Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Dự đoán về sự thay đổi trong độ dài mùa sinh trưởng của sự hình thành vòng cây trên Cao nguyên Tây Tạng dựa trên mô phỏng mô hình CMIP5
Tóm tắt
Phản ứng của mùa sinh trưởng đối với sự nóng lên toàn cầu đang diễn ra đã thu hút được nhiều sự chú ý. Đặc biệt, cách thức và mức độ thay đổi của mùa sinh trưởng trong thế kỷ này là thông tin thiết yếu cho Cao nguyên Tây Tạng, nơi mà xu hướng ấm lên quan sát được đã vượt qua mức trung bình toàn cầu. Trong nghiên cứu này, độ dài trung bình của mùa sinh trưởng của vòng cây (LOS) trên Cao nguyên Tây Tạng trong giai đoạn 1960–2014 đã được xác định từ kết quả của mô hình tăng trưởng cây Vaganov-Shashkin oscilloscope, dựa trên 20 địa điểm nghiên cứu tổng hợp và hơn 3000 cây. Các phương pháp Bootstrap và tương quan riêng phần đã được sử dụng để đánh giá các yếu tố khí hậu quan trọng nhất xác định LOS trong khu vực nghiên cứu. Dựa trên mối quan hệ này, chúng tôi đã dự đoán sự biến thiên trong tương lai của LOS dưới ba kịch bản phát thải (Đường dẫn tập trung đại diện (RCP) 2.6, 6.0 và 8.5, đại diện cho các nồng độ khí nhà kính khác nhau) được rút ra từ 17 mô hình hệ thống Trái đất tham gia Dự án so sánh mô hình nối (CMIP5). LOS trung bình trên Cao nguyên Tây Tạng là 103 ngày trong giai đoạn 1960–2014, và nhiệt độ tối thiểu từ tháng Tư đến tháng Chín là yếu tố kiểm soát mạnh mẽ nhất đối với LOS. Chúng tôi đã phát hiện ra xu hướng gia tăng chung của LOS trong thế kỷ XXI dưới cả ba kịch bản đã chọn. Đến giữa thế kỷ này, LOS sẽ kéo dài thêm khoảng 3 đến 4 tuần dưới kịch bản RCP 2.6 và 6.0, và hơn 1 tháng (37 ngày) dưới kịch bản RCP 8.5, so với giai đoạn cơ sở 1960–2014. Từ giữa đến cuối thế kỷ XXI, LOS sẽ tiếp tục kéo dài thêm khoảng 3 đến 4 tuần theo các kịch bản RCP 6.0 và 8.5, tương ứng. Tuy nhiên, dưới kịch bản RCP 2.6, sự kéo dài gặp phải một cao nguyên vào khoảng năm 2050 và khoảng 2 tuần kéo dài LOS. Tổng cộng, chúng tôi đã tìm thấy một tỷ lệ trung bình là 2.1, 3.6, và 5.0 ngày thập kỷ−1 cho sự kéo dài LOS từ 2015 đến 2100 theo các kịch bản RCP 2.6, 6.0, và 8.5, tương ứng. Tuy nhiên, những sự kéo dài LOS ước tính này có thể bị bù đắp bởi các yếu tố sinh thái khác không được đưa vào mô hình tăng trưởng. Sự kéo dài ước tính của mùa sinh trưởng có thể ảnh hưởng đáng kể đến việc cố định carbon và năng suất rừng trên Cao nguyên Tây Tạng.
Từ khóa
#mùa sinh trưởng #Cao nguyên Tây Tạng #mô hình Vaganov-Shashkin #kịch bản phát thải #nhiệt độ tối thiểu #RCP #biến đổi khí hậuTài liệu tham khảo
Anav A, Friedlingstein P, Kidston M, Bopp L, Ciais P, Cox P, Jones C, Jung M, Myneni R, Zhu Z (2013) Evaluating the land and ocean components of the global carbon cycle in the CMIP5 Earth system models. J Clim 26:6801–6843
Begum S, Shibagaki M, Furusawa O, Nakaba S, Yamagishi Y, Yoshimoto J, Jin HO, Sano Y, Funada R (2012) Cold stability of microtubules in wood-forming tissues of conifers during seasons of active and dormant cambium. Planta 235:165–179
Begum S, Nakaba S, Yamagishi Y, Oribe Y, Funada R (2013) Regulation of cambial activity in relation to environmental conditions: understanding the role of temperature in wood formation of trees. Physiol Plantarum 147:46–54
Biondi F, Waikul K (2004) DENDROCLIM2002: a C++ program for statistical calibration of climate signals in tree-ring chronologies. Comput Geosci 30:303–311
Boulouf Lugo J, Deslauriers A, Rossi S (2012) Duration of xylogenesis in black spruce lengthened between 1950 and 2010. Ann Bot-London 110:1099–1108
Büntgen U, Frank D, Neuenschwander T, Esper J (2012) Fading temperature sensitivity of Alpine tree growth at its Mediterranean margin and associated effects on large-scale climate reconstructions. Clim Chang 114:651–666
Chen X, An S, Inouye DW, Schwartz MD (2015) Temperature and snowfall trigger alpine vegetation green-up on the world’s roof. Glob Chang Biol 21:3635–3646
Chuine I (2010) Why does phenology drive species distribution? Philos T R Soc B 365:3149–3160
Chuine I, Morin X, Bugmann H (2010) Warming, photoperiods, and tree phenology. Science 329:277–278
Delpierre N, Vitasse Y, Chuine I, Guillemot J, Bazot S, Rutishauser T, Rathgeber CBK (2015) Temperate and boreal forest tree phenology: from organ-scale processes to terrestrial ecosystem models. Ann For Sci 73(1):5–25
Dragoni D, Schmid HP, Wayson CA, Potter H, Grimmond CSB, Randolph JC (2011) Evidence of increased net ecosystem productivity associated with a longer vegetated season in a deciduous forest in south-central Indiana, USA. Glob Chang Biol 17:886–897
Elmore AJ, Nelson DM, Craine JM (2016) Earlier springs are causing reduced nitrogen availability in north American eastern deciduous forests. Nat Plants 2:16133
Engen-Skaugen T, Tveito OE (2004) Growing-season and degree-day scenario in Norway for 2021–2050. Clim Res 26:221–232
Fernández-Long ME, Müller GV, Beltrán-Przekurat A, Scarpati OE (2013) Long-term and recent changes in temperature-based agroclimatic indices in Argentina. Int J Climatol 33:1673–1686
Førland EJ, Skaugen TE, Benestad RE, Hanssen-Bauer I, Tveito OE (2004) Variations in thermal growing, heating, and freezing indices in the Nordic Arctic, 1900–2050. Arct Antarct Alp Res 36:347–356
Fritts HC, Vaganov EA, Sviderskaya IV, Shashkin AV (1991) Climatic variation and tree-ring structure in conifers: empirical and mechanistic models of tree-ring width, number of cells, cell size, cell-wall thickness and wood density. Clim Res 1:97–116
Ge Q, Wang H, Rutishauser T, Dai J (2015) Phenological response to climate change in China: a meta-analysis. Glob Chang Biol 21:265–274
Gleckler PJ, Taylor KE, Doutriaux C (2008) Performance metrics for climate models. J Geophys Res 113:D06104
He M, Shishov V, Kaparova N, Yang B, Bräuning A, Grießinger J (2017) Process-based modeling of tree-ring formation and its relationships with climate on the Tibetan Plateau. Dendrochronologia 42:31–41
Hu J, Moore DJP, Burns SP, Monson RK (2010) Longer growing seasons lead to less carbon sequestration by a subalpine forest. Glob Chang Biol 16:771–783
Jin Z, Zhuang Q, He J-S, Luo T, Shi Y (2013) Phenology shift from 1989 to 2008 on the Tibetan Plateau: an analysis with a process-based soil physical model and remote sensing data. Clim Chang 119:435–449
Jones C, Robertson E, Arora V, Friedlingstein P, Shevliakova E, Bopp L, Brovkin V, Hajima T, Kato E, Kawamiya M, Liddicoat S, Lindsay K, Reick CH, Roelandt C, Segschneider J, Tjiputra J (2013) Twenty-first-century compatible CO2 emissions and airborne fraction simulated by CMIP5 Earth system models under four Representative Concentration Pathways. J Clim 26:4398–4413
Juknys R, Kanapickas A, Sveikauskaite I, Sujetoviene G (2016) Response of deciduous trees spring phenology to recent and projected climate change in Central Lithuania. Int J Biometeorol 60:1589–1602
Keenan TF, Gray J, Friedl MA, Toomey M, Bohrer G, Hollinger DY, Munger JW, O’Keefe J, Schmid HP, Wing IS, Yang B, Richardson AD (2014) Net carbon uptake has increased through warming-induced changes in temperate forest phenology. Nat Clim Chang 4:598–604
Knutti R, Sedláček J (2013) Robustness and uncertainties in the new CMIP5 climate model projections. Nat Clim Chang 3:369–373
Körner C, Basler D (2010) Phenology under global warming. Science 327:1461–1462
Lange M, Schaber J, Marx A, Jackel G, Badeck FW, Seppelt R, Doktor D (2016) Simulation of forest tree species’ bud burst dates for different climate scenarios: chilling requirements and photo-period may limit bud burst advancement. Int J Biometeorol 60:1711–1726
Li J, Shi J, Zhang DD, Yang B, Fang K, Yue PH (2016) Moisture increase in response to high-altitude warming evidenced by tree-rings on the southeastern Tibetan Plateau. Clim Dynam 48(1–2):649–660
Linderholm HW (2006) Growing season changes in the last century. Agric For Meteorol 137:1–14
Linderholm HW, Walther A, Chen D (2008) Twentieth-century trends in the thermal growing season in the Greater Baltic Area. Clim Chang 87:405–419
Morin X, Roy J, Sonie L, Chuine I (2010) Changes in leaf phenology of three European oak species in response to experimental climate change. New Phytol 186:900–910
Moser L, Fonti P, Buntgen U, Esper J, Luterbacher J, Franzen J, Frank D (2010) Timing and duration of European larch growing season along altitudinal gradients in the Swiss Alps. Tree Physiol 30:225–233
Moss RH, Edmonds JA, Hibbard KA, Manning MR, Rose SK, van Vuuren DP, Carter TR, Emori S, Kainuma M, Kram T, Meehl GA, Mitchell JF, Nakicenovic N, Riahi K, Smith SJ, Stouffer RJ, Thomson AM, Weyant JP, Wilbanks TJ (2010) The next generation of scenarios for climate change research and assessment. Nature 463:747–756
Opgenoorth L, Vendramin GG, Mao K, Miehe G, Miehe S, Liepelt S, Liu JQ, Ziegenhagen B (2010) Tree endurance on the Tibetan Plateau marks the world’s highest known tree line of the last glacial maximum. New Phytol 185:332–342
Peñuelas J, Rutishauser T, Filella I (2009) Phenology feedbacks on climate change. Science 324:887–888
Prislan P, Gričar J, de Luis M, Smith KT, Čufar K (2013) Phenological variation in xylem and phloem formation in Fagus sylvatica from two contrasting sites. Agric For Meteorol 180:142–151
Qian B, Zhang X, Chen K, Feng Y, O’Brien T (2010) Observed long-term trends for agroclimatic conditions in Canada. J Appl Meteorol Clim 49:604–618
Reichler T, Kim J (2008) How well do coupled models simulate today's climate? B Am Meteorol Soc 89:303–311
Richardson AD, Black TA, Ciais P, Delbart N, Friedl MA, Gobron N, Hollinger DY, Kutsch WL, Longdoz B, Luyssaert S, Migliavacca M, Montagnani L, Munger JW, Moors E, Piao S, Rebmann C, Reichstein M, Saigusa N, Tomelleri E, Vargas R, Varlagin A (2010) Influence of spring and autumn phenological transitions on forest ecosystem productivity. Philos T R Soc B 365:3227–3246
Rossi S, Deslauriers A, Griçar J, Seo J-W, Rathgeber CBK, Anfodillo T, Morin H, Levanic T, Oven P, Jalkanen R (2008) Critical temperatures for xylogenesis in conifers of cold climates. Glob Ecol Biogeogr 17:696–707
Rossi S, Girard MJ, Morin H (2014) Lengthening of the duration of xylogenesis engenders disproportionate increases in xylem production. Glob Chang Biol 20:2261–2271
Rossi S, Anfodillo T, Cufar K, Cuny HE, Deslauriers A, Fonti P, Frank D, Gricar J, Gruber A, Huang JG, Jyske T, Kaspar J, King G, Krause C, Liang E, Makinen H, Morin H, Nojd P, Oberhuber W, Prislan P, Rathgeber CB, Saracino A, Swidrak I, Treml V (2016) Pattern of xylem phenology in conifers of cold ecosystems at the northern hemisphere. Glob Chang Biol 22:3804–3813
Ruosteenoja K, Räisänen J, Pirinen P (2011) Projected changes in thermal seasons and the growing season in Finland. Int J Climatol 31:1473–1487
Ruosteenoja K, Räisänen J, Venäläinen A, Kämäräinen M (2016) Projections for the duration and degree days of the thermal growing season in Europe derived from CMIP5 model output. Int J Climatol 36:3039–3055
Sass-Klaassen U (2015) Tree physiology: tracking tree carbon gain. Nat Plants 1:15175
Shashkin AV, Vaganov EA (1993) Simulation model of climatically determined variability of conifers’ annual increment (on the example of Scots pine in the steppe zone). Russ J Ecol 24:275–280
Shen M, Piao S, Dorji T, Liu Q, Cong N, Chen X, An S, Wang S, Wang T, Zhang G (2015) Plant phenological responses to climate change on the Tibetan Plateau: research status and challenges. Natl Sci Rev 2:1–14
Shishov VV, Tychkov II, Popkova MI, Ilyin VA, Bryukhanova MV, Kirdyanov AV (2016) VS-oscilloscope: a new tool to parameterize tree radial growth based on climate conditions. Dendrochronologia 39:42–50
Song MH, Zhou CP, Ouyang H (2004) Distributions of dominant tree species on the Tibetan Plateau under current and future climate scenarios. Mt Res Dev 24:166–173
Spinoni J, Vogt J, Barbosa P (2015) European degree-day climatologies and trends for the period 1951-2011. Int J Climatol 35:25–36
Taylor KE, Stouffer RJ, Meehl GA (2012) An overview of CMIP5 and the experiment design. B Am Meteorol Soc 93:485–498
Tian Z, Yang X, Sun L, Fischer G, Liang Z, Pan J (2014) Agroclimatic conditions in China under climate change scenarios projected from regional climate models. Int J Climatol 34:2988–3000
Touchan R, Shishov VV, Meko DM, Nouiri I, Grachev A (2012) Process based model sheds light on climate sensitivity of Mediterranean tree-ring width. Biogeosciences 9:965–972
Trnka M, Eitzinger J, Semerádová D, Hlavinka P, Balek J, Dubrovský M, Kubu G, Štěpánek P, Thaler S, Možný M, Žalud Z (2011) Expected changes in agroclimatic conditions in Central Europe. Clim Chang 108:261–289
Vaganov E, Hughes M, Shashkin A (2006) Growth dynamics of conifer tree rings. Springer, Germany, pp 1–353
Vaganov EA, Anchukaitis KJ, Evans MN (2011) How well understood are the processes that create dendroclimatic records? A mechanistic model of the climatic control on conifer tree-ring growth dynamics. In: Hughes, M.K. et al. (ed): Dendroclimatology, developments in paleoenvironmental research Springer:37–75
van Oldenborgh GJ, Doblas Reyes FJ, Drijfhout SS, Hawkins E (2013) Reliability of regional climate model trends. Environ Res Lett 8:014055
van Vuuren DP, Edmonds J, Kainuma M, Riahi K, Thomson A, Hibbard K, Hurtt GC, Kram T, Krey V, Lamarque J-F, Masui T, Meinshausen M, Nakicenovic N, Smith SJ, Rose SK (2011) The representative concentration pathways: an overview. Clim Chang 109:5–31
Way DA, Oren R (2010) Differential responses to changes in growth temperature between trees from different functional groups and biomes: a review and synthesis of data. Tree Physiol 30:669–688
Xia J, Yan Z, Jia G, Zeng H, Jones PD, Zhou W, Zhang A (2015) Projections of the advance in the start of the growing season during the 21st century based on CMIP5 simulations. Adv Atmos Sci 32:831–838
Xu B, Cao J, Hansen J, Yao T, Joswia DR, Wang N, Wu G, Wang M, Zhao H, Yang W, Liu X, He J (2009) Black soot and the survival of Tibetan glaciers. P Natl Acad Sci USA 106:22114–22118
Yang B, He M, Shishov V, Tychkov I, Vaganove E, Rossi S, Ljungqvist FC, Bräuning A, Grießinger J (2017) New perspective on spring vegetation phenology and global climate change based on Tibetan Plateau tree-ring data. P Natl Acad Sci USA 114:6966–6971
Yao T, Masson-Delmotte V, Gao J, Yu W, Yang X, Risi C, Sturm C, Werner M, Zhao H, He Y, Ren W, Tian L, Shi C, Hou S (2013) A review of climatic controls on δ18O in precipitation over the Tibetan Plateau: observations and simulations. Rev Geophys 51:525–548
Yi S, Zhou Z (2011) Increasing contamination might have delayed spring phenology on the Tibetan Plateau. P Natl Acad Sci USA 108:E94
Yu H, Luedeling E, Xu J (2010) Winter and spring warming result in delayed spring phenology on the Tibetan Plateau. P Natl Acad Sci USA 107:22151–22156
Zeng Q, Yang B (2016) Comparing meteorological records between mountainous and valley bottom sites in the upper reaches of the Heihe River, northwestern China: implications for dendroclimatology. Theor Appl Climatol 128(1–2):407–419
Zhang G, Zhang Y, Dong J, Xiao X (2013) Green-up dates in the Tibetan Plateau have continuously advanced from 1982 to 2011. P Natl Acad Sci USA 110:4309–4314