植被物候是气候变化最直接最敏感的指示器，是监测区域乃至全球尺度植被生态系统变化的关键指标之一。全球气候变化通过影响植被物候期，改变生态系统结构和功能，进而影响生态系统与大气之间碳、水和能量交换。因此，准确评估和预测气候变化对植被物候的影响，对于深入了解全球气候变化和陆地生态系统具有十分重要的意义。
过去几十年，全球变暖导致春季物候显著提前，而秋季物候的影响因素较为复杂，导致现有模型对秋季物候模拟与预测的精度普遍偏低。我院2024届本科毕业生张欣怡利用长时间序列的卫星遥感数据并结合地面通量观测数据，发现降水频率减少可能导致了北半球1982-2022年间植被秋季叶片衰老期的提前，以及降水频率的降低会导致植被物候面临的干旱胁迫加剧、提高植被对干旱的响应速度，从而导致秋季物候的提前。相关研究成果以“Declining precipitation frequency may drive earlier leaf senescence by intensifying drought stress and enhancing drought acclimation”为题，发表在《Nature communications》。
研究发现，现有的生态系统模型均无法准确模拟和预测出降水频率对秋季物候的作用，强调了生态系统模型需要考虑降水频率而不仅仅是降水量才能更好地模拟秋季物候变化，加深了全球变化和植被生态系统碳循环的理解。
图 1 降水频率于秋季物候的偏相关性结果（方案1（A、D、G）在控制温度和辐射的条件下，分析秋季物候（DFS）与总降水量的偏相关性；方案2（B、E、H）进一步控制降水频率；方案3（C、F、I）在控制温度、辐射和总降水量的条件下，分析DFS与降水频率的偏相关性。A–C为卫星观测结果，D–F按植物功能类型分类，G–I为通量观测结果。）
图 2 秋季物候相应降水频率变化的机理分析（图A：结构方程模型（SEM）分析；图B、C：干旱响应滞后时间与恢复时间随降水频率的变化；图D：1982–2022年DFS对降水频率正负敏感性的移动窗口分析；图E：降水频率与最大日降水量的关系；图F：DFS与根区土壤水分变异系数的相关性。）
论文第一作者张欣怡目前在中国科学院地理科学与资源研究所攻读博士学位。本研究获得国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金委国际合作项目、中国科学院青年创新促进会等资助。
论文信息：Xinyi Zhang, Xiaoyue Wang*,Constantin M. Zohner, Josep Peñuelas, Yang Li, Xiuchen Wu, Yao Zhang, Huiying Liu, Pengju Shen, Xiaoxu Jia, Wenbin Liu, Dashuan Tian, Prajal Pradhan, Adand, Belarmain Fandohan, Dailiang Peng*, Chaoyang Wu*. Declining precipitation frequency may drive earlier leaf senescence by intensifying drought stress and enhancing drought acclimation. Nature Communications, 2025, 16, 910.
