不同气候对中国湿地春季物候的影响

《Environmental Geotechnics》：Heterogeneous climate impacts on spring phenology of China's wetlands

湿地物候时空异质性及气候驱动机制研究：基于MOD13Q1 NDVI、ERA5-Land和China_Wetlands数据，采用线性回归、部分相关和SURD方法，揭示了中国湿地春季物候（SOS）的年均144.2±16.7天出现规律及4.4±6.5天/十年的显著提前趋势，发现HC-IS区域存在-0.5±7.2天/十年的负提前率，并通过SURD分析首次量化了预积累辐射（Rad）的独立因果贡献（ΔI=0.16），揭示辐射-气候带分异及草本/木本湿地类型差异机制。

　　近年来，全球气候变化对湿地生态系统的影响日益显著，这不仅改变了温度和水文条件，还对植被物候产生了深远的影响。湿地作为生态系统的重要组成部分，其春季物候（SOS）的变化反映了气候变化对生态过程的调控作用，包括生产力、碳循环和水循环等。在中国，湿地资源丰富，分布广泛，涵盖了多种植被类型和环境条件，因此，SOS在不同区域和湿地类型中表现出显著的时空异质性。这种异质性不仅影响了生态系统的稳定性，也对生物多样性和生态服务功能带来了潜在风险。因此，深入研究中国湿地SOS的时空变化及其驱动机制，对于制定适应气候变化的湿地保护与可持续管理策略具有重要意义。

本研究通过综合运用多种数据和方法，系统地分析了中国湿地SOS的时空异质性及其气候驱动机制。研究数据主要来源于MOD13Q1 NDVI、ERA5-Land和China_Wetlands数据集，这些数据覆盖了较长时间跨度（2001-2021年），为SOS的长期趋势分析提供了坚实的基础。研究过程中，采用了线性回归、偏相关分析和Synergistic-Unique-Redundant Decomposition（SURD）方法，这些方法不仅能够量化SOS的变化趋势，还能够揭示不同气候变量对SOS的影响机制。通过这些方法的综合应用，研究团队成功地构建了一个统一的分析框架，用于评估中国湿地SOS的时空异质性及其驱动因素。

研究结果表明，中国湿地的多年度平均SOS主要集中在每年的第120至165天，全国平均为144.2±16.7天。这一结果与已有研究在某些区域和时间段内存在一定的吻合，但也反映出不同区域和湿地类型之间SOS变化的显著差异。例如，在极端高辐射与高原山地气候区（EP）的SOS多发生于较晚的时间段，而在温带大陆性气候区（MT）则多发生于较早的时间段。这种差异可能与不同区域的气候条件、植被类型和土壤特性密切相关。此外，研究还发现，中国湿地的SOS呈现明显的提前趋势，平均每十年提前4.4±6.5天。这一趋势在全国范围内普遍存在，但在不同辐射-气候区和湿地类型中表现各异。

值得注意的是，在高辐射与温带大陆性气候区的内陆沼泽（HC_IS）中，SOS呈现出负的提前趋势，即每十年平均推迟0.5±7.2天。这一结果与传统观点相悖，表明某些特定区域和湿地类型可能对气候变化具有不同的响应机制。这一发现不仅丰富了我们对SOS变化规律的理解，也为湿地生态系统的动态管理提供了新的思路。研究进一步指出， preseason accumulated radiation（Rad）在SOS变化中发挥了独特的因果作用，尤其是在HC_IS区域，Rad对SOS的影响具有显著的正向趋势，其多 preseason 平均增加量为0.16。这一结果表明，Rad在SOS变化中的作用可能被长期忽视，尤其是在气候变化背景下，其对湿地生态系统的影响需要得到更多关注。

此外，研究还发现，Rad对 preseason accumulated precipitation 的影响机制在不同辐射-气候区存在显著差异。在极端高辐射与高原山地气候区的内陆沼泽中，Rad对SOS的影响尤为突出，其多 preseason 平均增加量为0.51，而在HC_IS区域则为0.41。这一结果表明，Rad在不同区域和湿地类型中可能具有不同的调控作用，这与湿地植被的生态和生理策略密切相关。因此，研究不仅揭示了SOS变化的时空异质性，还为理解气候变化对湿地生态系统的影响提供了新的视角。

本研究的创新之处在于引入了SURD方法，这是一种能够将气候变量与SOS之间的关联分解为冗余、独特和协同成分的分析方法。传统的相关分析方法虽然能够衡量变量之间的关联，但无法区分这些关联的具体性质。SURD方法的应用使得研究团队能够更深入地分析复杂气候驱动因素对SOS的影响，从而为湿地保护和可持续管理提供了科学依据。此外，研究还采用TIMESAT v3.3软件对MOD13Q1 NDVI时间序列数据进行了处理，提取了中国湿地的年度SOS数据。这一方法的优化和应用，提高了研究的准确性和可靠性。

本研究的主要目标包括：（1）系统刻画中国湿地SOS的时空异质性；（2）比较不同辐射-气候区和湿地类型中SOS与 preseason 气候变量之间的相关性差异；（3）阐明 preseason 气候变量如何调控SOS的变化。通过这些目标的实现，研究团队不仅揭示了中国湿地SOS的复杂变化规律，还为未来湿地生态系统的动态预测和管理提供了重要的参考。此外，研究还强调了不同区域和湿地类型在气候变化响应中的差异，这为制定区域化的湿地保护策略提供了理论支持。

研究过程中，团队对研究区域进行了详细的划分，基于中国湿地的辐射区和气候区，将研究区域划分为四个辐射-气候区。为了增强区域一致性，将辐射区IV和V进行了合并。这一划分方式不仅考虑了气候条件的差异，还结合了湿地植被的生态和生理特性，为后续的SOS时空异质性分析提供了基础。研究结果表明，不同辐射-气候区的SOS变化趋势存在显著差异，这种差异可能与区域内的气候条件、植被类型和土壤特性密切相关。

本研究还对现有研究的成果进行了评估，尽管在研究区域、年份、数据和方法上存在一定的差异，但研究团队仍发现了一些支持研究一致性的证据。例如，Luo和Yu（2017）的研究表明，东北地区和青藏高原的平均SOS发生在每年的第125至170天，这一结果与本研究在某些时间段内存在一定的吻合。此外，研究还发现，MT区域的SOS平均值与现有研究结果相一致，这表明尽管在植被类型上存在差异，但SOS的变化趋势仍然具有一定的普遍性。

通过这些分析，研究团队不仅揭示了中国湿地SOS的复杂变化规律，还为理解气候变化对湿地生态系统的影响提供了新的视角。此外，研究还强调了不同区域和湿地类型在气候变化响应中的差异，这为制定区域化的湿地保护策略提供了理论支持。研究结果表明，Rad在SOS变化中发挥了独特的因果作用，尤其是在HC_IS区域，其对SOS的影响具有显著的正向趋势。这一发现不仅丰富了我们对SOS变化机制的理解，也为未来湿地生态系统的动态预测和管理提供了科学依据。

本研究的成果对于湿地保护和可持续管理具有重要意义。首先，研究结果表明，中国湿地的SOS呈现出明显的提前趋势，这可能对湿地生态系统的稳定性产生潜在影响。因此，需要加强对湿地生态系统动态变化的监测，以便及时采取相应的保护措施。其次，研究揭示了Rad在SOS变化中的重要作用，尤其是在气候变化背景下，Rad对湿地植被的影响需要得到更多关注。这一发现为湿地生态系统的动态管理提供了新的思路，也为制定适应气候变化的湿地保护策略提供了科学依据。

此外，研究还发现，不同辐射-气候区和湿地类型对SOS变化的影响机制存在显著差异。例如，在极端高辐射与高原山地气候区的内陆沼泽中，Rad对SOS的影响尤为突出，这可能与该区域独特的气候条件和植被类型密切相关。因此，需要针对不同区域和湿地类型制定差异化的保护策略，以确保湿地生态系统的可持续发展。研究还强调了 preseason 气候变量在SOS变化中的重要性，尤其是在气候变化背景下，这些变量对湿地植被的影响需要得到更多关注。

总之，本研究通过综合运用多种数据和方法，系统地分析了中国湿地SOS的时空异质性及其气候驱动机制。研究结果不仅揭示了SOS变化的复杂规律，还为湿地保护和可持续管理提供了科学依据。此外，研究还强调了不同区域和湿地类型在气候变化响应中的差异，这为制定区域化的湿地保护策略提供了理论支持。研究团队认为，这些成果将有助于提高对湿地生态系统动态变化的理解，并为适应气候变化的湿地保护和管理提供重要参考。