在新的动画地图中观看地球四季如何改变地球面貌

科学家利用 20 年的卫星图像绘制了全球植物生长周期的时间。

四季的年度时钟——冬、春、夏、秋——通常被认为是理所当然的。但我们在《自然》杂志上发表的新研究，采用了一种从卫星观测季节性生长周期的新方法，表明这种观念过于简单。

我和同事们对地球陆地生态系统的季节循环进行了前所未有的深入描绘。这揭示了世界各地季节性不同步的“热点”——在这些区域，相邻地点的季节循环时间可能不同步。

然后我们表明这些时间上的差异可能会产生令人惊讶的生态、进化甚至经济后果。

从太空观察四季

季节决定了生命的节奏。包括人类在内的生物会调整其年度活动的时间，以利用一年中不断变化的资源和环境条件。

对这一时间的研究被称为物候学，是人类观察自然的一种古老形式。但今天，我们也可以从太空观察物候学。

凭借数十年的卫星图像档案，我们可以利用计算技术更好地理解植物生长的季节周期。然而，目前的方法通常基于简单的季节周期和明显的生长季节假设。

这种方法在欧洲大部分地区、北美以及其他冬季寒冷的高纬度地区效果很好。然而，这种方法在热带和干旱地区可能会遇到困难。在这些地区，基于卫星的植物生长估算值在一年中可能会有细微的变化，没有明确的生长季节。

通过对20年来的卫星图像进行新的分析，我们绘制了一张更清晰的全球植物生长周期图。除了一些意料之中的模式，例如高纬度和高海拔地区春季延迟，我们还发现了一些意料之外的现象。

世界各地植物生长的平均季节周期。每个像素的颜色在一年中从最小值（棕褐色）变化到最大值（深绿色）。

地球的五个地中海气候区呈现出一种令人惊讶的模式，冬季温和湿润，夏季炎热干燥。这些地区包括加利福尼亚、智利、南非、澳大利亚南部以及地中海本身。

这些地区都呈现出一种“双峰”季节模式，此前加州也曾记录过这种模式，因为森林生长周期的峰值往往比其他生态系统晚大约两个月。这些地区的植物生长时间也与邻近的旱地截然不同，旱地夏季降水更为常见。

这种复杂的季节性活动模式组合解释了我们研究的一个主要发现：地中海气候及其邻近的旱地是季节性活动不同步的热点地区。换句话说，在这些地区，邻近地区的季节周期可能存在显著差异。

例如，考虑一下亚利桑那州凤凰城（冬季和夏季降雨量相似）和仅 160 公里外的图森（大部分降雨来自夏季季风）之间的明显差异。

季节性不同步的热点：颜色越亮，表示季节性活动时间在短距离内变化较大的区域。图片来源： Terasaki Hart 等人/《自然》

其他全球热点地区主要出现在热带山区。我们在那里观察到的季节不同步的复杂模式可能与山区影响气流的复杂方式有关，从而决定了当地季节性降雨和云层的模式。这些现象目前仍不太为人所知，但可能对这些生物多样性极其丰富的地区物种分布至关重要。

识别全球季节模式不同步的区域是我们开展这项研究的初衷。我们发现这些区域与地球许多生物多样性热点地区（动植物物种数量众多的地区）重叠，这或许并非巧合。

在这些地区，由于邻近地区植物生长的季节性周期可能不同步，资源的季节性供应也可能不同步。这将影响许多物种的季节性繁殖周期，并可能带来深远的生态和进化后果。

其中一个后果是，生殖周期不同步的种群不太可能进行杂交。因此，这些种群预计会出现基因分化，甚至可能最终分裂成不同的物种。

如果这种情况在任何特定时期发生在哪怕一小部分物种身上，那么从长远来看，这些地区将产生大量的生物多样性。

我们还不知道这是否真的发生了。但我们的工作迈出了寻找答案的第一步。

我们表明，对于多种植物和动物物种，我们的卫星地图可以预测植物开花时间和邻近种群之间遗传相关性的明显地面差异。

我们的地图甚至预测了哥伦比亚咖啡产区的复杂地理环境。在这里，隔着一天车程翻山越岭就能到达的咖啡农场，其繁殖周期甚至可能相差甚远，仿佛相隔半个地球。

了解时空的季节模式不仅对进化生物学至关重要，它对于理解动物迁徙的生态学、气候变化对物种和生态系统的影响，甚至农业和其他人类活动的地理分布也至关重要。

想了解更多？您可以通过这张交互式在线地图，更详细地了解我们的研究成果。

本文转载自《对话》（The Conversation），并遵循知识共享许可协议。阅读原文。