天山北坡中部不同海拔高度雪岭云杉树轮宽度气候响应对比分析

利用天山北坡中部沙湾地区两个坡面随海拔高度采集的雪岭云杉树芯样本,建立了13个树轮宽度年表。分析结果表明,2个坡面年表特征值随海拔高度的变化而不同,不同海拔树轮宽度对气候因子的响应呈现规律性。高低海拔采样点在生长季前对气候因子的响应相同,而在生长季则呈相反的响应。在生长季,高海拔采样点随海拔的升高,树轮宽度对气温的响应降低。不同坡面间受小生境的干扰较大,坡度较小的大鹿角湾高海拔采样点主要受气温的影响,而在坡度较大的石头沟高海拔采点则对降水有更明显的响应。沙湾树轮宽度年表对PDSI指数的响应与大尺度范围的树轮响应一致,即与PDSI呈正相关,低海拔区域响应最显著。主成分分析表明,在同一坡面树轮宽度年表的前3个主分量可以反映因海拔高度变化气候因子对树木年轮生长的影响。2个坡面树轮宽度年表的第一主分量表征持续干旱对整个坡面的影响。     

天山北坡雪岭云杉树轮宽度年表梯度特征分析

在天山北坡不同区域间隔海拔高度100 m左右采集5个树轮梯度年表,分析树木径向生长沿海拔高度变化的规律。结果发现:在树轮年表特征中,平均轮宽、树龄和敏感度等存在海拔梯度变化,平均轮宽和敏感度随海拔升高而降低,而平均树龄则与海拔高度呈正相关。高海拔采样点在同一区域和不同区域间一致性最好,低海拔采样点次之,而森林中部最差,东部和中部低海拔区域采样点的一致性要好于西部,坡向、坡度等小生境的差异也是影响树轮生长垂直变化规律的重要因素。存在同时影响不同海拔高度树轮生长的环境要素,西部和中部高海拔树木对该要素的响应更显著,在更为干旱的天山北坡中部和东部,对树木径向生长的影响较大的环境因子要多于西部伊犁地区。     

中国西天山不同海拔雪岭云杉树轮宽度年表特征及其气候响应特征

利用西天山伊犁河谷新源林场卡勒克玛林区5个采样点(KL1～KL5)的雪岭云杉树轮样芯,建立宽度年表,并分析树木年轮标准化年表与气候的相关性,以及这种相关性随海拔梯度的变化情况。结果表明：(1)样本对总体的代表性都很好,KL3的各项指标在5个标准化年表中最高,包含的气候信息最多、受到气候的影响最明显;(2)除KL5与新源站当年4月的降水正相关不显著外,其余标准化年表均与新源上年及当年4月降水显著正相关,且较高海拔的KL1～KL3与当年4月降水的相关性较上年4月更密切,较低海拔的KL4～KL5则相反;(3)各标准化年表与新源站上年4月～上年10月以及当年9月的平均温度和平均最高温度为负相关,而与上年12月的温度要素均为正相关;（4）各采样点树木径向生长受气候的“滞后性”影响明显,林缘上部的采样点（KL1、KL2）树木径向生长受到温度的制约作用较降水更明显,林缘中下部（KL3～KL5）则相反。     

新疆东部雪岭云杉与胡杨树轮记录的干湿变化对比分析

利用采自新疆东部的雪岭云杉和胡杨树轮样本研制出区域树轮宽度年表。相关分析发现雪岭云杉区域树轮宽度年表与上年8月至当年月标准化蒸发指数(SPEI)变化有较好相关性,相关系数为0.67 (P<0.001, n=54),同时胡杨区域树轮宽度年表也表现出较强的干湿变化信号(r=0.48, P<0.001, n=54)。利用线性回归模型重建了新疆东部1725–2013年上年8月至当年月SPEI变化,方差解释量为45.3%。利用雪岭云杉区域树轮宽度年表能够较好地重建新疆东部自1725年以来的上年8月至当年7月的SPEI变化,方差解释量达45.3%。重建结果揭示新疆东部1725-1728年,1737-1758年,1765-1804年,1829-1834年,1845-1852年,1888-1904年, 1915-1923年,1932-1961年,1969-1973年,1986-2001年偏湿;1729-1736年,1759-1764年,1805-1828年,1835-1844年,1853-1887年,1905-1914年,1924-1931年,1962-1968年,1974-1985年,2002-2013年偏干。新疆东部干湿变化与天山中西部干湿变化在年际变化上存在很强一致性,但在年代际变化上存在显著差异,并与甘肃河西走廊干湿变化存在紧密。胡杨树轮宽度年表与雪岭云杉树轮宽度年表所指示的干湿变化在年代际上存在一致性,但是胡杨对干湿变化响应往往滞后于雪岭云杉。     

天山北坡西部雪岭云杉海拔梯度生态弹性变化

基于天山北坡西部温泉哈夏林区间隔100m海拔高度采集的雪岭云杉梯度样本的断面积生长量资料,分析该区域树木生态弹性变化。干旱事件是区域生态弹性最主要的干扰因子,高温事件也是干扰因子之一。干扰因子的强度会造成生态弹性梯度特征的变化。在极端干旱年份,哈夏林区梯度生长弹性特征最显著,即中高海拔为强抵抗力和弱恢复力,而低海拔则呈相反态势,并出现生长衰退现象。中旱事件时不同海拔均为强抵抗力和较强的恢复力。高温年份低海拔呈现弱抵抗力和弱恢复力。在发生持续干旱时,不同海拔高度的树木生长均受到遏制,但低海拔衰退强度大于高海拔区域,高海拔区域树木对干旱的适应能力要强于中低海拔。     

利用树轮宽度重建准噶尔盆地西南缘降水日数

利用新疆北部准噶尔盆地西南缘阿拉套山南坡4个采样点的雪岭云杉树木年轮宽度资料,建立了树轮宽度年表。树轮宽度指数与气候要素的相关分析结果表明:该区域的树轮径向生长主要受水分条件限制,与当年生长季及其前期的降水量和降水日数呈显著正相关,与温度呈负相关。其中小青稞与哈拉吐鲁克苏河两个点组成的树轮宽度年表(HXC)与阿拉山口气象站2-8月降水日数的相关系数达到了0.724。采用线性回归方法建立了树轮宽度指数与降水日数之间的回归方程,方差解释量为52.4%,交叉检验表明转换方程稳定可信。由于采样点坡度大、土层薄、土壤蓄水能力弱,树轮宽度与降水日数的相关系数高于降水。1685-2008年重建降水日数序列与区域干旱灾害文献记录的14次旱灾对比发现,树轮资料重建降水日数序列较好地捕捉了区域极端干旱事件。本文的序列与天山北坡山区和天山南坡阿克苏河流域降水序列的干湿阶段是对应的,特别是与天山山区降水序列的干湿阶段(特别是干旱阶段)更为一致。     

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。     

额尔齐斯河上游西伯利亚云杉树轮宽度年表特征分析及其对气候的响应

利用采自阿尔泰山南坡额尔齐斯河上游森林6个采样点的低海拔西伯利亚云杉（Picea obovata Ledeb）树轮样本,建立6个树轮宽度指数年表。分析标准化树轮宽度年表的特征参数及对气候的响应发现：（1）可可托海北（KKT）年表包含的气候信息最多,其次是塔里德萨依（TLD）年表。（2）6个标准化年表及区域年表（HEC）与临近的富蕴气象站与生长季及生长季前期的降水呈正相关,与上年7月到当年6月降水量相关最高达0.755,该研究结果与新疆天山山区云杉对气候的响应完全一致。降水是森林下限西伯利亚云杉树轮宽度生长的主要限制因子。（3）海拔相对较高的协特克阔依汗（XTK）和KKT年表除与其它年表具有对降水相同的响应特点外,还与当年8月的平均最低气温呈显著正相关。（4）区域年表树轮宽度指数经历了9个偏高时段和8个偏低时段,揭示了该地区降水的长期变化。     

基于树轮的天山北坡三屯河流域过去146a降水变化

通过对新疆天山北坡三屯河流域2个采点的云杉树轮宽度标准化年表与小渠子和大西沟气象站月降水相关普查分析发现,区域森林中下部林缘年表与小渠子气象站上年7月至当年6月的降水呈显著正相关,其相关系数为0.694（p〈0.000 1）,且具有明确的树木生理学意义。利用区域森林中下部林缘年表序列可较好地重建小渠子气象站146 a来上年7月至当年6月降水量。对天山北坡三屯河流域过去146 a降水变化特征分析表明：天山北坡三屯河流域降水大体经历了6个偏干阶段和6个偏湿阶段,具有2、4、7、14、26 a的变化准周期,1942年和1945年分别是三屯河流域甚至天山山区较大范围内过去146 a的降水最大年份和最小年份,降水的长期变化与天山山区变化趋势有很大的相似性。     

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。     

新疆西北部萨吾尔山西伯利亚落叶松树轮宽度的气候响应特征

树木生长对气候变化的响应研究不仅能为全球变化背景下森林生态系统的响应提供关键参数,也是树轮气候学研究的基础。本文利用位于新疆西北部萨吾尔山南坡的西伯利亚落叶松树木年轮宽度资料,建立了不同海拔高度的4个树轮宽度年表,采用相关分析和冗余分析法分析了树轮年表特征及其对气候的响应特征。结果表明：（1）不同海拔西伯利亚落叶松树轮宽度年表均具有较高的敏感度和一致性,可能包含较为丰富的气候信息。树轮年表参数有较一致的规律性：平均敏感度、标准差和信噪比随海拔高度降低逐渐增大;反映树轮对环境要素响应滞后效应的一阶自相关系数随海拔高度降低而减小。（2）随着海拔高度的降低,树轮宽度年表与生长季温度（5—9月）的正相关逐渐减弱,直至变为负相关;与反映水分状况的气象要素（降水量、相对湿度和水汽压）由不显著相关变为显著正相关（P<0.01）。萨吾尔山南坡海拔2000~2100m是西伯利亚落叶松树轮宽度对气候响应关系发生转折的关键高度。（3）位于下树线区域西伯利亚落叶松树轮宽度受年降水量（上年7月至当年6月）和当年生长季（5—7月）最高气温共同影响,具备开展区域干旱指数重建的潜力。     

托什干河流域额河杨和雪岭云杉径向生长对环境的响应对比

利用采自天山南坡托什干河流域的额河杨(Populus xjrtyschensis Ch.Y.Yang)和山区森林上线的雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey)树轮样本,分别建立树轮宽度年表,选用相关函数法结合阿合奇气象站和沙里桂兰克水文站的逐月降水、温度和径流等主要环境因子,分析托什干河不同树种树木径向生长对环境因子的响应。研究表明,额河杨和森林上线的雪岭云杉树木径向生长对气候的响应均较差,位于森林上线的雪岭云杉对春季PDSI响应较好。托什干河流域树木径向生长可能受多种气象因子综合影响。同时,额河杨和雪岭云杉与径流量的相关性较高,额河杨树木径向生长响应夏季径流量,而雪岭云杉可以更好地响应水文年的径流量。本研究为利用阔叶树种重建天山山区历史气候水文变化提供参考。     

树轮最大密度记录的吉尔吉斯斯坦天山山区公元1650年以来的7-8月温度变化

利用吉尔吉斯斯坦天山山区3个采样点的雪岭云杉树轮最大密度数据建立区域树轮最大密度年表（RC）。气候响应分析发现,区域树轮最大密度年表与7-8月平均温度显著相关。在此基础上,利用区域树轮最大密度年表重建了吉尔吉斯斯坦天山山区自1650年以来的7-8月温度变化,重建方程的方差解释量高达45．3％（Radj^2=44．7％,N=95,F=77．029）。重建结果显示,在过去的346a中吉尔吉斯斯坦天山山区7-8月平均温度的异常高温年份为40a,异常低温年份为46a,且存在11个低温时段（16501654,1662-1678,1693-1703,1779-1794,1801-1805,1811-1819,1834-1854,1882-1910,1917-1923,1952-1975和1986-1992年）和11个高温时段（1655-1661,1679-1692,1704-1778,1795-1800,1806-1810,1820-1833,1855-1881,1911-1916,1924-1951,1976-1985和1994-至今）。突变和周期分析揭示该地区的温度变化受到了火山、太阳活动和海陆气交互作用的共同影响。此外,在过去的346a来气候以暖干／冷湿为主,近20a来出现了明显暖湿化趋势。     

天山中部北坡头屯河流域树轮宽度年表特征分析及其与气候要素的相关性初探

利用天山中部北坡头屯河流域8个天山云杉树轮采点的树轮样本,建立树轮宽度指数年表,并分析树轮标准化年表与气候的相关性。结果发现:(1)树轮年表统计特征指示庙尔沟煤矿与三屯河树轮宽度标准化年表可能包含有较多的气候信息;(2)森林上限年表互相关平均系数为最大,森林下部林缘年表互相关平均系数居中,森林上树线附近的小渠子年表与处于下树线附近的庙尔沟煤矿年表间的相关系数最小;(3)位于森林下部林缘年表的连续显著的正自相关系数的阶数少于森林上限的年表,反映该区域森林下部林缘树轮中的气候信息较为清晰,上限年表中的气候信息较为模糊;(4)温度是影响森林上限树轮宽度年表树轮生长的的主要气候限制因子,而降水则是影响森林下部林缘树轮宽度年表树轮生长的主要气候限制因子,区域森林下部林缘年表当年轮宽指数与小渠子气象站上年7月至当年6月的降水呈显著正相关,区域森林上限年表与大西沟气象站当年2—3月的月平均气温呈正相关,这些相关具有明确的树木生理学意义;(5)区域森林上限年表经历了9个轮宽指数偏高时段和9个偏低时段,偏高时段反映当年2—3月的气温偏高,反之指示当年2—3月的气温偏低;区域森林下部林缘年表大致有5个轮宽指数偏高时段和5个偏低时段,偏高时段指示上年7月至当年6月降水偏多,反之表征上年7月至当年的降水偏少。     

淮河流域大别山地形对梅雨期暴雨低涡影响的模拟研究

基于淮河流域梅雨期低涡暴雨落区及低涡移动路径的统计特征,设计WRF数值模拟方案,研究大别山脉对浅薄低涡及其暴雨的地形强迫机制。结果表明:1)在三组数值试验中,无山脉时低涡东移速度较快,北绕山脉路径较慢,翻越山脉的移速居中;无大别山地形时,低涡路径明显偏南,显示低涡具有沿低地移动的特征;大别山地形倒置时,大尺度山体的出现迫使低涡北绕,路径更偏北。2)低涡反气旋式北绕,抵消和减弱了低涡强度;无山脉时,低涡强度由自身系统维持,强于北绕低涡;翻越山脊的低涡经历位涡守恒过程,山后强度几乎成倍增强。3)山脉梯度大,其强迫抬升作用大于低涡系统性抬升,两者叠加造成垂直上升速度增强近1倍。4)山后总涡度增强主要表现为低层涡度平流项、扭转项和散度项的明显增强,其增量可达1倍,但中层因子的影响不显著。5)强降水雨带发生在低涡偏东气流和偏南急流的汇合处,表明淮河流域暴雨低涡北部为强降水预警区。6)山脉通过对低涡东移路径的强迫,进一步影响暴雨强降水带的南北偏移。