中国利用树轮资料重建干湿变化研究进展

树木年轮资料定年准确、分辨率高、连续性强,已成为研究过去全球变化的重要信息来源之一。中国树轮与干湿变化研究,样点分布广泛,研究树种较多,重建尺度较长。基于树轮宽度、密度和同位素等各种代用指标,在分析树木径向生长对干湿变化响应、重建历史时期干湿变化等方面取得很大进展。一般来说,在干旱半干旱区的低海拔区域,水分条件,尤其是春季、秋季和年湿润状况,是树木径向生长的重要影响因素。森林上限、相对冷湿区域以及亚热带气候区,树木生长与降水的相关性偏弱。在时间尺度上,基于树轮重建的长于1000年甚至超过2000年的干湿变化序列已有多条,主要分布在青藏高原地区。目前最长年表已达4500年,最长降水序列为3500年。本文通过对部分树轮成果的简要概括,以期为树轮采样和干湿变化重建提供借鉴与帮助。     

宁夏罗山油松(Pinus tabulaeformis)树轮宽度对气候因子的响应分析

 树轮样本采自宁夏罗山油松纯林的下限和上限。建立了下限和上限的树轮宽度标准化年表,分析了树轮宽度与降水、气温、湿润指数(P/T)的相关关系,结果显示,下限和上限树轮宽度指数都与当年3月、5月、春季以及年降水量显著正相关,与7月气温显著负相关;下限树轮宽度标准化年表与气候要素的相关系数一般大于上限的相关系数,而且下限树轮宽度与前一年9月、秋季降水以及夏季气温的相关也达到显著水平,表明下限树轮宽度标准化序列对降水和气温单一气候要素的变化较敏感;下限和上限的树轮宽度指数和湿润指数(P/T)呈正相关关系,而且上限树轮宽度和3—8月湿润指数的正相关达到99%的置信水平,说明罗山油松纯林上限树轮宽度标准化序列对水热组合的响应较敏感。     

A STATISTICAL FRAMEWORK FOR TREE‐RING RECONSTRUCTION OF HIGH‐MAGNITUDE MASS MOVEMENTS: CASE STUDY OF SNOW AVALANCHES IN EASTERN CANADA

This paper investigates the application of the peaks‐over‐threshold method in combination with fitting of the generalized Pareto distribution for estimating the frequency of high‐magnitude geomorphic events, on the basis of tree‐ring data. In particular, attention is focused on extreme value distribution of tree‐ring responses and in the minimum threshold or index number required to assure the past occurrence of high‐magnitude events. The objective is to set a threshold, adapted to the sample distribution, which will make the distinction between high‐magnitude years and remaining years, where the response of sampled trees is too weak to be attributed to a high‐magnitude geomorphic event. The statistical framework proposed is based on the statistics of extremes. Through the use of simple, strong and effective mathematics, this model should strengthen the position of dendrogeomorphology in the evaluation and management of natural hazards.     

五个中国特有针叶树种树轮宽度对气候变化的敏感性

本文对采自四川西部的鳞皮冷杉、铁杉、红豆杉、高山松和青海东部的青海云杉等5个中国特有针叶树种树轮宽度对气候变化的敏感性进行了研究。这五5个针叶树种的年轮纹印清晰,伪年轮和丢年轮较少(麦秀云杉0.247%,飞水崖红豆杉0.202%),便于确定年代和量测宽度,用COFECHA程序对定年结果进行检验,证明交叉定年的结果是可靠的。统计分析结果显示,这5个中国特有种差值年表包含丰富的气候信息。相关分析显示,树轮宽度数据和气象数据有着显著的相关关系。5个树种对气候因子较为敏感的响应表明,它们是适于进行树轮气候学分析的树种;在树轮气候学的研究中具有很大的潜力和应用前景。     

亚洲内陆干旱区NDVI与树木生长的气候响应及其影响因素

基于亚洲内陆干旱区的树木年轮宽度指数（RWI）、归一化差异植被指数（NDVI）和气候数据,采用空间统计方法和相关分析法分析了NDVI和RWI变化的一致性,探讨了NDVI和RWI对气候的响应,揭示了影响NDVI和RWI气候响应的相关因素。结果表明：1982—2000年亚洲内陆干旱区的树木生长和NDVI均呈增加趋势,生长季NDVI与RWI大多具有同步性变化特征,大多数地区5、6月NDVI受同期气温的影响,而4、5月NDVI主要受同期降水的影响;RWI主要受6—7月气温和4、6月和7月降水或帕默尔干旱指数（PDSI）的影响;大部分地区的NDVI和RWI对气温的响应具有一致性,但它们对降水或PDSI的响应存在很大差异;海拔和水热条件对不同地区的NDVI和RWI的气候响应有较大的影响。本研究对于认识亚洲内陆干旱区植被与树木生长的气候响应及其影响因素具有一定的科学意义。     

Divergent responses of Qinghai spruce (Picea crassifolia) to recent warming along elevational gradients in the central Qilian Mountains,Northwest China

Understanding the radial growth trends of trees and their response to recent warming along elevation gradients is crucial for assessing how forests will be impacted by future climate change. Here, we collected 242 tree-ring cores from five plots across the Qinghai spruce (Picea crassifolia Kom.) forest belt (2600-3350 m a.s.l.) in the central Qilian Mountains, Northwest China, to study trends in the radial growth of trees and their response to climate factors with variable elevation. All the sampled P. crassifolia chronologies showed an increasing trend in the radial growth of trees at higher altitudes (3000-3350 m), whereas the radial growth of trees at lower altitudes (2600-2800 m) has decreased in recent decades. The radial growth of trees was limited by precipitation at lower elevations (L, ML), but mainly by temperature at higher elevation sites (MH, H, TL). Climate warming has caused an unprecedented increase in the radial growth of P. crassifolia at higher elevations. Our results suggest that ongoing climate warming is beneficial to forest ecosystems at high elevations but restricts the growth of forest ecosystems at low elevations.     

柴达木东缘山地千年祁连圆柏年轮定年分析

针对中国干旱区生长的树木缺失轮和伪轮多等具体情况,及常规树轮定年方法应用于中国干旱地区时所遇到的问题,本文以柴达木盆地东缘山地上生长的千年祁连圆柏树轮定年工作为例,详细探讨了在中国干旱地区建立树轮定年年表的方法体系及技术路线,对常规的工作方法提出新的改进。这包括：采样中要采集不同树龄、不同小生境且大复本量的样本;交叉定年工作要按一定的工作程序;安放缺失轮时要同时考虑窄轮和宽轮变化的一致性;用多种方法对定年和轮宽量测值进行检验等。这些方法的具体应用有助于在中国干旱地区建立定年准确、千年尺度的树轮年表。     

额济纳旗近100 a来胡杨年表的建立与响应分析

在野外采样、室内预处理、交叉定年的基础上,建立了近一百年来额济纳旗胡杨树木年轮年表,并将标准年表的树轮指数与采样点附近额济纳旗气象站的气温、降水及黑河中游正义峡水文站的径流量进行了相关分析。结果表明,年轮宽度指数与春季3~5月径流量和年径流量呈显著负相关,相关系数为-0.642和-0.525。由于该地区降水量为37.9mm,对树木生长的意义不大,径流量则成为胡杨生长的限制因子。正义峡径流量冷季大,暖季小,与该区胡杨的生长季不相吻合。春季树木生长开始,需要一定的水分供给,虽然该区春季径流量仅占全年径流量的16.42%,但是,采样点距离河床较近,地下水位较高,可以满足根系对水分的需要,有利于胡杨生长,因而该相关具有明确的生物学意义。进一步进行响应函数分析的结果表明,重建序列与实测序列较为相近,采用的回归方程比较稳定可信。     

树木年轮密度实验方法及其在内蒙古准格尔旗树轮研究中的应用

在介绍树木年轮密度实验方法基本原理、国内外研究现状以及详细的实验方法和流程的基础上,建立了内蒙古准格尔旗油松树轮宽度年表,以及早材、晚材、最大、最小四个密度年表。年表之间相关分析表明树轮密度比宽度包含更多更复杂的气候环境变化因子。通过树轮密度年表与气象资料相关分析发现,准格尔旗树轮密度年表与该地区全年降水量之间有很好的相关性,早材密度和最小密度与降水量之间呈负相关关系,晚材密度和最大密度与降水量之间呈显著的正相关关系。无论正、负相关关系,均能够从树木生理角度予以合理解释。     

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。     

Climatic and Anthropogenic Influences on Radial Growth of Scots Pine at Hanvedsmossen, a Raised Peat Bog, in South Central Sweden

Past studies of the climatic influence on tree growth at peat bogs in northern latitudes have shown weak correlation between annual tree-ring widths and climatic parameters during the growing season. At Hanvedsmossen, a raised peat bog in south central Sweden, tree-ring width chronologies from one drained and one undrained growth site, as well as one dry site outside the bog, were compared to meteorological records. Low temperatures, which means less evaporation, as well as high precipitation appear to be inhibiting pine growth at the undisturbed bog site as the trees are sensitive to changes in the local water table. Drainage causes an instant increase in annual tree growth for approximately 10 years. If draining is maintained, the response to climate of the pines resembles that of pines growing on mineral soils. The variance in annual tree-ring growth explained by temperature/precipitation or both was low for the entire lengths of all chronologies, but high for some analysed subperiods; the significant months changed with time. The reason for this seems to be that pines at Hanvedsmossen are growing in a region where precipitation and temperature are less limiting to tree growth than at higher and lower latitudes.     

A dendroclimatological study of east- and west-facing slopes in mountainous areas subjected to strong air pollution (the Sudetes,Central Europe)

The Sudetes Mountains (Central Europe) were under a particularly intense long-term air pollution load during the 1970s and 1980s. Intense industrial activity in this area led to large-scale forest dieback and reductions in tree growth rates, potentially limiting the use of tree-ring data from this region in dendroclimatic research. In this paper, ring-width chronologies were constructed for 493 Norway spruce trees (Picea abies L. Karst.) from 17 sampling sites within five major mountain ranges in the Sudetes Mountains of Poland. Growth-climate response data indicate that April?July temperatures are the main factor affecting radial growth of trees in the study area. Our data also indicate the strong influence of slope aspect on temperature signal strength. The lowest correlation values were obtained for sites located on western slopes with effective fog deposition, which are strongly affected by pollution. An appropriate sampling strategy resulted in the creation of a temperature-sensitive proxy record (rAMJJ = 0.70), exceptional for areas under strong pressure from human activity. Based on a regional master chronology, growing season (April?July) temperatures over the past 200 years were then reconstructed. Four warm and four cold periods were distinguished and compared with other reconstructions and long-term instrumental data.     

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。     

艾比湖胡杨宽度年表建立及其环境意义

  在艾比湖东岸采集了3个样点的胡杨树芯标本,建立了艾比桦和东大桥两个采样点的树轮宽度年表（STD,RES和ARS年表）,年表长度分别为196 a和210 a,并分析了年表的特征。对树轮标准年表与精河气象站的温度、降水量进行的相关分析发现,温度和降水对胡杨年轮宽度生长的影响较小,没有达到显著相关,表明该区域的降水和温度都不是树木生长的主要限制条件。艾比湖湖面面积变化、沙尘暴日数与树轮宽度指数的相关分析表明,艾比湖湖面面积与轮宽指数呈反向变化,而沙尘暴日数与轮宽指数呈显著正相关,特别是精河站年沙尘暴日数与东大桥当年（t）、次年（t＋1）和再次年（t＋2）的标准年表指数的相关系数分别达到0.31、0.61和0.57,且后两项通过了0.01显著性检验,表明二者受到共同环境因素的制约。可能由于东大桥采点位于河道附近,地下水位较高（1.4～2.7 m）,在高湖面时期,与之对应的较高的地下水位反而制约了胡杨的生长,而在湖面较低的年份,地表干燥而裸露,沙尘暴频发,地下水位较低,更适宜胡杨的生长。     

Response of tree-ring growth to climate at treeline ecotones in the Qilian Mountains, northwestern China

Climate constitutes the main limiting factor for tree-ring growth in high-elevation forests, and the relationship between tree-ring growth and climate is complex. Based on tree-ring chronology and meteorological data, the influence of precipitation, mean temperature and mean minimum temperature at yearly, seasonal and monthly scales on the tree-ring growth of Picea crossifolia was studied at treeline ecotones in the Qilian Mountains, northwestern China. The results show that growing season temperatures of previous and current years are important limiting factors on tree-ring growth, particularly June mean temperature and mean minimum temperature of current year. The precipitations in the previous winter and current spring have a positive correlation, and in the current fall has a negative correlation with tree-ring growth, but these correlations are not significant. Our results suggest that temperature controls tree-ring growth more strongly than precipitation at treeline ecotones in the Qilian Mountains.     

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。     

开都河中游地区雪岭云杉林上下限树轮宽度对比及其气候响应分析

利用开都河流域中段采集的雪岭云杉树芯样本,采用研究区域森林上下限2个采样点的树轮宽度年表,分析该地区两个树轮宽度年表的基本特征,建立与气象因子的关系模型,探讨树轮宽度生长与北大西洋涛动的关系。结果表明：（1）森林上限树木生长的一致性要强于森林下限,并且上限树轮宽度年表可能含有更多的气候信息;（2）森林上、下限树轮宽度年表在全频域、高频域及低频域上均存在显著正相关;（3）森林上、下限树轮宽度年表的气候响应结果基本一致,均表现出对上年9月至当年3月的逐月平均气温呈显著正相关,且均与上年12月的平均气温相关最高。树轮宽度年表与气象因子关系的模拟结果也证明了上年9、12月份和当年2、3、4月份的月平均气温与研究区树轮宽度生长间的密切关系;（4）研究区域树轮宽度生长与冬季北大西洋涛动指数的变化趋势较为一致。     

黄柏山树轮生长对气候因子的响应及模拟

利用大别山西部的3个黄山松（Pinus taiwanensis Hayata）树木年轮采样点的样本,建立3个标准年表,其特征值都表明黄山松树木年轮宽度中含有较高的环境信息;年表间相关密切,区域主要受气候因子影响、南北差异显著;年表与气候因素的相关也显示不同环境生长的黄山松差异性要大于共性;同样多元线性回归也确定该研究区影响树木生长的主导因子为前一年10月的均温,而前一年8月的降水同样起着非常重要的作用。不同要素的模拟结果有较好的一致性,但极端气候条件下树木的生长差异显著。     

华山树木年轮年表的建立

本文以秦岭东部的华山为例，论述了建立常规标准化、差值、自回归标准化这三种树木年轮年表的途径，指出了在半湿润地区利用这种途径建立树木年轮气候学年表的必要性，并进一步分析了三种年表对气候要素的响应及其差异。在取样环境较复杂的地点，建立多种年表有利于深入探讨气候要素与树木生长之间的关系，有推广的价值。     

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。