贡嘎山东坡不同海拔高度树轮宽度对气候变化的响应

树木生长对气候变化的响应机制是气候重建的基础,在不同的气候或环境背景下,树轮宽度对气候变化的响应不同,其响应随着地形或海拔等因素的变化而变化。利用采自贡嘎山东坡5个海拔高度的树轮样本建立了树轮宽度年表,并对年表特征、年轮宽度及其对气候要素的响应进行分析,探讨了该区树木径向生长对气候变化的响应关系。结果表明:年轮平均宽度具有随海拔高度的增加而减小的趋势,树轮宽度对气候要素的响应也具有海拔差异。在海拔3700m的森林上限树轮宽度与当年7月份平均温度显著正相关,在海拔3000m高度与3月份平均温度显著正相关,而在海拔2800m树轮宽度与气候因子之间没有显著的响应关系。通过与海螺沟冰川末端进退变化和文献记载的特殊气候年份对比发现,树轮宽度年表与海螺沟冰川进退变化及文献记录的特殊气候年份具有一定的一致性,宽度年表对气候变化具有一定的指示意义。     

秦岭及周边地区树木径向生长与气候因子的关系研究进展

使用树轮年代学的方法探讨不同地区不同气候条件下树木径向生长的气候要素响应特征,有助于深入理解局地树木生长状况的制约因素,进而有助于全球变化的应对与适应。简要回顾秦岭及周边地区的树轮年代学的研究工作,发现该地区树木生长与气候响应关系存在明显的地域分异现象:在秦岭以北,水分是树木生长的主要限制因子;秦岭分水岭和南坡,温度则是主要控制因子;秦岭以南区,海拔差异影响树木生长和气候因子的响应关系。针对当前的研究现状提出相关建议,以期对该区域后续研究有所帮助。     

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。     

青藏高原南部南木林地区树木径向生长对气候因子的响应

树木年轮定年准确、连续性强、分辨率高,并且易于获取复本,已经成为过去气候变化重建的主要手段之一。通过分析青藏高原南部南木林地区大果圆柏的树木年轮宽度变化及其对气候因子的响应,发现树木生长季前期的温度与树木径向生长变化呈正相关关系,而夏季温度与树木径向生长呈负相关关系;年总降水量（上年7月到当年6月）是当地树木径向生长的主要限制因子,相关系数为0.66（P<0.01）,表明南木林地区树轮宽度变化可以指示该地区年总降水量变化。南木林树轮年表（1560—2008年）的突变检验结果显示,该年表在年代际尺度上存在1627年和1829年左右的突变点,表明南木林地区降水量在过去499 a间经历了两次突变。对树木年轮标准化年表的功率谱分析表明,南木林树轮记录具有150 a、100 a、75 a、60 a、50 a以及3.7 a 和3.06 a的显著周期,其中3.7 a和3.06 a周期可能与ENSO有关。     

20世纪以来美国树木生长响应气候变化敏感度的时空差异

树木生长响应气候变化的敏感度是全球变化研究的重要内容。利用20世纪以来美国本土1058个样本点的树轮宽度指数和温度、降水数据,通过相关分析,揭示了树木生长速率年际变化响应气候变化敏感度的时空差异。研究发现：① 美国树木径向生长速率与温度普遍负相关、与降水普遍正相关,绝大多数地区树木生长受水分条件限制。② 径向生长速率对温度和降水响应敏感度呈现一定的季节差异,最敏感的季节因地区而异,这主要与不同月份温度、降水条件差异导致的水分条件变化有关。同时,径向生长速率对温度、降水响应敏感度还随着气候条件变化而变化,随着年平均温度升高（降低）,径向生长速率与温度的负相关逐渐增强（减弱）,随着年降水增加（减少）,与降水的正相关强度逐渐减弱（增强）。     

树木径向生长机制监测和模拟研究进展

 传统的树轮气候学重建研究是基于现代仪器观测资料和树轮序列的统计相关实现的,缺乏机制方面的研究。可靠地重建历史时期的气候变化,需要理解树木径向生长的气候响应机理。目前,国际上的树木径向生长机制研究主要有两种途径,监测与模拟,其中监测研究包括应用树木径向生长测量仪(Dendrometer),微树芯法(Micro-coring)和针刺创伤法(Pinning)3种。从两类大的研究途径出发,综述了国内外的研究进展情况,并对未来发展趋势提出展望。     

福建长汀福建柏径向生长对气候变化的响应

基于树木年代学的研究理论与方法,建立了福建长汀地区福建柏(Fokienia hodginsii)的树轮宽度的标准化年表,并探索了其径向生长与1956—2013年期间前年3月到当年11月的月均温、月降水量气候因子的响应特征。结果表明:福建柏的径向生长主要与当年秋季(9—10月)温度气温与前年春夏季(4—8月)降水显著正相关(P0.05);25 a滑动相关分析发现两者相关显著的时段比较一致,均集中在1970s—1990s时段,说明该时段气候因子对树木生长的限制作用更为明显。响应面回归分析表明,仅气温温度或降水的改善,并不能显著促进福建柏的径向生长,只有当两者同时改善后,树木的生长才会加速。     

高频光密度测量法在崆峒山树轮年表建立中的应用

树木年轮是最常用的古气候代用指标之一,能提供高分辨率的气候变化信息。其中树轮宽度和密度是每年生长量必不可少的代用量测指标。但树木年轮宽度信息仅是表征树木的平均生长状况,其与气候关系复杂,所以树木的径向宽度生长数据并不能充分的用于气候变化重建;而树轮密度是树木细胞直径及木质部细胞壁厚度等结构的间接反映,其对于气候的响应则能提供更多的信息。已形成多种测量树轮密度变化值的方法,目前应用最广泛是X-ray密度测定法,但这种方法存在种种应用上的缺点。近年又形成一种新的树轮光密度值测定法-高频光密度测量法。尝试利用高频光密度测量法建立了甘肃崆峒山地区四种树轮密度年表,与史料、旱涝等级数据对比分析,有着良好的对应关系,与气象资料进行了相关函数和响应函数分析,分析结果满足统计学的要求,并能从树木生理学上对分析结果给予解释,表明这是一种有效的树木年轮气候研究方法。     

腾格里沙漠南缘油松树轮宽度变化及其对气候因子的响应

树木年轮定年准确、连续性强、分辨率高,并且易于获取复本,已经成为过去气候变化研究的主要手段之一。在沙漠地区,受气候条件的限制,树轮研究工作开展的较少。通过分析腾格里沙漠南缘油松树木年轮宽度的变化及其对气候因子的响应,发现夏季（6~8月）温度以及年降水量是当地油松生长的重要限制因子。对树木年轮标准化年表的功率谱分析表明,树轮记录具有2.6 a,7.5 a,14 a以及16.5 a的显著周期,其中2.6a以及7.5a周期的树轮指数变化,可能与ENSO的周期有关。     

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。     

Microcoring and dendrometer-detected intra-annual wood formation of Populus euphratica in the Ejina Oasis,northwestern China

Seasonal stem radial growth and wood formation of trees have become research hotspots because of their significance for dendroclimatological and dendroecological studies. However, until recently, these studies concentrated on coniferous tree species in high-altitude and high-latitude regions, while detailed information on arid-zone riparian forests is scarce. The main focus of this study is to monitor the intra-annual dynamics of radial growth and tree ring formation in a deciduous species, Populus euphratica. In 2013, we combined the dendrometer and microcoring methods to study this species in the riparian forest of the Ejina Oasis, in arid northwestern China. Vessel enlargement began in early May, and the maximum rate of cell production occurred in early June. The cell division then ceased from early to mid-July. The dendrometer method failed to reliably detect the date of growth initiation and cessation, but succeeded to detect the time of maximum growth rate just like the microcoring method did. We found that weekly stem radial increment data described xylem growth more accurately than daily datasets. Based on correlation analysis among climatic and hydrologic variables, and weekly stem radial increment, weekly ring width increase dataset, the depth to groundwater was the main factor that limited tree ring growth. From a practical perspective, such studies of intra-annual wood formation can provide empirical guidance for seasonal water allocations within a river basin.     

Longleaf Pine (Pinus palustris Mill.) Morphology and Climate/Growth Responses Along a Physiographic Gradient in North Carolina

Geographic differences in tree morphology and climate and growth responses of longleaf pine have been documented, yet how these differences vary at a larger scale has not. In this study, we documented changes in tree morphology and climate and radial growth responses of six longleaf pine (Pinus palustris Mill.) stands in three physiographic regions in North Carolina. We sampled from more than fifteen trees per stand and compared site- and regional-level total and latewood ring width values to temperature, precipitation, and drought. All morphological characteristics expressed a strong west–east gradient. Climate and radial growth response was strongest for the Sandhills region and then Piedmont and Coastal Plain regions. The distinct morphological characteristic gradient did not covary with climate and radial growth response, suggesting that additional environmental influences affect needle length, trunk diameter, and height.     

基于树轮资料重建森林净初级生产力的研究进展

森林净初级生产力(NPP)反映了森林植被固定和转换光合产物的能力,表示了森林碳汇功能强度,也是评价森林植被的演替状况以及陆地生态系统承载力的主要指标。基于遥感、清查资料等方法估算NPP已经取得了一些进展,但传统的研究方法受限于观测(调查)年份,难以有效获取长时间尺度的区域森林种群或群落年际NPP。树轮资料较为有效地反映了历史时期森林植被的逐年生长状况,从而在估算高精度且长时间尺度区域森林种群及群落NPP中具有较大的优势。本文对利用树轮资料重建区域森林NPP的两种主要方法进行了总结,第一种方法主要是依据树轮资料提供的立木逐年生长量进行生物量以及NPP的估算;第二种方法则是利用树轮指数与其他植被指数的相关性间接反演过去时间段区域森林群落NPP的变化。上述两种估算NPP的方法均存在较多的限制性,未来利用树轮资料估算NPP的时空精度仍有待提高。     

青藏高原东北部与南部地区树木径向生长对气候要素的响应——以祁丰和林周树轮为例

了解树木径向生长对气候响应的区域特征是模拟或预测未来全球变化如何对森林生态系统产生影响的基础。对青藏高原东北部(祁丰)干旱气候条件下与南部(林周)高寒半干旱气候条件下的两条标准化年表分析发现,两年表敏感度均较高,样芯间一致性均较强,为分析树木径向生长对气候要素的响应关系提供了保障。对祁丰和林周树轮宽度序列与其附近酒泉(1951-2009年)和当雄(1963-2009年)气象站上年5月到当年9月的气候因子(月平均气温、月最高气温、月平均最低温和月降水量)进行相关和响应分析发现,祁丰和林周树木的径向生长与当年5-6月平均气温存在负相关关系,相关系数分别为-0.360和-0.466;而与当年5-6月降水量显著正相关,相关系数分别为0.499和0.623。祁丰和林周树轮宽度序列与帕尔默干旱指数(PDSI,1951-2005年)的格网数据在每个月份均呈正相关关系,与5-6月的相关值分别为0.581和0.719。上年7月到当年6月的降水量与祁丰(r=0.529)和林周(r=0.667)树轮宽度序列的相关值也较高,推断干旱状况是限制高原东北部与南部树木径向生长的主要因素。     

树木年轮资料的可靠性分析——以陕西华山松为例

依据陕西华山的华山松树木年轮宽度、最大密度与最小密度年表，以及对树木生长模拟结果，本文分析了树木径向生长对气候因子（气温和降水）的响应状况。结果表明树木年轮生长的多种指标均能相互印证，并具有生理学意义，从而证实了它们作为气候变化的代用资料是可靠的。这不仅强调了树木年轮多途径分析的必要性，而且为重建过去气候变化提供了依据。     

Challenges of calculating dunefield mobility over the 21st century

Attention has been directed towards both the impacts of future climate change on environmental systems and dunefield activity in the past, but there has been relatively little consideration of potential dune mobility in a future and possibly warmer world. This paper considers the use and limitations of four Global Circulation Models (GCMs) (Hadcm3, Hadcm2, CSIRO-mk2b and CGCM1), in combination with simple dune mobility indices to predict the activity of the Kalahari dunefield. It is clear that uncertainties surround GCM resolution and accuracy, mobility index robustness for the calculation of intra-annual dune mobility and data collection for mobility index calibration. Macro-scale studies that look at large areas of the world over long time scales are well suited to GCM and mobility index use, but dune mobility can be variable within a dunefield, and it is the extreme sand transporting events, occurring at high temporal resolutions, that are the most important for short term studies. To investigate intra-annual changes in dune mobility over a specific dunefield techniques such as downscaling, weather generators and probability curve fitting can help provide climate predictions for smaller areas over shorter time frames. However, these methods introduce uncertainty of their own, and they often rely on the accuracy of original GCM predictions or the climate parameter relationships observed at present. Analysis of intra-annual changes also requires mobility indices that can model monthly mobility patterns well, although existing indices have only been used for calculating annual dune mobility potential. When they are used for intra-annual predictions, the lack of lag response between precipitation decreases and the assumed vegetation dieback leads to an exaggerated amplitude pattern of dune mobility throughout the year. Calibration of dune mobility indices to dune mobility observed on the ground is therefore important but is hampered by a lack of observed measurements for individual months. Solutions are available to overcome some of the outlined problems, but they can provide their own set of uncertainties, which combine to further reduce the confidence given to future dune mobility predictions.     

Radial Growth and Increased Water-Use Efficiency for Ponderosa Pine Trees in Three Regions in the Western United States

We examined changes in and relationships between radial growth and intrinsic water-use efficiency (iWUE) of ponderosa pine (Pinus ponderosa) trees, climate, and atmospheric CO₂ in the western United States since the mid-nineteenth century. We developed tree-ring chronologies for eight sites in three climate regions and used carbon isotope data to calculate pentadal values of iWUE. We examined relationships among radial growth, climate, iWUE, and CO₂ via correlation and regression analyses. Significant upward trends in iWUE occurred at all sites, and despite an absence of climate changes that would favor growth, upward radial growth trends occurred at five sites. Our findings suggest that increased iWUE associated with rising CO₂ can positively impact tree growth rates in the western United States and are thus an evolving component of forest ecosystem processes.     

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。