Биологиялық циклдардың уақыты мен маусымдық өзгерістерді зерттеу
Phenology
Фенология: маусымдық биологиялық циклдар, климат өзгерулері, және табиғаттағы өзгерістерді зерттеу. Өсімдіктер мен жануарлардың тіршілік ырғағын анықтау.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Биологиялық оқиғалардың уақытын зерттеу
Study of the timing of biological events
Фенология – биологиялық өмірлік циклдердегі кезеңдік оқиғаларды және олардың климаттың маусымдық және жылдық ауытқуларына, сондай-ақ тіршілік ортасы факторларына (мысалы, биіктік) қалай тәуелді екенін зерттейтін ғылым. Мысалдарға жапырақтар мен гүлдердің жайылған күні, көбелектердің алғашқы ұшуы, көшпенді құстардың алғашқы пайда болуы, жапырақты ағаштарда жапырақтардың түсі өзгеріп, түсу күні, құстар мен қосмекенділердің жұмыртқа салу күндері немесе қоңыржай аймақтағы бал арасы колонияларының даму циклінің уақыты жатады. Экология саласындағы ғылыми әдебиеттерде бұл термин кез келген маусымдық биологиялық құбылыстардың мерзімін, соның ішінде соңғы пайда болу күндерін көрсету үшін қолданылады (мысалы, түрдің маусымдық фенологиясы сәуірден қыркүйекке дейін созылуы мүмкін). Көптеген мұндай құбылыстар климаттың, әсіресе температураның шағын өзгерістеріне өте сезімтал болғандықтан, фенологиялық жазбалар тарихи климатологияда, әсіресе климаттың өзгеруі мен жаһандық жылынуды зерттеуде температураның пайдалы көрсеткіші болуы мүмкін. Мысалы, Еуропадағы жүзім жинау туралы шарап шаруашылығы деректері 500 жылдан астам уақытқа созылған жазғы өсу маусымдарының температурасын қайта құру үшін пайдаланылды. Фенологиялық бақылаулар құралдық өлшемдерге қарағанда ұзақ тарихи негізді қамтамасыз етумен қатар, жаһандық жылынумен байланысты жүріп жатқан өзгерістердің жоғары уақыттық шешімін де ұсынады.
Phenology is the study of periodic events in biological life cycles and how these are influenced by seasonal and interannual variations in climate, as well as habitat factors (such as elevation). Examples include the date of emergence of leaves and flowers, the first flight of butterflies, the first appearance of migratory birds, the date of leaf colouring and fall in deciduous trees, the dates of egg laying of birds and amphibia, or the timing of the developmental cycles of temperate zone honey bee colonies. In the scientific literature on ecology, the term is used more generally to indicate the time frame for any seasonal biological phenomena, including the dates of last appearance (e. g., the seasonal phenology of a species may be from April through September). Because many such phenomena are very sensitive to small variations in climate, especially to temperature, phenological records can be a useful proxy for temperature in historical climatology, especially in the study of climate change and global warming. For example, viticultural records of grape harvests in Europe have been used to reconstruct a record of summer growing season temperatures going back more than 500 years. In addition to providing a longer historical baseline than instrumental measurements, phenological observations provide high temporal resolution of ongoing changes related to global warming.
Этимология
Бұл сөз грек тіліндегі φαίνω (phainō) – "көрсету, жарыққа шығару, пайда ету" және λόγος (logos) – "зерттеу, сөз, ой-пікір" сөздерінен алынған. Фенологияның негізінен тіршілік құбылыстарының жылдық цикліндегі алғашқы пайда болу мерзімдерін зерттеумен айналысатынын көрсетеді. Бұл терминді алғаш рет Лиеж университетінің (Бельгия) ботаника профессоры Шарль Франсуа Антуан Моррен қолданған. Моррен Адольф Квелеттің шәкірті болды. Квелет Брюссельдегі Бельгия Корольдік обсерваториясында өсімдіктердің фенологиялық байқауларын жүргізді. Ол "осы мәселеде 19 ғасырдың трендсеттерлерінің бірі" саналады. 1839 жылы ол алғашқы байқауларын бастады және 1840-1870 жылдар аралығында Бельгия мен Еуропа бойынша 80-ге жуық станциядан тұратын желі құрды. Моррен 1842 және 1843 жылдары Квелеттің "Периодикалық құбылыстар туралы байқаулар" (Observations des Phénomènes périodiques) еңбегіне қатысты және алғаш рет ботаникалық құбылыстарға қатысты байқауларды "антохронологиялық байқаулар" деп атауды ұсынды. Бұл термин 1840 жылы Карл Йозеф Кройцермен қолданылған болатын. 16 желтоқсан 1849 жылы Моррен Брюссельдегі Бельгия Корольдік ғылым, әдебиет және көркем өнер академиясында "фенология" терминін алғаш рет қолданып, оны "уақытпен реттелген тіршіліктің көрінісін білуді мақсат ететін арнайы ғылым" деп сипаттады. Төрт жылдан кейін Моррен "Фенологиялық естеліктер" жариялады. Бұл термин келесі онжылдықтарда кеңінен таралмаған болуы мүмкін. 1899 жылы "Зоолог" журналында Сараевода өткен орнитологиялық мәжіліс туралы мақалада "фаэнология мәселелері" талқыланғанда, редактор Уильям Лукас Дистанттың қосымша жазбасында: "Бұл сөз сирек қолданылады, және бізге өте беделді тұлға оны "бақылау биологиясы" деп анықтауға болатынын, ал құстарға қатысты, осы мақаладағыдай, құстардың пайда болуын бақылау ғылымын білдіруі мүмкін" делінген.
The word is derived from the Greek φαίνω (phainō), "to show, to bring to light, make to appear" + λόγος (logos), amongst others "study, discourse, reasoning" and indicates that phenology has been principally concerned with the dates of first occurrence of biological events in their annual cycle. The term was first used by Charles François Antoine Morren, a professor of botany at the University of Liège (Belgium). Morren was a student of Adolphe Quetelet. Quetelet made plant phenological observations at the Royal Observatory of Belgium in Brussels. He is considered "one of 19th century trendsetters in these matters." In 1839, he started his first observations and created a network over Belgium and Europe that reached a total of about 80 stations in the period 1840–1870. Morren participated in 1842 and 1843 in Quetelets 'Observations of Periodical Phenomena' (Observations des Phénomènes périodiques), and at first suggested to mention the observations concerning botanical phenomena "anthochronological observations". That term had already been used in 1840 by Carl Joseph Kreutzer. On 16 December 1849, Morren used the term 'phenology' for the first time in a public lecture at the Royal Academy of Science, Letters and Fine Arts of Belgium in Brussels, to describe "the specific science which has the goal to know the manifestation of life ruled by the time." Four years later, Morren published "Phenological Memories". The term may not have been common in the decades to follow, as in an article in The Zoologist of 1899 describing an ornithological meeting in Sarajevo, where "questions of Phaenology" were discussed, a footnote by the Editor, William Lucas Distant, says: "This word is seldom used, and we have been informed by a very high authority that it may be defined as "Observational Biology", and as applied to birds, as it is here, may be taken to mean the study or science of observations on the appearance of birds".
Тарихи
Фенологиялық құбылыстарды бақылау ежелгі ауыл шаруашылығы дәуірлерінен бері табиғи күнтізбенің қалай дамып келе жатқанына меңзеу жасады. Көптеген мәдениеттерде іс-қимыл жасау уақытын көрсететін дәстүрлі фенологиялық мақал-мәтелдер мен айтыстар бар: "Шегір ақтай түссе, құрғақ не ылғал болсын, арпа егіңіз" немесе болашақ климатты болжауға тырысу: "Емен күлден бұрын гүлдесе, жаңбыр шашырап, су ағып кетеді. Күл еменнен бұрын гүлдесе, ыстық пен түтінге дайындалыңыз". Бірақ мұндай белгілер өте сенімді емес, себебі осы өлеңнің басқа да нұсқалары бар: "Егер емен күлден бұрын гүлдесе, жаз ылғалды да шашырақты болады; егер күл еменнен бұрын гүлдесе, жаз отты да түтінді болады". Теориялық тұрғыдан алғанда, бұл екеуі бір-бірін жоққа шығармайды, себебі біреуі дереу болатын жағдайды, екіншісі болашақ жағдайды болжайды. АҚШ Геологиялық қызметінің (USGS) Патукстент жабайы табиғатты зерттеу орталығындағы (PWRC) Солтүстік Америка құстарының фенологиялық бағдарламасы Солтүстік Америкадағы 870-тен астам түрдің 1880-1970 жылдар аралығындағы құстардың келуі мен кетуінің миллиондаған жазбаларын сақтайды. Бұл бағдарламаны бастапқыда Уэллс В. Кук бастаған, және сол кездегі көптеген белгілі табиғат зерттеушілерін қоса алғанда, 3000-нан астам бақылаушы қатысты. Бағдарлама 90 жылға созылды және 1970 жылы PWRC-де жаңа бағдарламалардың басымдыққа ие болуымен аяқталды. 2009 жылы бағдарлама қайта жандандырылды, мақсаты жазбаларды цифрлық форматқа көшіру болды. Қазір әлемдік азаматтардың көмегімен әрбір жазба қоғамға қолжетімді деректер базасына енгізілуде. Ағылшыз табиғат зерттеушілері Гилберт Уайт пен Уильям Марквик 1768 мен 1793 жылдар аралығында 25 жыл бойы 400-ден астам өсімдік және жануар түрлерінің маусымдық оқиғаларын баяндады. Гилберт Уайт – Гэмпширдегі Селборн қаласында, ал Уильям Марквик – Сассекстегі Батл қаласында жұмыс істеді. Уайттың "Селборнның табиғи тарихы және ескілігі" кітабындағы деректер әр оқиғаның 25 жыл ішіндегі ең ерте және соңғы күндері ретінде келтірілген; сондықтан жылдық өзгерістерді анықтау мүмкін емес. Жапония мен Қытайда шие және шабдалы ағаштарының гүлдеу уақыты ежелгі мерекелермен байланысты, ал кейбір жазбалар сегізінші ғасырға дейін жетеді. Мұндай тарихи жазбалар, принципі бойынша, құралдық жазбалар пайда болғанға дейінгі климатты бағалауға мүмкіндік береді. Мысалы, Бургундиядағы пино нуар жүзімінің егін жинау күндері туралы жазбалар 1370 жылдан 2003 жылға дейінгі көктем-жаз температурасын қайта құру үшін қолданылды; 1787-2000 жылдар аралығындағы қайта құрылған мәндер Париждің құралдық деректерімен шамамен 0,75 сәйкес келеді.
Observations of phenological events have provided indications of the progress of the natural calendar since ancient agricultural times. Many cultures have traditional phenological proverbs and sayings which indicate a time for action: "When the sloe tree is white as a sheet, sow your barley whether it be dry or wet" or attempt to forecast future climate: "If oak's before ash, you're in for a splash. If ash before oak, you're in for a soak". But the indications can be pretty unreliable, as an alternative version of the rhyme shows: "If the oak is out before the ash, 'Twill be a summer of wet and splash; If the ash is out before the oak, 'Twill be a summer of fire and smoke." Theoretically, though, these are not mutually exclusive, as one forecasts immediate conditions and one forecasts future conditions. The North American Bird Phenology Program at USGS Patuxent Wildlife Research Center (PWRC) is in possession of a collection of millions of bird arrival and departure date records for over 870 species across North America, dating between 1880 and 1970. This program, originally started by Wells W. Cooke, involved over 3,000 observers including many notable naturalists of the time. The program ran for 90 years and came to a close in 1970 when other programs starting up at PWRC took precedence. The program was again started in 2009 to digitize the collection of records and now with the help of citizens worldwide, each record is being transcribed into a database which will be publicly accessible for use. The English naturalists Gilbert White and William Markwick reported the seasonal events of more than 400 plant and animal species, Gilbert White in Selborne, Hampshire and William Markwick in Battle, Sussex over a 25 year period between 1768 and 1793. The data, reported in White's Natural History and Antiquities of Selborne are reported as the earliest and latest dates for each event over 25 years; so annual changes cannot therefore be determined. In Japan and China the time of blossoming of cherry and peach trees is associated with ancient festivals and some of these dates can be traced back to the eighth century. Such historical records may, in principle, be capable of providing estimates of climate at dates before instrumental records became available. For example, records of the harvest dates of the pinot noir grape in Burgundy have been used in an attempt to reconstruct spring–summer temperatures from 1370 to 2003; the reconstructed values during 1787–2000 have a correlation with Paris instrumental data of about 0.75.
Ұлыбритания
Роберт Маршам, қазіргі заманғы фенологиялық жазбалардың негізін қалаушы, 1736 жылдан бастап Норфолк графтығындағы Страттон-Страулесс иелігінде "көктемнің белгілері" туралы жүйелі жазбалар сақтаған бай жер иесі болды. Бұл гүл ашу, бүршік жару, жәндіктердің пайда болуы немесе ұшып кетуі сияқты құбылыстардың алғашқы тіркелген күндері болды. Маршам отбасының буын-буыны бірдей оқиғалардың немесе "фенофазалардың" тұрақты жазбаларын беспрецедентті ұзақ мерзімге сақтап келді, бұл 1958 жылы Мэри Маршамның қайтысымен аяқталды, осылайша үрдістерді байқауға және оларды ұзақ мерзімді климаттық деректермен байланыстыруға мүмкіндік туды. Деректер жылы және суық жылдарға сәйкес келетін күндердің айтарлықтай өзгешелігін көрсетеді. 1850 мен 1950 жылдар аралығында климаттың біртіндеп жылынуының ұзақ мерзімді үрдісі байқалады, және осы кезеңде Маршамның емен жапырақтарының жаю күндері туралы жазбалары ертерек тіркелді. 1960 жылдан кейін жылыну қарқыны үдеді, бұл Суррейдегі Жан Комбс жинаған деректерде көрсетілген емен жапырақтарының ертерек жаюымен расталады. Соңғы 250 жылда еменнің алғашқы жапырақ жаю мерзімі шамамен 8 күнге ығысты, бұл осы кезеңдегі 1,5°C шамасындағы жалпы жылынуға сәйкес келеді. 19 ғасырдың соңында өсімдіктер мен жануарлардың пайда болуы мен дамуын бақылау ұлттық хоббиге айналды, ал 1891 мен 1948 жылдар аралығында Корольдік метеорологиялық қоғам (RMS) Британ аралдарында фенологиялық жазбалар бағдарламасын ұйымдастырды. Кейбір жылдары 600-ға жуық бақылаушы есептер тапсырды, ал орташа көрсеткіш бірнеше жүз адамды құрады. Осы кезеңде 11 негізгі өсімдік фенофазасы 1891 жылдан 1948 жылға дейінгі 58 жыл ішінде тұрақты түрде тіркелді, ал 1929 мен 1948 жылдар аралығындағы 20 жыл ішінде тағы 14 фенофаза тіркелді. Есептер жыл сайын RMS журналының төрттік санында "Фенологиялық есептер" деп аталатын жинақ түрінде жарияланды. Джеффри (1960) 58 жылдық деректерді қорытындылады, олар гүл ашу күндері 21 күнге ерте және 34 күнге кешігуі мүмкін екенін көрсетті, жазғы гүлдейтін түрлерде ең ерте, ал көктемгі гүлдейтін түрлерде ең кеш тіркелді. Барлық 25 түрде барлық фенологиялық оқиғалардың уақыты температурамен байланысты, бұл климаттың жылынуымен фенологиялық оқиғалардың ертерек пайда болуы мүмкін екенін көрсетеді. Фенологиялық есептер 58 жылдан кейін 1948 жылы күрт тоқтатылды, ал Ұлыбритания климаттың өзгеруі айқын бола бастаған кезде, шамамен 50 жыл бойы ұлттық жазбалар жүйесіз қалды. Осы кезеңде жеке бақылаушылар маңызды үлес қосты. Табиғатты зерттеуші және жазушы Ричард Фиттер 1954 мен 1990 жылдар аралығында Оксфордширде британдық гүлді өсімдіктердің 557 түрінің алғашқы гүл ашу күнін (FFD) тіркеді. 2002 жылы Science журналында жарияланған мақаласында Ричард Фиттер және оның ұлы Алистер Фиттер "Британиядағы 385 өсімдік түрінің орташа FFD саны өткен онжылдықта алдыңғы төрт онжылдықпен салыстырғанда 4,5 күнге ығысқан" екенін анықтады. Олар FFD температураға сезімтал екенін, жалпыға бірдей келісілгендей, "қазір Ұлыбританияда 150-ден 200-ге дейін түрлер бұрынғыға қарағанда 15 күнге ертерек гүлдеуі мүмкін" және бұл ертерек FFD экожүйе мен эволюциялық салдарларға әкеледі деп атап өтті. Шотландияда Дэвид Грисентвейт 1984 жылдан бері газонды қырқып жүрген күндерін мұқият жазып отырды. Оның алғашқы қырқуы 2004 жылы 1984 жылғыға қарағанда 13 күн бұрын, ал соңғы қырқуы 17 күннен кейін болды, бұл көктемнің ертерек басталуын және жалпы климаттың жылынуын көрсетеді. Ұлттық жазбаларды 1998 жылы Тим Спаркс қайта жаңғыртты, ал 2000 жылдан бастап Woodland Trust және Экология және гидрология орталығы басқаратын Nature's Calendar азаматтық ғылыми жобасы басқарды. Соңғы зерттеулер көрсеткендей, 19 ғасырдан бері еменнің бүршіктерінің жаюы 11 күннен астам уақытқа ығысты, ал тұрақты және көшпенді құстар бұл өзгеріске ілесе алмайды.
Robert Marsham, the founding father of modern phenological recording, was a wealthy landowner who kept systematic records of "Indications of spring" on his estate at Stratton Strawless, Norfolk, from 1736. These took the form of dates of the first occurrence of events such as flowering, bud burst, emergence or flight of an insect. Generations of Marsham's family maintained consistent records of the same events or "phenophases" over unprecedentedly long periods of time, eventually ending with the death of Mary Marsham in 1958, so that trends can be observed and related to long term climate records. The data show significant variation in dates which broadly correspond with warm and cold years. Between 1850 and 1950 a long term trend of gradual climate warming is observable, and during this same period the Marsham record of oak leafing dates tended to become earlier. After 1960 the rate of warming accelerated, and this is mirrored by increasing earliness of oak leafing, recorded in the data collected by Jean Combes in Surrey. Over the past 250 years, the first leafing date of oak appears to have advanced by about 8 days, corresponding to overall warming on the order of 1.5 °C in the same period. Towards the end of the 19th century the recording of the appearance and development of plants and animals became a national pastime, and between 1891 and 1948 the Royal Meteorological Society (RMS) organised a programme of phenological recording across the British Isles. Up to 600 observers submitted returns in some years, with numbers averaging a few hundred. During this period 11 main plant phenophases were consistently recorded over the 58 years from 1891 to 1948, and a further 14 phenophases were recorded for the 20 years between 1929 and 1948. The returns were summarised each year in the Quarterly Journal of the RMS as The Phenological Reports. Jeffree (1960) summarised the 58 years of data, which show that flowering dates could be as many as 21 days early and as many as 34 days late, with extreme earliness greatest in summer flowering species, and extreme lateness in spring flowering species. In all 25 species, the timings of all phenological events are significantly related to temperature, indicating that phenological events are likely to get earlier as climate warms. The Phenological Reports ended suddenly in 1948 after 58 years, and Britain remained without a national recording scheme for almost 50 years, just at a time when climate change was becoming evident. During this period, individual dedicated observers made important contributions. The naturalist and author Richard Fitter recorded the First Flowering Date (FFD) of 557 species of British flowering plants in Oxfordshire between about 1954 and 1990. Writing in Science in 2002, Richard Fitter and his son Alistair Fitter found that "the average FFD of 385 British plant species has advanced by 4.5 days during the past decade compared with the previous four decades." They note that FFD is sensitive to temperature, as is generally agreed, that "150 to 200 species may be flowering on average 15 days earlier in Britain now than in the very recent past" and that these earlier FFDs will have "profound ecosystem and evolutionary consequences". In Scotland, David Grisenthwaite meticulously recorded the dates he mowed his lawn since 1984. His first cut of the year was 13 days earlier in 2004 than in 1984, and his last cut was 17 days later, providing evidence for an earlier onset of spring and a warmer climate in general. National recording was resumed by Tim Sparks in 1998 and, from 2000, has been led by citizen science project Nature's Calendar , run by the Woodland Trust and the Centre for Ecology and Hydrology. Latest research shows that oak bud burst has advanced more than 11 days since the 19th century and that resident and migrant birds are unable to keep up with this change.
Еуропалық континент
Еуропада фенологиялық желілер бірнеше елде жұмыс істейді, мысалы, Германияның ұлттық метеорологиялық қызметі шамамен 1200 бақылаушыдан тұратын өте тығыз желіде жұмыс істейді, олардың көпшілігі ерікті түрде. Pan European Phenology (PEP) жобасы – Еуропа елдерінен фенологиялық деректерді жинайтын деректер қоры. Қазіргі уақытта 32 еуропалық метеорологиялық қызмет және жобалық серіктестер Еуропаның түкпір-түкпірінен қосылып, деректерді ұсынды. Швейцарияның Женева қаласында каштан ағашының (жалпақ жапырақты каштан) алғашқы жапырағының ашылуы 1818 жылдан бері байқалып, тіркеліп келеді, осылайша Швейцариядағы фенологиялық оқиғалардың ең көне тізімі қалыптасқан. Бұл жұмысты Женеваның Үлкен Кеңесінің (жергілікті парламент) хатшысы жүзеге асырады, ал алғашқы жапырақтың ашылуы көктемнің басталуын хабарлайды. Деректер 20 ғасырда жапырақтардың бұрынғыдан ертерек ашылу тенденциясын көрсетеді.
In Europe, phenological networks are operated in several countries, e. g. Germany's national meteorological service operates a very dense network with approx. 1200 observers, the majority of them on a voluntary basis. The Pan European Phenology (PEP) project is a database that collects phenological data from European countries. Currently 32 European meteorological services and project partners from across Europe have joined and supplied data. In Geneva, Switzerland, the opening of the first leaf of an official chestnut tree (a horse chestnut) has been observed and recorded since 1818, thus forming the oldest set of records of phenological events in Switzerland. This task is conducted by the secretary of the Grand Council of Geneva (the local parliament), and the opening of the first leaf is announced publicly as indicating the beginning of the Spring. Data show a trend during the 20th century towards an opening that happens earlier and earlier.
Әуедегі сенсорлар
Жерді ғарыштан зерттеудегі соңғы технологиялық жетістіктер бүкіл экожүйелердің фенологиясын және өсімдіктердің жаппасын прокси-әдістерді қолдана отырып, жаһандық масштабта бақылауға бағытталған фенологиялық зерттеулердің жаңа саласын құрды. Бұл әдістер жеке түрлер мен фенофазалардың алғашқы пайда болуын тіркеген дәстүрлі фенологиялық әдістерді толықтырады. Бұл тәсілдердің ең табыстысы – өсімдіктер индексінің (мысалы, Нормаланған айырмашылық өсімдіктер индексі (NDVI)) уақыт бойынша өзгеруін қадағалауға негізделген. NDVI өсімдіктердің қызыл түстің әлсіз шағылысуын (қызғылт энергия фотосинтез үшін өсу кезеңіндегі өсімдіктерге сіңіріледі) және жақын инфрақызыл сәуледегі күшті шағылысуын (инфрақызыл энергия өсімдіктердің жасушалық құрылысының есебінен көбінесе шағылысады) пайдаланады. Өзінің сенімділігі мен қарапайымдылығының арқасында NDVI қашықтан зондтауға негізделген ең танымал өнімдердің біріне айналды. Әдетте, өсімдіктер индексі осылай құрылады: түскен күн сәулесінің энергиясы (1%-дан 30%-ға дейін) қызыл және жақын инфрақызыл сәулелердің арақатынасы арқылы күшейтіледі.
Recent technological advances in studying the earth from space have resulted in a new field of phenological research that is concerned with observing the phenology of whole ecosystems and stands of vegetation on a global scale using proxy approaches. These methods complement the traditional phenological methods which recorded the first occurrences of individual species and phenophases. The most successful of these approaches is based on tracking the temporal change of a Vegetation Index (like Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)). NDVI makes use of the vegetation's typical low reflection in the red (red energy is mostly absorbed by growing plants for Photosynthesis) and strong reflection in the Near Infrared (Infrared energy is mostly reflected by plants due to their cellular structure). Due to its robustness and simplicity, NDVI has become one of the most popular remote sensing based products. Typically, a vegetation index is constructed in such a way that the attenuated reflected sunlight energy (1% to 30% of incident sunlight) is amplified by ratio ing red and NIR following this equation:
Жоғарыдағы графикте бейнеленген өсімдіктер индексінің уақыт бойынша өзгеруі, жасыл өсімдіктердің өсу кезеңдерімен (пайда болу, өркендеу/өсу, пісіп-жетілу және жинау/қарттану) күшті байланысқа ие. Осы уақыт қисықтары өсімдіктердің өсу маусымы туралы пайдалы параметрлерді (маусымның басталуы, маусымның аяқталуы, өсу маусымының ұзақтығы және т.б.) алу үшін талданады. Басқа да өсу маусымының параметрлерін алуға болады, содан кейін осы өсу маусымының кез келген параметрлерінің жаһандық карталары құрылып, климаттық өзгерістерді зерттеудің түрлі салаларында қолданылуы мүмкін. Қашықтан зондтауға негізделген фенологияны қолданудың көрнекті мысалы – Бостон университетінің Ранга Миненидің жұмысы. Бұл жұмыс өсімдіктердің өнімділігінің артуын көрсетті, бұл температураның жоғарылауы және боралдық орманда өсу маусымының ұзаруы нәтижесінде туындаған болуы мүмкін. Аризона университетінің Альфредо Хуэте және оның әріптестері MODIS-тің күшейтілген өсімдіктер индексі (EVI) негізінде жасаған тағы бір мысал Амазонка жаңбырлы орманының, ұзақ уақыт бойы қалыптасқан біртекті өсу маусымына немесе тек жаңбырлы маусымда өсуге қатысты бұрынғы көзқарасқа қарамастан, құрғақ маусымда да өсуге қабілетті екенін көрсетті. Дегенмен, бұл фенологиялық параметрлер нақты биологиялық өсу кезеңдерінің шамамен бағасы ғана. Бұл негізінен қазіргі ғарыштан жасалатын қашықтан зондтаудың, әсіресе кеңістіктік ажыратымдылығының және өсімдіктер индексінің ерекшеліктерімен байланысты. Суреттегі пикселде таза нысана (мысалы, ағаш, бұта) болмайды, бірақ сенсордың көру бұрышына ілінген объектілердің қоспасы болады.
The evolution of the vegetation index through time, depicted by the graph above, exhibits a strong correlation with the typical green vegetation growth stages (emergence, vigor/growth, maturity, and harvest/senescence). These temporal curves are analyzed to extract useful parameters about the vegetation growing season (start of season, end of season, length of growing season, etc.). Other growing season parameters could potentially be extracted, and global maps of any of these growing season parameters could then be constructed and used in all sorts of climatic change studies. A noteworthy example of the use of remote sensing based phenology is the work of Ranga Myneni from Boston University. This work showed an apparent increase in vegetation productivity that most likely resulted from the increase in temperature and lengthening of the growing season in the boreal forest. Another example based on the MODIS enhanced vegetation index (EVI) reported by Alfredo Huete at the University of Arizona and colleagues showed that the Amazon Rainforest, as opposed to the long held view of a monotonous growing season or growth only during the wet rainy season, does in fact exhibit growth spurts during the dry season. However, these phenological parameters are only an approximation of the true biological growth stages. This is mainly due to the limitation of current space based remote sensing, especially the spatial resolution, and the nature of vegetation index. A pixel in an image does not contain a pure target (like a tree, a shrub, etc.) but contains a mixture of whatever intersected the sensor's field of view.
Фенологиялық сәйкессіздік
Көптеген түрлер, өсімдіктер мен жануарларды қоса алғанда, экожүйелер мен тіршілік орындарында бір-бірімен әрекеттеседі, бұл биологиялық өзара әрекеттесулер деп аталады. Бұл өзара әрекеттесулер (өсімдік-өсімдік, жануар-жануар, жыртқыш-жеңілсіз немесе өсімдік-жануар өзара әрекеттесулері болсын) популяциялардың және, демек, түрлердің сәттілігі мен тіршілігі үшін өте маңызды болуы мүмкін. Көптеген түрлерде температураның жоғарылауына байланысты, өмірлік циклдың дамуы, көші-қон немесе басқа да процестерде/мінез-құлықта бұрынғы үлгілерден өзгеше, маусымның әртүрлі кезеңдерінде өзгерістер байқалады. Фенологиялық үйлесімсіздіктер, яғни өзара әрекеттесетін түрлердің өмірлік циклдарындағы тұрақты қайталанатын фазалардың уақытын әртүрлі жылдамдықпен өзгертуі, өзара әрекеттесу уақытында үйлесімсіздік тудырады және осылайша өзара әрекеттесуге кері әсер етеді. Үйлесімсіздіктер көптеген түрлі биологиялық өзара әрекеттесулерде кездесуі мүмкін, соның ішінде бір трофикалық деңгейдегі түрлер арасында (интратрофикалық өзара әрекеттесулер) (мысалы, өсімдік-өсімдік), әртүрлі трофикалық деңгейлер арасында (интертрофикалық өзара әрекеттесулер) (мысалы, өсімдік-жануар) немесе бәсекелестік тудыру арқылы (интрагильдиялық өзара әрекеттесулер). Мысалы, егер өсімдік түрі бұрынғы жылдарға қарағанда гүлдерін ертерек ашса, бірақ осы гүлмен қоректенетін және тозаңдататын тозаңдаушылар да ертерек келмесе немесе өспесе, онда фенологиялық үйлесімсіздік пайда болады. Бұл өсімдік популяциясының азаюына әкеледі, себебі олардың көбеюіне көмектесетін тозаңдаушылар жеткіліксіз болады. Тағы бір мысал – өсімдік түрлерінің өзара әрекеттесуі, онда бір түрдің болуы екінші түрдің тозаңдануына, тозаңдаушыларды тарту арқылы көмектеседі. Бірақ, егер бұл өсімдік түрлері үйлесімсіз уақытта дамыса, бұл өзара әрекеттесуге кері әсер етеді және бір-біріне тәуелді өсімдік түрлеріне зиян келтіреді. Фенологиялық үйлесімсіздіктер көптеген биологиялық өзара әрекеттесулердің жоғалуын білдіреді, сондықтан экожүйелік функциялар да теріс әсерге ұшырауы немесе толығымен жоғалуы мүмкін. Фенологиялық үйлесімсіздіктер түрлер мен экожүйелердің азық тізбектеріне, көбею сәттілігіне, ресурстардың қолжетімділігіне, болашақ ұрпақтардың популяциясы мен қауымдастық динамикасына, сондай-ақ эволюциялық процестерге және жалпы биологиялық әртүрлілікке әсер етеді.
Most species, including both plants and animals, interact with one another within ecosystems and habitats, known as biological interactions. These interactions (whether it be plant plant, animal animal, predator prey or plant animal interactions) can be vital to the success and survival of populations and therefore species. Many species experience changes in life cycle development, migration or in some other process/behavior at different times in the season than previous patterns depict due to warming temperatures. Phenological mismatches, where interacting species change the timing of regularly repeated phases in their life cycles at different rates, creates a mismatch in interaction timing and therefore negatively harming the interaction. Mismatches can occur in many different biological interactions, including between species in one trophic level (intratrophic interactions) (i. e. plant plant), between different trophic levels (intertrophic interactions) (i. e. plant animal) or through creating competition (intraguild interactions). For example, if a plant species blooms its flowers earlier than previous years, but the pollinators that feed on and pollinate this flower do not arrive or grow earlier as well, then a phenological mismatch has occurred. This results in the plant population declining as there are no pollinators to aid in their reproductive success. Another example includes the interaction between plant species, where the presence of one species aids in the pollination of another through attraction of pollinators. However, if these plant species develop at mismatched times, this interaction will be negatively affected and therefore the plant species that relies on the other will be harmed. Phenological mismatches means the loss of many biological interactions and therefore ecosystem functions are also at risk of being negatively affected or lost all together. Phenological mismatches will effect species and ecosystems food webs, reproduction success, resource availability, population and community dynamics in future generations, and therefore evolutionary processes and overall biodiversity.