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气候变化对动物物候变化的影响的分析

原文：Analysis of the Impact of Climate Change on the Phenology of Animals

Zhai Gui-ming, Li Zhen-guo, Wang Ming-tao

中国山东省惠民气象站

摘要

在使用线性回归和相关性分析的方法下，分析了惠民县1980—2008年的平均温度、日照、降水以及五种动物物候的变化特征。在此基础上，分析了动物物候现象和月温度、日照以及降水的相关性。基于气候因子的动物物候现象的成因也得到讨论。

关键词

气候 物候 动物 影响分析 中国

物候是专门研究一段时期内动植物生命更替及其如何被季节性、年际性气候变化影响的学科。作为世界上拥有最早物候记录的国家，中国的物候研究始于周朝。现代全球气候变化引起了国际社会的关注。许多科学家注意到全球变暖对动物物候的影响。因为气温的增加，物候现象都比以往提前了。但是，物候的变化不只是气温变化的反映，其他的气候因子同样经过了变化。动物物候不止受气温影响。所以，关于动物物候变化的研究需要仔细考虑所有的气候因子的变化。我们从山东省惠民气象站选取了自1980年起的动物物候资料以及相关的气象信息。在分析28年间气候和动物物候变化的基础上，我们撰写了关于气候因子，如降水、气温和日照对动物物候的影响的论文。

1数据及来源

1.1的选择

我们从山东省惠民气象站选择了1980—2008年间有关动物物候和相关的气象信息。气象信息包含了每日的降水、日照和平均气温。有关动物物候的数据则在表1中给出。

1.2数据处理过程

物候观测数据必须经过标准化来获得累计天数。在使用线性回归和相关性分析的方法下，我们分析了全年的月平均温度、日照、降水以及动物物候的变化特征。我们计算出每种气象因子和每种动物物候之间的协相关系数。最后我们分析了每种气象因子的变化如何影响每一种动物物候特征。

2结果及分析

2.1关于气象以及动物物候变化的分析

如图1所示，在1980—2008年，惠民的平均气温每年上升0.062摄氏度，尤其在二月和三月上升最明显。从季节的角度看，冬季的温度经历了最明显的上升，其次是秋季和春季。夏季温度则经历最小幅度的上升。这种变暖趋势在一年中每个月都有所体现。全年日照时数则每年减少7.87小时。除了日照时数增加的二月、三月和五月，其余月份日照时数都减少，尤其是七月、八月、九月和十月。降水则每年增加1.315毫米，其中五月到九月占全年降水的83%。七月和八月的降水量有减少趋势，同时，五月、六月、九月和十月的有增加趋势。从季节来看，夏季降水减少而春、秋、冬季降水增多。尤其秋季增多趋势最明显。近几十年来，此处的气温变化与全国的气温变化趋势一致。日照时数与黄河流域大多数地区减少的趋势一致。年降水量从1980年有增加趋势但与全国主要地方相比趋势不大。然而，夏季的降水减少和中国主要地方相似。这些都表明自1980年，在全球背景下，气候变化有一致趋势但存在局部差异。

在全球气候变化的背景下，惠民县的5种动物物候也出现了不同变化。家燕比以往提前出现，也比以往晚离开。蝉和蛙和鸣叫也比以往提前，蝉鸣结束推迟，蛙鸣结束提前。另外，蟋蟀和布谷鸟鸣叫的开始和结束都推迟了（表3）。因此，升高的温度不能带来所有的动物物候提前，而且这些气象因子对动物们有着不同的作用，基于不同的动物适应气象因素的方式是不同的。

2.2气象因子对惠民县动物物候的影响

2.2.1气温的影响

此影响主要反映在以下方面：一方面，气温直接影响了动物的体温和新陈代谢过程，此影响到动物的成长、繁殖和行为。另一方面，气温通过影响作物的生长从而影响了动物的食物来源和栖息环境。因此，气温与动物物候有着必然联系。

如图1所示，家燕归来的平均日期为3月30日，显示了与每月平均气温的负相关关系，除了10月份。特别的，这关系在3月和9月达到最显著。这是因为，在3月，家燕开始从南边往北边迁徙，同时上升的气温提供了充足的食物供应。在9月，家燕开始从北边往南边迁徙，较高的温度却是对家燕的出现如此重要。可能因为如此，家燕在遗传上已经具备了适应外部环境的因子。此时的温度上升能预测下一年燕子的到来。燕子消失的平均日期是10月22日，显示了与每月平均气温的正相关关系。尤其在4月，达到最显著水平。因此，我们了解到，上升的气温能推前燕子的到来和延迟燕子的离开。

蝉一般在6月23日开始鸣叫，同时显示了与每月平均气温的负相关关系，这个关系在4月和5月最明显。这段时期的气温升高会缩短蝉的幼年期而提前成熟，从而提前鸣叫。蝉一般在9月18日结束鸣叫，显示了与每月平均气温的正相关性。尤其在九月显示了最显著水平。因此，升高的温度延长蝉的生命同时延迟鸣叫的结束。

蛙一般在3月3日开始鸣叫，显示了与每月平均气温的负相关性，这点尤其在一月、二月和三月达到最显著水平。在三月，这时的温度影响着蛙的冬眠。越高的温度，冬眠越早结束，因此越早开始鸣叫。蛙一般在10月7日结束鸣叫，显示了与7月、9月10月和冬天的平均气温的正相关关系。虽然那时的关系并不显著，仍能解释较高的温度能推迟蛙的鸣叫结束。关于蛙的结束鸣叫的平均数据显示了与其他月份平均气温的负相关性，尤其是5月。4月是蛙鸣开始的时期。这可能因为动物的生长时期的持续是基因在表达上适应环境的结果，已经稳定。此外，外部环境的改变只能带来有限的影响。因此，开始鸣叫的发生也影响了鸣叫结束。

蟋蟀一般在7月27日开始鸣叫，显示出了与每月平均气温的正相关关系。这点在3月最明显，正是蟋蟀的幼年期。这时，升高的温度提前了冬季的卵的孵化同时带来鸣叫的提早。蟋蟀的结束鸣叫一般在10月31日，与10月和11月的平均气温达到最显著关系。其中11月最显著，揭示着那时的温度升高推迟了蟋蟀的鸣叫结束。

布谷鸟一般在5月17日开始鸣叫，但在每个月都没有与平均气温有明显相关水平。但与五月平均气温的负相关表明，那时的气温升高能推前布谷鸟的开始鸣叫。平均来说，布谷鸟在7月21结束鸣叫，与除了4月与5月的所有月份的平均气温呈正相关，表明上升的温度能推迟布谷鸟的结束鸣叫。然而，它与10月平均气温达到最大相关水平的原因，尚未知晓。

2.2.2日照对动物物候的影响

日照是地球上所有生活的能量来源。它的波长、强度和持续时间能影响着动物成长。此外，当植物是动物的直接或间接食物的时候，植物依赖阳光来进行光合作用来生产有机物。因此，通过影响植物的生长，光照能影响动物的生存和发展。

如图2所示，有时日照对动物物候的影响超过气温对其的影响，意味着除了日照时数对气温的作用，日照本身也对动物物候有影响。在4月和10月，家燕的出现与日照时数有正相关性，同时4月的日照时数达到最显著水平，意味着在4月增加的日照时数延迟了家燕的出现。然而，每个月的日照时数与家燕的消失并没有明显相关性，反映了不同时候的日照对燕子的迁徙作用不同。日照时数通常与布谷鸟的开始鸣叫有着负相关性，但也没达到明显地步。4月和7月的日照与布谷鸟的结束鸣叫有显著负相关性。那时候的温度升高会提前结束布谷鸟的鸣叫。基于布谷鸟的迁徙和早期日照的显著关系，我们认为鸟类的迁徙与光作用有关系。

蝉的开始鸣叫和结束鸣叫则与日照时数没有明显的相关性。可能是因为在蝉出现在视野前，它的幼年生活在地下，较少与受外界影响。同时蝉的结束鸣叫并不对日照改变敏感。八月的日照与开始鸣叫有负相关性，并达到最显著。当此时是早期的鸣叫时，这意味着日照促进虫类的生长。蟋蟀的结束鸣叫显示了与日照时数的显著负相关性。增多的日照时数带来蟋蟀结束鸣叫的提前。考虑到蟋蟀的生理有一定稳定性，鸣叫的提前也影响着鸣叫的结束。

蛙的鸣叫开始与二月的日照时数有显著的负相关关系。增加的日照带来蛙的开始鸣叫提前。但鸣叫的结束没能与每个月的日照呈显著关系，意味着蛙的结束鸣叫对日照不敏感。

2.2.3降水对动物物候的影响

水分不仅是动物生理的成分，同时也参与动物身体的新陈代谢。众所周知，水对动物的所有活动和物理过程至关重要。然而，对于水的作用，大多数动物能通过自己的物理机制和行为来调控。正如图3所示，降水对惠民县的5种动物物候的影响小过温度和日照的影响。除了7月的降水和蝉的开始鸣叫关系，以及7月、9月和12月的蛙结束鸣叫和降水关系，其他的都没有达到显著水平。

降水对动物物候的影响因动物和时间而异。在以上5种动物物候中，只有蟋蟀的开始鸣叫和蛙的结束鸣叫与7月的降水有正相关性，与9月和12月的降水有负相关性。此外，在12月与降水达到最显著水平。其他的动物物候则与每月降水量的相关性更不显著。因此，能看出不同的动物对水的需求量不同。同样一种动物，在不同成长阶段对水的需求程度也不同。长时间尺度的降水对物候现象的影响及程度仍然不清楚，因此还需要更多的探索。

3结论

第一，从1980—2008年，每年平均气温上升0.062摄氏度，其中气温在二月上升最明显，其次是三月。从季节的角度来看，冬季的气温经历了最显著地上升，其次是秋季和春季。夏季则经历最少的温度上升。变暖的趋势在一年中每个月都有体现。全年日照时数则每年下降了7.87小时。除了二月、三月和五月的时数增加，其他月份的日照时数都下降了，尤其是七月、八月、九月和十月的。年降水量则每年增加1.315毫米，降水主要集中在5月到9月，占全年83%。7月和8月的降水有减少趋势，5月、6月、9月和10月的则有增加趋势。

第二，基于全球气候变化的影响，惠民县5种动物物候已经发生变化：家燕比以往更早出现，也更晚消失；蝉和蛙的鸣叫比以往更早听到，蝉的结束鸣叫推迟了，而蛙的结束则提前。此外，蟋蟀和布谷鸟的鸣叫开始和结束都推迟了。

第三，气温、日照和降水都对所有动物物候有影响，但影响程度各异。动物物候的变化是气象各因子的共同结果。温度的升高不能带来所有动物的物候提前，在惠民县，例如蟋蟀和候鸟如布谷鸟，都有因温度上升而产生的物候上的推迟。

第四，对物候温度有较明显的作用，日照和降水有较少的作用。气象因子对动物物候的影响有明显的惯性反应，也就是说，在不活跃阶段，气象因子对动物物候在该年有明显的作用。

原文（外文）参考文献

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