中国北方生长季节的植物物候与遥感综合诊断、模拟与预测

从揭示中国北方过去30-50年植物物候和遥感生长季节初、终日期的时空格局入手，以植物物候生长季节为核心，系统检验遥感生长季节反映地表实况的稳定性、准确性和有效性，并系统提出划分景观生长季节的物候与遥感综合诊断技术与方法论，以大幅度提高大尺度生长季节时空诊断的精确度和集成度。在此基础上，将植物物候模拟和全球气候变化情景预测相结合，耦合物候模型、遥感模型与区域气候模式，实现根据未来全球气候变化多种情景下区域气温的时空变化格局，模拟并预测较高空间分辨率的植物物候和景观生长季节的时空格局，旨在填补全球生长季节时空变化及其未来趋势预测研究在中国区域的空白，为实现北半球生长季节对全球气候变化响应的大尺度时空对比及其生态效应评估，提供重要的科学事实和检验依据，并为推动全球变化科学的发展，提供中国区域高水平的研究成果。

为了揭示物候生长季节的时空格局，我们利用46个站点1986-2005年榆树展叶期和落叶期数据建立了基于日均温的时空物候模型。结果表明，研究区域内春季气温每升高1°C，生长季节开始日期提前约2.8天，而秋季气温每升高1°C，生长季节结束日期推迟约2.1天。在单站上，无论是生长季节开始日期对气温的负响应还是结束日期对气温的正响应均表现为温暖站点大于寒冷站点。在空间模拟方面，20年平均春、秋季日均温1°C的空间差异会导致20年平均生长季节开始和结束日期-3.1天和2.6天的空间差异。同时，某一年春、秋季日均温1°C的空间差异会引起该年生长季节开始和结束日期-4.28至-2.75天和2.17至3.16天的空间差异。此外，逐年生长季节开始日期对春季日均温负的空间响应在暖年大于冷年。为了评价遥感生长季节在监测地面生长季节方面的性能，我们利用展叶期、落叶期数据和遥感MODIS、AVHRR归一化植被指数数据，进行了两种生长季节空间序列、时间序列和时-空序列之间的对比分析。结果表明，在每年所有像元上和研究的期间内，遥感生长季节开始、结束日期空间序列和时间序列与地面生长季节开始、结束日期空间序列和时间序列之间均呈显著正相关关系。此外，地面与遥感生长季节开始日期时-空序列之间也存在着显著的正相关关系。为了预测生长季节对全球气候变化的响应，我们利用中国北方1981-2005年136个站点的日均温数据和物候过程模型拟合了4个优势树种的展叶始期。结果表明，到目前为止，中国北方大部分地区的冬季气温升高并未显著影响落叶树木的休眠和随之发生的叶片发育。模型的空间和时间外推检验确认了区域统一单种物候模型在预测中国北方4种树木展叶日期方面的能力和可靠性。重建的中国北方1960-2009年4种树木的展叶日期以每10年1.4-1.6天的速率显著提前。这一发现说明，区域尺度上树木物候对气候变化的响应可以通过几个代表性站点的物候和气候数据集予以揭示。