Fenoloģija ir dabaszinību nozare, kas pēta ar gadalaiku maiņu un ar klimata apstākļiem vai tā izmaiņām saistītas periodiskās parādības dzīvajā dabā.
Klasiski fenoloģiskie novērojumi ir izmantoti lauksaimniecībā un mežsaimniecībā, tāpēc bioklimatiskos pētījumus, kas ir īpaši svarīgi šajās nozarēs, un modelētās prognozes var izmantot nākotnes risku, iespēju un adaptācijas piemēru analīzei. Tomēr dabas novērojumu nozīme ir daudz plašāka – tie palīdz izskaidrot komplekso ekoloģisko dinamiku (ietekmējošos faktorus un ekoloģiskās sekas), kā arī tiek izmantoti globālajos klimata mainības un bioģeoķīmisko ciklu (\(CO_2\) aprite, barības vielu aprites cikli, hidroloģiskie cikli) pētījumos (ekosistēmu produktivitāte, sugu un populāciju savstarpējā dinamika). Klimata mainības ietekmi nevar vērtēt ne kā sliktu, ne kā labu, jo tā dažādos Zemes attīstības laika posmos ir nesusi gan ieguvumus, gan zaudējumus. Visā planētas attīstības periodā klimats ir mainījies daudzas reizes, atrastās fosīlijas liecina, arī Latvijas teritorijā senāk ir valdījis gan mitrs, karsts tropisks klimats, gan ir bijuši vairāki apledojumi. Fenoloģijā klimata raksturošanai biežāk izmanto augu valsts attīstības fāzes, jo veģetācija ir stacionāra, resp. uz vietas esoša.
Augšanas sezonas pagarināšanās būtiskākās sekas dabā, gan lauksaimniecībā, gan mežsaimniecībā ir \(CO_2\) koncentrācijas palielināšanās gaisā, kas rada izmaiņas primārajā produktivitātē. Globālā primārā produkcija (netto) laika periodā no 1982.–1999. gadam, balstoties uz satelītdatu analīzi, ir pieaugusi par 6%. Lielāks pieaugums bijis tropu ekosistēmās, bet Eirāzijā – pat par 12% 1981.–1999. gada periodā.
Klimata mainība savvaļas augus ietekmē vairāk nekā kultūraugus, piemēram, Vācijā veiktajā pētījumā secināts, ka laika periodā no 1951. līdz 2004. gadam savvaļas augu attīstības fāzes iestājušās 4,4 līdz pat 7,1 dienas agrāk desmitgadē. Kultūraugiem attīstības fāzes iestāšanās laiks nav tik izteikts (2,1 diena desmitgadē).
Klimata mainības ietekme uz lauksaimniecību nākotnē izpaudīsies atšķirīgi dažādos pasaules reģionos. Pasaules mērogā graudaugu (kviešu, kukurūzas, miežu) raža temperatūras paaugstināšanās dēļ ir samazinājusies. Dienvideiropas valstīs ražas apjomi ir sākuši samazināties, bet Ziemeļeiropā atsevišķu graudaugu raža ir pat palielinājusies. Latvijas gadījumā vislielākās grūtības lauksaimniekiem sagādās prognozētie sausuma periodi un intensīvie nokrišņi. Visbiežāk kā pozitīvas klimata mainības sekas lauksaimniecībā tiek minēta augšanas sezonas pagarināšanās, fotosintēzes intensitātes paaugstināšanās, jaunu kultūraugu augšanas iespējas un produktivitātes pieaugums Ziemeļeiropā.
Graudaugu ražas izmaiņas Eiropā periodā no 1961. līdz 1990. gadam kreisajā pusē un modelētās izmaiņas nākotnē pa labi
Fenoloģiskās stadijas jeb fāzes.
Latvijas teritorijai, arī abām kaimiņvalstīm, ir izstrādāts parastās ievas Padus racemosa fenoloģisko fāžu iestāšanās laika prognozes modelis un zemeņu ziedēšanas un ražas prognozes nākotnē. 2014. gadā tika veikts mēģinājums prognozēt savvaļas augu fenoloģiskās fāzes Baltijas jūras valstīs. Pētījums balstījās uz brīvprātīgo novērotāju datiem, kā arī tika veikti lauka maršruta pētījumi, fotografējot parastās ievas Padus racemosa fāzes ik pa 30 km. Datu analīzē tika izmantoti vairāk nekā 200 punktu novērojumi. Fotogrāfijas tika apstrādātas, aprakstot ievas attīstības fāzes.
Ievu attīstības fāzes
Ievu attīstības fāzes, kas izteiktas BBCH kodos (BCCH kodi adaptēti no ķiršu (stone fruit) un upeņu (curants) kodiem pēc Meiera, 1997, papildināts 2001. gadā): katrs skaitļu kods raksturo fāzes posmu, piemēram, BBCH55 ir redzami ziedpumpuri. Katra fāze tika izteikta procentos starp esošo un nākamo fāzi. Piemēram, attēla centrā redzamā ieva ir sasniegusi 50% no fāzes BBCH55.
Modelis balstās uz agrometeoroloģijā daudz izmantoto pieeju par grādu dienām. Grādu dienu augšanas modelis ir vienkāršākais no fenoloģisko modeļu veidiem. Tajā tiek pieņemts, ka augu attīstība notiek, ja gaisa temperatūra pārsniedz noteiktu bāzes vērtību, un jo ir siltāks, jo augi attīstās ātrāk. Temperatūru, kas pārsniedz bāzes temperatūru, sauc par aktīvo temperatūru. Tiek pieņemts, ka noteiktu attīstības fāžu sasniegšanai ir nepieciešama noteikta aktīvo temperatūru summa.
Aktīvo temperatūru summa tiek iegūta, saskaitot kopā katras dienas vidējās temperatūras, °C, kas pārsniedz bāzes temperatūru, visbiežāk + 10°C.
Izmantojot ilgtermiņa fenoloģiskos un meteoroloģiskos novērojumus, ir iespējams aprēķināt katrai augu sugai raksturīgo bāzes temperatūru un grādu dienu summu, kas ir nepieciešama noteiktu attīstības stadiju sasniegšanai.
Parastās ievas Padus racemosa attīstības fāzes 2014. gada 30. aprīlī: modeļa rezultāti (Kalvans, et al., 2015). Krāsu skala iezīmē ievas attīstības progresu jeb fāzes: BBCH00 –
snaudoši pumpuri. BBCH10 – lapu plaukšanas sākuma fāze; BBCH 5X – dažādas lapu
attīstības fāzes; BBCH 60-69 – ziedēšanas fāzes.
Modeļa rezultāti rāda, ka Lietuvas dienvidu teritorijās tiek prognozēta fāze BBCH69, kas ir ziedēšanas beigu fāze, kamēr Igaunijas ziemeļaustrumos, Peipusa ezera tuvumā tikai pumpurošanās fāze. Līdzīgs modelis un nākotnes prognozes ir izveidots arī mājas zemeņu fenoloģisko fāzu novērojumos.