在阿拉斯加森林变化的环境下，模拟云杉甲虫（Dendroctonus rufipennis）对气候保护机制的破坏作用

《Ecological Modelling》：Modeling the loss of climate protection from spruce beetles ( Dendroctonus rufipennis) under changing conditions in Alaska’s forests

气候变化下阿拉斯加松材甲虫爆发风险研究：构建气候保护模型评估 beetle outbreaks 在不同时空尺度（1988-2099）的潜在变化，揭示未来南方及中西部分区气候保护能力下降，提出需结合生态和管理因素制定适应策略。

　　这项研究聚焦于阿拉斯加地区气候变化与白杨甲虫（*Dendroctonus rufipennis*）爆发之间的关系，旨在为土地管理者和公众提供科学依据，以便更好地进行森林管理和应对气候变化带来的挑战。阿拉斯加因其高纬度位置，成为全球环境变化的前沿地区，同时拥有大面积未受干扰的自然栖息地，具有重要的生态意义。随着全球气候变暖的加速，该地区的生态系统正在经历显著的变化，这些变化不仅影响自然环境，也对人类社会产生深远影响。因此，理解气候变化如何影响白杨甲虫的生命周期和爆发模式，对于制定有效的森林管理策略至关重要。

白杨甲虫是阿拉斯加特有的物种，通常在森林中以较低的种群密度存在。然而，在过去五十年间，阿拉斯加出现了多起大规模的甲虫爆发，这些爆发主要影响健康的活树，尤其是在阿拉斯加南部的肯尼半岛。甲虫爆发的程度和范围在1990年代中期达到顶峰，此后逐渐扩展到更北的地区，如马坦苏萨谷和安克雷奇。这种趋势引起了森林管理者和私人业主的广泛关注，因为大规模的甲虫侵害可能导致森林的大面积死亡，进而影响生态平衡和人类活动。

甲虫的生命周期受到多种环境因素的影响，其中温度是最重要的变量之一。具体而言，夏季的高温决定了甲虫是否能够在一年内完成成熟过程，而秋季的快速降温则可能杀死甲虫，特别是在关键的时间段内。此外，极端的冬季寒冷条件也会导致甲虫在越冬期间的死亡，尤其是在缺乏保温雪层的情况下。这些因素共同作用，影响甲虫的种群数量和爆发的可能性。因此，构建一个能够综合考虑这些气候变量的模型，对于预测未来甲虫爆发的趋势具有重要意义。

研究团队基于历史气候数据和多种地球系统模型（ESM/GCMs）的输出，创建了一个模型，用于评估过去、现在以及未来阿拉斯加地区气候与白杨甲虫爆发之间的关系。这些模型在不同的温室气体排放情景下运行，包括中等排放情景（RCP 4.5）和高排放情景（RCP 8.5）。通过使用格网化的每日历史数据（Daymet），研究团队能够更精确地模拟气候条件对甲虫生命周期的影响。模型的构建过程不仅考虑了温度变化，还结合了其他关键的气候因素，如夏季的持续时间、极端高温的发生频率，以及春季融雪和秋季结霜的时间变化。

模型的输出结果显示，阿拉斯加的森林区域在过去（1988-2017）与现在（2010-2039）的气候保护水平已经发生了显著变化。未来（2040-2069）和更远的未来（2070-2099）的预测进一步表明，随着全球变暖的加剧，阿拉斯加南部地区的气候保护水平将大幅下降。在高排放情景下，阿拉斯加西部和中部地区的部分森林区域也可能失去气候保护，只有靠近育空河边境的地区仍可能保持较高的保护水平。这一结果表明，当前依赖于阿拉斯加寒冷气候的甲虫管理策略可能不再适用，土地管理者需要重新评估和调整管理措施，以应对未来可能发生的甲虫爆发。

为了使研究成果更具实用性，研究团队还开发了一个交互式的在线工具，为土地管理者和公众提供可视化的数据支持。该工具基于阿拉斯加气候数据的分析，将气候保护水平分为“低”、“中”和“高”三个等级。其中，“高”保护水平的区域即使在森林条件较为脆弱的情况下，也不太可能遭受甲虫爆发的影响。而“低”保护水平的区域则可能在未来面临较高的爆发风险。这种分类方式使得不同地区的森林管理者能够根据气候条件的变化，采取相应的管理措施，以降低甲虫爆发带来的生态和经济影响。

在线工具的使用不仅提高了数据的可访问性，还增强了公众对气候变化及其影响的理解。通过用户友好的界面，公众可以根据地理位置查询相关的气候数据和甲虫爆发风险，从而更好地参与森林保护和气候变化适应的讨论。这种数据共享方式有助于促进跨学科的合作，包括气候科学、气候建模、景观生态学等多个领域的专家共同参与，以提高对气候变化影响的认识。

尽管模型主要关注气候条件对甲虫爆发的保护作用，但研究团队也认识到，森林的脆弱性不仅仅由气候因素决定。其他重要的环境和生态因素，如树种组成、森林年龄、森林健康状况以及森林管理措施，同样会影响甲虫爆发的可能性。因此，模型的输出结果需要结合这些因素，才能更全面地评估森林的潜在风险。然而，研究团队明确表示，当前的工作主要集中在气候变量的影响上，细尺度的预测和管理措施的评估将作为未来研究的方向。

研究结果表明，阿拉斯加地区的森林管理者应重新考虑甲虫管理的策略，以适应未来可能发生的气候变化。特别是在南部地区，随着气候变暖的加剧，气候保护水平的下降将使得甲虫爆发的风险显著增加。因此，森林管理者需要采取更加积极的措施，如加强监测、调整森林结构、实施预防性管理等，以减少甲虫爆发带来的影响。此外，研究团队建议，未来的甲虫管理策略应更加注重生态系统的整体健康，而不仅仅是依赖于气候条件的保护。

在当前的研究中，模型的构建过程主要基于三个关键的气候窗口：夏季、秋季和冬季。这些气候窗口的选择是基于过去的研究成果，旨在更准确地模拟甲虫生命周期的不同阶段。通过分析这些窗口内的温度变化，研究团队能够更好地理解气候如何影响甲虫的成熟、越冬和繁殖。这种综合性的分析方法为未来的甲虫管理提供了重要的科学依据，同时也为其他类似的生态系统研究提供了参考。

研究团队还指出，模型的输出结果可以用于指导长期的气候适应策略。例如，在未来的气候条件下，森林管理者可以根据模型预测的结果，调整森林的种植和管理方式，以提高森林的抗灾能力。此外，模型还可以帮助公众更好地理解气候变化对森林生态系统的影响，从而促进社区层面的适应行动。这种数据驱动的决策方式有助于提高应对气候变化的效率，减少不必要的资源浪费。

总的来说，这项研究为阿拉斯加地区的森林管理和气候变化适应提供了重要的科学支持。通过构建一个综合考虑气候变量的模型，研究团队能够更准确地预测未来甲虫爆发的可能性，并为土地管理者和公众提供实用的工具。这些成果不仅有助于提高对气候变化影响的认识，也为未来的生态管理和政策制定提供了重要的参考。随着全球气候变化的加剧，类似的模型和工具将在其他地区发挥重要作用，为应对气候变化带来的生态挑战提供科学依据。