月球节点周期对北美科迪勒拉山脉亚高山树木生长的深远影响

本刊推荐：这项开创性研究首次系统揭示18.6年月球节点周期（LNC）通过调控冬季温度与太平洋北美型（PNA）等气候指数，显著影响北美西北部亚高山树木年轮生长。研究整合223个树轮站点数据，证实LNC-气候-树木生长的因果链（P<0.05），为天文周期驱动生态过程提供关键证据。

　　

引言

月球轨道平面相对于黄道面存在周期为18.6年的规律性进动，这一现象被称为月球节点周期（Lunar Nodal Cycle, LNC）。作为地球潮汐的第六大驱动要素，LNC已被证实对北美西海岸等地的潮汐站水位、太平洋大比目鱼补充量等海洋生态过程产生显著影响。早期研究曾发现LNC与阿拉斯加锡特卡气温存在显著相关性，且与太平洋北美型（Pacific North American Pattern, PNA）气候模式存在内在关联。在生态学层面，LNC更被推测为同步化猞猁种群周期的潜在天文驱动因子。尽管瑞典等地的研究曾报道LNC与树木生长的关联，但针对北美科迪勒拉山脉亚高山森林的系统性研究尚属空白。

材料与方法

研究团队从NOAA国际树轮数据库筛选223个符合标准的亚高山树种站点，涵盖黑云杉（Picea mariana, PCMA）、亚高山冷杉（Abies lasiocarpa, ABLA）等7个物种，地理范围横跨北纬42.83°至67.57°。通过dplR软件包对年轮宽度数据进行去趋势处理（采用60年频率响应的立方平滑样条），消除年龄相关生长趋势后生成站点年表。采用伯克利地球月均温数据集（1850-2023年）分析季节性温度与树木生长的关联，并通过谱分析检测LNC信号。模型构建中考虑了LNC谐波（9.3年、37.2年）、太阳黑子周期（11年）及NPGO、PNA、PDO、SOI等气候指数代理指标，使用修正AIC准则进行模型优选。

结果

季节性气候响应：65%站点（143/221）夏季温度与生长显著相关，35%站点（78/221）冬季温度呈现显著关联（P<0.05）。LNC在冬季温度中的信号振幅于西北阿拉斯加达到峰值（0.9），显著带自阿拉斯加向温哥华岛北部延伸；夏季信号仅于阿拉斯加湾海域显著。

年轮谱分析特征：97.5%分位数周期图在LNC频率（1/18.6年）处呈现尖锐峰值，50%分位数则显示25年周期的宽峰。LNC谐波未出现显著功率提升。

气候指数谱特征：NPGO与PNA代理序列在LNC频率处出现显著峰值（功率分别为0.33和0.39），PDO呈现0.03-0.05频率宽带峰，SOI则主要体现高频振荡。

模型优选结果：在未引入气候指数的模型中，24%站点（53/221）最优模型含LNC周期成分；引入NPGO等指标后，该比例降至19%（41/221），其中PNA代理是导致差异的主要混淆因素。PNA与NPGO分别出现在76%和46%站点的最优模型中，且影响强度显著高于其他因子。

典型站点表现：Jonas Creek与Racehorse Pass站点显示持续强LNC信号（图8），而Dalton Post与Squaw站点则同时检测到37.2年谐波信号（图9），但部分站点的周期性在1950年后出现断裂。

区域与物种差异：区域7（最北端）的LNC信号振幅显著高于其他区域（图10a）。黑云杉（PCMA）、亚高山冷杉（ABLA）和锡特卡云杉（Picea sitchensis, PCSI）的响应强度显著高于其他物种（图10b）。相位分析显示区域2（西南部）与其他区域存在约4年相位差，亚高山落叶松（Larix lyallii, LALY）与恩氏云杉（Picea engelmannii, PCEN）间存在显著相位差异（图11）。

讨论

本研究通过多维度证据链证实LNC通过冬季温度调控亚高山树木生长的机制：LNC通过潮汐作用影响洋流与海表温度，进而调制冬季大气温度；冬季温度则通过影响春季积雪、冻土动态及风暴损伤修复过程，作用于树木生长。西北部区域因冬季LNC信号最强而呈现最显著的生长响应，但部分南部站点虽无显著冬季LNC信号仍检测到树木生长响应，暗示可能存在生态系统内在共振机制。

与猞猁周期类似，树木生长响应在广大地理范围内呈现相位同步性，支持外源周期性驱动的假说。LNC谐波（37.2年）的显著振幅提示树木生长可能存在固有倍周期振荡，通过LNC驱动的气候波动产生共振。近期响应信号的衰减（如1950年后）可能与亚北极地区气候变化导致的生境改变有关。

研究局限性包括站点海拔坡度数据分辨率不足，难以精确评估干湿站点差异；PNA等代理指标与树轮数据的固有混淆可能低估LNC真实影响。未来需结合冻土动力学、冬季损伤修复过程等机制研究，深入解析LNC生态效应的微观路径。

结论

月球节点周期作为严格的天文周期信号，通过调制冬季温度与PNA等气候模式，成为北美科迪勒拉山脉亚高山树木年轮变化的显著驱动因子。其影响具有地理异质性和物种特异性，并与NPGO等海洋振荡过程存在交互作用。该发现不仅拓展了天文气候学在生态学中的应用边界，也为理解多时间尺度气候-森林生态系统互动提供了新范式。