植被春季物候是表征气候变化的重要指示器。过去几十年的全球温度观测数据显示,从20世纪80年代初至20世纪末,全球气温呈现出快速上升的趋势,全球变暖导致的植被春季物候期提前已得到广泛证实。然而,在21世纪首个10年中,全球气温表现出“变暖停滞”(Warming Hiatus)现象,此间北半球中高纬度地区的平均气温甚至出现明显的下降趋势,目前对于变暖停滞期间北半球中高纬度植被春季物候是提前还是滞后仍然存在分歧。
为了明确导致已有研究出现分歧的原因,以及植被春季物候变化与气温变化的关系,课题组利用GIMMS NDVI3g数据集和CRU-TS4.06气候数据集,结合四种广泛使用的物候提取方法和集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法探究1982-2015年间北半球中高纬度植被春季物候随季前温度变化的演变规律。
通常情况下植被春季物候随着季前温度的升高(降低)而提前(推迟)。然而,在不同的纬度、海拔和生物群落水平,植被春季物候的变化与季前温度的变化均存在不匹配的情况。在纬度梯度水平,不匹配的情况集中在30°-35°N和50°-60°N之间。在海拔梯度水平,不匹配主要集中在3000米以上的地区。在生物群区水平,不匹配的情况出现在温带阔叶和混交林和北方森林以外的生物群区。在变暖停滞期,植被春季物候提前趋势的逆转不仅受到季前温度的影响,还受到其他外部环境因素以及植被春季物候对温度的敏感性的影响。
该研究首次发现基于线性假设趋势分析方法的局限性,是导致已有研究对于变暖停滞期间北半球中高纬度植被春季物候趋势出现分歧的一个重要因素。值得注意的是,这些局限性也可能发生在其它非线性生态过程的研究中,特别是考虑到全球气温在过去30多年表现出的快速升温到变暖停滞的转变。因此,在分析对温度敏感的生理和生态过程时,最好使用类似于的EEMD非线性方法来提取其内在趋势,以避免先验外部趋势对结论的干扰。
该研究成果于近日发表于生态学领域国际权威期刊Global Change Biology(影响因子13.211)。北京大学博士后熊涛博士为第一作者,杜世宏教授为通讯作者,东北师范大学张洪岩教授和北京大学张修远特聘副研究员为合作者。该工作得到了国家重点研发计划(No.2021YFE0117100)、国家自然科学基金项目(No.42001327和41871330),和吉林省科技发展计划项目(No.20180623058TC)的资助。