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基于中国物候观测网40余年的观测资料以及对应站点附近气象数据、环流模式预测的未来气象数据,本文选择了我国境内广泛分布的白蜡树(Fraxinuschinensis)、臭椿(Ailanthusaltissima)、毛泡桐(Paulowniatomentosa)、楝树(Meliaazedarach)和榆树(Ulmuspumila)5种木本植物在34个站点的总计120条春季物候序列(包括始花期和展叶始期)进行了物候模型研究。每条春季物候序列都使用三种流行的模型进行了拟合,并选择最优的物候模型对不完整的序列进行了插补。然后分析了典型站点的春季物候变化特征。另外,为了弥补单站点代表性有限的不足,本文通过时空样本的拟合建立了时空耦合物候模型,模拟评估了分辨率为1°×1°的中国过去50年春季物候的时空变化格局,并预测了未来100年可能发生的物候变化。主要结论如下:
(1)春季物候与气象要素的相关关系表明,在建立春季物候期与气象因子关系的统计模型时,应该选用的自变量是物候期发生当月或前一个月的平均气温。物候期发生当月或前一月气温每上升1℃,春季物候期平均提前2-4天。另外,春季物候期与其发生前各月降水量、冬季气温没有普遍显著的相关性。
(2)三种春季物候模型中,UniChill模型无论是对原始数据的拟合还是对独立数据的预测,都具有很高的准确性;SW模型次之;统计模型最弱。这是因为UniChill模型考虑了芽发育速率在休眠期和静止期对气温的不同响应,反映了植物的生理机制。
(3)1963到2009年,我国的春季物候趋势呈明显提前的趋势。33个代表站点的93条春季物候序列平均变化趋势为-0.16天/年,这些物候变化主要发生在20世纪90年代后,并在1997年出现了突变点。1963-1990年春季物候变化平稳,1990s的春季物候期比1963-1990年均值提前了2天,2000s更是提前了6.5天。
(4)过去50年我国的春季物候变化有显著的差异:在北方,除塔里木盆地和河西走廊地区推迟了0-5天外,华北地区普遍提前了10-15天,东北地区提前了10天左右。而在南方,长江中下游地区的展叶始期提前了5-10天,江南山地丘陵和浙闽山地丘陵大部分地区提前了0-5天;四川盆地内部有推迟有提前,但变化幅度很小,在-5-5天内;云贵高原大部分地区推迟了0-5天。总体来看,全国大部分地区春季物候提前,华北地区提前趋势最大。由华北以北和以南展叶始期提前的程度逐渐降低,但往南降低的更快。
(5)按照区域物候模型预测,未来100年,无论在IPCC的A2,AlB或Bl情景下,我国的春季物候会继续的提前,21世纪后半叶的提前程度将大于前半叶。2000-2049年和2050-2099年两个时段的平均春季物候期可能会比1952-1999年分别偏早6.9-7.3天和9.7-12.9天。