物候研究:最熟悉的「陌生人」

2021-01-10 中國天氣

每年7月至9月是坦尚尼亞的旱季。為了追逐水源和青草,以角馬為主的數以百萬計的食草動物從坦尚尼亞的塞倫蓋蒂草原向肯亞馬賽馬拉遷徙。到了10月,它們開始陸續返回坦尚尼亞境內。由於近期塞倫蓋蒂草原較往年更為乾旱,野生動物們再次光臨正值小雨季的馬賽馬拉。

非洲大陸上這一年中極為少見的「二次」遷徙,在物候學家看來更有著特殊的意義。

「生物是環境變化的忠實記錄者,隨著全球變暖的加劇,越來越多的生物將改變生活節奏。」中科院地理資源所自然環境變化與格局研究室副主任、「中國物候觀測網」副主任戴君虎在接受科技日報記者採訪時表示,物候學正是捕捉、研究這些變化,並且從這一點一滴的變化中,探尋氣候乃至整個生態環境的全球之變。

作為一門起源於我國的古老學科,物候學在全球氣候變化的背景下,越來越受到關注,相較於國際熱度,近年來我國的相關研究卻顯得有些力量單薄,對於公眾甚或一些科研人員,這項研究好似一個最熟悉的「陌生人」。

何為「物候學」

讀懂「大自然的語言」,服務農業生產科學研究

物候學,被視為是「大自然的語言」和全球變化的「診斷指紋」。它的研究對象包括各種植物的發芽、展葉、開花、葉變色、落葉等;候鳥、昆蟲及其它動物的遷移、始鳴、終鳴、始見、絕見等;也包括一些周期性發生的自然現象,如初雪、終雪、初霜、終霜、融冰及河湖的封凍、融化、流凌等。通過認識自然季節現象變化的規律,以服務於農業生產和科學研究。

2011年6月,《自然—氣候變化》雜誌「研究亮點」欄目刊登了以「北京花開」為題目的物候研究報導,中國科學院地理科學與資源研究所戴君虎和葛全勝物候研究組關於北京春季花期與氣候突變關係的研究顯示,近50年「北京花開提前與氣溫變化趨勢一致」。他們在中國春季物候發生機制、植物物候時空變化規律和未來物候變化預測等方面取得顯著進展,在學科領域引起較大關注。

淵源有多深

3000年前我國已有系統物候歷

在我國,物候一詞最早見於南朝梁簡文帝的《皖春賦》,賦中說:「嗟時序之回翰,嘆物候之推移」。但在未有「物候」一詞之前,人們早已有物候的概念和認識了。戴君虎舉例說,例如甲骨文的「春」、「秋」兩字,「春」字像樹木抽出的柔枝嫩葉,「秋」字像禾穗成熟下垂,而抽枝條,禾成熟就是物候。

戴君虎告訴科技日報記者, 3000年前,我國已經出現了像《夏小正》這樣的系統的物候歷。因為當時的天文曆法剛剛萌芽,因此這樣的物候歷就是當時曆法的主體。

春秋時期及其以後,天文曆法漸趨成熟,特別是從24節氣的出現,掌握農時靠節氣加物候,是節氣和物候歷長期並存和相互補充的時期,一般以節氣作為平均農時,因為氣候是變化的,不同年分季節有早晚,物候歷和物候指標用來調整農時,以適應氣候年度變化。

從上世紀三十年代開始,經我國著名氣象學家竺可楨大力提倡,中國物候作為農業氣象學和生態學的現代邊緣學科而發展起來,並廣泛的應用於農業生產和科學研究。

1962年,中國物候觀測網建立,60多個觀測點基本覆蓋全國。文革期間,物候觀測網觀測一度中斷,至上世紀90年代中期,由於種種原因,物候網的部分站點開始萎縮。2002年起,中科院地理資源所葛全勝研究員等自籌經費恢復了中國物候觀測網部分站點的觀測。苦苦支撐十年後,2011年中科院正式批准恢復,中國物候觀測網獲得穩定支持。

日前,在北京頤和園內一套自行設計、專門針對植物物候的多光譜自動觀測地面傳感器安裝調試完畢,標誌著中國物候觀測網的數據來源不再僅通過人工觀測獲得,也開始輔之以儀器自動監測。

意義有多大

形成研究平臺,帶動相關學科突破創新

「人類在面對劇烈的環境變化,對資源利用程度也遠較歷史時期更高,因而,物候變化研究也有著更為廣泛的應用前景。」戴君虎介紹說,如在農業新品種的培育、花粉預報與花粉過敏疾病及相關傳染疾病的防治、植物觀賞物候期(如花期、葉變色期等等)的搭配與園藝景觀設計、關鍵花期的預報與旅遊活動規劃等等都與自然物候變化密切相關。

前段時間,北京香山公園的紅葉吸引了數十萬遊客登高賞秋,而公園發布的「紅葉觀賞指數」為遊客提供了準確的出行參考,這個指數正是物候觀測得出的結果。

在Science雜誌一年一度的「十大科技突破」欄目中,2001年以後的連續幾年內都有物候學和物候與氣候變化的研究議題入選。戴君虎認為,這說明物候學研究不但已經成為了相關學科進行交叉和融合的重要研究平臺,而且也是帶動相關學科進行創新的重要力量。

差距在哪裡

國內工作零星進行,深度廣度都不夠

目前,國外已建立了多個強大的物候資料共享網絡,其中影響較大的有十餘個,例如英國物候觀測網有200多個站點,100餘個物種,每年存檔數據10萬餘條,最早記錄至1753年;美國物候觀測網有7500餘個站點,371種植物,76種動物,每年存檔數據18萬條,已積累資料近100萬餘條,最早記錄至1936年。

2007年,IPCC《第四次評估報告》採用大量物候研究結論,證明「氣候變化已對自然環境產生了可覺察的影響」,但報告幾乎無中國地區引文。

「中國在氣候變化的影響研究上還缺少發聲。」戴君虎認為,在應用和認識上,我們與國外基本一致,但國內的工作仍是零星和有限的,深度和廣度都不夠。由於很長一段時間缺少重大研究項目的支持,目前大多數物候研究成果多停留在單站點(如北京、西安、民勤等)或局部區域(如華北平原)的植物春季物候變化分析上,只有少數的工作涉及全國或較大區域,國家尺度上植物物候的薈萃分析還很缺少。

戴君虎建議,在現有基礎上,我國物候觀測數據的渠道需要得到拓寬。目前的觀測雖然有專門的人員,但是人數十分有限。可以借鑑國外物候研究的先進經驗,最大程度地利用便捷的通訊技術來收集廣大志願者的觀測結果;將民間物候愛好者、中小學生和大學生志願者的業餘物候觀測結果,通過網際網路等工具收集、整理後加以利用。

戴君虎表示,不久將上線的「中國物候觀測網系統」有數據上報功能,歡迎大家屆時關注和上傳自己的觀測結果。

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