近200年来秦岭2-4月历史气温重建与空间差异

利用改进的PPR(point-by-point regression)方法,将气温相关系数图与搜索圆进行加权平均得到搜索系数图,选取出秦岭气象站点与气温显著相关的树轮宽度年表,重建了秦岭地区32个气象站点1835-2013年冬末初春2-4月的平均气温。同时在考虑到南北坡差异的影响下,采用基于DEM的克里金(Kriging)插值法,将各气象站点重建序列进行插值,获取了秦岭的历史气温面域数据。取通过检验气象站点重建序列的平均值作为秦岭近200年来2-4月历史气温,重建结果表明:近200年来秦岭地区存在1835-1869年、1874-1886年、1918-1925年、1960-1998年四次偏冷期以及1887-1917年、1926-1959年、1999-2013年三次偏暖期。小波分析显示重建序列存在2~3年、2~5年、7~11年、11年准周期变化。秦岭南北坡冬末初春气候变化整体趋势较一致,但以1959年为转折点,1959年之前北坡较南坡气温变化剧烈,之后南坡比北坡剧烈。插值结果表明秦岭气温受地形影响显著,偏冷期的气温波动值比暖期低1℃左右,偏暖期的最低温有逐渐上升趋势。从空间差异来看插值结果发现坡向差异较为明显,北坡气温变化幅度除1960-1998年偏冷期为16.57℃外,基本呈缩小趋势,而南坡无明显变化。     

1736-2010年华南前汛期始日变化

根据清代华南雨雪分寸记载的内容、特点,参照华南地区前汛期降水特征,提出了利用雨雪分寸记载重建华南前汛期开始时间的方法,重建了1736-1911 年福州与广州前汛期开始日期变化序列;并利用福州与广州（分别始于1953 和1952 年）逐日降水观测记录辨识了器测时期两地前汛期的逐年开始时间;据此分析了过去300 年华南前汛期开始日期的年-年代际变化特征。结果表明：1736-2010 年间,福州、广州两地前汛期开始时间平均为5 月第1 候;但存在显著的年际和年代际波动,其中重建时段（1736-1911 年）的主周期为2~3 年、准10 年和准40年,器测时段的主周期为2~3 年、准10 年和准22 年。在年际尺度,重建时段福州和广州前汛期开始时间最早的年份均为4 月第4 候,最晚的年份则分别为5 月第6 候和6 月第1 候;而器测时段两地前汛期开始时间的最早年、最晚年均为4 月第4 候和6 月第1 候。在年代际尺度,重建时段福州和广州相邻年代最大变幅分别为2.2 候和1.6 候;器测时段福州和广州相邻年代最大变幅则分别为2.5 候和2.4 候。     

1736-2010年华南前汛期始日变化

根据清代华南雨雪分寸记载的内容、特点,参照华南地区前汛期降水特征,提出了利用雨雪分寸记载重建华南前汛期开始时间的方法,重建了1736-1911年福州与广州前汛期开始日期变化序列;并利用福州与广州(分别始于1953和1952年)逐日降水观测记录辨识了器测时期两地前汛期的逐年开始时间;据此分析了过去300年华南前汛期开始日期的年-年代际变化特征。结果表明:1736-2010年间,福州、广州两地前汛期开始时间平均为5月第1候;但存在显著的年际和年代际波动,其中重建时段(1736-1911年)的主周期为2~3年、准10年和准40年,器测时段的主周期为2~3年、准10年和准22年。在年际尺度,重建时段福州和广州前汛期开始时间最早的年份均为4月第4候,最晚的年份则分别为5月第6候和6月第1候;而器测时段两地前汛期开始时间的最早年、最晚年均为4月第4候和6月第1候。在年代际尺度,重建时段福州和广州相邻年代最大变幅分别为2.2候和1.6候;器测时段福州和广州相邻年代最大变幅则分别为2.5候和2.4候。     

榆树年轮记录的浑善达克沙地春季平均最高气温

基于采自内蒙古正蓝旗北部浑善达克沙地的榆树树芯及圆盘建立了区域年表,其与浑善达克沙地4—5月平均最高气温存在显著的负相关性（r=-0.72）,根据二者的相关性建立回归方程（方差解释量为51.35%）,稳定可靠,并据此重建了该地区1766—2011年4—5月平均最高气温,共246 a。重建序列中,气温显著偏高的时段有5个,显著偏低的时段有6个。采用多窗谱分析检测序列周期性,存在2~3.5 a和33~51.28 a周期。重建序列与周围地区干旱指数重建序列波动趋势具有一致性,且周围地区4—5月平均最高气温与重建的该地区4—5月平均最高气温间相关系数均高于0.6。     

过去千年中国不同区域干湿的多尺度变化特征评估

依据近年发表的新成果,对中国过去千年干湿的年至百年尺度变化特征进行了总结梳理与对比分析,综合评估了20世纪干湿变幅的历史地位。主要结论是：① 根据历史文献记载重建的东中部各区干湿序列在1400年以后均达高信度,但其前因存在记录缺失,仅有半数时段的重建结果达高信度。在东北及内蒙古东部,根据不同地点湖沼沉积物记录揭示的区域干湿百年尺度变化特征在多数时段不一致。在西部的黄土高原、河西走廊、新疆中北部、青藏高原东北部和东南部等地区,利用不同地点树轮资料重建的干湿序列显示的干湿变化特征在区内一致性高。② 过去千年中国各地干湿变化均存在显著的年际、年代际和百年尺度周期。其中准2.5 a、60~80 a和110~120 a等尺度的周期为所有地区共有;3.5~5.0 a、20~35 a等尺度周期则主要发生在东北、东中部地区、黄土高原和青藏高原;而准45 a周期则只发生在东北和东中部地区（均超过90%信度水平）;各区域间的干湿变化位相并不同步。③ 尽管已发现青藏高原东北部20世纪很可能是过去3000 a最湿的世纪之一,但其他大多数区域的重建结果显示：20世纪的干湿变幅在年代际尺度上均未超出其前各个时段的变率范围。     

过去300年华南地区冷冬指数序列的重建与特征

根据华南地区历史文献记录的特点,参照华南地区冬季气候和天气特征,提出利用史料记录重建华南地区冷冬指数的方法,重建1710-2009年华南地区冷冬指数序列,据此分析过去300年华南地区的冬季冷暖变化特征。结果表明:1710-2009年间,华南地区平均冷冬指数为2.2,相邻年最大相差为3.0,相邻年代最大相差为0.7,波动较为明显;过去300年可分为3个时段:1710-1834年相对暖期、1835-1892年相对冷期和1893-2009年的相对暖期;华南地区冬季冷暖变化呈显著变暖趋势;华南地区冷冬指数序列存在显著的100年、50年、40年和8年周期;重建序列与同时期器测序列具有较高的相关性,可从一定程度上反映华南过去300年冬季变化的规律性,对华南地区和中国冬季冷暖变化特征研究可能具有些许参考意义。     

北极地区20世纪温度变化趋势的不确定性

北极作为地球的冷源之一,对于地球气候系统起着重要的调节作用.本研究通过分析和总结北极地区器测数据和模拟集成结果,以及最近2 000 a来的温度记录,得出如下结果：1）格陵兰冰盖表层大气温度记录显示,20世纪存在1923—1965年和1994年—至今2个相对温暖时段,且前者更为温暖,温度变化幅度远大于北半球的平均温度.2）北极地区20世纪温度上升是客观存在的,其夏季温度和年平均温度呈现一致变化,未发现明显的温度异常信号.3）定量重建的古气候记录显示了北极地区20世纪升温的特征,但不同记录揭示的升温幅度存在差异.与器测结果不同,多条重建记录未能揭示自1994年至今的升温阶段,反映了古气候载体对气候响应的复杂性,揭示出北极地区未来气候变化趋势存在不确定性.在全球变化备受关注的背景下,北极地区对气候变化研究的重要性日益显现,在做出明确结论之前,需要进一步加大研究力度.     

过去150 年长三角地区的春季物候变化

利用中国历史日记中的长三角地区春季物候记录,重建了该地区1834 年以来的春季物候期变化序列,同时结合气温观测资料分析了该序列对温度变化的指示意义。主要结论有：(1) 1834-1893 年,长三角地区春季物候在波动中逐渐推迟,但19 世纪末起突然出现大幅提前;1900-1990 年以年代际波动为主要特征,1990-2010 年又再次出现大幅提前;1834 年以来,该地区春季物候最迟的年份为1893 年,最早的年份为2007 年,分别较1977-1996 年平均推迟27 天和提早17 天。(2) 长三角地区的春季物候期变化与该地区上年12 月-当年3 月及当年1-3 月气温变化的相关系数分别超过-0.75、-0.80,可很好地指示该地区的冬季与初春(特别是1-3 月) 气温变化;这为进一步集成多种代用资料重建历史时期的中国温度变化提供了重要数据基础和依据。     

清代华北地区冬半年温度变化重建与分析

利用清代地方志中的异常初、终霜记载,根据器测时期华北初、终霜的早、晚与温度变化的关系,重建了1646-1910 年华北地区时间分辨率为5 年的冬半年温度距平序列,分析了期间的冷暖变化特征.结果表明：清代华北地区气候以寒冷为主要特征,冬半年温度平均较现代(1951-1980 年)约低0.55℃,最冷5 年(1656-1660 年)较现代约低1.42℃;清代华北地区冬半年气候存在“冷-暖-冷”的世纪波动,两个寒冷时段起讫时间分别为1646-1700 年(平均较现代约低0.77℃)和1781-1910 年(平均较现代约低0.58℃),1701-1780 年虽然相对较暖,但冬半年温度仍较现代略低(平均较现代约低0.36℃);从更高时间分辨率看,清代冷暖时段内同样存在较小的波动,清后期寒冷时段出现了两个“冷谷”.     

利用树木年轮重建公元1639—2013年青南高原5~9月相对湿度变化

利用采集自青海省杂多县昂赛乡分布的大果圆柏建立树轮宽度差值年表（RES）。相关分析结果表明：青南高原5~9月平均大气相对湿度与树轮宽度差值年表具有显著的正相关关系,相关系数达0.65（建模期,1969-2013年）。利用差值年表重建了青南高原过去375 a的5~9月平均相对湿度变化序列,重建方程方差解释量达42.3%,且方程稳定。在重建的375 a中,显著的偏湿阶段有5个：1694-1710年、1753-1778年、1830-1847年、1892-1908年和1978-1989年;显著的偏干阶段有8个：1646-1673年、1682-1693年、1711-1731年、1735-1752年、1796-1809年、1817-1829年、1848-1861年和1873-1886年。采用多窗谱分析（MTM）发现,重建序列具有28~30 a的长周期,6~9 a和2~5 a的短周期。此次重建序列与其他一些能反映青藏高原地区干湿状况的树轮重建序列在低频上存在较好的一致性,而且与同期相关格点夏季帕尔默干旱指数（MADA）在公共区间（1639-2005年）的相关系数达0.489（P<0.001,n=367）,进一步证明了本文重建序列的准确性。     

利用树木年轮重建阿勒泰地区1572—2014年初夏平均温度

利用阿勒泰地区3个高海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)采样点的树轮样本,建立树轮宽度区域标准化年表(DKH).通过相关普查发现,DKH年表与阿勒泰地区7个气象站当年6月平均温度显著相关,相关系数为0.705(P<0.00001),表明6月平均温度是影响树木年轮径向生长的主要气候限制因子.用DKH年表可较...     

博尔塔拉河流域过去461 a夏季温度的重建和分析

 根据采自天山北坡西段博尔塔拉河流域树木年轮样本,建立了该流域的树木年轮年表序列。通过相关普查得出,该年表与夏季（7-8月）月平均温度存在明显的负相关关系,且具有明确的树木生理学意义。用然布尔萨依（t+2）,铁里门萨依（t+1）和阿合峡特（t+2）三个差值树轮年表可较好地重建该流域461 a来该时段的月平均温度,并通过交叉检验可知所构建的方程是稳定可靠的。通过分析发现,博尔塔拉河流域461 a来夏季月平均温度经历了27个偏暖阶段,存在11 a、12 a、13 a、22 a、27 a、40 a、72 a、93 a、94 a、95 a、146 a和147 a的周期变化； 461 a来博尔塔拉河流域夏季月平均温度序列在1696年、1838年、1842和1962年发生过气温突变。     

过去2000年冷暖变化的基本特征与主要暖期

根据近年国内外相关研究结果,分析了北半球与中国过去2000 年冷暖变化的阶段性,辨识了百年尺度暖期的起讫年代及其与20 世纪温暖程度的差别。结果表明:(1) 最近新建的多数北半球温度变化序列显示公元1-270 年温暖;271-840 年冷暖相间,但总体偏冷;841-1290年温暖;1291-1910 年寒冷;1911 年以后再次转为温暖;这些冷暖阶段虽分别与Lamb 指出的罗马暖期(约公元前1 世纪-4 世纪中期)、黑暗时代冷期(约4 世纪末-10 世纪前期)、中世纪暖期(约10 世纪中期-13 世纪末)、小冰期(约15-19 世纪) 以及20 世纪增暖大致对应,但各阶段的起讫时间与Lamb确定的时段存在一定差别。(2) 尽管过去2000 年冷暖变化过程及其变幅大小在中国境内各个区域间并不完全一致,但从全国平均看,中国与北半球百年尺度的冷暖波动阶段基本一致,仅起讫年代存在一定差异;其中公元1-200 年、551-760 年、941-1300 年及20世纪气候相对温暖,其他时段则相对寒冷。(3) 多数序列显示中世纪期间北半球的温暖程度至少与20 世纪相当。中国941-1300 年间的最暖百年和最暖30 年(暖峰) 的温度也略高于20 世纪,551-760 年间的最暖百年与20 世纪基本相当,但1-200 年间最暖百年的温暖程度则较20 世纪略低。     

祁连山中部树木年轮宽度与气候因子的响应关系及气候重建

研究了祁连山中部不同海拔高度青海云杉的树轮宽度对气候因子的响应,重建了祁连山中部 230 a以来春季3~5月的降水和 170 a以来夏季6~8月的气温序列。结果分析发现,不同高度的云杉树轮生长对春季降水极为敏感,呈现显著正相关;对夏季气温的响应程度,各海拔高度却不相同,夏季气温对上、下限云杉生长有显著影响,但对于森林中部云杉作用并不明显,总体表现为负相关,夏季高温对树木生长不利。气候重建结果发现,祁连山中部的春季230 a以来经历了大幅度长阶段的干湿变化,存在明显的 69 a和 21a周期;170 a以来夏季气温变化频繁,存在明显的2~4a周期。目前,祁连山中部正处于相对干旱和温暖时期,呈现出向暖干方向发展的趋势。     

利用树轮图像灰度重建南天山北坡西部初夏温度序列

通过相关普查发现,最大灰度标准化年表与6—7月平均温度存在显著的负相关,最高单相关系数为-0.588,且具有明确的树木生理学意义。利用阿合牙孜（AHY）次年、乔拉克铁热克（QLK）当年、腊拉散（LLS）当年、琼库什太（QKS）次年的最大灰度标准化年表能够较好地重建南天山北坡西部6—7月平均温度序列,方差解释量达55.2%,并通过交叉检验表明重建结果是稳定可靠。南天山北坡西部地区6—7月平均温度重建序列具有如下特征：①经历了6个偏暖阶段和5个偏冷阶段,且多个阶段与全球变暖有较好的响应;②利用功率谱分析发现11 a、52 a的准周期变化,利用小波分析对周期的时频变化研究发现气温中短周期振荡随时间不断减弱,进入20世纪这种趋势更加明显,同时50~60 a的长周期变化一直存在;③发生了2次明显的突变,其中包括1916年与1935年。     

用树轮灰度重建乌孙山北坡4—5月平均最低气温

利用2006年采自新疆伊犁乌孙山北坡3个采点的树轮样本,建立了树轮宽度年表,采用树轮图像分析法进一步建立了3种宽度年表和5种灰度年表。相关分析发现,在所有参数年表中乌孙山北坡3个树轮标准化全轮灰度年表序列与该地区4—5月平均最低气温显著相关,相关系数最大可达-0.552。经多方面检验可知,利用树轮标准化全轮灰度年表重建该地区过去324 a 的4—5月最低气温是可信的。通过对重建最低气温序列进行功率谱分析发现乌孙山北坡4—5月最低气温具有31 a、36 a和48 a的变化准周期;小波分析证实,31~32 a的低频变化周期最为显著,1800年以前,震荡随时间推移逐渐减弱,周期逐渐缩短,19世纪后期震荡加强,进入20世纪,震荡减弱,逐渐趋于稳定。4—5月平均最低气温经历了11高11低的变化阶段。     

呼图壁河流域过去313 a春季平均最高气温序列及其特征分析

 根据采自天山北坡中部呼图壁河流域6个采点的树木年轮样本,研制出该流域的树木年轮年表。通过相关普查发现,树轮差值年表与春季（5—6月）平均最高气温存在显著的负相关,最高单相关系数为-0.505,且具有明确的树木生理学意义。用喀音萨依（t）,喀音萨依（t+1）和希热克久热特（t+1）3个树轮差值年表序列可较好地重建呼图壁河流域313 a来该时段平均最高气温变化,交叉检验表明重建结果稳定可靠。呼图壁河流域313 a来春季平均最高气温重建序列具有如下特征：①经历了7个偏暖阶段和6个偏冷阶段;②存在7~18 a、30 a明显的准周期变化;③在1886年发生过一次明显的突变。     

1970-2015年秦岭南北气温时空变化及其气候分界意义

基于秦岭南北70个气象站点观测资料,辅以极点对称模态分解方法（ESMD）,对秦岭南北近期气温时空变化特征进行分析,进而以日平均温≥ 10 ℃积温天数为主要指标,以1月0 ℃等温线变化为辅助指标,探讨秦岭山脉的气候分界意义。结果表明：① 1970-2015年秦岭南北气温变化具有同步性,呈现出“非平稳、非线性、阶梯状”的增暖过程,变化阶段可分为：1970-1993年为低位波动期、1994-2002年为快速上升期、2003-2015年为增温停滞期;② ESMD信息分解结果表明,秦岭南北气温变化以年际波动为主导,并未呈现出明显的线性增暖趋势;③ 在空间上,秦岭南北气温趋势呈现“同步增温,南北分异”的响应特征,即秦岭以北地区空间增温具有一致性,秦岭以南地区则呈现“西乡—安康盆地交界”、“商丹盆地”两个低值中心;④ 在气候变暖背景下,秦岭作为气候分界线的作用依然明显,但是南北响应方式存在差异。其中,秦岭以南,北亚热带北界沿山地“垂直上升”,汉江谷地热量资源逐年增加;秦岭以北,尽管以城市带为中心的增温区不断延展,但是冷月气温偏低的格局并未改变。     

近40年秦岭南北地区气候变化及与El Nino/La Nina事件相关性分析

通过对近40年来秦岭南北地区气候变化及与El Nino/Ln Nina事件相关性研究发现，秦岭南北地区气温与降水同步波动，但波动幅度有差别。二者都有暖干化趋势，秦岭以北变暖程度超过秦岭以南，而秦岭以南年降水量的绝对减少量大于秦岭以北，两地年平均气温降水量差值有缩小趋势。Ln Nina事件对秦岭南北地区的影响大于El Ninona事件，La Nina年年平均气温明显下降，超过极显著相关水平，而降水增多。El Nino年气温略有升高趋势，降水略有减少趋势，但达不到统计上的相关水平。     

秦巴山地垂直带谱结构的空间分异与暖温带—亚热带界线问题

秦巴山地垂直带谱结构的空间分异对于揭示秦巴山地地域结构复杂性和过渡性、探索中国复杂的生态地理格局具有重要的意义。本文从文献中搜集了秦巴山地33个山地垂直带谱,建立了秦巴山地数字垂直带谱体系,从纬向、经向和坡向3个维度分析了山地垂直带谱的结构、特征、数量、高度以及分布模式。结果表明：① 纬向上从南向北基带由亚热带常绿阔叶林带逐渐转变为暖温带落叶阔叶林带;垂直带结构由复杂逐渐变得简单;优势带由山地针阔混交林和山地常绿落叶阔叶混交林转变为山地落叶阔叶林带;② 经向上山地垂直带结构呈现复杂—简单—复杂的特征;常绿落叶阔叶混交林带和山地落叶阔叶林带的海拔呈现了二次曲线分布模式;山地针阔混交林带的海拔则呈现显著的线性降低趋势;③ 坡向方面,秦岭北坡和南坡基带均为暖温带落叶阔叶林带,但南坡含有常绿成分;大巴山北坡为亚热带常绿落叶阔叶混交林带,大巴山南坡为亚热带常绿阔叶林带;秦岭和大巴山北坡优势带类似,均为山地针阔混交林带或山地落叶阔叶林带,但大巴山南坡具有独特的山地常绿落叶阔叶混交林优势带,这表明了大巴山比秦岭更适合作为暖温带和北亚热带的分界线,但是未来还需使用土壤和气候指标进行系统的分析。