全球变化背景下天山西部雪岭云杉径向生长和水分利用效率对气候要素的响应

全球气候变暖和大气CO2浓度(Ca)急剧上升已成为不争的事实,并对森林生态系统有着深远的影响,全面理解森林生态系统对全球变化的响应至关重要。中亚干旱区特有树种雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch. et Mey)树轮稳定碳同位素(δ13C)和水分利用效率(iWUE)对气候变暖和大气CO2浓度急剧上升的响应缺乏研究。本研究利用天山西部伊犁河流域的雪岭云杉树轮样本,使用树木年代学方法和树轮稳定碳同位素技术,建立树轮宽度年表、稳定碳同位素(δ13C)以及内禀水分利用效率(iWUE)序列,分析了树轮δ13C和iWUE的长期变化特征,探讨了树轮δ13C和iWUE对气候的响应规律以及iWUE与树轮宽度的关系。结果表明,主要的气候因子并没有强烈地限制树木径向生长;夏季平均气温对树轮δ13C分馏有重要影响,iWUE的长期变化受到全球Ca增加和升温趋势影响,但直接影响iWUE年际变化的主要因素是饱和水汽压亏缺(VPD)。全球升温和Ca增加导致了iWUE的持续升高,但并没有导致雪岭云杉树木径向生长的明显增加。     

天山北坡东部树轮宽度和稳定碳同位素的环境响应分析

在天山北坡东部森林上限采集雪岭云杉样本,建立了树轮宽度年表和稳定碳同位素序列,采用相关函数分析了树轮宽度与木垒气象站温度和降水的关系,发现这一区域的树轮宽度主要受到水分条件的限制,但由于采样点位于森林上限,温度也限制了树木的生长,导致了树轮宽度记录降水信息能力减弱。树木年轮稳定碳同位素序列反映了工业革命以来,由于化石燃料燃烧,大气CO2浓度增加,大气δ13C降低的事实。将树轮δ13C序列进行校正后与木垒月气象资料的相关分析表明,树轮碳同位素序列与温度和降水的关系较为复杂,可能受到多种因素的共同影响。这一区域森林上限的树轮碳同位素并不是反映气候变化的最好指标。     

用于气候分析的树木年轮稳定同位素资料获取方法与质量控制?

随着稳定同位素分析技术的进步和植物生理学研究的发展,稳定同位素在树轮气候研究中扮演着日益重要的角色。本文总结了用于气候分析的树木年轮稳定同位素资料获取与质量控制方法。包括对分析树轮样品的要求、树轮纤维素提取实验流程、树轮同位素的质谱分析方法和稳定碳同位素数据的处理方法等。为树轮稳定同位素实验分析提供参考,便于获得可靠的树轮同位素数据,且能够进行不同实验室之间数据结果的对比,为建立树木年轮同位素网络奠定基础。     

胡杨树轮δ13C记录的艾比湖地区夏季最高温度变化

摘要：艾比湖是新疆北部生态环境最为敏感和脆弱的地区,这里分布的大片长龄胡杨是过去气候变化良好的记录体。本文利用艾比湖东岸的胡杨树轮资料,分析其宽度和稳定碳同位素组成,建立了树轮宽度年表和δ^13C序列,并对δ^13C序列进行了校正处理。树轮参数的气候意义分析表明胡杨树轮宽度所含的气候信息较少,而树轮δ^13C校正序列与精河夏季高温显著负相关,为荒漠平原区树轮气候研究提供了新的资料。研究区夏季的高温超过了光合作用的适宜温度,降低光合作用速率（A）,而地下水埋深较浅,叶片气候导度（g）并没有因受到水分条件限制而减小,在以上两个因素的共同作用下,叶片内部二氧化碳浓度（Ci）升高,导致胡杨δ^13C与夏季高温负相关关系。建立了胡杨树轮δ^13C校正序列与精河夏季高温的转换方程,方差解释量为33．0％。重建的精河145a来夏季高温序列反映了这一地区气候变暖的趋势,其升温的幅度高于北半球夏季升温幅度,但二者冷暖阶段变化并不完全一致。     

利用树木年轮稳定同位素重建天目山地区相对湿度序列

对采自天目山的柳杉树轮进行交叉定年后，得到树轮的δ^13C、δD年序列。利用附近杭州站的相对湿度资料，分析其对树轮δ^13C、δD的影响。结果表明：树轮稳定同位素与相对湿度之间有着显著的反相关关系。利用其较好的相关性，通过建立回归方程可以重建当地一百多年来的相对湿度序列，并分析该地区的气候变化状况。     

美国通量科学计划中的美国长期通量观测网(2/98)

1　引言对全球碳循环了解得不够 ,导致未来大气ＣＯ2 浓度预测的不确定性增加。人们一直认为 ,陆地生态系统对矿物燃料燃烧所释放的ＣＯ2 有较大的净吸收 ,并用此解释矿物燃料燃烧和森林砍伐导致大气中ＣＯ2 量增加的原因。海洋对大气中ＣＯ2 有吸收作用 ,但观测事实表明两者并不平衡 ,即所谓的“碳损失”现象。现在人们主张用陆地生态系统对矿物燃料燃烧释放出的ＣＯ2 有较大的净吸收来解释这一现象。大气中ＣＯ2 的累积速率存在较大的年际和 10ａ(年代 )际的时间尺度变化 ,我们目前尚不能确切地定量的解释这些观测事实。因为不同的解释意…     

天目山柳杉树轮δ^13C对华东地区降水序列的重建

对采自天目山的柳杉树轮进行交叉定年后，得到树轮的δ^13C年序列。将δ^13C年序列去除大气CO2的影响，保留其高频振荡部分。利用华东地区部分气象站的降水资料，通过主成份分析，分析了降水与树轮δ^13C之间的关系。考虑滞后效应，利用回归方法重建了过去一百多年来的华东地区不同时段的降水序列，并分析了其变化特征。     

黑云杉林大气CO2稳定同位素组成δ13 C,δ18 O的分析

研究CO2稳定同位素特征可以揭示光合、呼吸作用等众多信息，从而有助于了解生态系统与环境之间的碳循环过程。利用大气CO2浓度及其稳定同位素的测定资料，分析稳定同位素比δ^13Cδ^18O，发现两者具有相似的时空分布特征。主要表现在δ^13C和δ^18O在冠层内具有明显的垂直变化趋势，冠层上部重同位素含量较高，而底部含量较低。从时间变化看，δ^13Cδ^18O在午后到日落具有较高的水平，而凌晨，δ^13Cδ^18O较低。运用Keeling图法分析δ^13Cδ^18O和CO2浓度的关系，发现δ^13C，值主要受光合和呼吸作用影响，与CO2浓度的高低密切相关；而δ^18O的变化比较复杂，因为δ^18O除受光合、呼吸强度影响外，还取决于环境空气湿度。     

阿尔泰山南坡1821-2014年树轮汞浓度变化及其对气候的响应

研究汞的历史环境水平,对于认识人为汞的再排放和评估汞污染治理的有效性有重要意义。然而全球大气汞的监测站点和监测数据有限,因此需要利用代用资料来表征大气汞的长期变化。树木年轮是记录大气汞变化趋势的潜在优质档案。本研究建立了阿尔泰山南坡青河地区1821-2014年的树轮汞浓度变化序列,分析了气候对树轮汞浓度的影响,并从全球和区域角度探讨了汞浓度变化的原因。结果表明：1821—2014年青河地区平均树轮汞浓度为1.36±0.28 ng·g-1。相关分析显示树轮汞浓度变化与年平均最低气温（r=0.268, p<0.05, n=57）和平均水汽压（r=0.326, p<0.05, n=57）呈显著正相关,与平均2分钟风速呈显著负相关（r=-0.356, p<0.01, n=57）,表明气候可能会影响树木年轮中汞的积累。1820s—1980s树轮汞浓度呈缓慢上升趋势,在此期间出现1850s—1860s中后期和1980s中后期两个峰值。1990s—2000s初期树轮汞浓度相对平稳。自2000s中后期,树轮汞浓度逐渐下降,可能与各国相继实施空气污染控制法规有关。     

温带森林土壤消耗大气CO总量及影响因素研究

ＣＯ虽然不是温室气体,但人为活动释放到大气中的ＣＯ可引起对流层中ＣＨ４、Ｏ３等温室气体含量增加,从而间接的产生温室效应,因此,对全球性ＣＯ源和汇的研究应给予重视。本研究利用静态箱式方法,对温带落叶森林土壤年释放ＣＯ进行了长时间测定,表明该类型土壤年净消耗大气中ＣＯ平均强度为４６．３±２５．５ｎｇ／ｍ２·ｓ－１,对调节大气中ＣＯ浓度增加有积极意义。文中详细分析了影响土壤消耗ＣＯ的环境因素、土壤消耗ＣＯ的强度和释放温室气体ＣＯ２、ＣＨ４之间的关系等     

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。     

ENSO与火山活动的共同作用对大气CO_2浓度年际变化的影响

利用Mauna Loa和南极站点月均观测大气CO_2和δ~(13)C资料分析了大气CO_2浓度的年际变化特征,发现大气CO_2浓度年际变化与ENSO呈正相关而与火山喷发指数呈负相关。大规模火山喷发能够降低强ENSO对大气CO_2浓度的年际变化的影响,不仅与喷发强度有关,还与持续作用时间有关。ENSO与火山喷发共同影响大气CO_2浓度年际变化,而分析期间内的El Chichon和Pinatubo喷发后大气CO_2和δ~(13)C年际变化的差异则受ENSO和火山喷发的强度以及两者的相对起始时间的影响。δ~(13)C分析结合Keeling Plot计算表明,ENSO对大气CO_2浓度年际变化的影响主要通过影响陆地生态系统生产量的变化,而火山喷发对其影响则通过因温度降低和海洋施肥效应所引起的海洋吸收增加。     

天目山树轮碳同位素与周边地区旱涝变化关系的研究

根据帕尔默干旱模式的基本思路,建立动态的能反应旱涝持续特征的适合于天目山地区的旱涝指数。对采自天目山的柳杉树轮进行交叉定年后,测得树轮的δ^13C年序列,将δ^13C去除大气CO2趋势影响后的高频变化与不同时段的旱涝指数进行相关分析,结果显示：春夏季的旱涝指数与当年和滞后一年的δ^13C序列有着比较显著的相关性,表明树轮δ^13C对春夏季旱涝的发生有着比较好的响应。根据此显著相关性,利用多元回归方程重建了历史时期的春夏季旱涝指数,分析表明天目山地区春夏季旱涝的发生具有比较明显的年代际变化特征,为研究该地区气候变化特征提供了较可靠的参考依据。     

基于GCM的乌鲁木齐水汽稳定同位素变化特征及其与ENSO的关系

利用第二稳定水同位素比较小组(SWING2)提供的同位素大气环流模式(GCM)的模拟数据(Had AM3、LMDZ-free和LMDZ-nudge),以新疆乌鲁木齐为例,对比分析了该区域大气水汽中稳定同位素垂直剖面的季节变化,分析了同位素比率与气象要素之间的关系以及ENSO对大气水汽稳定同位素的影响。结果表明:各模拟结果中大气水汽中δ18O在季节变化上均表现为7月较高,1月较低;在垂直层面上,δ18O随气压的降低而逐渐减小。降水和水汽中δ18O的季节变化趋势一致,但由于瑞利分馏的影响,降水中δ18O比水汽中δ18O更富集。在垂直层面上,大气水汽中δ18O与温度呈正相关,与纬向风和经向风的相关性较小,降水中δ18O与纬向风和经向风的相关性也较小。在厄尔尼诺年,δ18O与SST呈负相关,在拉尼娜年则呈正相关,大气环流异常使研究区气温和降水发生变化,进一步也会影响水汽中的同位素值,ENSO一定程度上对研究区水汽同位素的变化产生影响。     

降落雨滴中稳定同位素比率变化的数学模拟

根据扩散定律和热量平衡理论,运用云物理学模式,对降落雨滴中稳定同位素比率的变化进行了数值模拟,发现降落雨滴中稳定同位素比率的变化除受湿度条件的影响外,还受大气水汽中稳定同位素比率的影响。在非饱和大气中,受蒸发过程的影响,降落雨滴中稳定同位素比率随降落距离而不断增大,空气湿度越小,增大幅度越明显。平均而言,大气湿度与ｄδＤ／ｄδ１８Ｏ和Ｅｘｄ呈正比。ｄδＤ／ｄδ１８Ｏ以８为渐近线,Ｅｘｄ则在高湿和较大半径条件下逐渐趋近于一个常数;在饱和大气中,半径较小的雨滴或在湿度较高的环境中,雨滴中稳定同位素达到平衡的时间较短。反之,达到平衡的时间较长。     

青海湖高寒湿地生态系统生长季大气水汽氢氧稳定同位素特征

基于对植物生长季大气水汽氢氧稳定同位素组成(δ~(18)O、δD)的原位连续观测数据,研究了青海湖高寒湿地生态系统大气水汽氢氧稳定同位素特征以及大气水汽δ~(18)O与主要环境因子的相关关系。结果显示:大气水汽中δ~(18)O和δD在0.5 m和1.5 m以及0.9 m和1.9 m之间差异性都很小,且季节变化趋势都表现为生长季中期低,前期和后期高。降水量、温度、相对湿度、蒸散和净辐射都是影响大气水汽δ~(18)O变化的重要环境因子,且各环境因子之间存在相互联系协同作用的关系。受研究区环境因子、大气水汽来源以及青海湖蒸发水汽的影响,表征当地大气水汽δ~(18)O和δD相关关系的大气水汽线方程MVL偏离全球大气降水线方程GMWL。     

天目山柳杉树轮δ~(13)C对华东地区降水序列的重建

对采自天目山的柳杉树轮进行交叉定年后 ,得到树轮的δ1 3C年序列。将δ1 3C年序列去除大气 CO2 的影响 ,保留其高频振荡部分。利用华东地区部分气象站的降水资料 ,通过主成份分析 ,分析了降水与树轮δ1 3C之间的关系。考虑滞后效应 ,利用回归方法重建了过去一百多年来的华东地区不同时段的降水序列 ,并分析其变化特征。     

树木年轮化学研究概况与进展

树木年轮的生长除受到气温、降水等自然因素限制外,人为因素造成环境污染的影响也不可忽视。通过对树木年轮中化学元素含量的分析来重建过去的环境自然变化和人为环境污染历史是树轮化学研究的重要内容。本文针对目前国内外树木年轮化学研究现状,分别介绍了树轮化学的研究资料、研究步骤、研究内容、研究进展和存在不足,并在具体内容上对树轮化学在环境污染方面的应用有所侧重。     

云微物理过程与全球气候变化的关系综述

通常云微物理的研究侧重于降水问题。近年来大量的研究论证了云微物理过程对气候变化的重要作用，指出大气中ＣＣＮ（云凝结核）浓度和云微物理的关系。认为由于人类活动增加的ＣＣＮ浓度对全球气候的冷却效应（即Ｔｗｏｍｅｙ效应）在量级上可以抵销由于ＣＯ＿２而增加的温室效应。同时人类活动对高层云的影响即人为增加的ＩＮ（冰核）浓度对气候的变化又起到一个温室效应的作用。     

由TES反演的大气水汽中δD的时空分布特征

水汽在大气中的输送具有空间上和时间上的连续性.利用水汽同位素可以更全面地分析水汽的来源、路径、水循环中各分量的再分配和补给形式,更深入地了解水循环中各种空间和时间尺度下水汽的连续变化特征和历史.本研究利用对流层发射光谱仪(TES)反演的825-100 hPa层间7个等压面上HDO和H2O数据分析了对流层不同层次大气水汽中δD的时空分布规律以及水汽中δD与大气湿度、大气温度的关系,探讨了水汽同位素与降水同位素的关系以及大尺度水循环过程对水汽同位素的可能影响.结果显示,在空间分布上,对流层大气中水汽δD具有非常明显的带状分布,水汽中δD的分布与可降水量的分布存在很好的对应关系;水汽中δD随垂直气压呈对数型递减,平均递减率由赤道向高纬度减小、陆地向海洋减小.在时间变化上,大气水汽中δD的季节变化存在地域性差别.在中低纬度陆地,水汽中δD的季节变化明显,且与可降水量的季节变化相对应;在中高纬度的许多地区,夏季水汽中δD小于冬季.对流层水汽中δD的空间分布和季节变化具有一致性特点,上对流层和下平流层间水汽中δD的空间分布和季节性变化特点与对流层相反.对流层大气水汽中的δD与层间平均温度和可降水量的相关关系具有相似的分布形势.与降水中的稳定同位素相比,水汽中的稳定同位素在空间分布、季节变化、与温度和湿度的关系上存在某些差异,反映二者在受稳定同位素分馏的影响和水循环中大气环流类型的影响方面存在明显差别.