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* '''标题'''：On the mechanism of thermal self-regulation of trees: a kind of homeothermic observation
* '''中文标题'''：关于树木热自我调节机制的研究：一种恒温观察
* '''发布日期'''：2024-09-15 15:23:29+00:00
* '''作者'''：Jean-Baptiste Boulé, Jean de Bremond d'Ars, Vincent Courtillot, Marc Gèze, Dominique Gibert, Jean-Louis Le Mouël, Fernando Lopes, Alexis Maineult, Pierpaolo Zuddas
* '''分类'''：physics.bio-ph, physics.geo-ph
*'''原文链接'''：http://arxiv.org/abs/2409.09765v1
'''摘要'''：毫无疑问，全球各地的地表温度差异很大，无论时间尺度或潜在原因如何。自1850年以来，我们观察到全球地表温度异常的平均增加为1.2$^{\circ}$，中位数增加为0.7$^{\circ}$：这个总体差异掩盖了显著的区域差异。现在，近60%的世界人口居住在城市地区，尽管植被在调节热环境（例如通过树冠提供的遮荫）中起着重要作用，但这些地区的植被覆盖已经显著减少。在巴黎的一片树林（法国）对树木进行连续的电气和热测量，显示并量化了树冠并非是防止热浪的唯一保护者；我们还必须考虑树干的作用。很明显，这些树干可能通过调节地下水的吸收（其地热稳定性在仅一米深的地方就得到了很好的证实）来自我调节。这个定量观察在我们的城市规划中不应被忽视。

== 问题与动机 ==
作者面对的研究问题包括：
* [[全球表面温度变化]]对[[树木]]生长环境的影响：研究探讨了全球表面温度自1850年以来平均上升1.2℃，中位数上升0.7℃对树木生长环境的影响，以及这种温度变化在不同地区的差异性。
* [[城市化]]对[[植被覆盖]]和树木热环境调节功能的影响：分析了城市地区植被覆盖减少对树木调节热环境功能的影响，尤其是在[[城市热岛效应]]下树木的作用。
* 树木自身热调节机制的探索：研究了树木，特别是树干部分，如何通过可能调节[[地下水]]的吸收来实现热自我调节。
* 树木热调节对[[城市规划]]的意义：讨论了树木热调节功能的发现对于城市规划和[[城市绿化]]的潜在影响和重要性。

== 背景介绍 ==
这篇文献的背景主要集中在以下几个方面：
# '''[[全球表面温度变化]]'''：
#* 从1850年以来，全球表面温度异常平均上升了1.2°C，中位数上升了0.7°C，这表明不同地区存在显著的[[区域差异]]。
#* 随着全球近60%的人口居住在[[城市地区]]，[[植被覆盖]]显著减少，而植被在调节[[热环境]]中扮演着重要角色，例如通过[[树冠]]提供的遮荫。
# '''[[树木在城市热环境中的作用]]'''：
#* 树木的[[树冠]]和[[树干]]在抵御热浪中的作用被量化，表明树木可能通过调节[[地下水]]的吸收来实现自我调节，这种[[地热稳定性]]在一米深的深度处已经得到了很好的证实。
#* 这些定量观察结果对于[[城市规划]]具有不可忽视的重要性。
# '''[[树木生理监测的缺乏]]'''：
#* 尽管植物，尤其是树木对[[温度波动]]的适应性具有重要的科学意义，但关于树木在经历温度变化时的定量生理监测的文献却很少。
#* 本研究旨在通过持续的[[电学]]和[[温度测量]]，探讨树木在温度变化下的生理响应。
# '''[[树木电位和温度的相互作用]]'''：
#* 先前的研究已经表明，树木中的[[树液流动]]可以产生自发的电信号，这种电信号与树液流动相关，并且与[[地球潮汐现象]]有关。
#* 通过在巴黎的一个[[生态园]]内建立的[[地学观测站]]，对树木进行实时监测，进一步研究了树液流动、电位变化与温度调节之间的关系。

== 章节摘要 ==
这篇论文是关于[[树木]]热自我调节机制的研究，论文的主要内容可以概括如下：
# '''引言'''：介绍了[[全球表面温度变化]]的背景，以及[[城市化]]导致[[植被覆盖]]减少的问题。论文指出，树木在调节热环境中扮演重要角色，尤其是通过[[树冠]]提供的遮荫。研究通过在[[巴黎]]的一片树林中对树木进行连续的电学和热学测量，发现树干可能通过调节[[地下水]]的吸收来实现自我调节，这种地下水在一米深的地层中具有很好的[[地热稳定性]]。
# '''研究背景与目的'''：论文讨论了[[气候周期]]的变化，以及树木种类和数量随气候和纬度变化的适应性。研究的目的是定量监测树木在温度变化下的生理反应，特别是树木如何通过电生理信号响应温度波动。
# '''方法与数据获取'''：介绍了位于巴黎[[自然历史博物馆]]内的[[生态园]]作为观测点，以及使用[[Granier探针]]、不锈钢电极和铂金属探针进行的实时监测。详细描述了测量树木树干、土壤和空气温度的设备和方法。
# '''温度时间序列研究'''：分析了一棵[[橡树]]一年内的温度数据，发现树木内部的平均温度在不同季节中表现出惊人的稳定性，并与土壤温度存在一定的关联。通过[[奇异谱分析（SSA）]]方法提取了树木内外的日温度变化，发现树木显示出类似[[恒温动物]]的温度自我调节能力。
# '''讨论与结论'''：论文讨论了树木在城市气候调节中的潜在作用，强调了在城市规划中考虑树木热自我调节机制的重要性。研究结果表明，树木通过调节地下水的吸收来实现热自我调节，这对于理解和预测城市森林对气候变化的响应具有重要意义。

== 研究方法 ==
这篇论文通过在[[巴黎自然历史博物馆]]的生态园内建立一个生物和地球物理观测站，对[[树木]]的热自我调节机制进行了深入研究。以下是该研究方法论的主要组成部分：
# '''[[观测站]]的建立与[[数据采集]]'''：
#* 在巴黎自然历史博物馆的生态园内，研究者建立了一个观测站，对超过12棵树进行连续监测。
#* 使用了树液流传感器（[[Granier探针]]）、自电位（SP）测量（使用不锈钢电极）和铂电阻温度探头（Pt-100和Pt-1000）进行实时数据采集。
# '''电位与温度的连续测量'''：
#* 通过在树木的不同部位（根部、树干、枝条）进行测量，研究者发现电信号可以分解为与主要月球-太阳潮汐相对应的伪周期的总和。
#* 这些伪周期的总和代表了电信号变异性的70%以上，揭示了树木液流的一般机制。
# '''热自我调节的定量观测'''：
#* 研究者发现，树木的树干可能通过调节地下水的摄取来实现自我调节，这种地下水在一米深的地层中具有很好的地热稳定性。
#* 通过对比树木内外的温度趋势，研究者观察到树木在不同季节表现出惊人的温度稳定性，以及与环境温度的显著差异。
# '''[[数据分析]]方法'''：
#* 利用奇异谱分析（[[SSA]]）方法，研究者从时间序列中提取了趋势和非平稳伪周期，这些周期与月球-太阳潮汐相关。
#* SSA方法利用[[Hankel/Toeplitz矩阵]]的属性及其通过奇异值分解（[[SVD]]）的正交化，有效处理了连续或非连续信号。
# '''热交换的评估'''：
#* 研究者应用[[傅里叶热传导定律]]，以简化的方式评估了树木与环境之间的热交换量，从而定量分析了树木的热自我调节能力。

== 研究结论 ==
根据提供的文献内容，这篇论文的主要结论可以概括如下：
# '''[[树木的热自我调节机制]]'''：研究发现[[树木]]，特别是其树干部分，具有热自我调节的能力，这可能通过调节[[地下水]]的吸收来实现，利用了[[地热]]稳定性。
# '''[[城市植被的重要性]]'''：论文指出，尽管城市地区[[植被覆盖]]减少，但树木在调节热环境中发挥重要作用，尤其是在[[城市微气候]]中。
# '''[[树木生理监测的缺乏]]'''：尽管树木对[[气候]]的适应性具有重要的科学意义，但目前对树木在温度变化下的定量生理监测研究相对较少。
# '''[[树木电信号与树液流动的关联]]'''：通过连续的电测量，研究证实了树液流动在树木中产生自发的电信号，这与[[地球潮汐现象]]有关。
# '''[[树木温度的稳定性]]'''：研究观察到树木内部的温度在不同季节中表现出惊人的稳定性，并且树木内部的温度与外部环境的温度存在显著差异，尤其是在夏季。
# '''[[树木与环境的热交换]]'''：论文提出，树木通过其树干的垂直结构与周围环境进行热量交换，这种交换可能对城市气候产生影响。
这些结论强调了树木在城市环境中对温度调节的潜在作用，以及在城市规划中考虑树木热自我调节机制的重要性。