《Agricultural and Forest Meteorology》：Climate drivers of airborne pollen variability: 31 years of monitoring in Barcelona (NE Iberian Peninsula)
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由空气传播的生物气溶胶（尤其是花粉）引起的呼吸道过敏在近几十年来显著增加，已成为全球许多地区日益严峻的公共卫生问题。大量研究表明，全球变暖正导致多种致敏类群传粉期提前以及年花粉负荷增加，这些变化主要归因于气温格局的转变、降水格局的变化以及伴随气候变化而延长的生
由空气传播的生物气溶胶（尤其是花粉）引起的呼吸道过敏在近几十年来显著增加，已成为全球许多地区日益严峻的公共卫生问题。大量研究表明，全球变暖正导致多种致敏类群传粉期提前以及年花粉负荷增加，这些变化主要归因于气温格局的转变、降水格局的变化以及伴随气候变化而延长的生长季。某一地区空气花粉浓度是当地植被格局、主导气象条件与远距离花粉输送共同作用的结果。在诸多环境驱动因子中，气温与降雨尤为关键，它们影响植物生长速率、开花物候及花粉释放总量。在地中海地区（如西班牙巴塞罗那），降水具有双重作用：强降雨可通过冲刷作用暂时降低空气花粉浓度，而充足的冬季降水则可提升土壤湿度，进而促使次年春季花粉浓度升高。气温同样是物候发育的关键调控因子，影响开花的起始时间与持续时间以及花粉产量。此外，高温还与花粉粒致敏原含量增加相关，可能放大过敏反应。当累积日温度（即生长度日）超过物种特定阈值时，植物发育通常加速。与降水类似，风对空气花粉浓度亦具有双重影响：一方面，风通过促进风媒物种花药中花粉粒的脱落并增强其在大气中的输送，增加空气中花粉的可获得性；另一方面，强风或持续风可通过将花粉扩散至更大区域或将其平流输送离开采样点，导致体积式采样器检测到的花粉浓度降低。综上所述，这些动态表明气候变化（尤其是增温趋势以及降水与风格局的转变）可显著改变花粉季节的时间与强度，对过敏流行率与公共卫生管理产生显著影响。总体而言，气候驱动的这些因子变化可改变花粉季节性与浓度，凸显了不仅需要考虑局地气象条件、还需考虑大尺度大气环流格局的必要性。北大西洋涛动（NAO）、北极涛动（AO）与西地中海涛动（WeMO）等指数可强烈影响季前条件（包括温度、湿度、太阳辐射与风速），从而调节南欧花粉释放的时间与强度。冬季NAO与AO的正位相通常与西地中海地区太阳辐射增加和降水减少相关。同样，冬季WeMO指数正值与伊比利亚东北部日照增强和干燥条件相关。近期研究还表明，加泰罗尼亚沿海地区秋冬季降水受WeMO负位相显著影响，而夏季则以正位相主导。大西洋多年代际涛动（AMO）是北大西洋海表温度低频变率的一种模态，通常描述为多年代际时间尺度上暖冷位相的交替。在其正（暖）位相期间，北大西洋经历高于平均的海温，而负（冷）位相期间则水温低于常态。AMO已被证实与显著的气候变率相关，影响北大西洋飓风活动、萨赫勒地区降水格局以及欧洲和地中海地区的温度与降水状况。在地中海地区，AMO正位相期间出现干燥条件的概率增加，而负位相则与较湿润条件相关。此外，AMO强度影响欧洲—地中海地区热浪的发生频率与强度。尽管AMO主要在多年代际时间尺度上表达，但其对空气花粉研究的关联性在于其调节控制植物生产力与物候的背景气候条件的能力。因此，在NAO或WeMO等指数有助于解释季节性大气变率的同时，AMO可为塑造花粉丰度与季节特征的年际趋势提供低频气候强迫的补充信息。本研究的主要目标是评估巴塞罗那（加泰罗尼亚）31年期间（1994—2024）空气花粉的长期动态，并评估其与局地气象条件及大尺度气候变率的关系。具体而言，研究旨在：（i）量化关键气生物学参数的时间趋势，包括年花粉积分（APIn）、花粉季节起始时间与长度、年最大日花粉浓度（峰值）及峰值花粉释放日期；（ii）调查气温、降水与风的季节变率如何影响最丰富且最具致敏性的类群；（iii）检验包括WeMO、NAO、AO与AMO在内的主要欧洲—地中海气候模态在区域尺度上调节空气花粉动态的作用。鉴于气候—花粉相互作用的复杂性以及许多类群先验知识的有限性，本研究采用探索性框架，旨在跨多个类群与气候驱动因子识别稳健且一致的气候—花粉关系。
一、研究背景与科学问题
空气传播的生物气溶胶（尤其是花粉）引发的呼吸道过敏在近几十年显著增加，已成为全球多地区日益严峻的公共卫生问题。大量研究表明，全球变暖正导致多种致敏类群传粉期提前、年花粉负荷增加，这些变化主要归因于气温格局转变、降水格局变化以及生长季延长。某一地区空气花粉浓度受局地植被格局、主导气象条件与远距离花粉输送共同作用。其中气温与降雨尤为关键：气温影响植物生长速率、开花物候与花粉释放总量；降水则具有双重作用，强降雨可通过冲刷降低花粉浓度，而充足冬季降水可提升土壤湿度进而促使次年春季花粉浓度升高。风同样具有双重效应：一方面促进花粉释放与大气输送，另一方面强风可将花粉扩散至更大区域导致采样点检测值降低。此外，大尺度大气环流格局（如NAO、AO、WeMO等指数）可强烈影响季前温度、湿度、太阳辐射与风速等条件，从而调节花粉释放时间与强度。AMO作为北大西洋海表温度低频变率模态，可通过调节背景气候条件影响植物生产力与物候。在此背景下，本研究旨在评估巴塞罗那31年（1994—2024）空气花粉长期动态及其与局地气象条件和大尺度气候变率的关系，具体目标包括：量化年花粉积分（APIn）、花粉季节起始时间与长度、最大日浓度（峰值）及峰值日期等关键气生物学参数的时间趋势；调查气温、降水与风对不同类群这些参数的影响；检验WeMO、NAO、AO与AMO在区域尺度上对花粉动态的调节作用。
二、研究设计与主要结论
研究人员利用加泰罗尼亚气生物学网络（XAC）在巴塞罗那站（41°24′N，2°09′E，海拔93 m）1994—2024年的每日花粉数据，涵盖24个花粉类群（14种乔木、3种灌木、7种草本）及总花粉。气象数据来自巴塞罗那法布拉天文台，包括日最高气温（Tmax）、最低气温（Tmin）、平均气温（Tmean）与月降水量（Prec）。风变率采用标准化风速指数（SWSI）表征。气候指数包括NAO、AO、AMO及WeMO。研究采用非参数Spearman秩相关系数评估花粉参数与气象变量及气候指数之间的单调关系，并分析各变量的长期趋势。
研究发现，Tmax在夏季、秋季与初冬呈显著正趋势，Tmin仅在夏季显著升高；降水在7月呈正趋势、12月呈负趋势；SWSI在春季及9月呈显著负趋势。AMO在年与冬季位相均呈显著正趋势，而NAO、AO与WeMO无显著趋势。花粉趋势方面，乔木类群的变化较灌木与草本更为显著，APIn的正趋势最为普遍，总花粉的APIn与Max均呈正趋势；Alnus与常绿Quercus及Polygonaceae的起始时间推迟，而Fagus提前；Urticaceae季节长度延长，落叶Quercus缩短。
三、主要研究结果
3.1 花粉参数与气象变量的相关关系
APIn方面，气温相关数最多（27个，占6%），风指数次之（28个，占18%），降水最少（7个）。气温相关方向因类群与月份而异，如Platanus与Corylus在2月呈正相关，而Urticaceae、Artemisia与Mercurialis呈负相关。SWSI主要与APIn降低相关，Quercus类群在4—8月（其MPS的85%月份）均呈显著负相关。降水相关较少且方向不一。
花粉季节起始时间（Start）方面，超过65%的类群（23个中15个）在MPS首月或前一个月表现出气温升高与传粉期提前的显著负相关，乔木类群中该比例达71%（14个中10个）。1—3月相关数最多，共68个，其中51个发生在MPS首月或前月且全部为负相关。降水相关较少（7个），除一个外均为正相关，表明降水延迟花粉检测。SWSI相关均为负相关。
季节长度（Length）方面，共61个显著气温相关（占13%），除Corylus与落叶Quercus外均为正相关，主要集中在1—2月。降水相关18个（11%），三个Quercus类群与Platanus在3—4月呈负相关。SWSI相关22个（14%），21个为正相关，三个Quercus类群在4—6月9个可能相关中全部呈正相关。
峰值日期（Max date）方面，超过67%的类群（24个中16个）表现出气温升高与峰值日期提前的相关，共66个相关中71%为负相关，2月相关数最多（23个）。降水相关16个（18%），12个为正相关。SWSI相关7个（8%），6个为负相关。
最大浓度（Max）方面，气温相关29个（12%），8正21负；降水相关8个（10%），6正2负；SWSI相关13个（15%），主要为负相关，33%的类群在LOP首月或前月呈负相关，Quercus类群在LOP或前月44%月份呈负相关。
3.2 累积气象变量的相关性
累积温度相关数（23个）略少于月值（27个），但改变了时间持续性并揭示额外关系。Corylus与Platanus在整个MPS期间与累积温度呈正相关，而月值仅限MPS早期。累积降水相关数（10个）与月值相当，Plantago在整个MPS期间保持正相关，Betula（月值无相关）在MPS早期（4月）与累积降水呈正相关。对于Start，多数乔木类群累积温度相关弱于月值，但Platanus从2月扩展至2—4月，Pistacia从1月扩展至2—5月，Olea从2—3月扩展至2—6月，Castanea从4—5月扩展至4—8月，且均为负相关。对于Max date，12个类群累积温度相关系数较低，而Cupressaceae、Quercus、Olea与Betula四个乔木类群系数较高。
3.3 花粉参数与遥相关指数的相关关系
同年气候指数方面，共发现24%的可能显著相关。AMO相关数最多（年位相13个、冬位相10个），与常绿Quercus、Ulmus、Polygonaceae的起始时间及Betula、Cupressaceae、Amaranthaceae、Urticaceae的季节长度呈正相关，与Ericaceae、Amaranthaceae、Urticaceae的花粉浓度呈负相关。WeMO相关最少（5个），均为时间参数。NAO与Castanea的APIn及Corylus的Max呈正相关，与Platanus、Corylus、Ericaceae的Start呈负相关。AO共12个相关，8个为负相关，主要涉及Fagus、Platanus、落叶Quercus、Ericaceae、Plantago与Polygonaceae的时间参数。
前一年气候指数方面，相关数更高（27%）。草本类群相关最多（Poaceae 7个、Urticaceae 6个、Amaranthaceae 6个），乔木中Betula（5个）、Castanea（5个）、Ulmus（4个）也较多。AMO相关最多（20个），其次为NAO（15个），WeMO最少（7个）。
四、讨论与结论
气象趋势方面，Tmax与Tmin的增温趋势（尤其夏季与秋季）与伊比利亚半岛及西地中海地区长期增温记录一致；降水趋势较少，12月负趋势表明初冬降水减少；SWSI全年以负趋势为主，春季（4—6月）与9月显著下降。AMO正趋势与1994—2024年大部分时间暖位相占优一致，但鉴于AMO约60/80年的振荡特征，该趋势更可能反映更广泛多年代际位相的一部分而非持续性方向性趋势。NAO、AO、WeMO缺乏显著趋势与既往研究一致。
花粉趋势方面，乔木类群的变化较灌木与草本更为显著，APIn正趋势在乔木中占主导（尤其Olea与Quercus），与欧洲其他气生物学记录中增温促进花粉产量（尤其早花类群）的发现一致。灌木与草本花粉输出相对稳定，支持木本类群因其多年生生长动态与对热信号的强依赖而对长期气候强迫响应更强的观点。类群间对比性响应（如Fagus提前而Alnus、常绿Quercus、Polygonaceae推迟）表明各物种特定热力与降水阈值持续调节物候轨迹。
气温一致性地成为影响大多数花粉参数的最主要气象因子。APIn相关方向因类群与月份而异，表明非统一气候信号；SWSI更常与APIn降低相关，但部分类群正相关提示特定条件下大气输送过程可增强花粉检测。Start与Max date的负相关表明较高气温通常与花粉季节提前相关，>65%类群Start呈负相关、>67%类群Max date呈负相关，与地中海及温带欧洲研究一致。降水普遍延迟传粉，与雨后辐射减少和低温抑制早季花卉发育一致。累积温度相关常弱于月均值，表明短期热异常可能比长期累积对触发传粉更关键，但Corylus与Ulmus等类群在整个MPS期间与累积温度相关提示累积效应对花粉生产能力的贡献。
大尺度气候振荡方面，AMO作为低频气候变率来源可影响区域气象条件。AMO与NAO、AO、WeMO相关性极低甚至与NAO年位相呈负相关，反映时间尺度差异：AMO代表多年代际海洋变率，而NAO、AO、WeMO主要捕捉年际至季节尺度的大气波动。当多个指数同时出现显著相关时通常符号一致，仅两处例外（Polygonaceae的Start与WeMO负相关、与AMO正相关；Castanea的Start与前一年NAO、AO正相关、与AMO负相关），进一步凸显AMO与其他遥相关格局的非平行关系及其对花粉的潜在相反影响。
综上，本研究通过31年长期监测揭示了巴塞罗那空气花粉动态的气候驱动机制：气温是影响花粉季节时间（起始与峰值日期）的最主要因子，增温普遍导致传粉提前；风对花粉浓度的影响以负相关为主，反映其扩散与稀释作用；AMO作为低频气候变率模态对花粉时间与强度具有潜在调节作用。研究结果为理解气候变化背景下花粉季节演变规律、指导过敏性疾病防控与公共卫生管理提供了重要的长期数据支撑。
