《自然—气候变化》：陈镜明/宫鹏/卢麾等揭示北方落叶阔叶林春季展叶日期对增温响应普遍增强

加拿大多伦多大学地理与规划系及福建师范大学地理科学学院陈镜明教授、香港大学地理系宫鹏教授，以及清华大学地球系统科学系卢麾教授，联合北京大学、加州大学伯克利分校等单位相关学者发现，在气候变化背景下，北方落叶阔叶林春季展叶日期对增温的响应正在普遍增强，且这种增强与休眠期变暖条件下冷量积累增加密切相关；该发现提示现有物候模型可能低估北方森林物候对未来变暖的响应幅度，从而影响对生态系统碳循环过程的预测。

北京时间2026年2月2日，研究成果以“Enhanced effect of warming on the leaf-onset date of boreal deciduous broadleaf forest”为题，发表于《自然—气候变化》。

多伦多大学地理与规划系博士后、清华大学地球系统科学系博士毕业生李纹宇为论文第一作者，多伦多大学地理与规划系及福建师范大学地理科学学院陈镜明教授、香港大学地理系宫鹏教授以及清华大学地球系统科学系卢麾教授为共同通讯作者。

在全球持续变暖背景下，展叶日期的变化备受关注。展叶日期的改变不仅会影响物种分布和群落结构，还会进一步影响陆地生态系统与大气之间的碳、水、能量交换。过去几十年的观测普遍表明，春季温度升高往往会推动展叶提前；但在持续变暖背景下，这种提前趋势能否维持，关键取决于展叶日期对春季温度变化的灵敏性（ST，指春季温度每升高1°C，展叶日期提前的天数）是否会随时间发生变化。

落叶阔叶林的叶芽一般从深秋到早春处于休眠状态，春天能否及时“醒来”，很大程度取决于冬季休眠期是否积累了足够的冷量——也就是略高或略低于0°C的“冷温”积累。冷量不足会推迟休眠解除，从而让展叶在春季升温时“提前”的幅度变小，即ST降低。在温带地区，休眠期气温通常高于0°C，冬季变暖会使休眠期温度分布进一步远离0°C，导致略高或略低于0°C 的冷温出现得更少、冷量积累减少，因此温带落叶阔叶林的ST可能随休眠期变暖而下降；这一假设已得到了大量证据的支持。相比之下，在北方地区休眠期气温往往远低于0°C，冬季变暖可能把温度分布推向更接近0°C，从而增加冷量积累，因此北方落叶阔叶林的ST可能随休眠期变暖而上升；但过去直接支持这一假设的证据相对有限，其是否在更大范围内普遍成立仍不清楚。

为回答这一问题，研究在全球0.5°×0.5°网格尺度上开展分析，聚焦北方落叶阔叶林（北纬40°以北且1982–2012年休眠期多年平均气温低于0°C的落叶阔叶林），比较两个时期（1982–1996年与1998–2012年）之间休眠期温度与ST的变化，并进一步检验冷量积累机制及常用物候模型的再现能力。研究使用CRU-NCEP气候数据，并基于GIMMS NDVI3g反演展叶日期，采用多种物候反演方法的集合平均以降低方法差异影响，覆盖北方落叶阔叶林2851个网格单元。此外，研究进行了多项稳健性检验，并在17个站点将卫星反演的展叶异常与地面观测（人工、通量塔、数码相机）对比验证，结果匹配良好。

研究结果表明

（1）北方落叶阔叶林ST在休眠期增暖背景下显著上升。与1982–1996年相比，1998–2012年休眠期平均气温升高0.4°C；在所有覆盖北方落叶阔叶林的网格上，平均ST由1.86增至2.45 天/°C，提升32%。空间上，约78% 网格休眠期变暖、约67% 网格ST增加；在休眠期变暖的网格中，约74% 同时出现ST增加（图1）。

图1 北方落叶阔叶林两个时期（1982–1996年与1998–2012年）休眠期气温变化（ΔDT）与春季展叶ST变化（ΔST）。

（2）机制上，休眠期增暖可通过增强冷量积累普遍抬升ST。研究首先发现，在北方落叶阔叶林区域，几乎所有网格中“休眠期温度—冷量积累”的相关系数为正，表明休眠期变暖往往伴随冷量积累增加。随后，研究从两个角度进一步验证“冷量增加会对应更强的ST”：一是挑选出两个时期之间冷量积累确实增加的网格，逐格检验其ST变化，发现其中多数网格的ST同步增加；二是在每个网格内部对比1982—2012年间冷量最低的15年与冷量最高的15年，约67%的网格在高冷量阶段的ST更高。由此表明，休眠期变暖可以通过增强冷量积累，促进ST增强。

（3）模型评估表明，现有物候模型能够捕捉观测到的平均ST变化方向，但对变化幅度存在普遍低估。研究进一步采用10个常用物候模型模拟ST的变化。结果显示，模型能够捕捉观测到的平均ST变化方向：休眠期升温的网格平均ST上升（图2a），休眠期降温的网格平均ST下降（图2b）。但在变化幅度上，模型整体偏保守：对休眠期升温网格的平均ST增强幅度，模型平均低估77%±9%（图2a）；若从全区域所有网格的平均ST变化幅度衡量，低估程度更高，达到85%±10%（图2c）。

图2 十个常用物候模型对ST变化的模拟与观测对比。

研究认为，北方落叶阔叶林ST的普遍增强与温带地区普遍报道的ST下降并不一致，这意味着在未来更暖的气候情景下，北方落叶阔叶林的展叶日期可能会比此前预期更早。同时，温带与北方地区在休眠期变暖下呈现相反变化，可能增强两者之间的物候趋同与同步，进而改变温带与北方地区之间的基因流动与种群连通性，并影响相关生态系统过程。

本研究获得多方资助支持，包括中国国家重点研发计划（2024YFE0106700、2024YFF0729102）、加拿大NSERC、美国NASA以及美国能源部DOE等项目。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41558-025-02528-2

编辑 | 张可

排版 | 夏天

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