物候是植被生長(zhǎng)活動(dòng)響應(yīng)氣候變化的最準(zhǔn)確指標(biāo)。植被物候不僅直接表征植被的生長(zhǎng)活動(dòng),而且在植被提供的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)功能中具有重要作用。由于城市溫度的升高已經(jīng)超過(guò)了對(duì)全球氣候變化的預(yù)測(cè),城市環(huán)境被認(rèn)為是研究未來(lái)氣候變化對(duì)植被物候影響的自然實(shí)驗(yàn)室。厘清城市植被物候的時(shí)空特征,對(duì)于認(rèn)識(shí)未來(lái)氣候變化對(duì)植被生長(zhǎng)的潛在影響至關(guān)重要。然而,當(dāng)前研究主要集中在城市植被物候的長(zhǎng)期變化上,缺乏城市化對(duì)城市植被物候時(shí)空特征影響的定量分析。
基于此,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所景觀生態(tài)組利用多源數(shù)據(jù)評(píng)估了中國(guó)365個(gè)城市的植被物候(包括生長(zhǎng)期開(kāi)始、結(jié)束和長(zhǎng)度:SOS、EOS和GSL)的長(zhǎng)期(2003-2020年)和內(nèi)外(城市空間內(nèi)外)變化。采用SHAP模型和累積局部效應(yīng)模型,確定了關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素及其變化模式。研究發(fā)現(xiàn),與長(zhǎng)期變化相比,城市植被物候在內(nèi)外變化中變化更為一致。75%的城市SOS的長(zhǎng)期變化提前了-15.96±10.30 d,74%的城市GSL和72%的城市EOS的長(zhǎng)期變化分別延長(zhǎng)了23.89±13.81 d和11.93±8.99 d。80%城市的SOS在內(nèi)外變化中提前(-12.81±9.33 d),85%城市的GSL和73%城市的EOS分別延長(zhǎng)和延遲(18.28±13.17 d和10.91±7.59 d)。城市植被物候的長(zhǎng)期變化和內(nèi)外變化在不同城市規(guī)模之間存在顯著差異。從南向北的氣候帶,城市植被物候在長(zhǎng)期變化上呈現(xiàn)明顯梯度變化,但在城市內(nèi)外變化不大。SHAP分析顯示,溫度是影響城市植被物候的最重要因素,其次是夜間照明和輻射,這些驅(qū)動(dòng)因素與城市植被物候呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性關(guān)系。該研究結(jié)果量化了城市化對(duì)城市植被物候時(shí)空特征的影響,有助于明確未來(lái)氣候變化對(duì)植被物候的可能影響,更好地理解快速城市化背景下城市生態(tài)系統(tǒng)的變化特征。
該研究成果以“Urbanization significantly impacts the long-term and inner-outer changes in urban vegetation phenology”為題于2025年3月發(fā)表在Sustainable Cities and Society上。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所博士后賈廣亮為第一作者,李春林研究員為通訊作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 42471118)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)(No. 2021194)和遼寧省自然科學(xué)基金(No. 2024BSBA57)等項(xiàng)目資助。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.scs.2025.106323

圖1 中國(guó)城市植被物候的時(shí)空變化特征

圖2?基于機(jī)器學(xué)習(xí)的城市植被物候驅(qū)動(dòng)因素




