天山中部北坡头屯河流域树轮宽度年表特征分析及其与气候要素的相关性初探

利用天山中部北坡头屯河流域8个天山云杉树轮采点的树轮样本,建立树轮宽度指数年表,并分析树轮标准化年表与气候的相关性。结果发现:(1)树轮年表统计特征指示庙尔沟煤矿与三屯河树轮宽度标准化年表可能包含有较多的气候信息;(2)森林上限年表互相关平均系数为最大,森林下部林缘年表互相关平均系数居中,森林上树线附近的小渠子年表与处于下树线附近的庙尔沟煤矿年表间的相关系数最小;(3)位于森林下部林缘年表的连续显著的正自相关系数的阶数少于森林上限的年表,反映该区域森林下部林缘树轮中的气候信息较为清晰,上限年表中的气候信息较为模糊;(4)温度是影响森林上限树轮宽度年表树轮生长的的主要气候限制因子,而降水则是影响森林下部林缘树轮宽度年表树轮生长的主要气候限制因子,区域森林下部林缘年表当年轮宽指数与小渠子气象站上年7月至当年6月的降水呈显著正相关,区域森林上限年表与大西沟气象站当年2—3月的月平均气温呈正相关,这些相关具有明确的树木生理学意义;(5)区域森林上限年表经历了9个轮宽指数偏高时段和9个偏低时段,偏高时段反映当年2—3月的气温偏高,反之指示当年2—3月的气温偏低;区域森林下部林缘年表大致有5个轮宽指数偏高时段和5个偏低时段,偏高时段指示上年7月至当年6月降水偏多,反之表征上年7月至当年的降水偏少。     

叶尔羌河流域雪岭云杉树轮宽度气候信息的探讨

位于西昆仑山北坡的叶尔羌河是塔里木河的三大源流之一,该流域山区分布的雪岭云杉为过去气候变化研究提供了理想的载体。本文建立了叶尔羌河流域4个雪岭云杉树轮宽度年表和区域合成年表,探讨了树轮年表对叶城气象站气温、降水等气候要素的响应特征。结果表明雪岭云杉树轮年表具有较高平均敏感度、缺轮率和序列间相关系数,年表的质量较高。区域合成年表与叶城站上年6月至当年5月降水量相关系数为0.393,与当年3—9月平均最低气温相关系数为0.624。一阶差相关分析表明,树轮年表与最低气温的高频变化特征并不一致,二者较高的正相关主要是由于温度升高趋势的贡献。树轮年表与乌恰站上年7月至当年4月降水量相关系数为0.535。西昆仑山北坡雪岭云杉树轮年表与周边对水分敏感的树轮气候记录对比表明,其低频变化趋势以及缺年集中出现的年份均具有较好的一致性。由于气候干旱、下垫面条件恶劣,位于叶尔羌河流域的西昆仑山北坡雪岭云杉树木径向生长的限制因子仍然为水分条件,而非气温。     

博州中东部树轮宽度年表特征及对其气候响应

利用采自博尔塔拉蒙古自治州中东部山区9个采点的树轮样本,研制树轮宽度年表,分析9个树轮宽度标准化年表的统计特征及年表对气候的响应。结果表明:(1)位于森林中下部林缘的吉普克北、包尔克特沟西侧、小海子、胡苏木萨拉年表和森林上树线的吉普克年表包含的气候信息较多。(2)博州中东部山区气候对树木年轮生长的影响存在持续性,显著的持续年数大多表现在当年及其后的3 a。(3)9个年表间的互相关系数均超过了0.01的显著水平,森林中下部林缘年表间的相关性大于森林上树线。(4)森林上树线树轮宽度年表与上年12月至当年9月平均最低气温相关系数最大(R=0.583,显著性水平达0.000 1),其中与6月温度的相关最好,温度是影响森林上树线树轮宽度生长的主要气候限制因子。森林中下部林缘区域树轮宽度年表与上年6月至当年5月的降水量呈显著正相关(R=0.644,显著性水平达0.000 1),其中与6月降水量的相关最好,降水是影响森林中下部林缘树木年轮宽度生长的主要气候限制因子。     

帕米尔东北部昆仑圆柏850年树轮宽度年表的建立及其气候意义

利用帕米尔高原东北缘的昆仑圆柏树轮资料建立了850 a的树轮宽度年表(1165—2014年),是目前新疆最长的树轮年表。树轮宽度指数与乌恰站的气象资料相关分析表明:树轮宽度主要受水分条件限制,与降水量、降水日数和水汽压呈一致的正相关,其中树轮宽度标准年表与乌恰上年10月—当年7月的降水量的相关系数达到0.671。宽度年表与最高气温和最低气温呈反相关:当年生长季及其前期的最高气温与轮宽指数负相关,而最低气温(当年5月以外)与树木的生长正相关,表明生长季的较高的最高气温和冬季的较低的最低气温不利于树木的生长。树轮宽度指数与CRU格点降水资料的空间相关分析表明其能较好地反映帕米尔高原东部的降水变化,其次与新疆天山山区中部和南疆平原区的降水也具有较好的相关性。     

额尔齐斯河上游西伯利亚云杉树轮宽度年表特征分析及其对气候的响应

利用采自阿尔泰山南坡额尔齐斯河上游森林6个采样点的低海拔西伯利亚云杉（Picea obovata Ledeb）树轮样本,建立6个树轮宽度指数年表。分析标准化树轮宽度年表的特征参数及对气候的响应发现：（1）可可托海北（KKT）年表包含的气候信息最多,其次是塔里德萨依（TLD）年表。（2）6个标准化年表及区域年表（HEC）与临近的富蕴气象站与生长季及生长季前期的降水呈正相关,与上年7月到当年6月降水量相关最高达0.755,该研究结果与新疆天山山区云杉对气候的响应完全一致。降水是森林下限西伯利亚云杉树轮宽度生长的主要限制因子。（3）海拔相对较高的协特克阔依汗（XTK）和KKT年表除与其它年表具有对降水相同的响应特点外,还与当年8月的平均最低气温呈显著正相关。（4）区域年表树轮宽度指数经历了9个偏高时段和8个偏低时段,揭示了该地区降水的长期变化。     

基于树轮的天山北坡三屯河流域过去146a降水变化

通过对新疆天山北坡三屯河流域2个采点的云杉树轮宽度标准化年表与小渠子和大西沟气象站月降水相关普查分析发现,区域森林中下部林缘年表与小渠子气象站上年7月至当年6月的降水呈显著正相关,其相关系数为0.694（p〈0.000 1）,且具有明确的树木生理学意义。利用区域森林中下部林缘年表序列可较好地重建小渠子气象站146 a来上年7月至当年6月降水量。对天山北坡三屯河流域过去146 a降水变化特征分析表明：天山北坡三屯河流域降水大体经历了6个偏干阶段和6个偏湿阶段,具有2、4、7、14、26 a的变化准周期,1942年和1945年分别是三屯河流域甚至天山山区较大范围内过去146 a的降水最大年份和最小年份,降水的长期变化与天山山区变化趋势有很大的相似性。     

阿勒泰地区两种树轮宽度年表气候响应特征

阿尔泰山是树轮气候研究的理想区域,但此前关于阿尔泰山不同海拔高度西伯利亚落叶松和西伯利亚云杉树轮宽度气候响应差异的对比研究较少。本文利用阿尔泰山上树线西伯利亚落叶松以及森林中下部西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松树轮宽度资料,在建立宽度年表的基础上,分析阿尔泰山南坡不同海拔高度不同树种对气候响应的差异。研究结果表明：①上树线与森林中下部区域树轮宽度生长的气候限制因子不同,上树线落叶松树轮宽度生长的气候限制因子为6月平均温度,森林中下部云杉树轮生长的气候限制因子为年度（上年7月到当年6月）或春季（4-6月）降水量。②森林中下部云杉树轮宽度生长对降水的响应要优于落叶松。③上树线西伯利亚落叶松树轮宽度均与当年6月平均温度显著正相关（P<0.001）,森林中下部西伯利亚落叶松的气候限制因子不明显。     

阿尔泰山区两种树轮宽度年表气候响应特征

阿尔泰山是树轮气候研究的理想区域,但此前关于阿尔泰山不同海拔高度西伯利亚落叶松和西伯利亚云杉树轮宽度气候响应差异的对比研究较少。本文利用阿尔泰山上树线西伯利亚落叶松以及森林中下部西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松树轮宽度资料,在建立宽度年表的基础上,分析阿尔泰山南坡不同海拔高度不同树种对气候响应的差异。研究结果表明:1上树线与森林中下部区域树轮宽度生长的气候限制因子不同,上树线落叶松树轮宽度生长的气候限制因子为6月平均温度,森林中下部云杉树轮生长的气候限制因子为年度(上年7月到当年6月)或春季(4—6月)降水量。2森林中下部云杉树轮宽度生长对降水的响应要优于落叶松。3上树线西伯利亚落叶松树轮宽度均与当年6月平均温度显著正相关(P0.001),森林中下部西伯利亚落叶松的气候限制因子不明显。     

阿尔泰山中部树轮宽度年表特征及其气候响应

利用阿尔泰山中部地区3个采样点的树轮宽度资料,建立年表,对比3个树轮宽度标准化年表（STD）相关特征参数及年表与气候的响应,结果表明：大东沟（DDG）年表和二道房子（EDF）年表的平均敏感度和信噪比等参数均较大,表明2个年表含有较丰富的气候信息。2个年表的显著性水平达到0.01的自相关大多在4阶以内,表明气候对阿尔泰山中部树轮宽度生长的影响主要表现在当年及其后的3 a,其＂滞后效应＂较明显。位于阿尔泰山中部森林中下部林缘的大东沟树轮宽度年表（DDG）与上年11月-当年4月的降水量有显著的正相关（r=0.503,p〈0.001）;而位于阿尔泰山中部森林上树线附近的哈依萨萨依树轮宽度年表（HYS）对当年6-7月的月平均最低气温有明显的正相关（r=0.462,p〈0.001）,但同时与当年1月的降水有很好的响应。     

新疆西北部萨吾尔山西伯利亚落叶松树轮宽度的气候响应特征

树木生长对气候变化的响应研究不仅能为全球变化背景下森林生态系统的响应提供关键参数，也是树轮气候学研究的基础。本文利用位于新疆西北部萨吾尔山南坡的西伯利亚落叶松树木年轮宽度资料，建立了不同海拔高度的4个树轮宽度年表，采用相关分析和冗余分析法分析了树轮年表特征及其对气候的响应特征。结果表明：（1）不同海拔西伯利亚落叶松树轮宽度年表均具有较高的敏感度和一致性，可能包含较为丰富的气候信息。树轮年表参数有较一致的规律性：平均敏感度、标准差和信噪比随海拔高度降低逐渐增大；反映树轮对环境要素响应滞后效应的一阶自相关系数随海拔高度降低而减小。（2）随着海拔高度的降低，树轮宽度年表与生长季温度（5—9月）的正相关逐渐减弱，直至变为负相关；与反映水分状况的气象要素（降水量、相对湿度和水汽压）由不显著相关变为显著正相关（P<0.01）。萨吾尔山南坡海拔2000~2100m是西伯利亚落叶松树轮宽度对气候响应关系发生转折的关键高度。（3）位于下树线区域西伯利亚落叶松树轮宽度受年降水量（上年7月至当年6月）和当年生长季（5—7月）最高气温共同影响，具备开展区域干旱指数重建的潜力。     

利用树木年轮资料重建新疆东天山300多年来干旱日数的变化

采用东天山6个相邻地点的云杉年轮序列求得该区域平均树木年轮年表（1665～1988年）。通过响应面函数的计算，发现树木生长对温度和降水有明显的非线性响应，表明用该年表序列重建单个温度要素存在一定片面性，利用森林干旱模式计算的树木生长期干旱数，含有温度、降水、土壤性质等诸因子，且与年轮生长明显相关。进而利用树木年轮资料重建了该地区过去300年来干旱日数，与实际旱涝情况吻合较好。     

托什干河流域额河杨和雪岭云杉径向生长对环境的响应对比

利用采自天山南坡托什干河流域的额河杨(Populus xjrtyschensis Ch.Y.Yang)和山区森林上线的雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey)树轮样本,分别建立树轮宽度年表,选用相关函数法结合阿合奇气象站和沙里桂兰克水文站的逐月降水、温度和径流等主要环境因子,分析托什干河不同树种树木径向生长对环境因子的响应。研究表明,额河杨和森林上线的雪岭云杉树木径向生长对气候的响应均较差,位于森林上线的雪岭云杉对春季PDSI响应较好。托什干河流域树木径向生长可能受多种气象因子综合影响。同时,额河杨和雪岭云杉与径流量的相关性较高,额河杨树木径向生长响应夏季径流量,而雪岭云杉可以更好地响应水文年的径流量。本研究为利用阔叶树种重建天山山区历史气候水文变化提供参考。     

新疆伊犁尼勒克地区树轮宽度年表特征分析

通过对尼勒克地区3个树轮宽度标准化年表有关参数的对比分析,证明萨克巴依顿年表和唐布拉年表比霍仕布拉克年表包含更多的气候信息。将这3个树轮宽度标准化年表与附近的尼勒克气象站1960--2008年月平均降水组合资料进行相关分析,结果表明：尼勒克3个树轮宽度标准化年表的年轮指数与尼勒克地区上年7—8月的降水呈显著正相关,其中唐布拉年表（TBL）的年轮指数与上年7—8月降水相关最佳,相关系数为0．575,达0．00002的极显著性水平,且二者的正相关具有明确的树木生理学意义。研究还发现,尼勒克3个树轮宽度标准化年表的低频信息含量均多于高频信息的含量,在0．05显著性水平上,普遍存在2～3a的变化准周期,且平均年表存在7个高指数阶段和7个低指数阶段。     

新疆伊犁乌孙山北坡树轮灰度年表的建立及气候意义

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。宽度年表对比发现,树木年轮对气候响应南疆强于北疆,北疆其它地方强于伊犁地区,而乌孙山北坡与伊犁其它地区比较,树轮宽度对气候的响应较敏感。树轮图像分析法建立的8种年表特征进行对比发现,恰依恰孜宽度年表对气候的响应最为强烈;而阿乌里亚乔克标准化灰度年表对气候的响应较好。相关分析表明,全轮灰度、早材灰度和最大灰度与4、5月气温相关较好。4月降水和实测宽度、全轮宽度以及早材宽度相关较好,而6月降水与全轮灰度和早材灰度相关较好。早材宽度对气候的响应强于晚材宽度;全轮灰度和早材灰度对气候的响应较好。利用树轮图像分析所得到的8个树轮参数年表可增加气候重建代用指标,提高气候重建的精度。     

The application of tree-rings and stable isotopes for reconstructions of climate conditions in the Russian Altai

We present new tree-ring width, δ¹³C, and δ¹⁸O chronologies from the Koksu site (49°N, 86° E, 2,200 m asl), situated in the Russian Altai. A strong temperature signal is recorded in the tree-ring width (June-July) and stable isotope (July-August) chronologies, a July precipitation signal captured by the stable isotope data. To investigate the nature of common climatic patterns, our new chronologies are compared with previously published tree-ring and stable isotope data from other sites in the Altai region. The temperature signal preserved in the conifer trees is strongly expressed at local and regional scales for all studied sites, resulting in even stronger temperature and precipitation signals in combined average chronologies compared to separate chronologies. This enables the reconstruction of June-July and July-August temperatures for the last 200 years using tree-ring and stable carbon isotopes. A July precipitation reconstruction based on oxygen isotopic variability recorded in tree-rings can potentially improve the understanding of hydrological changes and the occurrence of extreme events in the Russian Altai.     

Site-aspect influence on climate sensitivity over time of a high-altitude Pinus cembra tree-ring network

Recently a divergence between tree-ring parameters from temperature-limited environments and temperature records has been observed worldwide but comprehensive explanations are still lacking. From a dendroclimatic analysis performed on a high-altitude tree-ring network of Pinus cembra (L.) in the Central Italian Alps we found that site aspect influences non-stationary growth-climate relationships over time. A general increasing divergence between ring width and the summer temperature record (J–A) has been observed especially for chronologies from SW-facing slopes, whereas chronologies from N-facing sites showed stable relationships over time. The monthly analysis revealed that the decrease in sensitivity was mostly accounted for by the changes in the relationships with June temperature (decreasing correlations especially for S- and W-facing site chronologies), whereas trees from N-facing sites showed an increasing sensitivity to July temperatures. Our data suggest that at high altitudes, low temperatures at the beginning of the growing season no longer limit growth. We also found that our temperature-sensitive trees did not linearly respond in radial growth to the extreme heat event of summer 2003, and formed an annual ring of average width, resulting in a strong divergence from the temperature record. Our findings underline the importance of site ecology for tree-ring based climate reconstructions using temperature-sensitive ring-width chronologies, and may help in solving the ‘divergence problem’.