气候变化下,物候监测有了“千里眼”

  气候用冷、暖、干、湿来表示大气的物理特征。从阳春三月到炎炎夏日,从秋高气爽到寒冬腊月,气候在数年到数百年甚至千年以上波动变化着。生物的节律即物候,也随之发生着交替和变化。从植物的生长荣枯到动物的迁徙繁殖,物候作为气候变化的最佳指示器,在大自然的日历上镌刻了岁月的痕迹。

  古代聪慧的人们很早就读懂了这些大自然的语言,“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开”,看到的是高山古寺的桃花春景惊艳于芳菲落尽的纷杂世界。“橘生淮南则为橘,生淮北则为枳”则道出了一河之隔的南北差异,这些都是物候在空间上的差异。诗人苏轼一句“关中幸无梅,赖汝充鼎和”哀叹梅在关中消失,实则反映了气候变化引起的物候的改变。人们不仅注意到物候的变化,更重要的是他们很早就开始用生物物候来指导农业生产。“春生夏长,秋收冬藏”,顺天时得地利,以动植物物候作为指导农时的标志才能收获满仓,这也是农业文明在中国能够延续和发展的重要原因。

  传统的物候监测方法是以野外观测为基础的,通过目视观察法来记录典型生物个体年复一年的差异。近30年来,随着遥感技术的不断发展,传统物候学有了新的研究手段,尤其是为植被物候的研究提供了新的方法。遥感卫星以图像的形式记录着全球每个角落的四季变化,实现了物候观测由点到面的转换,使得全球大范围的宏观物候监测得以实现。

  西北地区约占我国国土面积的四分之一。在这里,95%的人类活动集中在面积不到5%的绿洲上。因为西北地区远离海洋,深居欧亚大陆,水汽来源少,环境干旱,这里植物的物候期不同于其他温带地区而同时受到干旱的胁迫。另外,西北的地形更是增加了局地气候和物候的复杂性。这里有海拔8000多米的乔戈里峰,也有海平面以下155米的吐鲁番盆地,北有阿尔泰山,南有昆仑山,东有贺兰山,西有帕米尔高原,形成独特的山区-绿洲-荒漠生态系统。由于西北地区植被类型的复杂性和自然环境的限制,人们对于绿洲以外地区的植被物候认识还存在很大的局限性。

  基于遥感监测的物候研究发现,山区-绿洲-荒漠各区域植被也表现出各自不同的物候特点。山区早已在秋冬季就以冰雪的形式储存了大量的水分。待到春季温度升高,冰雪融化,大约在四五月份,先前被冰封雪存的水分便伴随着不断增加的气温,从山麓到山顶逐次唤醒各种植物,使得山区恢复勃勃生机。秋日,这里则从山顶到山麓,渐渐叶黄叶落,形成一道美丽的秋景。平原上绿洲区则恰恰相反,尽管早春时温度比山区高,但是“春雨贵如油”,植物缺少水分难以复苏。等到山区的冰雪融水从大山里倾泻而下,滋润绿洲时,上游的绿洲总能抢占先机,早早地播下这一年希望的种子。河水在绿洲内蜿蜒向前,哺育两岸的农田,直至流进荒漠。

  不同的荒漠植被适应气候的策略也不尽相同:在新疆北部的古尔班通古特沙漠,这里有较其他荒漠地区更多的冬春降水,吸引着短命植物。这些短命植物在新疆北部乍暖还寒的早春3月底4月初发芽,可以借助早春时节的一场春雨或者是冬季的冰雪融水,立刻生根发芽,并在大约2至3个月内迅速完成自己的生命周期。有趣的是,过了炎热的夏季,仍会有部分短命植物再次发芽生长,只是物种类型和高度都比春季少。据统计,在北疆早春的短命植物包括十字花科、紫草科、菊科、豆科、伞形科和禾本科等共205种。而其他荒漠区的植物就没有这么幸运了,只能苦等降水或者上游冰雪融水的到来。在西北地区,由于地形、干旱和物种的影响,植物的回春时间可以从3月延续至6月。

  这种通过遥感手段进行的大区域、连续多年的物候信息监测是对传统物候研究的必要补充,尤其是在快速增温的近几十年时间里。西北地区增温趋势明显,尤其是春季增温过快导致冰雪融水提前,因此影响的是热量资源和山区冰雪融水的时间。近30年来,气温的升高和降水的增加,导致西北地区不同区域植被生长季有不同程度的延长。以我国的第一大内陆河流域——塔里木河流域为例,近30年来平均的生长季就延长了约一个月。生长季的延长对新疆的农业生产和水资源利用会产生强烈的影响,只有全面地监测物候,很多问题才能防患未然,尽早绸缪。

  (作者为河北省社会科学院河北生态环境建设研究中心、中科院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心博士,其研究方向为生态遥感和环境社会学)

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