同步驱动机制的春季和秋季物候学在北半球草原gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

与气候变化全球植被物候学已经在最近几十年(gydF4y2BaMyneni et al ., 1997gydF4y2Ba;gydF4y2Ba门泽尔et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2Ba施瓦茨et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2Ba曾庆红等人。,2011年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba朴et al ., 2019gydF4y2Ba)。气候变暖已经归结为主要驱动因素(gydF4y2Ba在埃博拉病毒病et al ., 2002gydF4y2Ba;gydF4y2BaZhang et al ., 2004gydF4y2Ba;gydF4y2Ba朴et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2Ba宋et al ., 2011gydF4y2Ba),和先进的全球植被绿化已观察到,虽然大小不同的植被类型,研究区域,方法(gydF4y2Ba白色et al ., 2009gydF4y2Ba;gydF4y2Ba丛et al ., 2012gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2013年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba朴et al ., 2017gydF4y2Ba)。在温带地区,增加温度打破休眠和植被早些时候经济复苏一直先进,导致增强植被总初级生产力(GPP) (gydF4y2BaKeeling et al ., 1996gydF4y2Ba;gydF4y2Ba胡锦涛等人。,2011年gydF4y2Ba)。除了春季物候学研究一直也致力于秋季物候学(gydF4y2Ba杨et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba刘et al ., 2016gydF4y2Ba),这是与植被生产力密切相关(gydF4y2Ba宋et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaGaronna et al ., 2014gydF4y2Ba)。延长生长季节直接导致植被GPP增加。然而,植物叶绿素含量降低在生长季节的结束,和植物光合作用下降相比,冲洗时间。因此,延长生长季节的贡献生态系统年度净生产力仍然是非常不确定的(gydF4y2BaMarchin et al ., 2015gydF4y2Ba)。各种生物之间的不同的交互活动的两个边界时期(开始的时节,SOS;结束赛季,EOS)的植被生长季节导致他们不同的反馈,生态系统碳循环(gydF4y2BaEstiarte Penuelas, 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba朱et al ., 2017gydF4y2Ba)。完善我们的知识对植被物候学如何影响生态系统的生产力,我们需要进一步探讨植被生长季长度(GSL)已经改变了,哪些是潜在的主要贡献者。gydF4y2Ba

GSL是由两个春季和秋季物候学日期。如果温度是生物气候学的唯一动力,植被GSL可以谈的延长不断持续变暖温带和寒带地区。然而,植被物候学是由一个因素。例如,春季物候学主要是由早春的温度控制(gydF4y2Ba门泽尔和费边,1999年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba帕尔玛,2007gydF4y2Ba;gydF4y2Ba沈et al ., 2014gydF4y2Ba),但降水也是一个相当重要的监管机构,特别是在干旱和半干旱地区(gydF4y2Ba沈et al ., 2015gydF4y2Ba)。此外,温度可以与降水影响植被SOS。例如,降水可以调整春季物候学反应在中国北部温带温度(gydF4y2Ba丛et al ., 2013gydF4y2Ba)。然而,这两个主要气候因素如何相互作用调节物候学仍然是不确定的。gydF4y2Ba

相对于春季物候学,对植被的影响休眠在秋天可以归结于一个更复杂的来源(gydF4y2BaKeskitalo et al ., 2005gydF4y2Ba;gydF4y2BaBarichivich et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba方式和蒙哥马利,2015年gydF4y2Ba)和更高的空间异质性,进而抑制我们对其驱动因素的理解。季前的温度、降水、太阳能日晒,SOS都报道影响EOS和他们的相对贡献也随区域(gydF4y2Ba宋et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba杨et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba刘et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba丛et al ., 2017gydF4y2Ba)。EOS动力学机制的等待上显示基于我们完全理解驱动因素的集合。gydF4y2Ba

草原占据近33%的全球土地面积(gydF4y2Ba埃利斯和Ramankutty, 2008年gydF4y2Ba),广泛分布在北半球温带地区。相对于森林生态系统、草原生态系统表现出更高的灵敏度最近气候变化gydF4y2BaKnapp和史密斯,2001gydF4y2Ba;gydF4y2BaWeltzin et al ., 2003gydF4y2Ba)。除了他们的快速反应转移热量和水分条件下,明显不同的草原世界各地的结构反映了他们适应当地环境(gydF4y2Ba傅et al ., 2014gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2019年gydF4y2Ba)。除了个人各气候因子对草地的影响绿色和休眠(gydF4y2Ba丛et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2Ba愤怒,2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba沈et al ., 2015gydF4y2Ba),温度和降水之间的交互作用也被证实(gydF4y2Ba丛et al ., 2017gydF4y2Ba)。然而,在草原物候驱动力仍然缺乏明确的结论。例如,每一个的大小是什么环境因素作用于物候学吗?是否每个环境因素对不同物候事件起到类似的作用(SOS, EOS等等)?gydF4y2Ba

在这项研究中,我们专注于北半球的温带草原(NH),并使用四种不同的方法从卫星植被提取SOS和EOS产品从1982年到2011年。与物候数据我们旨在探索(1)草原GSL的变化和它的主要贡献者;(2)长期气候和生理影响各物候期(GSL SOS, EOS等);(3)进一步扩展的可能性在温带和寒带草原北部的GSL持久的全球变暖。gydF4y2Ba

材料和方法gydF4y2Ba

材料gydF4y2Ba

我们长期使用卫星归一化植被指数(NDVI) 1982 - 2011年期间提取植被物候学。我们使用第三代归一化植被指数产品由GIMMS(全球库存建模和映射研究)组(GIMMS3g)源自AVHRR(先进的高分辨率辐射计)。这么长时间记录两周一次的数据集的空间分辨率为10公里。GIMMS3g已广泛应用于大规模植被的研究,因为它代表了一个高质量的植被指数产品(gydF4y2Ba塔克et al ., 2005gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

本研究中使用的气候数据主要来自CRU 4.0产品(gydF4y2Ba新et al ., 2000年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2002年gydF4y2Ba)。数据集是由东安格利亚大学的气候研究中心,英国。全球网格数据集是由全球气象站观测的插值。它提供了自1901年以来连续月气候数据空间分辨率为0.5°。gydF4y2Ba

在这项研究中,我们与气候数据归一化植被指数的决议。我们中心的纬度和经度坐标每个NDVI像素,然后搜索相应的气候像素基于协调中心。gydF4y2Ba

检测的开始和结束赛季gydF4y2Ba

有几种方法来确定从季节性物候日期NDVI曲线。全局阈值和动态阈值通常用于提取一年的日子(机灵)重建的归一化植被指数轨迹与高时间分辨率(gydF4y2Ba白色et al ., 2009gydF4y2Ba)。全局阈值方法需要一个固定的NDVI值作为活跃的分界线开始或终端。该方法以绝对的NDVI值作为阈值指示植被绿色。动态阈值方法调整阈值的像素。我们通常认为的绝对最大变化速率归一化植被指数是叶绿素的季节性的划分点过渡。在这项研究中,我们采用四种不同算法以适应植被增长轨迹,和使用的最大绝对变化的比率从重建NDVI曲线提取物候日期。已经证明,动态最大变化比率算法更适合大陆规模生物气候学萃取(gydF4y2Ba白色et al ., 2009gydF4y2Ba),它是采用物候日期确定在本研究中。我们选择的数据过滤模型包括三次样条,来自Timesat和polyfit (gydF4y2Ba丛et al ., 2012gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2013年gydF4y2Ba)。在这项研究中,我们定义了生长季节时期SOS和EOS之间。如前所述在先前的研究中,没有一个普遍接受的方法从卫星数据中提取生物气候学的(gydF4y2Ba白色et al ., 2009gydF4y2Ba),每个方法显示了它在不同地区的唯一的优势(gydF4y2Ba丛et al ., 2013gydF4y2Ba)。我们使用的平均物候日期四个方法研究规模在北半球。gydF4y2Ba

SOS和EOS GSL的贡献gydF4y2Ba

我们用几个指标来识别SOS和EOS GSL的相对贡献。变异系数(CV)是用来表示生物气候学的波动在不同时期的一致性。简历的商每年物候日期标准差和年平均物候日期(μ)。gydF4y2Ba习gydF4y2Ba是一年物候学,gydF4y2BaNgydF4y2Ba是时间序列的数量。物候学的一个小的简历表明低波动期间。gydF4y2Ba

的贡献系数(中国烟草总公司)是用于检测的主要因素变化生长季长度(gydF4y2BaGaronna et al ., 2014gydF4y2Ba)。在这个公式中,斜率(SLP)表明SOS或EOS的趋势。积极的中国烟草总公司表明GSL趋势主要由春天绿色(SOS)动力学,而一个负值意味着秋天休眠(EOS)施加对GSL变化占主导地位的影响。中国烟草总公司的绝对值越大表明主要影响物候期GSL动态。gydF4y2Ba

气候因素对草原物候学的影响gydF4y2Ba

气候因素扮演着重要的角色在植被物候学的变化(gydF4y2BaKorner巴斯勒,2010年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba丛et al ., 2013gydF4y2Ba)。除了气候因素外,其他环境因素可以在一定程度上影响植被物候学(gydF4y2Ba白色et al ., 2005gydF4y2Ba;gydF4y2Ba朴et al ., 2020gydF4y2Ba)。这些因素已经在先前的研究报告(gydF4y2Ba王et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2BaZhang et al ., 2019gydF4y2Ba)。温度和降水是主要的考虑因素在大多数研究生态系统与气候变化之间,我们的目标是探索的主要气候因素和其他因素。其他因素包含许多元素,我们只是初步排除温度和降水的影响,在本研究中。揭示其对草原物候学的影响,我们进行了多种标准化的回归分析温度和降水:gydF4y2Ba

分离温度和降水量的相对贡献,分数变化分区的多个应用标准化的回归。输出的差异完全是由每个因素所解释的那样,每一对相互影响的因素,和残余不是解释为完整的模型。在这项研究中,已知的和可用的影响数据包括温度、降水和气温和降水量之间的互动。然而,仍然有许多可能的因素,包括外部环境要素和内部self-rhythms。这些因素会直接或间接地影响物候学,但不是可收回。因此,我们占了不可用的因素变量(ε),并将它定义为“其他因素”在这个研究。调节系数的拟合公式(3)是由以下公式(4)计算:gydF4y2Ba

其中PhenoPar表示,每年的物候学参数包括gydF4y2Ba紧急求救信号gydF4y2Ba和gydF4y2BaEOSgydF4y2Ba。gydF4y2Ba$\stackrel{¯gydF4y2Ba}{\mathrm{\text{PhenoPargydF4y2Ba}}}\text{和gydF4y2Ba}\stackrel{¯gydF4y2Ba}{\mathrm{EgydF4y2Ba}{\mathrm{DgydF4y2Ba}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}}$年际平均物候学和气候因素,包括gydF4y2Ba降水(前)、温度(Tem)和前gydF4y2Ba×gydF4y2BaTemgydF4y2Ba;σgydF4y2Ba_{PhenoPargydF4y2Ba}和σgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba标准差的吗gydF4y2BaPhenoPargydF4y2Ba分别和司机。先前的研究已经表明,回归系数可以反映每个气候驱动的相对贡献gydF4y2BaPhenPargydF4y2Ba。gydF4y2Ba

结构系数的多变量回归分析是一种有用的测量变量的直接效应,通常用于评估变量重要性的multi-collinearity (gydF4y2BaLebreton et al ., 2004gydF4y2Ba;gydF4y2BaKraha et al ., 2012gydF4y2Ba)。降水和温度的交互必须self-correlated他们中的任何一个。所以我们使用了gydF4y2Ba结构系数gydF4y2Ba多元标准化回归的因变量的测量方差的比例由解释变量来解释gydF4y2Ba艾德gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba保持不变(例如),而其他解释变量(gydF4y2Ba艾德gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba艾德gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba…)对gydF4y2Ba艾德gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba只(而不是对因变量gydF4y2BaPhenoPargydF4y2Ba)(gydF4y2BaBorcard和勒让德,2010年gydF4y2Ba)。的gydF4y2BaTgydF4y2Ba以及采用测试回归系数的意义。我们可以获得gydF4y2Ba结构系数艾德gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba通过检查gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba得到的回归gydF4y2BaPhenoPargydF4y2Ba在回归的残差gydF4y2Ba艾德gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba在gydF4y2Ba艾德gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba上面的多重回归,较大的驱动因素gydF4y2Ba结构系数gydF4y2Ba可以认为作出更大贡献的变化gydF4y2BaPhenoPargydF4y2Ba,因此它被确认为的主要驱动因素gydF4y2BaPhenoPargydF4y2Ba变异。gydF4y2Ba

气候影响植物物候学在不同时期(gydF4y2Ba朴et al ., 2006gydF4y2Ba)。我们与气候在不同时期不同物候期。我们首先获得的年际变化平均值SOS (SOSmon)和EOS (EOSmon),分别。春季物候学,平均温度计算与去年EOSmon月SOSmon之前,和累积降水量的总降水量。秋季物候学,平均温度计算自SOSmon直到EOSmon之前一个月,在此期间累计降水量计算。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

草原生物气候学的时空分布gydF4y2Ba

平均来说,在过去的三十年里,北方温带草原发芽机灵60到180之间(gydF4y2Ba图1一个gydF4y2Ba)。该模式显示明显的纵向变化。欧洲和中亚地区,草地绿起来开始在欧洲通常发生在4月(在儒略日早于110年)。最早的绿色发作发生在里海北部和西北部。绿色开始开始在亚洲的东部,主要发生在4月(比120年的儒略日晚)。在北美,最早的绿色出现在儒略日(约70)发生在20°N的中间部分和西海岸约30°N。gydF4y2Ba

草原休眠发生在北半球机灵主要发生在200年和300年(gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba机灵),并在270年东亚。中亚和欧洲的草原机灵休眠发生在280年和230 ~ 250年的地区50°N和40到50°N,分别。EOS发生后较低的纬度(低于40°N),机灵约260 - 290。北美大陆,最机灵草原进入休眠280年或以后,虽然中间一小部分地区北美约30°N在儒略日经历了EOS 200年和250年之间。gydF4y2Ba

意味着GSL显示类似的空间模式与EOS (gydF4y2Ba图1 cgydF4y2Ba)。为欧亚大陆草原GSL范围主要在140和230天。东亚大部分地区、草原GSL持续了将近5个月,而在中亚展出一段时间比东亚的活动。GSL介于180和230天之间的面积50°N,而缩短为140 - 170天的地区低于50°N。对欧洲来说,草原依然活跃在6个月(> 180天)。在北美草原GSL表现出高空间异构性问题。在低纬度地区,大多数草原之间表现出GSL 100和150天。向北的纬度,35 - 55°N, GSL范围减少到160至210天。生长季节持续了~ 150天在中间NA,延长~ 210天向西到西海岸。gydF4y2Ba

时间维度,近65%的草原绿色先进研究草原,和35%显示延迟趋势(gydF4y2Ba图1 dgydF4y2Ba)。在GSL先进的地区,约有31%是重要的(gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05),而19%的延迟地区显著。空间、70和30%的欧亚大陆草原展出先进和延迟绿起来,分别。发展绿色主要集中在中纬度地区的中亚和欧洲。最快的进步发生里海西北,值0.5−−1天/年。东亚的高纬度地区,草地约65°N显示一个发展趋势,在低纬度地区大约40°N华北,草原春绿起来开始还显示早期变化。然而,推进转变慢于在中亚,之间有一个趋势−0.1−0.5天/年。延迟物候的趋势主要是发现在东亚中纬度地区(主要是0.05至0.5天/年),西藏高原西部(主要是0.1至0.5天/年),和高纬度地区的中亚和东欧(< 0.5天/年)。相反,在北美地区一个推迟的趋势略大于那些先进的趋势(51比49%)。延迟发生广泛的美国和它的大小减少从高纬度地区北部(超过1天/年)低纬度(0.1天/年)。然而,发展趋势主要集中在东北草原的一部分区域(−0.5−0.1天/年)在北美。gydF4y2Ba

秋天的休眠(gydF4y2Ba图1 egydF4y2Ba),58%以上的北方草原证明延迟趋势和近22%的人达到显著水平(P < 0.05)。百分之四十二的北方草原一个先进的休眠的趋势,其中13%是重要的。与春季物候学,秋天的休眠趋势显示一个明确的集群空间格局。在欧亚大陆,46%的草原表示发展趋势和54%显示推迟的趋势。东亚地区40到50°N,草原休眠展出了延迟在过去30年里,有一种趋势之间−0.5−0.1天/年。在东亚的南部,推迟趋势主要改变0.1至0.5天/年在中国中部,它减少了< 0.1天/年,青藏高原南部。向西,草原休眠先进~ 0.5天/年中亚的东部边缘。然而,EOS趋势先进的从东到西。在这一领域,推进的趋势大约50°N之间主要是−0.5−0.1天/年,而进步的大小增加了向南约45°N(> -0.5天/年)。在欧亚大陆的西部,草原EOS趋势从推进推迟向西转移。 In North America, delayed EOS accounted for 71% of grassland areas, and the trend slope decreased from low to high latitude. The EOS advancing was primarily concentrated in the west edge (−1 to −0.1 days/year) and the middle east part of NA grassland (~-1days/year).

GSL的空间格局的趋势是类似于EOS的趋势(gydF4y2Ba图1 fgydF4y2Ba)。百分之六十四的北方草原地区的生长季节延长,缩短的显示,剩下的36%。空间在欧亚大陆,63%像素表示一个扩展的趋势,只有37%像素显示一个缩短的趋势。在东亚40到50°N,草原GSL主要缩短与速度之间−0.5−0.1天/年。然而,在东亚的南部,草原GSL延长约0.1天/年。西部青藏高原、高山草原GSL略微缩短。从东亚到中亚西部,GSL主要扩展速度介于0.1和1天/年。中亚中部地区的GSL趋势显示高异构性问题,普遍缩短GSL和哈萨克斯坦东部最大的大小(< 1天/年)。向西到里海北部草原GSL显示扩展趋势率超过0.5天/年。在相对较低的纬度地区20到35°N中亚和欧洲,GSL显示一个扩展的趋势之间的0.1和0.5天/年。 Similar to Eurasia, in North America 65% of the area exhibited extended GSL and 35% exhibited shortened GSL. The regions with the most concentrated pattern of extended GSL trend were in the east part of North America between 40 and 50°N, with a rate >0.1 days/year. The shortened GSL trend was concentrated in the east part of North America grassland between 30 and 35°N (< -0.5 days/year).

对GSL物候变化和影响gydF4y2Ba

SOS的简历是三个物候期(中最低的gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba)。对欧亚大陆,简历是< 0.05在东亚和中亚高纬度地区(约50°N),而在中、低纬度地区的中亚和欧洲,简历更大(0.05 - -0.1)。在北美,从0.15到0.00 (CV降低纬向gydF4y2Ba图2 bgydF4y2Ba)。简历的EOS略高于SOS。在欧亚大陆,东亚的简历是最小的在整个北半球草原(< 0.05)。中亚,简历介于0.05和0.10之间的区域大约50°N。在南方,有一个带大EOS波动(> 0.15)45至50°N。在纬度越低,简历下降到0.07。在北美,简历在纬度较低主要是超过0.15,然后与纬度降低。此外,在高纬度地区35至50°N,简历在东部(< 0.05)略高于西方的一部分(0.05 - -0.10)。gydF4y2Ba

GSL简历的空间格局是类似于EOS (gydF4y2Ba图2 cgydF4y2Ba)。在欧亚大陆、东亚的简历草原也最低,与一个近似值0.05。类似于EOS简历、价值观在高纬度地区的中亚约0.08,和中亚的皮带在低纬度地区也表现出最高的简历(> 0.15)。然而,北美大部分地区有很高的CV值,除了其东北部展示低价值在0.05和0.10之间。gydF4y2Ba

歧视的各自影响SOS和EOS,我们进一步计算中国烟草总公司(gydF4y2Ba图2 dgydF4y2Ba)。地区的正面和负面的价值占55和45%的NH草原,分别。52和百分之四十八的欧亚大陆地区显示正面和负面的中国烟草总公司,分别。在东亚,高纬度地区(> 45°N)主要显示积极的中国烟草总公司在0.00和0.80之间。此外,青藏高原的低纬度地区也显示出积极的中国烟草总公司在0和1之间。然而,大多数地区东亚中纬度表示负面的中国烟草总公司,和峰值(0.80 - -1.00)被发现在40°N。大部分的像素在中亚北部40°N拥有负面的中国烟草总公司,除了西方里海北部的一部分。低-中国烟草总公司值主要分布在60°E。南部地区40°N中亚和欧洲的主要特色积极的中国烟草总公司,一般< 0.80。raybet雷竞技下载地址在64%的北美草原,中国烟草总公司是负面的,他们没有任何分带。 Thirty-six percent of North America grasslands exhibited positive CntC and were sporadically distributed.

因素调节草原物候学gydF4y2Ba

驱动因素分析显示SOS动力学主要由温度和降水之间的相互作用或通过控制温度在北方草原的36%,而其余64%的草原的SOS动态控制的其他因素(gydF4y2Ba图3一gydF4y2Ba)。先进SOS是由温度和降水的相互作用引起16%的草原。温度是次要的主导因素导致SOS,主超过11%的北方草原。其他的气候影响很少成为占主导地位的司机SOS时态的变化。gydF4y2Ba

空间,SOS在东亚主要是由其他因素及其控制随机与温度和降水的相互作用。SOS的草原在中亚和欧洲主要是由温度和降水。其中,温度控制区域主要集中在中亚地区的东部,而温度和降水的相互作用向西转向是主要的推动力。在北美,主导地位的温度、降水、或他们的交互作用在不同地区被发现。在高纬度地区,在西部部分温度先进SOS,而占主导地位的影响从温度和降水的相互作用主要是在东部部分中找到。SOS的进步造成的降水发生在南部NA草原。gydF4y2Ba

EOS变化主要受其他因素,表现出其分布在北方草原的近82% (gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba)。SOS与气候因素的影响,降水量EOS延迟的主要驱动像素(7%),其次是温度和降水之间的相互作用(6%像素)。EOS变化的温度效应管制最少的地区。空间,延迟影响EOS从降水主要集中在东亚,东部的中高档纬度和一些小补丁的中亚和北美。温度和降水之间的相互作用主要是在高纬度地区发现东亚和北美的低纬度地区。gydF4y2Ba

为了更直观的了解影响大小的因素对春季和秋季物候学,我们确定了每个像素沿着GSL梯度的主要因素(gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba)。气候影响SOS和EOS沿着GSL梯度显示不同模式。增强和扩展GSL SOS气候影响。温度和降水之间的相互作用的影响是明显的,而温度效应主要在长GSL草原逐渐浮出水面。气候因素解释了EOS的一小部分的变化(gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba)。我们进一步放大gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba在0.15%和0.00之间的轴,为了显示气候控制部分,探索了EOS通量(气候因素如何影响gydF4y2Ba图4 cgydF4y2Ba)。没有明显GSL趋势,但降水在草原EOS最重要的气候因素。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

空间和时间的草原物候学模式gydF4y2Ba

依照之前的相关研究中,我们确定了异常纬度的SOS模式在东亚,在青藏高原创建一个区域海拔模式(gydF4y2Ba朴et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba丛et al ., 2012gydF4y2Ba)。极早期SOS也发生在中国西北(gydF4y2Ba丛et al ., 2012gydF4y2Ba),早春短命植物低温需求(gydF4y2Ba王et al ., 2005gydF4y2Ba)。相对较短的高山草原GSL青藏高原显示同步先进的SOS和EOS为了应对气候变化gydF4y2Ba丛et al ., 2017gydF4y2Ba)。类似的现象也被发现在中亚草原(40 - 50°N)。降水是主要的限制因素在中亚地区植被物候学(gydF4y2BaGessner et al ., 2013gydF4y2Ba)。在这两个地区,气候影响草原物候学通过类似的机制,由植物消耗营养物质在生长季节短,然后表现出较低的敏感度气候(gydF4y2Ba丛et al ., 2017gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

NH草原展出了流行的先进的绿色出现,尤其是在欧亚大陆,主要是因为春天温度上升(gydF4y2Ba补充图1gydF4y2Ba)。欧亚大陆大大温暖在过去三十年里,当温度在北美展出一个平的趋势。春天的温度可能会增加支持先进的草原绿起来。然而,EOS显示一种先进模式在生长季节温度升高在欧亚中高纬度(gydF4y2Ba图1 egydF4y2Ba和gydF4y2Ba补充图1 cgydF4y2Ba)。相反的反应模式揭示了EOS的趋势是由复杂的因素除了唯一的温度。gydF4y2Ba

相对于北方森林、草原显示,SOS(更大的进步gydF4y2BaCong和沈2016gydF4y2Ba)和更高的对气候变化的敏感性。北方森林是由多年生木本植物和功能更大比草原地上生物量,森林生态系统一般具有更强的弹性外部环境波动(gydF4y2BaGranier et al ., 2000gydF4y2Ba;gydF4y2Ba李et al ., 2019gydF4y2Ba)。然而,北方森林的EOS显示一个更比北方温带草原长时间的延迟,这进一步支持更复杂的驱动力作用于EOS SOS。额外的混杂环境因素可能影响植物休眠,尤其是在草药。例如,强风或霜冻在深秋可能突然抑制草地活动。然而,木本植物通常表现出更高的抵抗极端气候事件。我们可以得出结论,驱动力在草原EOS包含气候法规之外的其他的不确定性。gydF4y2Ba

SOS和EOS GSL变异的贡献gydF4y2Ba

我们可以检测到相似性SOS / EOS和GSL通过比较他们的简历。低CV值表明相对稳定变化的物候变化时间序列。SOS简历显示轻微波动,表明SOS可能是由简单的驱动控制。我们的结果间接证实了以前的研究,春季物候学主要是由近几十年早春的温度(gydF4y2Ba朴et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2Ba宋et al ., 2011gydF4y2Ba)。EOS简历显示更大的波动与SOS相比,表明更复杂的机制。与之前的研究结果相一致,植被秋季物候学是由更多的元素除了温度(gydF4y2BaBarichivich et al ., 2013gydF4y2Ba)。和EOS系列的动态波动的众多因素相互作用下全球变暖。与EOS GSL的简历模式表明相似,这可能是暗示EOS主导性确定GSL的动态。因此,我们需要进一步分析定量探索EOS GSL变异的贡献。gydF4y2Ba

朴et al。(2008)gydF4y2Ba说明GPP增加超过了下呼吸的NH早春变暖,但逆转的区别在秋天变暖。因此,虽然在GSL可以添加一个扩展GPP积累在大多数情况下,EOS的变化可能不能增加碳汇。GSL变化显示更高的一致性与EOS比SOS。在GSL进一步检测中国烟草总公司的规定,我们重新安排在另一个维度的像素。gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba显示了中国烟草总公司,沿着GSL植被物候变化趋势。我们可以看到NH草原GSL介于125至225天(gydF4y2Ba图5 cgydF4y2Ba)。中国烟草总公司从正到负的值沿扩展GSL (gydF4y2Ba图5一个gydF4y2Ba)。这表明在GSL EOS变化明显的影响相对较长的地区植被生长季节和扩展GSL的效果进一步提高,这种模式,进一步证实了物候学趋势GSL梯度(gydF4y2Ba图5 a, BgydF4y2Ba)。沿着一个扩展GSL, SOS保持持平的趋势,而EOS表现出明显推迟的趋势。较短的植物GSL必须完成他们的生活节奏活跃周期短,而那些长GSL拥有足够的响应时间面对气候变化(gydF4y2Ba丛et al ., 2017gydF4y2Ba)。因此,推迟了EOS的反应与长GSL变暖主要发生在生态系统。这一发现进一步表明EOS的复杂性变化及其驱动力。gydF4y2Ba

分析驱动程序不同物候期gydF4y2Ba

植被SOS和EOS是由复杂的生物和环境因素。先前的研究大多是集中在气候对植被的影响春绿起来gydF4y2Ba朴et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2Ba丛et al ., 2013gydF4y2Ba)。然而,驱动力对物候学多样化。在干旱和半干旱地区,植被生长期水分深入他们的活动密切相关(gydF4y2BaKariyeva et al ., 2012gydF4y2Ba),但其相互作用与温度也起着重要作用。种子忍受寒冷的冬季和绿色在早春高度取决于水热条件(gydF4y2Ba丛et al ., 2013gydF4y2Ba)。因此,植被活动相互作用与温度设置一个关键阈值而不是他们唯一的效果。注意,草原生态系统是一个复杂的合成,和活动是由许多“其他因素”除了温度和降水。一些内部和外部的因素已经被证明在先前的研究显示对EOS的影响。例如,gydF4y2Ba丛et al。(2017)gydF4y2Ba发现SOS早些时候可以提前EOS青藏高原的西南部。极端事件如寒冷或暑热也可能影响EOS的趋势(gydF4y2Ba爱丝特雷娜和门泽尔,2006年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba谢et al ., 2015gydF4y2Ba)。我们不添加更多影响因素数据在这项研究中,因为缺乏有效的半球规模的数据集。此外,我们第一次尝试这种新的分析方法,我们将改善这个公式与更多的变量在未来研究的区域范围内。gydF4y2Ba

气候调节对物候学的影响随GSL (gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba)。例如,青藏高原高山草原上展出的模式不太敏感,气候变化对草地生长季较短(gydF4y2Ba丛et al ., 2017gydF4y2Ba)。GSL较长的草原,气候对植被物候学的积极作用占主导地位。然而,草原GSL不会下不断扩展预测全球变暖。一方面,降水一直保持一个平面的趋势随着温度持续增加在过去的三十年。温度和降水之间的相互作用的影响在物候学强调他们共同监管。然而,降水可能不能保持跟上额外的水分需求由温度增加。另一方面,GSL SOS公司决定,EOS,很少是由相同的气候因素控制。在这里,我们定义相同的气候因子是草原像素由相同形式的气候控制。例如,对于一个草原像素,其SOS是先进的初春温度的增加,和EOS是推迟了秋天的温度升高。GSL扩展因此受到温度升高,和我们考虑物候学的动态像素是由相同的气候因素控制的。 We further investigated the common climatic regulation factors on SOS and EOS (补充图2gydF4y2Ba)。新罕布什尔州草原的一小部分,他们的SOS和EOS是由常见的气候因素,他们的互动中发挥主导作用。温度和降水需要在为植物生长创造最佳条件达到平衡,而这种平衡很难实现在气候波动。由于对抗每个气候因素和环境因素相互作用,草原GSL扩展将面临越来越多的抑制下监管全球变暖。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

在这项研究中,我们分析了草原生物气候学以北30°N与多个遥感方法。SOS显示清晰的空间模式与EOS相比。然而,GSL动力学主要是由EOS变化控制。长期SOS系列对气候变化反应敏感,温度和降水之间的相互作用是主导作用,其次是温度。只有一小部分的EOS像素是由气候因素,而降水是占主导地位的司机在这些像素。对于大多数草原,EOS主要是由其他因素,这意味着EOS动力学是由复杂的机理虽然重要的全球变暖发生在北半球。上的同步驱动机构动力学的春季和秋季物候学可能确定GSL不能扩展没有限制。草原生态系统应对气候变化,抵抗环境变化通过内部监管。复杂的驱动机制在EOS和SOS暗示草原物候学可以自我调节尽管对气候变化敏感。复杂的“其他因素”是未来重要的研究,以测试EOS的主导驱动力和影响因素之间的相互作用。 Separating the other factors in regional scale or原位gydF4y2Ba实验主要是有关我们的未来研究。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/gydF4y2Ba补充材料gydF4y2Ba,进一步的调查可以直接到通讯作者/ s。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

数控和YZ设计研究。数控进行研究。NC和KH提供测量。数控、KH和YZ写道。所有作者的文章和批准提交的版本。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

这项研究得到了国家重点研发项目(2018 yfa0607302 yfa0606101和2019年),中国国家自然科学基金(批准号。42071133,42071133,41725003)。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

补充材料gydF4y2Ba

本文的补充材料在网上可以找到:gydF4y2Bahttps://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/ffgc.2020.610162/full补充材料gydF4y2Ba

补充图1。gydF4y2Ba春天的温度趋势gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba,春季降水gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba秋天的温度gydF4y2Ba(C)gydF4y2Ba,秋季降水gydF4y2Ba(D)gydF4y2Ba从1982年到2011年。gydF4y2Ba

补充图2。gydF4y2Ba气候因素对SOS和EOS是相同的。灰色的区域是欧洲大陆,只有一个小小的彩色像素显示相同的气候因素影响。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba