基于多点树轮序列的1768—2006年甘肃降水量变化

选择12个树木年轮宽度年表和28个气象站的降水量资料分别建立甘肃树轮宽度场和降水量场。树轮气候响应分析发现树轮宽度场第一主成分与甘肃28个气象站上年7月至当年6月降水量第一主成分有较好相关性,相关系数为0.580 (p<0.001)。利用线性回归模型重建甘肃上年7月至当年6月降水量第一主成分,方差解释量为33.6% (1961—2006年)。在1768—2006年期间甘肃有11个降水量较多的时期(高于多年平均值)和11个降水量较少的时期(低于多年平均值),分别反映了东亚夏季风较强和较弱的时期。同时,降水量重建序列的低值与西北地区极端干旱历史事件有着良好的一致性。空间相关分析表明该重建序列能够表征甘肃大范围的降水量变化,与实测降水量资料的第一主成分空间变化较为一致。多窗谱分析发现,甘肃降水量具有36.6年(95%)、11.2年 (95%)、4.8年(95%)、3.4年 (95%)、3.1年(95%)、2.6年(95%)和2.4年(99%)的周期变化。甘肃降水量与亚洲中纬度西风区、季风区树轮降水量序列之间存在一定的关联性,甘肃降水量变化与季风降水量的关联要大于与西风区降水量。     

用树木年轮重建阿勒泰东部6-7月平均温度序列

 利用采自阿勒泰中东部地区8个树轮采样点的西伯利亚落叶松树轮资料,建立宽度年表。分析这些年表与气候要素的相关性发现,标准化年表序列与该地区青河气象站6—7月的月平均气温存在显著的正相关关系,最高单相关为卓勒萨依ZLS年表,相关系数为0.555（P＜0.0001）,且具有明显的树木生理学意义。用卓勒萨依t和卓勒萨依t+3两个树轮标准化年表序列,可较好地重建该地区过去394 a来6—7月月平均气温序列,交叉检验表明,重建方程稳定可靠。分析发现,阿勒泰东部地区394 a来的气温重建序列具有7个偏冷和7个偏暖阶段,和2.7~3.7 a,43.7 a,52.4 a的显著冷暖变化准周期。月平均气温重建序列存在10个突变点,其中在1669年,1714年,1762年,1802年和1939年前后为初夏月平均气温由低向高突变,而在1691年,1732年,1781年,1919年和1963年前后是自高温向低温突变。     

树轮宽度指示的川西色达7月平均最高气温变化

利用采自川西高原热基沟地区的树木年轮样本,建立了该地1506—2008年树轮宽度标准化年表。年表与川西高原色达和壤塘气象站前一年10月至当年9月的气候资料的相关分析结果显示,该年表与色达气象站7月平均最高气温相关较好,呈显著正相关关系,相关系数达0.63。利用该年表重建了该地区1506年以来的7月平均最高气温序列,通过“逐一剔除法”进行交叉检验,发现重建方程稳定可靠,方差解释量为39.7%。重建序列显示:暖期时段有5个,为1512—1548、1577—1590、1612—1660、1670—1687年和1704—1784年;冷期时段有7个,为1549—1579、1591—1611、1688—1703、1785—1828、1837—1856、1863—1902年和1962—1998年。同时,利用功率谱和小波分析法进行周期信号检测,发现重建序列存在着显著的周期振荡,主要有80～130年、24～33年、7～16年和2～3年左右的振荡周期。     

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。     

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。     

利用树木年轮重建阿勒泰地区1794-2012年降水量

利用阿勒泰地区3个采样点的西伯利亚云杉（Picea obovata）树轮样本,建立了区域树轮宽度标准化年表。单相关普查发现,阿勒泰地区区域树轮宽度标准化年表与该区域5个气象站上年7月至当年6月降水量相关显著（R=0.714,P<0.00001）。用区域树轮宽度标准化年表可较好地重建该区域上年7月至当年6月的降水量,解释方差达51.0%,验证表明降水重建序列是可信的。重建序列经历了4个偏湿期和4个偏干期。存在2.2～2.5 a的显著周期（P<0.05）及146、2.8、2.1、2.0 a的较显著周期。在1889年发生从少到多的突变。空间相关分析表明重建结果对阿勒泰地区降水具有较好的代表性。重建结果与阿尔泰山、天山中部地区、吉尔吉斯斯坦东部天山北坡的降水变化趋势和干湿阶段具有较好的一致性,与PDSI变化趋势也有较好的一致性。     

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。     

特克斯河流域近236a降水变化及其趋势预测

根据2006年采自特克斯河流域6个采样点的树轮样本研制的树轮宽度年表与气象资料,通过相关普查发现,特克斯河流域树轮标准化年表与上年7月至当年6月的降水存在显著的正相关,最高单相关系数为0.727.用库尔克尔也灭,小白代的树轮宽度标准化年表序列,可较好地重建该地区最近236 a的降水序列,方差解释量达54%,并通过交叉检验表明重建结果是稳定可靠的.近236 a,特克斯河流域上年7月至当年6月降水经历了8个偏湿阶段和8个偏干阶段,同时重建降水序列具有10.3 a、7.5 a、6.0 a、3.0 a、2.1 a的变化准周期,并在1790年,1911年,1929年,1974年发生过降水突变.采用毛毛虫-奇异谱分析法(Caterpillar-ssa)对该地区未来20 a的降水的自然变化进行预测.结果表明,21世纪的最初几年降水量将延续20世纪90年代以来增加的趋势,之后出现下降,并在2013～2016年前后最低值出现.     

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。     

树轮记录的甘肃山丹近224年降水变化

根据山丹大黄沟的树轮样本,建立树轮宽度年表.相关分析发现,大黄沟树轮宽度差值年表与山丹上年8月至当年6月的降水存在显著的正相关,相关系数为0.654(P<0.00001).利用大黄沟的树轮宽度差值年表,可重建山丹近224年来上年8月至当年6月的降水变化.交叉检验表明降水重建结果稳定可靠.通过对降水重建序列与周边地区树轮降水重建序列和树轮年表资料的对比分析,发现该重建序列与周边地区的树轮重建降水的干湿阶段变化具有一定的同步性,并对西北地区极端干旱历史事件有良好的响应.多窗谱分析发现,重建降水序列具有4.2 a、3.4 a、3.2 a、2.6 a的准周期变化;滑动T检验法发现,重建降水序列在1887年、1908年发生过降水突变.     

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。     

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。     

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。     

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。