著性檢驗。

2 鎮(zhèn)江地區(qū)氣候變化與家燕物候變化特征分析

2.1 鎮(zhèn)江地區(qū)氣候變化特征分析

從表1可知，近36 a鎮(zhèn)江市平均氣溫呈極顯著的上升趨勢，日照時數(shù)呈弱減少趨勢，但未通過顯著性檢驗。累積降水量呈弱增加趨勢，也未通過顯著性檢驗。四季的平均溫度均呈極顯著的上升趨勢，其中以春季最為顯著，增溫幅度達0.8℃/10 a。日照時數(shù)整體呈減少的趨勢，主要是近年來大氣污染嚴重，導致云量和氣溶膠增多，進而增強了大氣對太陽光的反射及吸收作用，使太陽輻射減小，日照時數(shù)下降[11]。其中秋季的總日照時數(shù)減少最明顯，其他季節(jié)的變化不顯著，累積降水量變化趨勢均不明顯。

表1 1984—2019年各氣候因子的趨勢變化傾向率

2.2 家燕物候變化特征分析

近36 a鎮(zhèn)江市家燕始見期最早出現(xiàn)在3月10日（1989年），最晚出現(xiàn)在6月4日（1997年），兩者相差86 d。平均出現(xiàn)在4月13日。

1984—2019年，始見日期在波動變化中呈提前的趨勢，線性趨勢表明，始見日期表現(xiàn)出以4 d/10 a的速率提前（圖1）。

圖1 家燕始見期變化趨勢

絕見日期最早出現(xiàn)在7月4日（1987年），最晚出現(xiàn)在10月25日（1985年），兩者相差113 d。平均出現(xiàn)在9月20日。

1984—2019年，絕見日期在波動變化中呈推后的趨勢，線性趨勢表明，絕見日期表現(xiàn)出以5 d/10 a的速率推后（圖2）。

圖2 家燕絕見期變化趨勢

家燕停留期為3—10月，近36 a家燕停留期（始見、絕見期間隔日數(shù)）隨月份變化而呈波動變化趨勢，平均停留期為160 d。1985年停留時間最長，為199 d，1987年停留時間最短，為71 d，兩者相差128 d。停留期在波動變化中呈顯著的上升趨勢，速率為9 d/10 a，并通過0.05的顯著性檢驗（圖3）。

圖3 家燕間隔期變化趨勢

3 家燕始見、絕見期的年際波動特征

采用下列標準確定家燕物候期年際波動特征是否異常：

式中，Xi表示某年家燕的始見、絕見日期，是家燕多年平均始見、絕見日期，Si表示家燕始見、絕見日期的標準差。如果|Xi-|=0，說明該年家燕始見、絕見日期沒有波動。當|Xi-|＜Si時，表示該年家燕始見、絕見日期屬于正常年份。其中，-Si＜（Xi-）＜0，表示該年家燕始見、絕見日期正常偏早，當0＜（Xi-）＜Si時，表示該年家燕始見、絕見日期正常偏晚。當|Xi-|≥Si時，表示該年家燕始見、絕見期屬于異常年型，其中（Xi-）≤-Si，表示該年家燕始見、絕見日期異常偏早，（Xi-）＞Si表示該年家燕始見、絕見日期異常偏晚。

運用以上判據(jù)對家燕始見、絕見日期遲早年型進行劃分，從表2中可以看出，近36 a鎮(zhèn)江地區(qū)家燕始見、絕見期同步提前的年份有1989、2003、2006年（3 a，占8.3%），同步推遲的年份有1986、1995、1997、1999、2007、2008、2010、2011年（8 a，占22.2%），同步變化共占30.5%。

表2 家燕始見、絕見期遲早年

但也有年份出現(xiàn)了家燕始見、絕見期波動明顯不同步，其中始見期提前而絕見期推遲的年份有1985、1990、1992、1998、2001、2002、2004、2005、2012、2013、2015、2017、2018、2019年（14 a，占38.9%），家燕始見、絕見日期間隔日數(shù)明顯延長，即家燕停留時間延長；始見期推遲而絕見期提前的年份有：1984、1987、1988、1993、1996年（5 a，占13.9%），家燕始見、絕見日期間隔日數(shù)明顯縮短，即家燕停留時間縮短。

4 主要氣候因子對家燕物候期的影響

為了解影響家燕各物候期的敏感氣候因子，計算家燕各物候期與同期平均氣溫、總日照時數(shù)和累積降水量及始見期與1—6月、絕見和間隔期與3—10月各氣象要素的Pearson相關系數(shù)，并進行顯著性檢驗。

4.1 氣溫對家燕物候的影響

外界的環(huán)境溫度對動物生命活動起著尤為重要的作用，直接或間接地影響著動物的生長、發(fā)育、繁殖、生活狀態(tài)、行為。家燕是一種喜暖的候鳥，且對外界的氣溫變化有很強的敏感性[12]。鳥類在春季遷回繁殖地是隨著氣溫的上升和食物的增多而實現(xiàn)的[13]。

由表3可知，家燕始見期與平均氣溫、1和4月平均氣溫呈負相關，均通過0.05的顯著性檢驗。其中家燕始見期與4月平均溫度的關系最明顯。4月是家燕始見最多的月份，溫度升高會引起毛蟲數(shù)量高峰期提前到來[14]，給家燕提供充足的食物來源，從而促使家燕提前北遷到鎮(zhèn)江地區(qū)。

表3 1984—2019年各氣候因子與家燕物候期的Pearson相關系數(shù)

絕見、間隔期（停留期）與平均氣溫呈正相關，絕見期與平均氣溫雖然沒有達到顯著性水平，但平均氣溫升高，會使家燕絕見期延長。絕見期與5、9月平均氣溫呈顯著正相關。5月氣溫升高，有利于蟲卵的孵化，便于家燕捕食，為其向南遷飛提供足夠能量。9月為家燕向南方遷回的集中時期，此時溫度升高，會使得家燕停留捕食，補充能量，使絕見期推后，間隔期相應延長。間隔期還與3、4月平均氣溫呈顯著正相關，尤以4月氣溫最為顯著，因為4月氣溫升高，毛蟲數(shù)量增多，家燕提前遷來，始見期提前，間隔期相應延長。

4.2 日照對家燕物候的影響

隨著日照長度的延長，通過松果腺的作用，刺激鳥類腦下垂體催乳素和促腎上腺皮脂激素分泌增加，在激素綜合作用下，使鳥類完成一系列遷徙的生理準備，待有利氣候條件來臨進行遷徙[15]。

由表3可見，家燕始見期與總日照數(shù)呈正相關，但未通過顯著性檢驗。家燕始見期與5月總日照時數(shù)的相關系數(shù)較高，通過0.01的極顯著檢驗。鳥類對氣候的改變比較敏感，當5月日照減少時，家燕提前遷飛至繁殖地營巢、產卵，利用更長的白天覓食、哺育幼雛。

家燕絕見期與總日照時數(shù)和各月日照時數(shù)相關均不明顯，說明家燕絕見期對日照時數(shù)影響不敏感。間隔期與總日照數(shù)呈負相關，但未通過顯著性檢驗。間隔期與5月總日照時數(shù)的相關性最為密切。因為間隔期與始見和絕見期有關，始見期提前，導致間隔期相應延長。

4.3 降水對家燕物候的影響

水不僅是動物有機體的重要組成部分，還影響動物的新陳代謝及其他活動，除了喜濕動物的生長發(fā)育對水分條件依賴性較強外，大部分動物對降水造成的影響都可通過自身生理機能進行調節(jié)。

降水量對家燕物候的影響較溫度和日照要小，僅家燕始見期與降水量呈較顯著的負相關。

5 結果和討論

（1）近36 a鎮(zhèn)江市平均氣溫呈極顯著的上升趨勢，日照時數(shù)、累積降水量變化趨勢不明顯。四季的平均溫度均呈極顯著的上升趨勢，春季最為顯著。日照時數(shù)整體呈減少的趨勢，其中秋季的總日照時數(shù)減少最為明顯。累積降水量變化趨勢均不明顯。

（2）近36 a鎮(zhèn)江市家燕始見日期在波動變化中呈提前的趨勢，始見日期以4 d/10 a的速率提前。絕見日期在波動變化中呈推后的趨勢，以5 d/10 a的速率推后。家燕停留期在波動變化中呈顯著的上升趨勢，速率為9 d/10 a。家燕停留期的延長有利于農田、果園的生產和園林景觀的保護。

（3）家燕始見期提前而絕見期推遲的年份占38.9%，家燕始見、絕見期呈同步變化（同步提前或同步推遲）的年份占30.5%，始見期推遲而絕見期提前的年份占13.9%。

（4）家燕始見期與平均氣溫、1和4月平均氣溫呈負相關，均達到顯著水平，與5月總日照時數(shù)的相關系數(shù)達到極顯著水平，與年累積降水量呈較顯著的負相關。絕見期與平均氣溫呈正相關，與5、9月平均氣溫呈顯著正相關。間隔期（停留期）與平均氣溫、3、4、9月平均氣溫呈顯著正相關，與總日照數(shù)呈負相關，與5月總日照時數(shù)的相關最為密切。

候鳥物候期的研究比較復雜，除鎮(zhèn)江地區(qū)氣候條件對家燕物候期變化影響之外，還受遷徙經過地、越冬地及周圍生態(tài)環(huán)境等的影響，另外動物之間食物鏈的制約關系在一定程度上也對物候變化有影響。人為觀測誤差，對所得結論準確性也有一定影響。