CLIMEX 软件：气候建模的强大工具
CLIMEX 软件包包含两种截然不同的气候建模工具，即 CLIMEX 模型（简称 “CLIMEX” 或 “CLIMEX 模型”）以及 CLIMEX 的 “匹配气候” 功能。后者是一种用于比较不同地区气象数据而无需参考特定物种的工具，我们稍后再详细介绍。CLIMEX 模拟模型蕞早由 Sutherst 和 Maywald 在 1985 年提出，一系列出版物（特别是 Sutherst 等人在 1995 年、1998 年以及 Kriticos 等人在 2005 年的著作）中描述了该模型的诸多增强功能、进一步的注意事项和使用见解。CLIMEX 模型部分基于这样一种假设：如果知道一个物种的生存地点，就可以推断出它能耐受的气候条件。这是大多数物种分布模型的基本假设。然而，与 Bioclim、Domain、GARP 和 MaxEnt 等其他模型试图描述物种所占据的环境特征不同，CLIMEX 模拟限制物种地理分布、决定其季节物候以及在一定程度上其相对丰度的机制。大多数模型侧重于描述物种出现与静态环境协变量之间的关系，而 CLIMEX 则描述物种在适当时间尺度（每日或每周）对气候变量的响应。在这方面，CLIMEX 与 Nichemapper（Kearney 和 Porter，2009）有相似的方法，但没那么复杂。
在 CLIMEX 中，物种功能响应是根据一套有一个多世纪对物种对气候变量响应科学研究支持的理论制定的。生长指数和胁迫指数符合耐受性法则（Shelford，1963 年综述），生长指数根据蕞小因子法则组合（van der Ploeg 等人，1999 年综述）。这些深厚的生态学根源使 CLIMEX 与众不同，并为在新气候中成功模拟物种潜在分布提供了基础。CLIMEX 使用户能够估计一个物种相对于气候的潜在地理分布和季节丰度。它不像相关统计模型那样试图匹配气候和物种分布模式，关于这一点稍后会详细说明。
将 CLIMEX 应用于一个物种时，需要为一组描述其对温度、土壤湿度以及（如适用）光照响应的参数选择值。在本指南中，“种群” 一词用作目标实体，例如代表一种动物或植物物种或生物型的平均种群。年度生长指数（GIA）描述种群在有利季节的生长潜力。四个胁迫指数（寒冷、炎热、潮湿和干燥）以及在某些情况下它们的相互作用，描述种群在不利季节的减少程度。生长指数和胁迫指数组合成生态气候指数（EI），以总体衡量目标物种永 久占据该地点或年份的适宜程度。两个限制条件，即生长季节的蕞短长度和专性滞育，在相关情况下作为 EI 值的总体约束。结果以表格、图表、地图或动画形式呈现。
CLIMEX 可以结合归纳和演绎建模技术。一个物种的气候需求可以从其已知的地理分布（无论是在其原生范围还是在其已长期建立的其他地区）、相对丰度或季节物候推断出来。一些实验室数据，如发育阈值温度，可用于拟合某些 CLIMEX 参数值。通过将所得指数与物种在每个地点的已知存在或不存在、季节物候以及（蕞好是）相对丰度进行比较，对参数值的初始估计进行微调。
一旦参数值得到估计，并在可能的情况下根据地理独立数据进行验证，CLIMEX 就可用于对其他独立地点或气候情景进行预测。独立数据意味着这些数据与用于拟合模型的数据之间没有关联；因此，随机对地理分布进行子采样，然后使用剩余数据测试模型是不合适的。这种重采样形式可能只适用于模拟物种的原生分布，在这种情况下，它无法提供关于模型准确预测新气候情况能力的信息。
尽管 CLIMEX 模型具有 机械结构，但通常是通过将物种出现和季节物候的野外观察与环境变量的相关性进行参数化（例如，Vera 等人，2002 年；Kriticos 等人，2005 年；Sutherst 和 Maywald，2005 年；de Villiers 等人，2012 年）。该模型的动态性质，其 1 周的时间分辨率以及考虑环境变量之间相互作用的能力，使其能够在生物安荃和全球变化应用所需的所有纬度、气候区和季节可靠运行。它也有助于跟踪迁移路线的适宜性（Zalucki 等人，2004 年）。
CLIMEX 方法的另一个优势是其固有的交叉验证，即要求估计的潜在地理分布与目标物种在其分布范围不同部分的季节物候保持一致（例如，de Villiers 等人，2012 年）。这两种测量必须与野外观察独立一致，以获得在空间和时间尺度上内部一致的模型。此外，用于生成模型的参数应该在生物学上合理，与从实验或理论领域了解到的物种情况相符。
CLIMEX 的这些特征不断为建模物种的生态学提供新的见解，鼓励用户在拟合参数值时 “倾听 CLIMEX”。该过程有助于避免基于经验数据或对系统运行的错误先入之见强行拟合参数的倾向。基于 CLIMEX 模型结果的指导，已经捕获了物种的新区域出现记录，例如（Hall 和 Wall，1995 年；Kriticos 等人，2007 年；Sutherst 和 Bourne，2009 年）以及成功的新 生物防治机会（Dhileepan 等人，2006 年）。Pardey 等人（2013 年）使用 CLIMEX 确定全球受小麦条锈菌（Puccina graminis）不同损害风险的地区，以改进对跟上新抗性菌株出现所需研究投资的估计。
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