树轮密度对气候的响应及重建研究进展

树轮密度是重建过去气候变化的重要代用指标。过去几十年,国内外学者针对树轮密度开展了大量的研究工作,取得了丰硕的成果。论文收集了国内外有关树轮密度的研究文献,从树轮密度对气候变化的响应和气候重建等方面进行了概述。尽管树轮密度对气候变化的响应可能受到样点的地理位置、地形(如海拔、坡向等)、树种等因素的影响,但湿冷地区树轮晚材最大密度能较好地反映生长季或生长季末期温度变化;而干旱地区的早材平均密度能揭示生长季早期的降水变化。因此,目前大多数研究以重建生长季或生长季末期温度为主,也有重建降水量、海平面气压变化的案例。此外,重建方程的方差解释量存在空间和树种间的差异,但这些差异需要更多的研究工作加以验证。最长的重建序列来自于欧洲,长达2018 a;国内基于树轮密度重建的最长温度序列来自于西南地区,长达449 a。另外,树轮密度序列在对温度响应的分异性问题以及评估强火山喷发的降温效应方面还存在争议。其争议源于树轮密度与温度关系还受到其他环境变量与人为因素的影响,因此今后研究还需关注树轮密度与降水、光照等其他气候变量的关系,同时也要注重树种、海拔、实验方法等非气候因子的影响。     

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.     

闽北地区柳杉树轮宽度变化对气候因子的响应

以福建北部宁德市虎贝镇柳杉树芯为对象,建立研究区68年(1950—2017)柳杉树轮宽度标准年表。通过年表与气候要素的响应分析发现:研究区柳杉树轮宽度与上一年7月和当年6月温度在原始序列和一阶差序列上均显著负相关(P0.01),夏季高温造成的干旱胁迫限制了柳杉径向生长;标准年表与前一年7月至当年6月降水和标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation and Evapotranspiration Index, SPEI)在原始序列和一阶差序列上均显著正相关(P0.01),柳杉生长亦受水文年降水限制,土壤水分在其中起到关键作用。柳杉宽度年表与当年1—3月全球海表温度(Sea Surface Temperature,SST)相关空间分布特征显示:树木径向生长与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)之间存在显著相关,说明ENSO可以通过遥相关(teleconnections)调控研究区的水文气候,从而影响区域的树木生长。     

树轮记录的西藏东北部过去552 a上年10月至当年5月降水量变化

青藏高原是气候变化研究的热点区域,由于其极端寒冷、干旱的气候条件,环境因子对树木生长的限制作用明显,高原东部地区广泛分布的长龄针叶树成为过去变化研究的重要代用资料。本文利用位于西藏东北部3个采样点的川西云杉树木年轮资料,建立了宽度年表。树轮宽度指数与类乌齐和昌都气象站气温、降水资料以及格点PDSI的相关与响应分析发现,上年10月至当年5月的降水量是制约该区域树木的径向生长的主要气候因子,且具有明确的生理意义。在此基础上,建立了树轮宽度指数与降水量的线性转换方程(n=32,R~2=52. 9%,F=33. 7),重建了西藏东北部公元1460—2011年期间上年10月至当年5月的降水量序列,确定其存在6个明显的偏湿阶段(1512—1533、1551—1630、1659—1729、1771—1790、1838—1862、1976—2011年)和5个明显的偏干阶段(1460—1511、1591—1614、1730—1770、1791—1837、1892—1930年)。空间代表性分析表明重建序列能较好地代表西藏东部地区(94°E～100°E,29°N～33°N)的降水变化。本文降水序列与研究区周边的树轮降水记录的对比发现,其共同的特征是19世纪早期的持续干旱和1980年中期以来的增湿过程,但本序列中最长的湿润期(1659—1729年)以及20世纪早期的干旱期(1892—1930年)与其他两条降水记录并不一致。近20年来明显的增湿过程可能是由于高原增温导致对流活动增强,进而增加有效降水。树轮降水记录不一致的原因除了降水存在较强的局地性特征以外,还可能是由于研究区处在南亚季风和西风系统的交互作用区。     

树木径向生长机制监测和模拟研究进展

 传统的树轮气候学重建研究是基于现代仪器观测资料和树轮序列的统计相关实现的,缺乏机制方面的研究。可靠地重建历史时期的气候变化,需要理解树木径向生长的气候响应机理。目前,国际上的树木径向生长机制研究主要有两种途径,监测与模拟,其中监测研究包括应用树木径向生长测量仪(Dendrometer),微树芯法(Micro-coring)和针刺创伤法(Pinning)3种。从两类大的研究途径出发,综述了国内外的研究进展情况,并对未来发展趋势提出展望。     

20世纪以来美国树木生长响应气候变化敏感度的时空差异

树木生长响应气候变化的敏感度是全球变化研究的重要内容。利用20世纪以来美国本土1058个样本点的树轮宽度指数和温度、降水数据,通过相关分析,揭示了树木生长速率年际变化响应气候变化敏感度的时空差异。研究发现：① 美国树木径向生长速率与温度普遍负相关、与降水普遍正相关,绝大多数地区树木生长受水分条件限制。② 径向生长速率对温度和降水响应敏感度呈现一定的季节差异,最敏感的季节因地区而异,这主要与不同月份温度、降水条件差异导致的水分条件变化有关。同时,径向生长速率对温度、降水响应敏感度还随着气候条件变化而变化,随着年平均温度升高（降低）,径向生长速率与温度的负相关逐渐增强（减弱）,随着年降水增加（减少）,与降水的正相关强度逐渐减弱（增强）。     

天山北坡东部叉子圆柏(Sabina vulgaris)树轮宽度气候重建潜力评估北大核心CSCD

叉子圆柏(Sabina vulgaris)年轮边界清晰,广泛分布于天山北坡海拔1 200~3 100m范围,比雪岭云杉的海拔分布范围更广。该树种最大树龄在200a以上,目前还未见利用这一树种开展树轮年代学研究的报道。建立了天山北坡东部木垒山区叉子圆柏的树轮宽度年表,分析其年表特征及其与木垒气象站降水量、降水日数、气温、蒸发量和标准化降水蒸发指数(SPEI)的相关关系,评估叉子圆柏的气候信息含量及其用于气候重建的潜力。结果表明:叉子圆柏树轮宽度具有较高的敏感度和序列间的一致性,树木径向生长受到当年生长季(3—8月)及其前期降水和蒸发的综合影响,宽度年表与当年的降水量和降水日数显著正相关,与气温和蒸发量显著负相关,与当年4—7月SPEI的正相关最为显著(n=55,r=0.650,P<0.0001)。基于一元线性方程(Y=2.783 X-2.975,R^2=42.2%,R_(adj)~2=41.1%),利用叉子圆柏树轮宽度重建了东天山北坡木垒4—7月SPEI变化。与基于雪岭云杉树轮宽度重建的东天山降水记录的比较表明:1860—2013年间二者相关系数为0.381,低频变化都记录了1910—1940年的持续干旱期。SPEI序列中的部分极端干旱年与降水记录并不一致,SPEI记录的20世纪90年代以来的持续偏干趋势在树轮降水记录中并不明显,可能是由于两个重建的要素和时段不一致,SPEI指数考虑了增温引起的蒸发作用加剧的影响。叉子圆柏主要分布在阳坡(雪岭云杉一般生长在阴坡),特别是可以在天山北坡雪岭云杉下树线以下的区域生长,叉子圆柏树轮宽度反映的气象要素和时段与雪岭云杉存在差异,因此在天山山区树轮年代学研究中能作为雪岭云杉的有益补充。     

天山北坡东部叉子圆柏(Sabina vulgaris)树轮宽度气候重建潜力评估

叉子圆柏(Sabina vulgaris)年轮边界清晰,广泛分布于天山北坡海拔1 200~3 100m范围,比雪岭云杉的海拔分布范围更广。该树种最大树龄在200a以上,目前还未见利用这一树种开展树轮年代学研究的报道。建立了天山北坡东部木垒山区叉子圆柏的树轮宽度年表,分析其年表特征及其与木垒气象站降水量、降水日数、气温、蒸发量和标准化降水蒸发指数(SPEI)的相关关系,评估叉子圆柏的气候信息含量及其用于气候重建的潜力。结果表明:叉子圆柏树轮宽度具有较高的敏感度和序列间的一致性,树木径向生长受到当年生长季(3—8月)及其前期降水和蒸发的综合影响,宽度年表与当年的降水量和降水日数显著正相关,与气温和蒸发量显著负相关,与当年4—7月SPEI的正相关最为显著(n=55,r=0.650,P0.0001)。基于一元线性方程(Y=2.783 X-2.975,R~2=42.2%,R_(adj)~2=41.1%),利用叉子圆柏树轮宽度重建了东天山北坡木垒4—7月SPEI变化。与基于雪岭云杉树轮宽度重建的东天山降水记录的比较表明:1860—2013年间二者相关系数为0.381,低频变化都记录了1910—1940年的持续干旱期。SPEI序列中的部分极端干旱年与降水记录并不一致,SPEI记录的20世纪90年代以来的持续偏干趋势在树轮降水记录中并不明显,可能是由于两个重建的要素和时段不一致,SPEI指数考虑了增温引起的蒸发作用加剧的影响。叉子圆柏主要分布在阳坡(雪岭云杉一般生长在阴坡),特别是可以在天山北坡雪岭云杉下树线以下的区域生长,叉子圆柏树轮宽度反映的气象要素和时段与雪岭云杉存在差异,因此在天山山区树轮年代学研究中能作为雪岭云杉的有益补充。     

贡嘎山峨嵋冷杉上下限径向生长与气候因子的关系

通过贡嘎山海螺沟峨眉冷杉海拔分布上下限树轮宽度的测定,采用负指数法(NEC)、区域曲线标准化法(RCS)和断面积修正法(BAI)建立树轮宽度年表,基于临近康定气象站气候数据,分析了不同趋势拟合方法峨眉冷杉径向生长对气候响应的差异。结果表明,采用断面积修正法建立的年表更能准确地表征峨眉冷杉的生长趋势;BAI年表与逐月气候因子相关分析显示,在峨眉冷杉海拔分布下限,树木径向生长与前一年6~9月温度呈显著负相关,温度是影响峨眉冷杉海拔分布下限径向生长的主要因子;林线峨眉冷杉与当年7月温度和5月降水呈显著正相关,温度和降水的耦合作用影响林线峨眉冷杉的径向生长。     

大别山地区黄山松和油松树轮宽度的气候意义

本文基于2010年采自大别山地区黄山松、油松树轮资料分别建立了树轮宽度标准年表,利用相关函数检验了年表与附近的麻城气象站1959-2009年月平均最高气温、月平均气温、月平均最低气温和月降水量之间关系,旨在探讨黄山松、油松树轮宽度的气候意义。研究结果显示,平均敏感度、标准差、信噪比等统计量黄山松年表均高于油松年表,表明黄山松年表较油松年表包含更多的气候信息,具有更高的树轮气候学研究价值。黄山松径向生长主要受当年2-7月平均气温限制,任何月份及月份组合降水量对黄山松径向生长的限制作用均不显著;油松径向生长主要受当年5-6月降水总量限制,任何月份及月份组合气温对油松径向生长的限制作用均不显著。研究表明,在中国亚热带暖湿地区,气候要素的年际变化亦可对部分树种径向生长具有较强的限制作用,树木年轮宽度的变化对气候具有指示意义。研究结果将进一步弥补中国亚热带暖湿地区树轮宽度年表的不足,为树轮气候重建研究提供参考和依据。     

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。     

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。     

Abrupt changes in an 8000-year precipitation reconstruction for Nevada, the Western USA

A scanning t-test algorithm for detecting multiple time-scale abrupt changes in the level of a time-series was used to analyze an 8000 year time series of annual precipitation which was reconstructed from tree rings for the Nevada Climate Division 3 in the western USA. The tree ring samples were gathered from eight states in the southwestern USA. Twenty-two change-points were identified by the algorithm and these were used to partition the tree-ring series into twenty-three relatively Wet/Normal/Dry episodes. These twenty-three episodes were collaborated by a coherency analysis of abrupt changes between the precipitation reconstruction series and the TIC/δ18O records from cored sediments of Pyramid Lake in Nevada, and by comparison with published results from related studies. These episodes were also compared with studies of the global climate change and with records of climate change in China during the same periods. The results suggest that the precipitation reconstruction series is quite valuable for climate-change research on multi-centurial time-scales in the western USA, and that the scanning t-test and coherency detection algorithms may have a wide use for detecting multiple time-scale abrupt changes in a long time series.As the TIC and δ18O record series are high resolution with unequal sampling intervals ranging between 3 and 14 years, a new algorithm was developed to deal with the unequal time intervals in the series.     

中国内陆区湖泊沉积所反映的全新世干湿变化

湖泊沉积记录的环境演变是全球变化的重要研究领域之一,通过对中国内陆区中30 个湖泊研究成果的总结和梳理,探讨了全新世以来该地区干湿变化的规律和区域分异。通过降水量结合传统分区方法将中国内陆区分为西北干旱区、东亚季风边缘区和青藏高原区。对每个湖泊样点以500 年为时间间隔,以孢粉为主要干湿指标,综合氧同位素、有机质及碳酸盐等,将湖泊干湿状况划分3 个干湿等级（干旱,半湿润,湿润）,建立区域干湿指数。结果表明,中国内陆不同区域全新世可能经历了不同的干湿变化过程：①西北干旱区基本上是早中全新世干旱,中晚全新世相对湿润,但区域差异明显;②东亚季风边缘区早全新世早期干旱,早全新世晚期和中全新世相对湿润,晚全新世干旱;③青藏高原区的湿润时期主要发生在早中全新世,但是不同地区有所不同。对比分析显示：西北干旱区的干湿变化可能受西风环流控制,但在时间和强度上区域内部差异较明显;东亚季风边缘区可能主要受东亚季风控制;青藏高原地区早中全新世的湿润可能与印度季风的增强相关。     

树轮记录的吉尔吉斯斯坦东部过去百年干湿变化

利用吉尔吉斯斯坦东部chon-kyzyl-suu附近的两个树轮宽度年表,与CRU气温、降水资料和PDSI资料进行相关分析和响应分析,重建该地区过去百年的降水和PDSI,分析近百年吉尔吉斯斯坦东部干湿变化特征。结果表明：（1）该地区树轮宽度对降水和PDSI响应较好,利用树轮宽度年表可以较好地重建该地区过去百年上年7月到当年6月的降水和PDSI序列;（2）近百年该地区干湿变化具有明显的6 a、13 a和21 a左右的变化准周期;在1913年前后、1943年前后和1972年前后发生了由多到少的气候突变,在1950年前后发生了由少到多的气候突变;（3）吉尔吉斯斯坦东部过去百年干湿变化与中国境内天山山区降水变化一致：1890s偏干,1900s是最为湿润的10 a,1910s是最为干旱的10 a,1917年是近百年来最干旱的1 a,1920s-1930s偏湿,1940s偏干,1950s-1960s偏湿,1970s偏干,1980s-2000s偏湿,尤其是1980年以后到现在,天山山区经历了近百年最为漫长的增湿期;重建的近百年吉尔吉斯斯坦东部干湿变化能较好的代表西天山大部分区域尤其是西天山北坡吉尔吉斯斯坦境内的干湿变化。     

美国西部近8000年来树木年轮重建降雨量序列中的气候突变

1 IntroductionThe U niversity of A rizona Laboratory of Tree-Ring Research collected tree-ring sam ples from anum ber of long-lived trees, dating back thousands of years, from eight states in the w esternU nited States. H ughes and G raum lich (1996) pres…     

Precipitation reconstruction for Northwestern Tunisia from tree rings

An October–June precipitation reconstruction was developed from a Pinus halepensis regional tree-ring chronology from four sites in northwestern Tunisia for the period of 1771–2002. The reconstruction is based on a reliable and replicable statistical relationship between climate and tree-ring growth and shows climate variability on both interannual and interdecadal time scales. Thresholds (12th and 88th percentiles) based on the empirical cumulative distribution of observed precipitation for the 1902–2002 calibration period were used to delineate dry years and wet years of the long-term reconstruction. The longest reconstructed drought by this classification in the 232-year reconstruction is 2 years, which occurred in the 19th century. Analysis of 500 mb height data for the period 1948–2002 suggests reconstructed extreme dry and wet events can provide information on past atmospheric circulation anomalies over a broad region including the Mediterranean, Europe and eastern Asia.