祁连山中东部青海云杉径向生长对气候变暖的响应差异

气候变暖对森林生态系统产生了深刻影响,而树木生长对气候变化做出了不同的响应。本研究利用采自祁连山中、东部不同海拔梯度的青海云杉（Picea crassifolia）树轮样本,分别建立了中部和东部6个树轮宽度年表,分析了树木径向生长与各气候要素的关系以及随时间变化的稳定性。结果表明：祁连山中部青海云杉对降水和scPDSI较东部更为敏感。中部树轮宽度年表与当年5—7月的scPDSI极显著正相关（P<0.001）,东部树轮宽度年表与前一年9月和当年5月scPDSI显著正相关,表明中部LCH区域青海云杉径向生长主要受当年5—7月土壤水分条件的限制;东部XYH区域则受前一年9月和当年5月的土壤水分的限制。20世纪80年代中东部温度显著升高（P<0.001）,中东部树木生长受高温引起的干旱胁迫增强;20世纪90年代以后,由于中部降水增加而东部降水变化不明显,中部树木生长干旱压力得到缓解,东部森林受干旱的限制作用增强。此外,中东部青海云杉与温度、降水和scPDSI的相关关系逐渐趋向一致,未来气候的持续变暖或许将减小中东部树轮-气候关系的差异。     

基于TRMM降水数据的山区降水垂直分布特征

选择天山和祁连山区为典型区,利用台站降水数据验证以上两区多卫星降水数据(TRMM)精度的基础上,借助TRMM数据分析了所选山区年降水梯度效应,并探讨了天山及祁连山最大降水高度带.结果表明,多卫星降水数据在天山和祁连山区精度较高,天山及祁连山年降水量都明显受到海拔影响,降水随海拔升高而增加,但天山降水与海拔正相关关系最好,南、北和西坡相关系数分别为0.90、0.81和0.58,多年平均降水直减率分别为11.0mm/100 m、6.3 mm/100 m、7.4 mm/100 m,最大降水高度带则分别位于海拔2 200~3 500 m和3 200~3 700 m和3 000m左右;祁连山东、中、西段降水随海拔有增加趋势,但降水梯度效应在祁连山东段明显高于祁连山中西段地区,梯度效应由东向西呈现递减趋势,其最大降水带主要分布在东段4 000~4 500 m的高山带.     

阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮宽度年表特征对比分析

利用阿尼玛卿山地同一坡面的不同海拔高度获取的4组树木年轮样本,建立了不同海拔梯度的树轮宽度指数年表.各年表中较高的信噪比SNR和样本总体解释量EPS表明,各采样点树木中含有较多的共同环境信息,从低海拔向高海拔的递减反映了高海拔小生境差异对树木生长影响较大;平均敏感度和标准差随海拔升高呈先递减后递增的趋势.气候因子对整个坡面的树木生长起着主导影响,其中气温的作用更大一些.可靠年表的平均序列长度随海拔升高变短,表明树木生长是沿着山坡逐渐向上迁移的.不同海拔树轮宽度可靠年表间高频变化一致,10 a滑动的高生长和低生长的不一致则反映了低频变化的差异.相关分析表明,生长在森林上限的树木对环境因子的响应滞后于森林下限,生长在最大降水高度附近的树木对环境因子响应的敏感性最低.     

重庆缙云山不同年龄马尾松径向生长对气候变化的响应

为探究气候变化背景下不同年龄马尾松(Pinus massoniana)生长规律及其对气候变化的响应,本研究以缙云山不同年龄马尾松为分析对象,运用树木年代学原理及方法,建立小龄树(1971～2020年)和大龄树(1940～2020年)马尾松树轮宽度年表,并计算胸径处断面积生长量(BAI);分析近40年来不同年龄马尾松生长变化状况及树轮宽度年表与气象因子之间的关系。结果表明：气候变暖背景下,不同年龄马尾松生长均受到一定阻碍,1983～2013年间,大、小龄树BAI显著下降。与1980～2020年间气候因子的相关分析表明,两龄级马尾松生长均受到第二次高生长期温度的影响,具体表现为与当年9月平均最高温,上年及当年9月平均温呈显著负相关;小龄树马尾松生长还受限于生长季降水条件,对降水更敏感;表现为与当年第二次高生长期(9～10月)、上年5月、 10月及当年10月降水呈显著正相关。研究结果为未来气候变暖背景下马尾松林的合理经营与管理提供了一定的理论依据。     

天山北坡精河1615—2007年径流量变化的树轮记录

中国天山北坡西部精河流域山区的树木年轮记录了气候与水文变化过程,利用树轮宽度重建流域径流量长期变化历史对艾比湖湿地自然保护区生态保护和流域水资源利用具有重要意义.建立了精河流域山区2个采样点的天山云杉树轮宽度年表,分析其对流域气象和水文要素的响应特征,建立了树轮宽度标准年表与精河水文站上年9月到当年8月径流量的线性转换方程(R2=37.5%, P<0.001),重建了公元1615—2007年的径流量变化历史.丰枯年份和持续丰枯期分析表明:精河出山口径流量重建序列包含7个丰水年和11个枯水年,且发生了13次持续丰水期和10次持续枯水期.多窗谱分析发现径流量序列在99%的置信水平上存在56.8 年、6.9 年、3.8 年、3.4 年、2.0~2.1 年周期,其中6.9 年对应厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件的周期,同时还发现了重建序列与南方涛动指数的显著负相关(r =-0.329,n=56),表明研究区径流量受大尺度海气耦合模式的影响.精河径流量序列与天山北坡玛纳斯河和乌鲁木齐河的丰枯阶段以及天山山区、伊犁地区降水变化的干湿阶段较好的对应,表明天山北坡水文和气候变化的大尺度环流背景和驱动因子一致.     

基于不同方法的中国天山山区降水形态分离研究

基于天山山区1950s-1979年27个气象站点的日平均气温及标注的各类型降水资料,运用频率求交法和概率保证法并结合海拔高程,研究并分析了各站点降水形态转化的临界气温及固液态降水分离的阈值温度空间分布特征及原因,预测了天山山区1980-2014年雪雨比变化。结果表明：天山山区各站点降水形态转化的临界气温及固液态降水分离的阈值温度其空间分布上整体呈现出北坡小于南坡而雪雨比南坡小于北坡的变化规律,且三者均随着海拔高程的增加而增大,两种方法获得的结果基本一致。深入明晰了天山山区降水形态随温度变化特征,为天山山区水文模型中有关参数的选取提供科学的参考。     

青藏高原东北部树轮海拔梯度研究的散点图分析应用

利用散点图直线回归分析结合主成分分析,研究同一坡面不同海拔的树轮宽度与气候因子的关系.由于同一山坡上随着海拔的升高气候因子表现出差异,导致不同海拔的树木生长对温度和降水的响应呈现阶梯状渐变.对树轮宽度序列和与其存在显著相关的5—7月份的气候因子进行散点图分析,得出5—7月的温度对树木的生长起主要限制作用,但是限制作用从低海拔到高海拔逐渐减弱;低海拔和中低海拔树木与7月温度负相关,中高海拔和高海拔树木受7月份高温影响变弱,相关转为正值;5—7月降水量的增加能促进树木的径向生长,但是随着海拔的增加,树木对于降水量响应变弱.由于快速降水的大部分水分都会流失,不能有效地存留在土壤里,较高海拔树木与较低海拔相比更难保留水分,所以高海拔轮宽序列保留较少的降水信息.     

2001-2015年天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系

采用2001-2015年MODIS积雪和陆表温度数据、中国高时空分辨率降水数据,基于趋势分析和相关分析方法,分析了天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系。结果表明：（1）年内积雪面积变化受海拔影响,海拔≤4 000 m,呈单峰型分布,积雪面积冬季大,夏季小;海拔介于4 000~≤5 000 m,积雪面积分别在春季和秋季出现两次峰值;海拔>5 000 m,积雪面积变化与低海拔相反,在夏季达到最大,冬季最小。就年际变化而言,全区积雪面积呈略微减少趋势,其中秋季略微增加,春季变化不大,冬季和夏季明显减少。（2）积雪覆盖频率受水汽来向和地形影响,呈西高东低、北高南低分布格局,与海拔呈正相关。山区大部分区域积雪覆盖频率呈减少趋势,其中海拔介于3 600~≤4 600 m的积雪覆盖频率减少最为显著。（3）在春、夏季,温度是决定积雪面积变化的主要因素,与积雪面积呈负相关;在秋、冬季,降水对积雪面积变化的贡献大于温度,与积雪面积呈正相关。（4）积雪覆盖频率整体上与年均温度呈负相关,与降水呈低度正相关,相关程度及显著性水平在空间分布上存在差异,温度对积雪覆盖频率变化的贡献大于降水。     

1671—2006年伊犁尼勒克地区7—8月降水序列的重建与分析

通过对新疆伊犁尼勒克地区3个采点的雪岭云杉树轮宽度标准化年表与尼勒克气象站月降水的单相关普查发现,树轮宽度标准化年表与上年7—8月降水呈显著正相关,且具有明确的树木生理学意义.将树轮宽度标准化年表进行平均得到区域树轮宽度年表,再考虑到上年7—8降水对当年、次年及再次年树木年轮生长的影响,建立区域年表对上年7—8降水的重建方程,重建了1671—2006年336a来的7—8月降水序列,经多方面验证,重建结果是可信的.336a来,尼勒克地区7—8月降水经历了6个偏干阶段和7个偏湿阶段,其中偏湿年数多于偏干年数;最干旱年份为1713年,7—8月降水比多年均值偏少69.4%;最湿润年份为1783年,7—8月降水比多年均值偏多63.5%;7—8月降水长序列变化存在2.0a、2.2a、3.8a、4.9a、9.7a的显著准周期,且在1757年、1852年、1899年前后降水由多向少发生突变,1718年、1778年、1873年前后降水由少向多发生突变,1757年、1778年前后的突变与前人的研究结果相一致.     

近50年中国西北东部半湿润、半干旱过渡带气候变化及生态影响

以宝鸡、凤翔、千阳、陇县、西峰、环县、平凉、泾源、六盘山、固原市、西吉和海原等台站的气象数据为依据,对近50年来地处西北地区东部的半湿润、半干旱过渡带的气候要素进行了系统分析,发现区内各地气温有普遍升高的趋势。其中,冬季升温趋势更加明显。各地在20世纪90年代前后发生气温突变,以此为界,前后增加速度明显不同,此后的增温趋势明显加快。近50年以来,各地降水略有下降,主要是由夏季降水减少所引起,但是统计趋势不明显。受气温和降水变化综合影响,区域气候向变干和变暖的方向发展。根据Holdridge生命地带理论,初步分析了区域植被与气候之间的关系。计算表明,最近30年以来,西北东部半湿润、半干旱区过渡带的气候变化使区域植被也向干暖化类型变化。位于研究区中部的六盘山、泾源和西吉等地生命地带类型的变化都比较大。崆峒山(35°33′N,106°31′E)的圆柏(Sabina chinensis)树轮气候学分析表明,区域树木生长与前一年秋季降水呈显著正相关关系,与当年春季和夏季气温呈显著负相关趋势,说明生长季的缺水或高干燥度是树木生长的限制性因素。研究时段区域干旱频繁发生,使树木出现大量伪轮,为研究带来一定难度,但是也进一步验证了区域气候变化的干旱特征。干燥指数重建结果表明,研究区在20世纪20年代比较干旱,30年代是相对较为湿润的时期; 1940年和1960年左右较为干旱,但其间的干燥指数较低。60年代之后,区域干燥指数逐渐增加,表明干旱趋势日趋加重,与气象数据分析结果相一致。事实证明,研究区气候的干暖化变化对区域树木生长和生态系统具有非常不利的影响。     

贺兰山油松生长的气候响应机制初步探讨

应用VaganovShashkin模型对贺兰山油松的生长变化作了拟合,发现4～8月的降水量大小决定了该年树木生长的宽度变化,另外,除5月外的1～8月份温度和树木生长的负相关是因为较高的温度不利于土壤中水分的保持,间接地导致树木生长的减慢。VS模型在贺兰山地区取得了良好的拟合效果,更为符合树木生长的生理学意义。通过拟合序列和3个采样点树轮宽度序列的对比发现,拟合序列代表着一个较大范围树轮宽窄的变化。坡向对树木生长的影响较大,甚至超过了海拔高度和距离的影响,故建议树木年轮气候学采样应沿着同一坡向采样。     

五台山高山带植被对气候变化的响应

根据五台山高山带草本群落特征种的生长、分布和高山林线树种的年轮分析,揭示了近20年来气候变暖对高山植被的影响。高山草甸和林线过渡带的某些植物种向上爬升的趋势与同期区域气温升高密切相关。草本群落及其特征种沿垂直梯度的爬升与五台山高山带近年来的增温趋势相符合,进一步说明了高山带植被对气候变暖的响应较为敏感,可作为气候变化的指示体。树木年轮宽度序列分析和响应函数表明夏季降水对五台山的高山带木本植物生长有较大影响。由于夏季温度较高,冻土融化,提高了降水的利用效率,促进了树木生长。根据树轮宽度指数与7月份降水量的相关关系,重建了20世纪五台山地区7月份的降水量,基本反映了其间降水量变化的规律。结果表明:五台山20世纪20年代、30年代中期至40年代是相对比较干旱的时期,30年代初期和50年代是相对湿润期,近年来,降水量有下降趋势。     

树轮宽度记录的天山东段近200a干湿变化

利用采自天山东部两处不同地点上下限的西伯利亚落叶松(Larix sibirica Ledb.)树轮样芯,分别建立了树轮宽度年表.经相关普查和响应函数的计算表明,天山东段森林下限的树轮年表与该地区3~6月的降水和气温相关显著,通过定义湿润指数,以树轮宽度为指标,重建了天山东段巴里坤地区近200 a来春季至初夏湿润指数的演变历史,解释方差为42%.统计分析表明,重建的湿润指数序列与邻近气象站的器测资料计算得到的湿润指数序列呈显著的正相关关系.重建序列能较好地反映天山东段近200 a来春季至初夏的干湿变化,在200 a中有6个显著的湿润时段和7个显著的干旱时段.天山东段近200 a来3~6月湿润指数序列的显著周期是11 a,然后依次存在16 a、5 a、8 a、3 a和32 a的稳定周期.     

基于2001—2015年遥感数据的天山山区雪线监测及分析

基于2001—2015年MOD10A1/MYD10A1、MOD13Q1以及相关气象数据,采用积雪持续时间比率法,监测了天山山区的季节雪线高程,分析了其变化特征及影响因子。结果表明:①近15年天山山区雪线整体呈显著上升趋势,平均高程3 680 m左右,其中,北坡、伊犁河谷、南坡季节雪线的稳定性依次减弱,平均高程分别为3 620 m、3 390 m及3 820 m;空间上雪线高程呈现南高北低、东高西低的纬度地带性分布特点。②年际尺度上,气温是影响天山山区雪线高程的主控因素,呈显著正相关,南北坡与之相同,但伊犁河谷则降水是影响其变化的主控因素,呈显著负相关;季节尺度上,夏季气温、冬季降水是影响雪线高程的主控因素,降水与其呈负相关,但气温较高的地区,夏秋季降水会促进积雪融化,使雪线高程上升;月尺度上,7月气温、1月降水对其影响最明显,且存在一定的滞后反应。③天山山区雪线高程比零度层低800 m左右,两者呈较好正相关;雪线高程与NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）呈负相关,植被覆盖较好区域,同年NDVI与雪线高程相关性较好,植被覆盖较差区域,前一年NDVI与其相关性较好。     

太白山树木年轮宽度资料对过去生态气候要素的重建

采用太白山高山林线附近的太白落叶松树木年轮资料,按照树木年轮学要求和方法进行前期处理、交叉定年,建立树轮宽度指数序列.基于气候要素影响当年和次年树木生长的原理,利用多元回归技术探讨了树轮宽度指数与生态气候要素--温暖指数之间的相关关系,重建了太白山地区近3∞年的温暖指数.结果表明:1745～1765年、1845～1855年、1880～1900年以及1905～1915年为几个较为明显的冷期;1725～1745年、1765～1775年、1800～1810年、1865～1875年和1890～1905年相对而言属暖期.太白山地区气候的冷暖变化有大约30～40年的变化周期.将本项研究结果与国外相关研究对比还说明,太白山地区的气候变化可能具有一定的全球性特征.     

利用树轮资料重建长白山区过去气候变化

本文以树轮气候学中常用的树轮宽指数资料作为过去气候的代用资料，重建了长白山区1655年以来1～4月月平均最高气温的变化。重建中的校准方程稳定性较好，并可解释重建变量方差的57．4％。在1833年以来重建可靠性较高的时段中，1974～1979年为低温期，1951～1963年为高温期。而结束于1861和结束于1897年的两个高温期持续时间最长。本文的研究结果展示了利用树轮资料重建我国长白山区过去气候变化的巨大潜力。     

青海都兰过去2000年来的气候重建及其变迁

根据青海都兰地区树木年轮样本建立了目前我国最长的年轮年表序列。通过年表与气候要素间相关函数、响应函数及响应面分析,选择了可被重建的气候因子,建立了重建方程,恢复了青海都兰地区历史时期的平均温度;并分析讨论了近2 000年来该地区的气候变化。阐述了这个地区的冷暖交替及周期循环。对一些重大气候事件,如中世纪暖期、小冰期和近一个世纪以来的升温等,逐个事件进行了剖析。并与全球温度变化进行了对照。都兰温度曲线为青藏高原东部地区提供了一个较好的气候变化信息表。     

中国气候雪线空间分布特征

气候雪线的空间分布规律既受高度地带性和纬度地带性限制,也受区域性气候的控制。雪线空间格局变化实质上是水热条件变化的反映。本文主要依据我国106个气象站的气象资料,从年均温、年降水量和固态降水率之间的相关函数计算出气候雪线高程,进而探讨中国大陆气候雪线的空间分布特征。      

树木年轮记录的祁连山东段公元1895年来的气温变化

利用祁连山东段吐鲁沟的油松树轮宽度序列,与气象要素进行了相关分析,并重建了公元1895年来 1～8月平均气温,转换方程方差解释量52.6%(R2adj＝48.7%,F＝13.589, p<0.001)。重建结果表明研究区近120年来经历了19世纪末到20世纪20年代、20世纪20年代到40年代末、20世纪 40～70年代3个明显的升降温过程和20世纪70年代以来的升温过程。重建序列与研究区以西的祁连山中段、天山西段、阿尔泰山中段温度的变化基本一致; 重建序列显示的 1923～1929年的高温时段与中国20世纪20年代大范围的干旱事件一致,而且与北大西洋涛动、北极涛动的变化遥相呼应,说明祁连山东段的树轮资料不仅记录了区域气候变化信号,而且对于全球变化响应敏感。