天目山地区树轮δ13C记录的300多年的秋季气候变化

对采自浙江西天目山地区的柳杉树轮,交叉定年后,测定其δ^13C年序列。用趋势比率法去除大气δ^13C对树轮δ^13C年序列的影响后,分析了树轮δ^13C年序列对气候要素变化的响应。分析发现：柳杉树轮δ^13C年序列的高频振荡与该区9～12月气温及9月降水有较好相关性。重点重建了该地区9月降水量与平均最高气温两个气候要素300多年的气候变化,其变化模式表现为：冷-湿和暖-干的组合特征。统计结果显示：重建序列所反映的旱涝频率分布及其冷暖变化与该区的实测记录结果基本一致。表明：重建序列较好地反映了该区秋季气候变化历史。重建序列所反映的气候变化与我国近500a的气候变化及该区部分史料记载有较好的对应,并与青藏高原苟鲁错湖泊沉积及新疆阿勒泰地区树轮δ^13C记录的气候变化有部分对应,只是冷暖变化的起止时间有错动,反映了气候变化的区域差异。周期分析发现：重建序列含有准58．82a、21．28a、13．70a、3．23a、2．63a、2．33a、2．07a的周期,这些周期与行星、地心会聚的“力矩效应”变化周期、太阳辐射变化、太阳活动及“准两年振荡”周期相吻合,表明太阳辐射变化及ENSO现象对该区气候变化影响显著,也反映出天目山地区树轮δ^13C年序列对太阳活动及大范围的ENSO事件的记录能力。     

近500 年南极涛动指数重建及其变率分析

南极涛动是南半球大气环流的主要模态, 在多种尺度上对南半球及北半球部分地区的气候系统产生重要影响。在对树轮、珊瑚、冰芯等多种代用资料进行挑选与主成分分析的基础上,重建了公元1500 年以来南半球夏季(当年12 月-次年2 月) 的南极涛动指数。重建序列的解释方差(r2)、误差减少量(RE) 平均值分别为59.9%、0.47,较高的r2、RE表明重建具有了较高的可信度;而整体呈减少趋势的标准误差(SE) 表明代用资料的增多可以减少重建序列的不确定性。重建结果与其它研究给出的南极涛动指数有着较好的一致性。重建序列的功率谱分析表明,过去500 多年南极涛动年际变率突出的周期有2.4a、2.6a、6.3a,年代际变率突出的周期有24.1a、37.6a,均达到95%显著性水平。进一步的小波分析表明南极涛动在不同时间尺度上的变率及其周期有着随时间而演变的特征。     

天目山柳杉树轮δ13C年序列的共性与个性分析

测定天目山3株柳杉树轮的δ^13C年序列,发现δ^13C年序列值存在差异,但序列的变化趋势基本一致。对3个树轮δ^13C序列作相关分析,相关系数为0．47～0．65,通过了α为0．001的信度检验;用二项式拟合法与差值法对3个δ^13C序列含有的高频与低频成分进行分离,3个低频序列间的相关系数达0．93～0．99,3个高频序列间的相关系数达0．79～0．84,相关性显著提高;低频部分与大气CO2浓度高度负相关,高频部分与季节的气温、降水高度相关。分析3个树轮δ^13C序列间差异形成原因,结果表明：3个树轮δ^13C序列含有相似的高频与低频变化,气候因素与大气因素（如CO2浓度）对不同柳杉个体δ^13C年序列高、低频变化的影响是共同的;3个δ^13C序列的差异主要由树木立地处局部环境条件的差异引起。不同树木个体其δ^13C序列的共性变化是主要的,个性差异并不影响树轮δ^13C作为研究气候变化代用资料的适宜性,利用同一地区不同立地处的树轮δ^13C序列可以重建基本一致的历史气候和大气CO2浓度变化。     

树轮δ13C值方位分布及年际变化的普遍性研究——以中国东部亚热带地区为例

对采自中国东部亚热带地区的浙江天目山、江西庐山及江苏南京紫金山地区的金钱松(Pseudolarix kaemp feri)、冷杉(Abiesfab ricraib)及马尾松(Pinus massoniana)树轮,分别测定它们不同方位10 a、20 a及3 a树轮δ13C序列,探讨不同树种树轮δ13C存在的方位差异与年际变化普遍性。结果表明,在中国东部亚热带地区,树轮δ13C方位差异与年际变化存在普遍性。表现为3个地区、3个树种之间存在差异;同一地区不同树种及相同树种不同个体之间也存在差异;同一个体在相同年份存在方位差异及相同方位存在年际变化等;表明研究树轮δ13C的方位差异与研究其年际变化同样具有重要价值与意义。     

特克斯河流域近236a降水变化及其趋势预测

根据2006年采自特克斯河流域6个采样点的树轮样本研制的树轮宽度年表与气象资料,通过相关普查发现,特克斯河流域树轮标准化年表与上年7月至当年6月的降水存在显著的正相关,最高单相关系数为0.727.用库尔克尔也灭,小白代的树轮宽度标准化年表序列,可较好地重建该地区最近236 a的降水序列,方差解释量达54%,并通过交叉检验表明重建结果是稳定可靠的.近236 a,特克斯河流域上年7月至当年6月降水经历了8个偏湿阶段和8个偏干阶段,同时重建降水序列具有10.3 a、7.5 a、6.0 a、3.0 a、2.1 a的变化准周期,并在1790年,1911年,1929年,1974年发生过降水突变.采用毛毛虫-奇异谱分析法(Caterpillar-ssa)对该地区未来20 a的降水的自然变化进行预测.结果表明,21世纪的最初几年降水量将延续20世纪90年代以来增加的趋势,之后出现下降,并在2013～2016年前后最低值出现.     

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.     

北极涛动与南极涛动的协同变率

北极涛动和南极涛动是调节全球中高纬度年际气候变率的主要因子。目前已有大量研究分别针对其变率、机理及其对区域气候的影响,然而对北极涛动和南极涛动之间的协同变化特征和机理仍然认识不清,限制了对南北半球气候变化相互作用的理解。研究北极涛动和南极涛动指数之间的差值与它们的和来讨论二者之间的反相与同相变化。结果表明,北极涛动与南极涛动之间的反相变化主要受到北极涛动异常的影响,南北半球之间气候带的移动及其伴随着北极涛动异常可能是导致二者出现反相变化的主要原因。北极涛动和南极涛动之间的同相变化对应于两个半球中纬度高压区的同相变化,这可能是两个半球哈德莱环流增强导致两个涛动出现同相变化。基于树轮重建的北极涛动和南极涛动能较好地恢复低频变化(如年代际变率),但对重建其高频变率(如年际变率)方面的效力不足。     

神农架地区树轮δ18O序列的气候指示意义

通过对湖北省神农架巴山冷杉(Abies forrestii)树轮纤维素氧同位素的分析,建立了1790-2011时段的年分辨率的δ¹⁸O年表。将树轮δ¹⁸O序列与邻近的巴东气象站记录的气候数据、大气环流数据以及南海海温进行对比分析,研究了树轮δ¹⁸O序列对气候要素的响应。结果表明,神农架地区树轮δ¹⁸O序列与该地区气候要素密切相关：与当年6-7月降水量呈负相关、与当年3-4月温度呈正相关,与当年6-7月相对湿度呈负相关。同时,树轮δ¹⁸O序列与当年2-3月北半球副高面积指数(5E-360)、9月南海副高面积指数(100E-120E)、1月太平洋极涡面积指数(Zone 2,150E-120W)及4-5月南海海温(SST)呈显著正相关;与当年1月南方涛动指数(SOI)呈负相关。表明树轮δ¹⁸O序列在一定程度上记录了大尺度的大气环流信息。该研究有助于进一步认知神农架地区树轮稳定氧同位素在过去气候变化研究中的潜在价值,为进一步气候重建研究提供科学依据。     

腾格里沙漠南缘近315年5～6月PDSI指数变化

利用昌灵山早材宽度年表重建腾格里沙漠南缘在过去315 a的5～6月份PDSI指数变化,重建方程的方差解释量达42.0%。腾格里沙漠南缘5～6月的PDSI指数重建序列平均值为-0.32。腾格里沙漠南缘5～6月的PDSI指数重建序列对西北地区干旱极端历史事件有良好的响应。空间分析显示腾格里沙漠南缘5～6月的PDSI指数重建序列与亚洲季风尾闾区PDSI指数的变化比较一致,同时还与西北地区的多条PDSI指数重建序列有着良好的相关性。腾格里沙漠南缘5～6月的PDSI指数重建序列具有25 a(95%)、12 a(95%)、3.4 a(99%)、2.8 a(99%)、2.6 a(99%)、2.3 a(95%)的周期变化。     

基于历史帕默尔干旱指数(PDSI)数据集重建的长江源区过去706 a径流量

利用亚洲季风区帕默尔干旱指数(PDSI)重建格点数据集(Monsoon Asia Drought Atlas,MADA)中长江源及附近地区的5个格点序列,通过PDSI与长江源区径流量的相关分析,发现5个格点的第一主成分(PC1)与长江源区夏季(6-8月)平均径流量的相关性最大(r=0.609,N=50,α<0.001)。由此,重建了1300-2005年长江源区夏季径流量变化,并运用独立验证法对重建结果的可靠性进行了检验,运用小波分析方法对重建径流序列进行周期分析。结果表明:近706 a,长江源区经历了显著的丰水期13个、枯水期15个,其中持续时间最长的丰水期为1513-1573年,持续时间最长的枯水期为1389-1414年;重建序列主要存在2~6、10~13、20~26、30~50、50~70 a的显著周期振荡。重建序列与海表温度的相关性表明,长江源区径流变化可能与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、大西洋年际振荡(AMO)、北大西洋涛动(NAO)、太平洋年代际振荡(PDO)等有关。     

天目山柳杉树轮δ13C方位变化及成因探讨

对天目山两株柳杉(分别简称CF-1与CF-3),分别测定了不同方位上的树轮δ13C年序列。方差分析表明:天目山柳杉树轮δ13C值存在显著的方位差异和年际变化。不同方位上δ13C序列年际变化趋势基本一致,但极值出现的方位存在明显的年际漂移。同一树体各方位之间及两树体对应方位之间δ13C值均存在较好的相关性,表明区域环境背景条件对树轮δ13C值方位变化及年际变化趋势的影响是共同的。重点分析了局部环境差异对树轮δ13C方位变化的影响。不同坡向及树冠不同方位光照条件的差异是造成树轮δ13C值方位变化的主要原因。     

利用树木年轮重建阿勒泰地区1794-2012年降水量

利用阿勒泰地区3个采样点的西伯利亚云杉（Picea obovata）树轮样本,建立了区域树轮宽度标准化年表。单相关普查发现,阿勒泰地区区域树轮宽度标准化年表与该区域5个气象站上年7月至当年6月降水量相关显著（R=0.714,P<0.00001）。用区域树轮宽度标准化年表可较好地重建该区域上年7月至当年6月的降水量,解释方差达51.0%,验证表明降水重建序列是可信的。重建序列经历了4个偏湿期和4个偏干期。存在2.2～2.5 a的显著周期（P<0.05）及146、2.8、2.1、2.0 a的较显著周期。在1889年发生从少到多的突变。空间相关分析表明重建结果对阿勒泰地区降水具有较好的代表性。重建结果与阿尔泰山、天山中部地区、吉尔吉斯斯坦东部天山北坡的降水变化趋势和干湿阶段具有较好的一致性,与PDSI变化趋势也有较好的一致性。     

基于多点树轮序列的1768—2006年甘肃降水量变化

选择12个树木年轮宽度年表和28个气象站的降水量资料分别建立甘肃树轮宽度场和降水量场。树轮气候响应分析发现树轮宽度场第一主成分与甘肃28个气象站上年7月至当年6月降水量第一主成分有较好相关性,相关系数为0.580 (p<0.001)。利用线性回归模型重建甘肃上年7月至当年6月降水量第一主成分,方差解释量为33.6% (1961—2006年)。在1768—2006年期间甘肃有11个降水量较多的时期(高于多年平均值)和11个降水量较少的时期(低于多年平均值),分别反映了东亚夏季风较强和较弱的时期。同时,降水量重建序列的低值与西北地区极端干旱历史事件有着良好的一致性。空间相关分析表明该重建序列能够表征甘肃大范围的降水量变化,与实测降水量资料的第一主成分空间变化较为一致。多窗谱分析发现,甘肃降水量具有36.6年(95%)、11.2年 (95%)、4.8年(95%)、3.4年 (95%)、3.1年(95%)、2.6年(95%)和2.4年(99%)的周期变化。甘肃降水量与亚洲中纬度西风区、季风区树轮降水量序列之间存在一定的关联性,甘肃降水量变化与季风降水量的关联要大于与西风区降水量。     

基于树轮的塔里木河下游生态输水对胡杨生长特征影响研究

采用树木年轮和稳定同位素技术,分析了2000—2015年生态输水对塔里木河下游胡杨树木轮宽指数和树轮稳定碳同位素比率(δ~(13)C)的影响,探讨了生态输水与胡杨生长的关系。研究结果表明:(1)胡杨生长与生态输水量有着密切关系。受生态输水影响,塔里木河下游上段英苏断面胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C经历了3个阶段:在最初前4 a(2000—2003年)的输水过程中,胡杨生长响应十分敏感,胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C呈增加趋势,其平均值分别为1.52和-26.70‰;但在2004—2009年,随着生态输水量的逐渐减少,胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C逐渐下降,分别较2000—2003年平均减少了28.83%和2.41%;当2010—2015年生态输水重新稳定后,胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C也逐渐增加并趋于稳定。(2)输水时间与胡杨生长有着密切关系。胡杨生长与生长年(前一年9月—当年8月)、生长季(4—8月)和前一生长年(前一年4月—当年3月)生态输水相关性最高,与自然年(1—12月)生态输水相关性不显著。其中,2008年自然年(1—12月)没有下泄生态水,2009年(1—12月)虽然有输水,但因2009年生长季、生长年和前一生长年均没有生态水补给,导致胡杨轮宽指数和树轮δ~(13)C在2009年降至2000—2015年的最低值,分别为0.76和-27.50‰,较2003年分别降低了61.18%和3.14%。(3)根据研究结果,推导出生态输水促进胡杨生长的作用机理:塔里木河下游的生态输水有效抬升了地下水位,改善了胡杨生长的水分环境,提升了胡杨水分利用效率,从而增加光合累积产物,最终促进了树木的生长。但生态输水对地下水埋深、胡杨生长的影响具有滞后效应,滞后时间约为1 a。为维持荒漠河岸林的有效恢复与重建,建议塔里木河下游生态输水最好在植物生长季实施。     

基于树木年轮宽度重建塔里木盆地西北缘水汽压变化

利用新疆阿合奇县以南黑尔塔格山区的天山云杉树木年轮宽度资料,基于树轮宽度指数与阿合奇气象要素的相关分析发现该树木径向生长主要受水分条件限制。选择相关系数较高且生理意义明确的时段和要素,建立了树轮宽度标准年表与阿合奇上年8月至当年6月的平均水汽压的线性转换方程(R²=66.4%,R_adj²=65.1%,p<0.001)。器测资料线性趋势分析表明,近56年来阿合奇的降水和水汽压呈一致的上升趋势。阿合奇1656-2012年的水汽压序列经历了4个偏干阶段(1666-1689年、1722-1749年、1820-1880年、1909-1988年)和4个偏湿阶段(1688-1721年、1750-1819年、1881-1908年、1989-002年)。在95%的置信水平上,重建序列存在显著的56.8 a、13.4 a、10.7 a、6.9 a、5.4 a、4.3 a、3.8 a和2.6 a的周期,其56.8 a的低频周期和6.9 a的周期对应天山山区的树轮重建序列中记录的周期特征。滑动T检验发现了显著性水平达到 0.001的6个突变年份(1720年、1827年、1910年、1751年、1874年、1988年)。重建序列中1988年水汽压增加的突变和1989年以来的偏湿阶段与中国西北(特别是天山山区和南疆西部)20世纪80年代以来增湿过程对应。阿合奇的水汽压重建序列与天山山区和阿克苏的降水记录的干湿阶段一致,但与同位新疆南部天山山区中部巴仑台的干湿阶段并不对应。     

用树木年轮重建伊犁南天山北坡西部的降水量序列

根据采自伊犁地区南天山北坡11个采点的树木年轮样本,建立了每个采点的3种年表。通过单相关普查发现,标准化树轮年表序列与当年1~5月的降水显著相关。分析表明该时段降水与树木年轮生长呈正相关具有明确的树木生理学意义。利用新源上限(XNAUt)、昭苏上限(ZUt、ZUt 2)和特克斯下限(TLt)4个标准化树轮年表序列可较好地重建该区域在该时段的降水量。经交叉检验,所得重建方程是稳定可靠的,重建的降水序列是可信的。通过分析发现:伊犁地区南天山北坡300年以来1~5月的降水大致经历了6个偏湿阶段和6个偏干阶段;有2.0~2.8年、24.8年、28.3年、33年、99年的变化准周期;在1909年发生由多向少的突变;1740年、1870年发生由少向多的突变,其中又以1870年前后的突变最为明显。     

基于树轮资料重建祁连山东段冷龙岭1848年以来的干湿变化

利用在祁连山东段冷龙岭青海云杉森林上限采集的树轮样芯,建立3个树轮宽度年表,与气象资料的响应分析发现,上年9月到当年4月的降水量是冷龙岭上限云杉生长的限制因子.基于多元回归模型重建本区1848年以来的降水量,重建模型的方差解释量达到45%,并用交叉检验验证了模型的稳定性.低通滤波序列显示冷龙岭过去近160 a经历了4次干期:1853-1857年,1877-1880年,1919-1931年,1974-1975年和4次湿润期:1869-1872年,1888-1892年,1950-1956年,1970-1972年.通过与祁连山中、西段的干旱序列对比得出,在较长的时间尺度上祁连山山区东、西降水的低频变化具有一致性.MTM(Multi-taper method of spectrum analysis)周期分析显示冷龙岭降水量存在40 a左右和2～3 a的显著周期,研究结果表明,ENSO循环和东亚季风对冷龙岭降水量有着重要影响.     

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。     

哈萨克斯坦东北部310年来初夏温度变化的树轮记录

在哈萨克斯坦东北部的阿尔泰山南坡,位于森林上限的西伯利亚落叶松的树轮宽度对生长季初期温度敏感,且在近年来气候变暖的背景下对温度的响应较为稳定,可以作为该区域温度变化的良好替代材料.利用森林上限区的树轮资料,从树轮宽度中提取初夏温度信息,建立了树轮宽度年表与卡通卡拉盖气象站6月平均温度的转换方程,重建了这一区域310年来的初夏温度变化历史,重建方程的方差解释量达到42.7％.由于校准期较长,利用独立检验方法对重建方程进行检验,各项检验的参数表明重建方程是稳定可靠的.重建序列与相邻的中国阿勒泰地区西部和阿尔泰山北坡树轮反映的温度变化序列的冷暖阶段是一致的,其中19世纪的温度波动较为明显,持续时间最长的冷期(1842-1871年)和暖期(1872-1906年)都出现在这个阶段.重建温度序列存在11a左右的周期,与太阳活动的周期一致.     

最近50年来山东地区夏季降水的时空变化及其影响因素研究

利用山东地区16个气象站1961~2012年逐月降水资料以及同期大气环流指数资料,采用Mann- Kendall非参数检验法、累积距平法、有序聚类分析法以及Mann-Whitney-Pettitt(MWP)法等方法,对最近50 a来山东地区夏季降水及其占全年降水比例的时空变化及影响因素进行了研究。结果表明,最近50 a来,山东地区夏季降水呈现总体下降趋势,但有显著的阶段性。其中,沿海地区变化幅度小于内陆,其阶段转换和突变也早于内陆,内陆中山区又早于平原。沿海地区夏季降水占年降水比例呈现总体上升趋势,但无明显的阶段性和突变现象;而内陆地区呈现总体下降趋势,但存在阶段性和突变现象,其中山地与平原间又有差异。分析表明,山东地区夏季降水变化与同期东亚夏季风、南方涛动和北极涛动之间有显著的响应关系,但在沿海与内陆、山地与平原之间存在差异。