五个中国特有针叶树种树轮宽度对气候变化的敏感性

本文对采自四川西部的鳞皮冷杉、铁杉、红豆杉、高山松和青海东部的青海云杉等5个中国特有针叶树种树轮宽度对气候变化的敏感性进行了研究。这五5个针叶树种的年轮纹印清晰,伪年轮和丢年轮较少(麦秀云杉0.247%,飞水崖红豆杉0.202%),便于确定年代和量测宽度,用COFECHA程序对定年结果进行检验,证明交叉定年的结果是可靠的。统计分析结果显示,这5个中国特有种差值年表包含丰富的气候信息。相关分析显示,树轮宽度数据和气象数据有着显著的相关关系。5个树种对气候因子较为敏感的响应表明,它们是适于进行树轮气候学分析的树种;在树轮气候学的研究中具有很大的潜力和应用前景。     

NORTH ATLANTIC OSCILLATION SIGNATURES IN WESTERN IBERIAN TREE-RINGS

Exactly dated ring-width chronologies derived from Pyrenean oak and sweet chestnut trees growing in northern Extremadura, Spain, were evaluated for their potential as proxies for regional precipitation and North Atlantic Oscillation variability. The relationships among tree-rings, instrumental climatic records, and three versions of the NAO index were computed for different time subperiods over the last century. The results indicate that tree-ring records reflect, with variable intensity, both short-term and long-term variations in climate. Multiple correlation and regression analysis revealed that summer precipitation appeared to be the major factor affecting tree growth at inter-annual timescales. Moreover, since fluctuations in accumulated variability in annual rainfall over southwest Iberia are controlled by winter precipitation, the accumulated rainfall (August of the year n -1 to July of year n ) and winter NAO indices are also strongly correlated with tree-ring records at interdecadal timescales. This relationship appears to be especially strong during the second half of the 20th century, which is consistent with an increase of the NAO signal in the annual precipitation during the later part of the century. These results indicate that tree-rings from western Iberia are potential proxies of the NAO variability, useful to be included in palaeoclimatic model studies.     

利用树木年轮重建嫩江上游近200 a来1~3月径流量

嫩江是东北地区最重要的河流之一,了解嫩江长期水文变化规律,对嫩江流域林业、农牧业生产具有重要意义。通过对嫩江上游4个地点兴安落叶松（Larix gmelinii）树轮年表与气候水文数据分析,发现4个地点的平均年表与1~3月平均径流量有着极显著关系。因此,基于树轮宽度重建了嫩江上游1804年以来1~3月平均径流量,重建方程解释了43.9%的径流变异,经检验证明重建结果可靠。重建嫩江径流变化表明：1804年以来,嫩江流域上游1~3月份径流经历了6个偏枯和7个偏丰阶段。同时,嫩江上游径流量存在60、4.3~4.0、3.4~3.2、3.1~2.9和2.3 a的变化周期。在19世纪初至20世纪初嫩江1~3月流量的变化幅度较小,而20世纪中后期变化幅度较大。另外,重建结果与黑龙江省历史记载的旱涝时期比较吻合。     

黄柏山树轮生长对气候因子的响应及模拟

利用大别山西部的3个黄山松（Pinus taiwanensis Hayata）树木年轮采样点的样本,建立3个标准年表,其特征值都表明黄山松树木年轮宽度中含有较高的环境信息;年表间相关密切,区域主要受气候因子影响、南北差异显著;年表与气候因素的相关也显示不同环境生长的黄山松差异性要大于共性;同样多元线性回归也确定该研究区影响树木生长的主导因子为前一年10月的均温,而前一年8月的降水同样起着非常重要的作用。不同要素的模拟结果有较好的一致性,但极端气候条件下树木的生长差异显著。     

天山北坡东部地区树轮宽度年表特征分析

通过对天山北坡东部地区8个树轮宽度标准化年表的有关参数的对比,证明苏巴什沟与白杨河沟年表包含有较多的气候信息,8个树轮宽度标准化年表的互相关系数平均值达0.530,其中白杨河沟与苏巴什沟年表的相关系数高达0.725。说明所采样本对该区域的气候具有较好的代表性。再将8个树轮宽度标准化年表与附近的奇台县、木垒县两个气象站1961—2007年逐月降水和平均最低气温,及单月降水和单月气温进行相关分析。结果表明,天山东部地区白杨河沟的树轮宽度生长与上年7月至当年6月的降水呈正相关,其相关系数为0.597,显著性水平达0.000006,与当年6月平均最低气温呈负相关,相关系数为-0.437,显著性水平达0.001,上述均具有明确的树木生理学意义。研究还发现,在0.05显著性水平上,8个年表的树轮宽度指数变化以2~3 a的变化准周期最为多见,苏巴什沟、大东沟及白杨河沟年表以11 a准周期多见。就整个地区而言,天山北坡东部地区8个年表中低频气候信息一般多于高频气候信息。     

树木年轮记录的天山北坡中部过去338 a降水变化

 利用位于天山北坡中部9个气象站的降水资料与采自该地区的21个树木年轮年表序列进行分析。结果表明,9个气象站上年8月到当年7月的平均降水量与树木年轮标准化年表具有很好的相关性,最高单相关达到0.612（P<0.0001）。分析发现,生长季前期及春材形成期的降水变化对天山山区树木年轮径向生长量起着决定性作用。用四工河东白杨沟、呼图壁河赛热克巴依萨依、呼图壁河希热克久热特、四工河西白杨沟、奎屯河兰能果尔南5个标准化年表较好地重建了天山北坡中部近338 a来上年8月到当年7月的降水量,重建方程的方差解释量达到60.0%,经过统计检验和历史资料验证,表明重建序列是可靠的。对过去338 a天山北坡中部降水变化的特征分析表明,近338 a间,天山北坡中部降水大体经历了8个偏干和8个偏湿阶段,偏湿年份与偏干年份基本持平。最长的偏干阶段是1705—1750年,最干旱的阶段为1960—1989年,最干旱年份是1796年、1944年和1974年,降水偏少程度均大于27%;最长的偏湿阶段是1917—1959年,1690—1904年间为降水最为丰沛的时期。天山北坡中部338 a降水具有两年左右的变化准周期,在1751年发生了明显的由少到多的突变,在1958年前后发生了明显的由多到少的突变。     

甘肃省南部两种云杉树种树木径向生长对气候因子的响应

利用采自甘肃省南部莲花山的青海云杉(Picea crassifolia Kom.)和紫果云杉(Picea purpurea Mast.)两组不同树种的树轮样芯共计113个样本,通过对两组树木年轮宽度标准年表的统计特征的分析得出: 两组树轮宽度年表的平均敏感度和标准差的变化基本相同,但是紫果云杉信噪比的值要高于青海云杉,说明不同树种包含的气候信息强度不同。两组树轮宽度指数与临洮气象站多年逐月降水量、平均气温和极端最高气温的相关性分析表明,两组树轮宽度指数对气象要素的响应并不完全一致,紫果云杉树轮宽度指数与逐月极端最高温度的相关系数值大于青海云杉,说明这一气候信号在紫果云杉上体现得更加显著。因此,在使用树木年轮进行古气候重建时,应当考虑树种对树轮宽度与气候要素之间相关关系的影响。两组树轮宽度指数与气候要素以及帕尔默干旱指数（The Palmer Drought Severity Index,PDSI）的季节组合和年均相关性都不显著,所以两组树轮年表不足以用于气候重建。通过与邻近区域的4条树轮年表对比,发现本文两条树轮年表的低值时段与邻近年表记录的20世纪20年代的干旱事件发生的年代一致。     

宁夏罗山油松(Pinus tabulaeformis)树轮宽度对气候因子的响应分析

 树轮样本采自宁夏罗山油松纯林的下限和上限。建立了下限和上限的树轮宽度标准化年表,分析了树轮宽度与降水、气温、湿润指数(P/T)的相关关系,结果显示,下限和上限树轮宽度指数都与当年3月、5月、春季以及年降水量显著正相关,与7月气温显著负相关;下限树轮宽度标准化年表与气候要素的相关系数一般大于上限的相关系数,而且下限树轮宽度与前一年9月、秋季降水以及夏季气温的相关也达到显著水平,表明下限树轮宽度标准化序列对降水和气温单一气候要素的变化较敏感;下限和上限的树轮宽度指数和湿润指数(P/T)呈正相关关系,而且上限树轮宽度和3—8月湿润指数的正相关达到99%的置信水平,说明罗山油松纯林上限树轮宽度标准化序列对水热组合的响应较敏感。     

阿勒泰西部树轮年表特征分析

通过对比阿勒泰西部5个标准化树轮宽度年表的多项年表特征参数,发现沙勒哈年表包含的气候信息较多,而柯姆年表所含的气候信息可能最少。通过年表间互相关系数的对比,发现2个位于森林上限的沙勒哈年表与哈纳斯南年表的相关最高（0.676）。而接近下树线森林边缘的哈纳斯北年表和柯姆年表的相关达0.586,却与3个位于森林上限的年表相关较低。通过相关普查得出,阿勒泰西部3个位于森林上限的年表与该区域当年6\_7月的月平均气温呈正相关,其相关系数最高为0.426,显著性水平达0.0035,与当年6\_8月的降水量呈负相关,其相关系数最高为-0.535,显著性水平达0.0002,而两个接近下树线森林边缘的年表与该区域当年1月的降水量呈正相关,其相关系数最高为0.45,显著水平达0.0019,且二者的相关具有明确的树木生理学意义。在0.10的显著性水平上,除吉克音年表外,其他4个年表均具有2.4 a的变化准周期。此外,吉克音年表和柯姆年表均存在13.5 a和14.4 a的变化准周期,哈纳斯南年表和沙勒哈年表均存在23.0 a和38.3 a的变化准周期。通过对比年表高低频信息含量,发现阿勒泰西部年表中高频信息含量一般高于低频信息含量。     

额济纳旗近100 a来胡杨年表的建立与响应分析

在野外采样、室内预处理、交叉定年的基础上,建立了近一百年来额济纳旗胡杨树木年轮年表,并将标准年表的树轮指数与采样点附近额济纳旗气象站的气温、降水及黑河中游正义峡水文站的径流量进行了相关分析。结果表明,年轮宽度指数与春季3~5月径流量和年径流量呈显著负相关,相关系数为-0.642和-0.525。由于该地区降水量为37.9mm,对树木生长的意义不大,径流量则成为胡杨生长的限制因子。正义峡径流量冷季大,暖季小,与该区胡杨的生长季不相吻合。春季树木生长开始,需要一定的水分供给,虽然该区春季径流量仅占全年径流量的16.42%,但是,采样点距离河床较近,地下水位较高,可以满足根系对水分的需要,有利于胡杨生长,因而该相关具有明确的生物学意义。进一步进行响应函数分析的结果表明,重建序列与实测序列较为相近,采用的回归方程比较稳定可信。     

Tree-Ring Analysis And Natural Hazard Chronologies: Minimum Sample Sizes And Index Values*

Tree-ring dating is employed to reconstruct chronologies of occurrence for a variety of natural hazards. The number of trees sampled varies greatly as does the minimum number of tree-ring responses. The number of trees to be sampled and an acceptable tree-ring response index should be dictated by the nature and geographical extent of the specific hazard under study. Repetitive sampling of different numbers of 30 avalanche-damaged trees showed significant differences in number of tree-ring responses over a 55-year-period. More sampling and use of a higher minimum response index allowed greater confidence in the chronology constructed from tree-rings and compared to historical records. Three geographic scales of analysis that can confound tree-ring responses are identified, and three guidelines for choosing sample size, given variations in processes, are suggested.     

天山北坡西部树木年轮对气候因子的响应分析及气温重建

利用博尔塔拉蒙古自治州三个采点的树轮宽度年表,通过相关和响应面分析的方法,分析三个树木年轮宽度对气候因子的响应。分析表明,三个年表与博州地区的年平均最低气温和7月降水量呈较显著的正相关,且呈现相同的响应,仅在气温偏低时,三个年表响应不一致。通过分析,选择年最低气温作为重建对象,具有明显的树木生理学意义。利用树轮年表重建了博州1576—2002年的年最低气温,通过逐一剔除检验,发现重建值稳定可靠。在427 a中,存在2~3 a和40~50 a左右的周期性振荡,1631年、1832年 、1920年和1961年左右发生过突变。     

Climatic and Anthropogenic Influences on Radial Growth of Scots Pine at Hanvedsmossen, a Raised Peat Bog, in South Central Sweden

Past studies of the climatic influence on tree growth at peat bogs in northern latitudes have shown weak correlation between annual tree-ring widths and climatic parameters during the growing season. At Hanvedsmossen, a raised peat bog in south central Sweden, tree-ring width chronologies from one drained and one undrained growth site, as well as one dry site outside the bog, were compared to meteorological records. Low temperatures, which means less evaporation, as well as high precipitation appear to be inhibiting pine growth at the undisturbed bog site as the trees are sensitive to changes in the local water table. Drainage causes an instant increase in annual tree growth for approximately 10 years. If draining is maintained, the response to climate of the pines resembles that of pines growing on mineral soils. The variance in annual tree-ring growth explained by temperature/precipitation or both was low for the entire lengths of all chronologies, but high for some analysed subperiods; the significant months changed with time. The reason for this seems to be that pines at Hanvedsmossen are growing in a region where precipitation and temperature are less limiting to tree growth than at higher and lower latitudes.     

树轮记录的腾格里沙漠东缘1775-2005年降水变化

 利用采自腾格里沙漠东缘的贺兰山油松树轮样本,建立树轮宽度年表。通过相关普查发现,贺兰山油松树轮宽度差值年表与腾格里沙漠东缘当年5月至7月的降水存在显著的正相关,相关系数为0.606（P<0.001）。利用贺兰山北部的树轮宽度差值年表,可较好地重建腾格里沙漠东缘近231 a来当年5月至7月的降水变化,交叉检验表明,降水重建结果稳定可靠。通过与腾格里沙漠南缘地区树轮降水重建序列对比分析,发现腾格里沙漠边缘区的树轮重建降水的干湿阶段变化具有良好的同步性,并对西北地区极端干旱历史事件有良好响应。     

中国利用树轮资料重建干湿变化研究进展

树木年轮资料定年准确、分辨率高、连续性强,已成为研究过去全球变化的重要信息来源之一。中国树轮与干湿变化研究,样点分布广泛,研究树种较多,重建尺度较长。基于树轮宽度、密度和同位素等各种代用指标,在分析树木径向生长对干湿变化响应、重建历史时期干湿变化等方面取得很大进展。一般来说,在干旱半干旱区的低海拔区域,水分条件,尤其是春季、秋季和年湿润状况,是树木径向生长的重要影响因素。森林上限、相对冷湿区域以及亚热带气候区,树木生长与降水的相关性偏弱。在时间尺度上,基于树轮重建的长于1000年甚至超过2000年的干湿变化序列已有多条,主要分布在青藏高原地区。目前最长年表已达4500年,最长降水序列为3500年。本文通过对部分树轮成果的简要概括,以期为树轮采样和干湿变化重建提供借鉴与帮助。     

艾比湖胡杨宽度年表建立及其环境意义

  在艾比湖东岸采集了3个样点的胡杨树芯标本,建立了艾比桦和东大桥两个采样点的树轮宽度年表（STD,RES和ARS年表）,年表长度分别为196 a和210 a,并分析了年表的特征。对树轮标准年表与精河气象站的温度、降水量进行的相关分析发现,温度和降水对胡杨年轮宽度生长的影响较小,没有达到显著相关,表明该区域的降水和温度都不是树木生长的主要限制条件。艾比湖湖面面积变化、沙尘暴日数与树轮宽度指数的相关分析表明,艾比湖湖面面积与轮宽指数呈反向变化,而沙尘暴日数与轮宽指数呈显著正相关,特别是精河站年沙尘暴日数与东大桥当年（t）、次年（t＋1）和再次年（t＋2）的标准年表指数的相关系数分别达到0.31、0.61和0.57,且后两项通过了0.01显著性检验,表明二者受到共同环境因素的制约。可能由于东大桥采点位于河道附近,地下水位较高（1.4～2.7 m）,在高湖面时期,与之对应的较高的地下水位反而制约了胡杨的生长,而在湖面较低的年份,地表干燥而裸露,沙尘暴频发,地下水位较低,更适宜胡杨的生长。     

青藏高原东北部与南部地区树木径向生长对气候要素的响应——以祁丰和林周树轮为例

了解树木径向生长对气候响应的区域特征是模拟或预测未来全球变化如何对森林生态系统产生影响的基础。对青藏高原东北部(祁丰)干旱气候条件下与南部(林周)高寒半干旱气候条件下的两条标准化年表分析发现,两年表敏感度均较高,样芯间一致性均较强,为分析树木径向生长对气候要素的响应关系提供了保障。对祁丰和林周树轮宽度序列与其附近酒泉(1951-2009年)和当雄(1963-2009年)气象站上年5月到当年9月的气候因子(月平均气温、月最高气温、月平均最低温和月降水量)进行相关和响应分析发现,祁丰和林周树木的径向生长与当年5-6月平均气温存在负相关关系,相关系数分别为-0.360和-0.466;而与当年5-6月降水量显著正相关,相关系数分别为0.499和0.623。祁丰和林周树轮宽度序列与帕尔默干旱指数(PDSI,1951-2005年)的格网数据在每个月份均呈正相关关系,与5-6月的相关值分别为0.581和0.719。上年7月到当年6月的降水量与祁丰(r=0.529)和林周(r=0.667)树轮宽度序列的相关值也较高,推断干旱状况是限制高原东北部与南部树木径向生长的主要因素。     

Climate Response Analysis of Pinus massoniana Tree-Ring Chronology in Shuangpai County,China

The formation of tree-rings is closely related to climate variation. This paper establishes the tree-ring chronology of Pinus massoniana for a period of 36 years and examines the relationship between the tree-ring chronology and climatic conditions based on tree-ring width samples from three sites on the northeast slopes of Yangming Mountain. This data is used to study the relationship between the tree-ring width of a young tree and climatic conditions in a moist hilly region of southern China and to understand the general pattern of climate variation and its effects on tree growth in the past in this region. The results indicate that changes in tree-ring widths in these sites are closely related to local climatic conditions. There is a significant positive correlation between the radial growth of Pinus massoniana and the mean temperature of the current year from January to May (coefficient of correlation, R, is 0.596, P<0.01) and the mean temperature of the previous year from June to July (R is 0.639, P<0.01). The radial growth of Pinus massoniana is negatively correlated with the total precipitation of the previous year from January to March and November to December (R is -0.46, P<0.05) and negatively correlated with the total precipitation of the previous year from June to July (R is -0.582, P<0.05). The effect of precipitation on the radial growth of Pinus massoniana is known as the “hysteresis effect”.     

Dendrochronology in Jordan

Dendrochronology is a valuable tool for the study of past climate and increases our knowledge of climate variability beyond the short period covered by instrumental data. Two annual tree-ring width chronologies were developed for northern Jordan (Pinus halepensis and Quercus aegilops), one chronology for Carmel Mountain, Israel (Pinus halepensis), and one chronology for southern Jordan (Juniperus phoenicia). The results of our study show that the northern site chronologies are significantly correlated, but the northern and southern sites are not. A relatively high correlation was shown between October–April precipitation and a Pinus halepensis chronology, and between October–May precipitation and Quercus aegilops, both in the north. October–May precipitation was reconstructed for the time span AD 1600 to 1995 from the Juniperus phoenicia tree-ring chronology. The longest reconstructed drought, defined as consecutive years below a threshold of 80% of the 1946–1995 mean observed October–May precipitation, was 4 years, compared with 3 years for the 1946–95 instrumental data.     

采点和去趋势方法对天山西部云杉上树线树轮宽度年表相关性及其气候信号的影响

针对新疆天山西部伊犁、博州三大山体北坡云杉上树线树木年轮资料,采用区域曲线、负指数曲线、样条函数三种不同生长去趋势方法,研制树轮宽度年表,分析不同采点和树轮去趋势方法对树轮宽度年表在不同频域的相关性及气候信号的影响发现：①采点间的距离和是否位于同一气候区是影响云杉上树线树轮宽度年表间相关性的首要因子。三个采点间的树轮宽度变化,在高频变化方面最为相似,低频变化存在着较大差异,表明它们在揭示和重建大范围的高频气候变化方面可能具有较大的应用潜力。②三种不同去趋势方法对天山西部山脉北坡上树线的云杉树轮宽度年表的研制具有一定影响,负指数和样条函数去趋势方法研制的树轮年表较为相似,而区域曲线去趋势方法研制的树轮宽度年表中则可保留较多的轮宽低频变化信息。③降水是天山西部云杉上树线的树轮宽度生长的主要限制因子,且树轮宽度生长对降水的响应具有显著的滞后性。④在天山西部的云杉上树线采点,使用区域曲线去趋势方法有利于在树轮宽度年表中保留较多的与水分有关的气候信息。