Uncovering the role of solar radiation and water stress factors in constraining decadal intra-site spring phenology variability in diverse ecosystems across the Northern Hemisphere
Yating Gu, Lin Meng, Yantian Wang, Zherong Wu, Yuhao Pan, Yingyi Zhao, Matteo Detto, Jin Wu
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这些变量可以影响温带生态系统的春季物候，它们的相对重要性往往因不同的植物功能类型（pft）而异(Nemani, 2003；Caldararu et al., 2016)。这意味着温带生态系统中春季物候的调节机制比最先进的预测模型所包含的更为复杂。换句话说，目前尚不清楚当前模型中所代表的变量是否全面，以及主导环境变量是否会随着不同的pft而变化(Hmimina et al., 2013；Ji et al., 2021)。如果pft之间存在这种可变性，那么确定在更广泛的景观中解释物候-环境线索关系多样性的总体机制就变得至关重要，需要立即进行探索。最近的几项技术进步为弥合上述知识差距提供了独特而及时的机会：覆盖整个北半球的长时间序列物候数据集的可用性(Friedl等人，2019；Zhang et al., 2020)以及最近开发的诊断方法，用于探索综合环境变量对春季物候模型的潜在影响（Gu et al., 2023）。这种长期物候数据集的一个典型例子是从全球库存建模和制图研究（GIMMS） NDVI3g数据集提取的LUD (C. Wu et al., 2022)；该数据集是基于检索物候转换日期的算法开发的，不仅为我们提供了广泛的空间覆盖（即整个北半球），而且还涵盖了很长的时间跨度（即1982-2015年）。同时，Gu等人（2023）开发了一个整体分析框架，该框架不仅检查了现有春季物候建模预测模型的性能，还建立了一个定量管道，评估模型残差与当前模型中尚未包含的其他环境变量之间的部分相关性，从而确定有效性和最敏感的变量。因此，我们预计这两项进展的整合将为整个北半球提供相关的定量结果，有助于解决先前确定的关键知识差距。因此，本研究旨在通过探索温度和光周期以外的其他变量，评估和改进现有的春季物候模型（例如孟等人，2021年引入的OPT模型），用于整个北半球的场内年代际春季物候模型。具体来说，我们解决了三个关键问题：(1)OPT模型如何在半球尺度上模拟春季物候？(2)造成场内模型残差的关键环境变量是什么？这些变量在不同的PFTs中是否存在差异？(3)新的预测模型对春季物候模型的提升有多显著？为了回答这些问题，我们使用了1982-2015年北半球的卫星陆地表面物候产品和环境数据集。我们对孟等人（2021）开发的现有OPT模型进行了训练和评估，与GDD模型和序列模型的其他预测模型（Gu et al., 2023）相比，该模型表现出了优越的模型性能。鉴于半球尺度春季物候数据的空间分辨率为1/12°，且长期数据往往存在显著的气候异常，我们进一步研究了景观PFT异质性和气候异常对模型残差的影响。分析了模型残差与气候变量的关系，包括SR和3个水分胁迫因子：P、SM和VPD。该分析旨在确定当前模型中未考虑的对春季物候变异性有重大影响的其他环境因素，并确定主导环境变量是否在PFTs中有所不同。最后，我们通过纳入确定的主导环境变量对OPT模型进行了修正，并研究了这些修正是否可以提高模型的性能。
期刊介绍：
New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.
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