《Global and Planetary Change》：The footprint of urbanization on land surface phenology in China
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城市化导致生长季开始提前和结束推迟，影响范围与城市大小成正比，气候背景和纬度显著调节效应。
Jialu Gong|Jianjun Zhao|Yeqiao Wang|Hongyan Zhang|LiangXian Fan|Tao Xiong|Yuyu Zhou
教育部地理科学与过程与生态安全重点实验室，东北师范大学地理科学学院，中国长春130024
摘要
城市化对地表物候（LSP）有显著影响，但这些影响的程度和空间范围尚未得到充分研究。本文基于MOD13Q1产品推导出LSP参数，并量化了城市化在城乡梯度上的影响。研究发现，城市化导致城市地区的生长季开始时间（SOS）提前，结束时间（EOS）推迟。这种效应沿城乡梯度呈现对数衰减模式，其影响范围与城市规模成正比。总体而言，城市化对SOS的影响范围是城市规模的5到5.5倍，而对EOS的影响范围为4.5到5.5倍。在冬季寒冷干燥的地区，SOS的城乡差异更大；而在夏季炎热、冬季干燥的气候区，EOS的差异更为显著。在水分充足且夏季温度适中的地区，城市化对LSP的影响范围更广。以耕地为主的地区，EOS的城乡差异更大，城市化对SOS的影响范围也更广。这些发现强调了在城乡物候研究中考虑气候背景、纬度和植被类型的必要性，这对于理解全球气候变化背景下城市生态系统的变化至关重要。
引言
全球城市数量和规模持续增加（联合国，2019年）。快速城市化引发了诸如城市热岛效应（Kabano等，2021年）、土地覆盖变化（Chen等，2016年）、光污染（Lian等，2021年；Meng等，2022年）以及废热和气体排放（D'amato等，2000年）等现象，显著改变了城市地区的气候条件、土壤性质、水文过程和生态系统动态。这些变化导致当地植被物候发生显著变化。卫星获取的地表物候（LSP）是监测城市化变化的敏感指标。无论是实地观测（Neil等，2010年；Roetzer等，2000年）还是遥感监测（Han和Xu，2013年；White等，2002年），都发现城市化通常会导致城市地区的生长季开始时间提前，结束时间推迟。LSP控制着陆地表面与大气之间的碳、水和能量流动（Piao等，2008年；Richardson等，2010年，Richardson等，2013年），其变化可能带来负面效应，如物候不匹配、花粉期延长、有害昆虫活动增加以及动物食物链中断，从而对陆地生态系统和人类社会（如农业生产、公共卫生）产生广泛影响（Kharouba等，2018年；Li等，2019b；Pe?uelas和Filella，2001年；Zhou等，2022年）。研究城市化对LSP的影响对于理解城市生态系统的动态变化、制定缓解措施、加强公共卫生管理和提高城市宜居性至关重要。
城市化不仅在城市内部，也在城乡交界地区引起LSP的变化（Han和Xu，2013年；Walker等，2015年；Zhang等，2004年）。许多研究通过在城市建成区边界外设置固定距离的缓冲区来考察城乡梯度模式（Yao等，2017年；Zhou等，2016年）。然而，这种方法忽略了不同规模城市的影响差异，不适合大规模研究（Yang等，2023年）。尽管基于面积的缓冲区可以部分减少与规模相关的偏差，但大多数研究仍局限于二元的城乡对比（Li等，2016年；Meng等，2020年；Yin等，2024b），无法充分捕捉连续的梯度效应。此外，城市化对LSP影响的空间范围仍不明确。对绝对LSP差异的普遍依赖进一步阻碍了具有不同物候基线的城市之间的标准化比较。因此，尚未系统地量化城市化沿面积比例梯度的强度和空间范围。
LSP对城市化的响应受背景气候因素和地理条件控制（Li等，2019a，Li等，2022年；Ren等，2018年；Walker等，2015年；Yin等，2024a；Zhang等，2004年）。在欧洲和美国进行的研究发现，在寒冷气候下，城市化倾向于使春季物候提前、秋季物候推迟并延长生长季。然而，在温暖地区，这种效应减弱甚至逆转（Li等，2019a，Li等，2022年）。在中国进行的卫星研究表明，城市化对LSP的影响在热带和亚热带地区比在温带地区和青藏高原更为温和（Ren等，2018年）。尽管现有研究表明高温可能减弱城市化对春季物候的影响，但测量结果存在很大差异，特别是在低温和干旱地区的结果不一致。此外，与气候密切相关的纬度也影响城乡LSP的分布模式（Jia等，2021年；Zhou等，2016年）。现有研究主要关注这些背景因素如何改变城市化引起的LSP变化的幅度，而较少关注它们如何影响城市化影响的空间范围。因此，有必要量化不同气候和纬度条件下LSP的城乡梯度模式和城市化的影响范围。
本研究采用标准化指标，评估了中国连续面积比例城乡梯度上城市化对LSP的影响幅度和空间范围。本研究的目标是：（1）量化LSP的城乡差异和城乡梯度模式；（2）划定城市化对LSP的影响范围；（3）研究背景因素在塑造城市化影响中的作用。
研究区域
城市化对物候的影响范围
城市化对LSP的影响沿城乡梯度呈现对数衰减关系（图2和表1）。随着城乡梯度的扩展，比值绝对值最初增加，随后渐近地达到最大值。从比值的大小来看，2000-2007年间城市化对全国城市SOS的影响最小，而2016-2023年间城市化对城市EOS的影响最不明显。
城市化影响LSP的整体模式
本研究量化了中国城乡LSP的差异。研究发现，城市化在全国范围内促进了SOS的提前和EOS的推迟，这与先前的研究结果一致（Jia等，2021年；Qiu等，2017年；Ren等，2018年；Yao等，2017年；Zhou等，2016年）。城市化对LSP的影响沿城乡梯度呈现对数衰减模式，城市化对LSP的影响范围与城市规模成正比
结论
本研究旨在揭示城市化对中国LSP的影响，量化城市化对LSP的影响范围和空间范围，并探讨影响LSP响应的背景因素。研究发现，城市化引起的SOS提前和EOS推迟沿城乡梯度呈现对数衰减关系，其影响范围与城市规模成正比。城市化对LSP的影响受到
作者贡献声明
Jialu Gong：撰写——初稿、可视化、方法论、数据分析、概念构建。Jianjun Zhao：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、资金筹措。Yeqiao Wang：撰写——审稿与编辑。Hongyan Zhang：撰写——审稿与编辑、资源获取。LiangXian Fan：撰写——审稿与编辑。Tao Xiong：撰写——审稿与编辑。Yuyu Zhou：撰写——审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Jianjun Zhao表示获得了中国国家自然科学基金会的财政支持。Hongyan Zhang表示获得了中国国家自然科学基金会的财政支持。Jianjun Zhao还表示获得了2023年吉林省基本建设资金（创新能力建设）的财政支持。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金会（项目编号：42471383、42171321、42471359）和2023年吉林省基本建设资金（创新能力建设）（2023C030-1）的财政支持。
