編輯：張萌 侯美亭

葉物候悖論:為什么變暖在溫暖的地方更為重要——Leaf phenology paradox: Why warming matters most where it is already warm.Remote Sensing of Environment, 2018, Vol. 209.

氣候和生態(tài)系統(tǒng)特性之間的交互作用控制著物候?qū)夂蜃兣透珊档捻憫?yīng)，而目前對(duì)這些交互作用仍然知之甚少。為了確定這些交互作用的貢獻(xiàn)，美國杜克大學(xué)的Seyednasrollah等使用空基遙感植被指數(shù)檢測(cè)了美國東南部沿氣候梯度和不同生態(tài)區(qū)的葉片生長情況。通過建立一種分層狀態(tài)——空間貝葉斯模型，量化了氣溫、干旱程度和冠層熱脅迫是如何對(duì)山區(qū)到沿海平原地區(qū)的葉片展開產(chǎn)生影響的。研究使用了2001—2012年美國東南部59個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的植被生長開始期的氣候數(shù)據(jù)、日植被指數(shù)和冠層表面溫度數(shù)據(jù)。研究結(jié)果證實(shí)了沿不同生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特性與氣候變量之間存在很強(qiáng)的交互作用。研究發(fā)現(xiàn)，在山區(qū)，春季葉片生長開始得更快，而沿海地區(qū)森林對(duì)年際溫度異常的敏感性更大。盡管所有地區(qū)對(duì)氣溫變暖的敏感性都在下降，但研究發(fā)現(xiàn)了一種生態(tài)系統(tǒng)的相互作用：落葉林為主的森林比落葉林較少的森林對(duì)氣候變暖的敏感性更低，這很可能是由于常綠物種在整個(gè)季節(jié)中葉片持續(xù)地存在。山地森林的生長開始期更容易受到日益加劇的干旱和水分不足的影響，而沿海地區(qū)則相對(duì)具有生態(tài)彈性。隨著冠層熱脅迫（定義為冠層與空氣的溫度差異）的增加，葉片在干旱年之后生長變得緩慢，在濕潤年之后生長加速。

1587—2008年東北多年凍土區(qū)夏季地溫的重建——Reconstruction of the regional summer ground surface temperature in the permafrost region of Northeast China from 1587 to 2008.Climatic Change, 2018, Vol. 148.

為了延長東北多年凍土地區(qū)的歷史氣溫記錄，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)的張先亮等基于興安落葉松年輪寬度年表重構(gòu)了過去4個(gè)世紀(jì)的地溫（GST）數(shù)據(jù)。通過對(duì)7個(gè)相互之間存在很好相關(guān)性的標(biāo)準(zhǔn)年輪年表進(jìn)行平均，產(chǎn)生了一個(gè)區(qū)域平均年代學(xué)數(shù)據(jù)。GST是該地區(qū)樹木生長的主要限制因素。通過分析GST日數(shù)據(jù)對(duì)樹木生長產(chǎn)生強(qiáng)烈影響的天數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)5月30日—8月26日（夏季）的GST與站點(diǎn)的樹木年輪年表數(shù)據(jù)呈現(xiàn)高度相關(guān)。1971—2008年，夏季GST與地區(qū)平均樹木年輪年表的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.704（P＜0.001），基于此，重建了1587—2008年的GST數(shù)據(jù)。重建后的GST解釋了1971—2008年期間實(shí)際GST方差的49.4%，捕捉了4個(gè)暖期（1597—1603，1716—1723，1781—1788和1925—1929年）和3個(gè)冷期（1639—1647，1686—1711和1799—1805年）。重構(gòu)后的GST與小冰川期北半球溫度一致，1857—2008年的升溫速率與之前報(bào)道的小興安嶺溫度重構(gòu)相似。重構(gòu)后的GST的低頻變化與凍土融化深度相一致。重建的GST是本研究地區(qū)最長的GST記錄，可作為凍土融化深度的參考。

從Sentinel-2光譜波段反演冠層葉綠素含量，以估計(jì)冬小麥集約種植系統(tǒng)的氮吸收——Retrieval of the canopy chlorophyll content from Sentinel-2 spectral bands to estimate nitrogen uptake in intensive winter wheat cropping systems.Remote Sensing of Environment, 2018, Vol. 216.

在集約化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，減少氮肥對(duì)環(huán)境影響最常見的方法之一是調(diào)整作物需要的N輸入。這一調(diào)整通常與氮素營養(yǎng)指數(shù)（NNI）有關(guān)，該指數(shù)基于作物冠層中最大和實(shí)際吸收的氮（分別表示為NC和CNC）的概念。因此，利用可自由獲取的衛(wèi)星圖像在田間尺度上大范圍精確估計(jì)NC和CNC是需要解決的關(guān)鍵問題。比利時(shí)魯汶大學(xué)的Delloye等研究表明，反演自Sentinel-2（S2）衛(wèi)星數(shù)據(jù)的小麥CNC和冠層葉綠素含量（CCC）之間存在高度相關(guān)（R2=0.90）。CNC和CCC的反演基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法。CNC反演誤差較低，分別是4和21 kg/hm2（依賴于生長階段），這對(duì)于評(píng)估NNI非常有潛力。本研究得出了4個(gè)主要結(jié)果：冠層水平的重要性、與品種關(guān)系的獨(dú)立性、對(duì)不同生長階段的依賴、對(duì)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可能只需要使用10 m S2通道來估算N。同時(shí)，分析了3種與CNC和NC相關(guān)的生物物理變量的估計(jì)精度：綠色面積指數(shù)（GAI）、葉葉綠素含量和CCC。研究指出，像素的異質(zhì)性影響了GAI的估計(jì)精度，紅邊通道在生長季節(jié)增加了GAI估計(jì)精度。

氣候變暖對(duì)北方樹種光合作用的影響取決于土壤濕度——Effects of climate warming on photosynthesis in boreal tree species depend on soil moisture.Nature, 2018, in press.

氣候變暖將通過熱效應(yīng)和改變土壤濕度兩個(gè)方面來影響光合作用。這兩個(gè)方面對(duì)于森林來說都非常重要，因?yàn)槿蛏值拇蟛糠謪^(qū)域都在兩種時(shí)期之間波動(dòng)：低溫限制了光合作用的時(shí)期和土壤水分可能會(huì)限制碳吸收的時(shí)期。美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的Reich等展示了隨著北方森林的生長季節(jié)從雨季過渡到適度的干旱期，氣候變暖的影響從正到負(fù)。在一項(xiàng)針對(duì)溫帶和北方森林11種共生的年輕樹種為期3年的露天變暖試驗(yàn)中，對(duì)于處在最濕潤土壤（占生長季的 1/3）的溫帶森林， 3.4 ℃的增溫增加了光飽和凈光合作用和葉片擴(kuò)散導(dǎo)度。在所有11種植物中，葉片擴(kuò)散導(dǎo)度以及由此導(dǎo)致的光飽和凈光合作用在干旱期下降，而且在氣溫變暖試驗(yàn)下的植物中的下降幅度比在常溫下的植物大得多。因此，對(duì)于11個(gè)物種，在土壤最干燥的時(shí)段內(nèi)（占生長季的2/3），氣候變暖降低了光飽和凈光合作用。因此，無論是在干旱期間還是在有規(guī)律發(fā)生的、在生長季節(jié)內(nèi)的適度干旱時(shí)期，低土壤濕度都可能會(huì)降低甚至逆轉(zhuǎn)氣候變暖對(duì)干旱、季節(jié)性寒冷環(huán)境下光合作用的潛在益處。

（以上由侯美亭選編）

北極地區(qū)快速升溫的驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究進(jìn)展——《科學(xué)通報(bào)》2018年第63卷第26期

受全球持續(xù)暖化影響，北極地區(qū)近地表氣溫正在以超過全球平均兩倍以上的速度急劇升高，稱為“北極放大”效應(yīng)。北極的快速升溫與地氣系統(tǒng)的能量收支異常直接相關(guān)，學(xué)術(shù)界基于模式模擬、衛(wèi)星觀測(cè)等多種手段開展了大量研究工作，并提出了一系列的理論和證據(jù)，嘗試從能量收支的角度對(duì)“北極放大”效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行解釋。曹云鋒等對(duì)驅(qū)動(dòng)“北極放大”的各種潛在機(jī)制的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了闡釋，并回顧了各種驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究進(jìn)展。綜合現(xiàn)有研究表明，北極的快速升溫既與受北極獨(dú)特的地理、大氣環(huán)境影響形成的多種輻射反饋機(jī)制（如海冰反照率輻射反饋機(jī)制、邊界層大氣逆溫引起的溫度梯度正反饋機(jī)制、普朗克反饋機(jī)制等）有關(guān)，也可能是由地球大氣、海洋環(huán)流異常引起的極向物質(zhì)與能量傳輸增強(qiáng)所致。通過對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行綜合分析指出，受研究方法存在一定缺陷、高質(zhì)量且時(shí)空完整的長時(shí)序輻射產(chǎn)品的缺乏，以及探索不同因素之間關(guān)聯(lián)機(jī)制的綜合性研究的缺少等影響，目前對(duì)于北極地區(qū)快速升溫的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)機(jī)制仍無定論，不同理論之間存在很大的分歧。進(jìn)一步指出，長時(shí)序、高質(zhì)量的地表與大氣輻射產(chǎn)品研發(fā)，研究方法的進(jìn)一步優(yōu)化與各種氣候因子變化對(duì)地氣系統(tǒng)能量收支擾動(dòng)的更準(zhǔn)確量化，以及針對(duì)不同氣候因子之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制的綜合分析，將是未來提升北極地區(qū)氣候變化研究的重要方向。

陸地下墊面與環(huán)境氣流對(duì)鋒面氣旋發(fā)展過程影響的理想試驗(yàn)——《地球物理學(xué)報(bào)》2018年第61卷第8期

地面摩擦和大尺度流場(chǎng)是影響鋒面氣旋結(jié)構(gòu)演變的重要因子，吳雪劍等使用WRF模式并采用濕物理方案，通過理想化試驗(yàn)，綜合考慮陸面摩擦、氣旋式擾動(dòng)相對(duì)于急流位置和大尺度流場(chǎng)對(duì)鋒面氣旋結(jié)構(gòu)變化的影響。結(jié)果表明：當(dāng)僅考慮單一因子時(shí)，氣旋式擾動(dòng)位于急流南側(cè)和輻合流流場(chǎng)有利于氣旋形成Shapiro-Keyser（S-K）模型結(jié)構(gòu)。當(dāng)同時(shí)考慮地面摩擦和大尺度輻合時(shí)，氣旋式擾動(dòng)位于急流北側(cè)的氣旋發(fā)展整體向經(jīng)典的挪威氣旋模型轉(zhuǎn)變；擾動(dòng)位于急流南側(cè)的氣旋發(fā)展則整體呈現(xiàn)S-K模型結(jié)構(gòu)，此時(shí)輻合流場(chǎng)有利于S-K模型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。當(dāng)同時(shí)考慮地面摩擦和大尺度輻散時(shí)，擾動(dòng)處于急流北側(cè)的氣旋呈現(xiàn)挪威氣旋模型結(jié)構(gòu)；由于氣旋式擾動(dòng)穿越急流和輻散流場(chǎng)同時(shí)有利于暖鋒后彎發(fā)展以及冷暖鋒距離加大和鋒消，擾動(dòng)處于急流南側(cè)的氣旋呈現(xiàn)典型S-K氣旋模型結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)果解釋了在東亞大陸地區(qū)輻散場(chǎng)形勢(shì)下出現(xiàn)的S-K模型結(jié)構(gòu)氣旋個(gè)例。

氣候變化背景下1981—2010年中國小麥物候變化時(shí)空分異——《中國科學(xué)（地球科學(xué)）》2018年第48卷第7期

物候是氣候變化可靠有力的指示物之一，作物物候變化及其影響機(jī)制研究對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化和指導(dǎo)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。由于缺乏長時(shí)段連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，全國尺度的作物生長季內(nèi)連續(xù)多個(gè)物候期的變化，尤其是物候期變化趨勢(shì)的時(shí)空分異特征研究報(bào)道較少。劉玉潔等基于全國4個(gè)小麥種植區(qū)內(nèi)48個(gè)農(nóng)業(yè)氣象站1981—2010年的長序列物候觀測(cè)記錄，量化了小麥10個(gè)關(guān)鍵物候期和相應(yīng)生長階段長度的時(shí)空變化。結(jié)果表明，1981—2010年，在小麥生長季內(nèi)氣候顯著變化背景下，小麥物候也發(fā)生了顯著變化。在全國尺度，播種期、出苗期、三葉期和乳熟期平均推遲幅度分別為0.19，0.06，0.05和0.06 d/a；而分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期和成熟期平均提前幅度依次為0.02，0.15，0.21，0.17，0.19和0.10 d/a；營養(yǎng)生長階段長度和生長季長度分別平均縮短0.23和0.29 d/a，而生殖生長階段長度平均延長0.06 d/a。不同種植區(qū)小麥物候期及生長階段長度的變化趨勢(shì)不盡相同。小麥生長季長度對(duì)生長季內(nèi)氣候因子變化敏感度的空間分異特征在春、冬小麥之間表現(xiàn)得尤為突出。春（冬）小麥生長季長度均隨著生長季內(nèi)平均溫度上升而縮短（延長）；所有種植區(qū)小麥生長季長度均隨生長季內(nèi)降水和日照時(shí)數(shù)增加而延長。其中，春小麥生長季長度對(duì)降水的敏感度小于冬小麥，但對(duì)日照時(shí)數(shù)的敏感度大于冬小麥。在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理時(shí)應(yīng)因地制宜，充分考慮小麥物候變化及其對(duì)不同氣候因子變化響應(yīng)的空間分異特征。

改進(jìn)的CLDAS降水驅(qū)動(dòng)對(duì)中國區(qū)域積雪模擬的影響評(píng)估——《氣象》2018年第44卷第8期

積雪因?yàn)槠涮囟ǖ膶傩栽跉夂蜃兓退难h(huán)中扮演著重要角色，在大氣和陸面之間起到了調(diào)節(jié)能量和水交換的顯著作用，而陸面驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接決定著模式對(duì)積雪的模擬效果。師春香等采用CLDAS（CMA Land Data Assimilation System）和改進(jìn)后的降水驅(qū)動(dòng)（CLDAS Prcp）分別驅(qū)動(dòng)Noah3.6陸面模式對(duì)積雪變量進(jìn)行模擬，并對(duì)中國主要的積雪區(qū)東北區(qū)域、新疆區(qū)域、青藏高原區(qū)域的積雪覆蓋率、雪深、雪水當(dāng)量的模擬效果進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，CLDAS Prcp改善了原有驅(qū)動(dòng)在冬季由于低估降水所造成的模擬積雪量偏少的情況；東北區(qū)域模擬結(jié)果與觀測(cè)的時(shí)間變率最為一致，積雪覆蓋率、雪深、雪水當(dāng)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.42，0.78，0.93；而雪水當(dāng)量的改進(jìn)效果最明顯，均方根誤差和偏差分別減小了54.8%和83.1%，相關(guān)系數(shù)提高了0.47；同時(shí)，CLDAS Prcp不僅能反映積雪變量的年際變率，而且能夠較準(zhǔn)確地反映出強(qiáng)度較大的突發(fā)降雪事件。

（以上由張萌選編）