吴朝阳
由中国科学院地理科学与资源研究所牵头，与国内外多所高校和机构合作，植被物候变化研究近期取得重要进展。研究发现，在北半球高纬度地区，风速的降低会减少植被冠层的蒸发，缓解干旱效应，进而推迟植被落叶的时间节点。白天的高温和刺眼的阳光让人很难注意到秋天的到来，穿着短袖，全副武装的防晒霜的行人总是宣告着夏天的主权。今天，我们专题研究团队的成员吴朝阳研究员和读者们一起聊聊他们的新发现。
汉武帝刘彻在《秋风辞》年写道：“秋风从白云飞起，草木枯黄，鹅归南。”抛开悲秋的感觉，我们知道古人早就把风和植被物候、动物物候联系起来了。
所谓物候，是指自然界中不同生物的周期性现象随年周期反复发生的时间。物候学的研究可以让我们更清楚地知道气候变化对生态系统的影响。对于植物来说，秋天到来的标志主要是叶子变色掉落，也就是秋天的物候期。
那么，近年来秋季物候期的趋势如何？影响秋季物候期变化的主要因素有哪些？风速的变化在其中起什么作用？中国科学院地理科学与资源研究所的吴朝阳、葛泉生研究员与美国俄亥俄州立大学的王健博士等国际学者一起，对上述问题进行了积极的探索性研究，为气候变化与植被物候的关系开辟了新的视角。
1.植被在秋季物候期遭受“拖延”。
许多住在北京的朋友认为秋天是所有季节中最令人陶醉的。秋天一到，你周围就有各种鲜艳的颜色。观赏五颜六色的秋叶，享受果汁丰富的水果，真是太棒了。然而，这个好季节不仅短暂，而且来得越来越晚。中国天气网2020年报道，北京9月15日正式入秋，比9月9日平均晚了6天。
根据大气象资料，从1981年开始，北京的秋天来得越来越晚。上世纪八九十年代，北京的平均秋季时间还在9月初。。本世纪以来，北京的平均秋季时间被推迟到9月中旬，甚至最晚推迟到9月下旬。除了北京，整个北方的秋天越来越短，很多城市都饱受“上班迟到”之苦。比如兰州从80年代的8月8日推迟到近年的8月17日，呼和浩特从8月1日逐渐推迟到8月11日。
类似于我们感觉的是，秋天晚了，秋天植被的到来也推迟了。秋季植被叶片的衰老脱落是植被对秋季到来的敏感性指标，反映了生态系统对气候变化的响应。体内细胞、器官或整个植物的生理功能衰退，趋于自然死亡，称为衰老。原来武汉的秋天真的来了。衰老是一个由植物遗传控制的主动有序的发育过程。比如秋天，落叶树木的叶子呈现出从黄色到红色的五颜六色，然后落叶飘落。植被脱落是指植物细胞、组织或器官从植物中分离出来的过程，也是一种生物现象。比如北方城市的行道树在秋天会相继脱落，这是植物对外界环境的一种适应。利用卫星观测，科学家还发现北半球中高纬度地区秋季植被的物候期呈延迟趋势。
白天或晚上变暖的影响完全相反。
植被老化的条件复杂，包括：光、温度、水分、营养和植物激素。光照可以减少蛋白质、叶绿素和RNA的降解，从而缓解叶片衰老。或者低温可能干扰钙的运动，或者影响蛋白质降解和叶绿体功能，从而加速叶片衰老。干旱会增强蛋白质的降解，增加呼吸速率，破坏水分较少地区的叶绿体片层结构，从而促进叶片衰老。此外，营养物质的缺乏也会促进叶片衰老。但是武汉的秋天总是很晚，有些冷；她的吉他后面还藏着她的半张脸；娇羞。
在以往的研究中，学者们更加关注植被的春季物候，气温、降雨、辐射等气象因子是影响植被春季物候的主要驱动因子，能够有效解释植被春季物候的变化。与春季植被物候相比，秋季物候变化机制的研究略显欠缺。全球气温上升是一个常见的问题。不可否认，气温升高是影响植被物候的最重要因素。但也有学者发现，温度对秋季物候变化的贡献远小于春季。
对于全球气温上升，学者们主要采用全天平均气温来评价气温变化对植被物候期的影响，从而忽略了昼夜气温变化影响之间可能存在的差异。基于不同时空尺度的观测数据，我们研究团队分析讨论了北半球植被秋季物候期与昼夜变暖的响应关系。
有趣的是，不同尺度的数据得出了相同的结论。如果白天最高气温的升高推迟了秋季植被的物候期，那么夜间最低气温的升高会提前秋季植被的物候期。进一步发现，白天变暖和夜间变暖引起的干旱效应具有相反的特征。只有傍晚的凉风和秋雨过后的凉意偶尔会让人惊叹。众所周知，白天气温上升会增加干旱程度，而晚上气温上升会缓解干旱程度。这种干旱的相反机制为解释秋季物候期的相反影响提供了机制支持。
本研究的另一个重要发现是，现有的植被秋季物候模型高估了本世纪最后20年北半球特别是我国北方干旱地区的植被秋季物候期。这种高估进一步影响了科学家对未来气候变化的判断。例如，如果秋季植被的实际物候期比之前预测的提前半个月，则意味着植被将提前半个月停止光合作用，这将增加大气中二氧化碳的浓度。同时，增加的二氧化碳会进一步增加温室效应，从而进一步提高温度。因此，在全球变暖的背景下，充分考虑白天气温与夜间气温变化的差异，分析秋季物候期植被对气候变化的响应具有重要意义。
3.减弱的风速推迟了秋季植被的物候期。
如前所述，影响植被衰老的因素有很多，包括光照、温度、水分、营养和植物激素等，但为什么我们在这里说风速改变了秋季植被的落叶期呢？
我们知道，水的蒸发速度主要受三个因素的影响。表面积越大，蒸发越快。空气在液面上方流动得越快，蒸发得就越快。在全球气温上升的背景下，可以合理推测风速的变化会通过蒸发影响植被。
的水分。
我们进行的这项研究通过多尺度数据得知，北半球的整个高纬度区域在过去近三十年中，风速在逐渐减弱。减弱的风速一定程度上是由于植被覆盖的提高，增多的植物可以起到缓冲作用来降低风速。伴随着风速的减弱，植被冠层的蒸发效应也会降低，更多的水分被保留在了植被和土壤中，从而缓解了北方大部分地区的干旱状况。
研究结合站点观测、人工观测和卫星观测，都证明了风速减弱会推迟植被秋季物候期。研究进一步结合土壤水分数据和植被含水量数据，证明了风速是通过调节土壤和植被的蒸散发，进而改变了植被生长的干旱条件。干旱带来的一系列促使叶片衰老和脱落的作用降低了，一方面，缓解干旱会使植被的蛋白质降解作用随之减弱，同时植物的呼吸作用也会降低，自然叶片的衰老也会延缓。另一方面，在干旱状况下，树木的落叶情况也更加严重，这是为了减少水分的蒸腾和损失，不然树木将会逐渐枯萎走向死亡。所以，叶片脱落是植物为了应对干旱的重要保护反应。当干旱缓解之后，也就缓解了植被叶片的脱落。
4 新发现对长期生态保护意义重大
我们这项研究在发现风速对植被秋季物候期的重要影响后，进一步对比了风速、温度、降雨和辐射这几个常见的气候因素在解释物候变化上的贡献。
研究证明，风速对植被秋季物候期带来的影响可以媲美大家熟知的温度要素，并且远远高于降雨和辐射带来的影响。这就进一步强调了气候变化对植被生长过程的影响是复杂的，需要充分考虑不同的气候和环境因素来增强对植被物候驱动因子的认知。
针对逐渐减弱的风速，进一步深入探究植被秋季落叶期变化对风速的响应及适应机理以及改进现有的植被秋季落叶期预测模型，对长期生态环境保护以及应对全球变化适应策略具有重大的意义。
我们的研究融合风速因子进一步改进了当下主流的植被秋季物候模型，提高了模型的预测精度。翻完日历，恍惚中发现千年的节气都过去了，夏天的故事即将结束，是时候继续写秋天的篇章了。模型预测发现，未来植被秋季物候期会比之前预测的要提前12天左右。
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