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。     

天山山区树轮气候研究若干进展

由于分布广泛、分辨率高、定年准确和气候敏感性好等原因,树木年轮在重建过去区域、半球甚至全球气候环境变化中扮演着重要角色。天山地处中亚干旱区,气候变化波动大,对全球变化响应敏感,植物生长的干旱胁迫作用强烈,天山山区分布有大量雪岭云杉和西伯利亚落叶松等长龄且对气候敏感的针叶树种,因此天山山区是树轮气候研究的理想区域。天山山区树轮气候研究始于20世纪70年代,尤其是近10 a有了长足的进步,有关天山山区树轮气候研究已经在国际上有一定影响。本文通过综述国内外对天山山区树轮气候研究的现状和进展,总结了近200 a基于树轮资料的天山山区较为一致的气候变化规律,并为进一步开展天山山区树轮气候研究提出建议。天山山区未来树木年轮气候学研究应在开展大量不同区域树木年轮气候学重建基础上,尝试理解树木径向生长对气候的响应机理研究,同时选用不同数理方法和多树木年轮指标进行长时间尺度和大空间范围重建工作,并讨论中亚干旱区过去千年气候变化的影响机制。     

浑善达克沙地白扦树轮宽度早晚材年表对比分析

利用浑善达克沙地白音敖包采集的白扦树芯样本,使用传统宽度测量手段和图像分析手段建立了研究区域采样点的全轮、早材、晚材宽度年表。对比分析结果表明,研究区域内基于图像分析手段和传统宽度测量手段所获取的全轮宽度数据不存在明显差异。基于图像分析手段建立的全轮、早材及晚材宽度年表之间在全频域、高频域和低频域的相关系数均呈显著正相关,且三种年表在低频变化上比在高频域更为一致。过去142年以来,全轮、早材、晚材宽度年表均具有2个低值阶段和2个高值阶段,且3个年表间的高低值变化阶段基本一致。与当地气象资料的相关分析结果显示,全轮、早材、晚材宽度年表均对气温表现出负相关,对降水变化的响应则不明显。而早材宽度与气温表现出的较高相关系数还说明了基于图像分析手段获取的该种数据具有作为气候代用资料的价值。     

阿勒泰柯姆地区树轮宽度年表与灰度年表的建立

通过对比柯姆采点的8个标准化宽度和灰度树轮年表的多项特征参数,表明宽度年表在多项年表特征参数上均大大高于灰度年表。通过相关普查得出,标准化晚材灰度年表与当年7月至8月的降水量的相关系数最高,为0.426,显著性水平达0.001,而标准化早材灰度年表与上年12月至当年2月的月平均温度的相关系数最高,为0.362,显著性水平达0.02,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,3个宽度年表均具有14a和3.4a左右的变化准周期,而5个灰度年表均存在2.2～2.4a的变化准周期。     

雪面蒸发(凝结)的观测实验

根据世界气象组织的规定，设计的雪面蒸发器，其蒸发面积为314．2cm2（可利用气象蒸发台秤观测），深度10和20cm，用玻璃钢和木板制做，具有金属盘式活底，用专用提手和提盒搬运。仪器安装在天山积雪雪崩站的阴坡雪面，每日早晚取出仪器称重，再放回雪面，经过近1个月观测，雪面凝结（雪上霜）时间多于蒸发时间，月凝结（减蒸发）量为1－2mm。     

新疆2007年“7·17”大降水天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对新疆地区2007年7月13—17日发生的一次大降水天气过程,从环流形势、水汽输送、螺旋度场、层结特征等方面进行分析,揭示造成此类大降水的水汽来源及动力成因。结果表明:①稳定的大尺度环流、南亚高压的双体型分布、伊朗副高的南北振荡、西太平洋副高的西伸北进以及中亚低涡的长时间维持是此次大降水过程的环流背景和天气学条件。②孟加拉湾地区的水汽在气旋性环流的影响下,可以被输送到青藏高原上空聚集,这部分水汽与高原上空本身的水汽汇合到一定程度,能够以接力的方式继续北涌进入新疆地区。③此次降水过程流入新疆的总水汽量为517.99亿t,总流出量为353.76亿t,净收支为164.23亿t。其中,西边界对水汽的输入贡献最大,共有190.06亿t水汽净流入新疆,南边界有104.1亿t水汽净流入新疆,北边界净流入量为100.07亿t,东边界以水汽输出为主,共有230.00亿t水汽净流出新疆。④螺旋度是代表大气旋转与沿旋转轴方向运动强弱的物理量,它反应了暴雨区附近的动力场特征,可把螺旋度与热力参数相结合用于大降水天气的分析和预报中。     

利用树轮年表重建新疆博州中东部1622—2010年降水量

利用小海子（XHZ）采样点标准化树轮年表重建了博尔塔拉蒙古自治州(简称博州)中东部地区1622—2010年上年7月至当年6月降水量,相关系数为0.599,方差解释量达35.8%（调整自由度后为34.6%）。利用多种统计参数和独立资料对重建结果进行验证,表明降水量重建值具有较好的可信性。对重建降水量的分析表明:在这389年中,博州中东部地区降水量大体经历7个偏少阶段和7个偏多阶段,且与天山山区年降水显著相关,在波动上也比较一致;重建降水量序列具有2年左右的显著准周期。     

乌鲁木齐近30a城市与郊区气候参数对比分析

利用乌鲁木齐及周边地区7个站点1978—2007年的气象资料,分析乌鲁木齐城市、郊区平均气温、降水量、相对湿度、水汽压的变化特征。研究发现:乌鲁木齐近30 a来城郊平均气温呈上升趋势,城市上升幅度大于郊区,冬季城郊温差逐渐增大,春夏秋3季城、郊温差逐渐缩小。冬季城区温度明显高于郊区,其余3季城市的温度略低于郊区,冬季城市热岛效应明显。乌鲁木齐城郊年降水量差值逐渐增大,其增幅为3.7 mm/10a,其差值最大年为2003年,两地相差181.3 mm。城市相对湿度逐渐减小,郊区相对湿度逐渐增大,城郊之间的差距逐渐增大。城郊水汽压差值均逐渐增大,除冬季外,郊区水汽压均大于城市。     

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。     

新疆沙尘源状况及其沙尘气溶胶释放条件分析

沙尘气溶胶是干旱、半干旱区大气中重要的组成物质, 沙尘天气多发是该区域沙尘气溶胶含量高的主要原因。新疆1/4的土地被沙漠覆盖,塔里木盆地绝大部分地区沙土和沙壤土占地比率大于60%,沙漠沙以细沙为主, 特殊的下垫面为沙尘天气的形成提供了丰富的沙源;沙漠周围的边缘地带、河流两岸、古河道中的土壤类型中粒径小于2.5 μm和粒径小于10 μm的土壤颗粒物中细颗粒物分别达到了50%和20%,是大气沙尘气溶胶中细颗粒物的主要来源和潜在来源。沙尘天气的产生受大风、降水、植被覆盖度、下垫面性质以及大气环流等多种因素的影响。