阿尔泰山历史时期气候水文变化特征分析

通过分析总结在中国阿尔泰山区域已取得的树轮气候学和树轮水文学研究成果,选取了5条气温重建序列,3条降水重建序列和2条径流量重建序列,对各序列在全频域、低频域和高频域的相关系数、序列的阶段变化、极值年份、周期等特征展开了讨论和对比,并对阿尔泰山气候的年代际变化进行了分析。结果表明：（1）目前在阿尔泰山开展的气温重建中,重建时段均在树木生长季内,5条气温重建序列显示在1690年代-1700年代、1730年代、1780年代-1790年代为偏冷时期,1710年代-1720年代、1800年代-1830年代、1940年代-1960年代及1990年代以来为偏暖时期。有3条序列指示1830年为暖年,1698年、1784年、1911年、1985-1986年为冷年。（2）3条降水重建序列显示,1830年代-1860年代经历了一段降水量相对平稳的时期,1870年代-1900年代为持续时间最长的干旱时期,1900年为干旱年。（3）2条径流量重建序列显示,1730年代和1810年代-1820年代为丰水期,1750年代和1870年代-1890年代为枯水期,降水量对哈巴河径流量有较大影响。（4）年代际气候变化分析显示,阿尔泰山在1830年代-1990年代以暖干为主,1990年代以后进入了暖湿时期。     

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。     

阿勒泰地区两种树轮宽度年表气候响应特征

阿尔泰山是树轮气候研究的理想区域,但此前关于阿尔泰山不同海拔高度西伯利亚落叶松和西伯利亚云杉树轮宽度气候响应差异的对比研究较少。本文利用阿尔泰山上树线西伯利亚落叶松以及森林中下部西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松树轮宽度资料,在建立宽度年表的基础上,分析阿尔泰山南坡不同海拔高度不同树种对气候响应的差异。研究结果表明：①上树线与森林中下部区域树轮宽度生长的气候限制因子不同,上树线落叶松树轮宽度生长的气候限制因子为6月平均温度,森林中下部云杉树轮生长的气候限制因子为年度（上年7月到当年6月）或春季（4-6月）降水量。②森林中下部云杉树轮宽度生长对降水的响应要优于落叶松。③上树线西伯利亚落叶松树轮宽度均与当年6月平均温度显著正相关（P<0.001）,森林中下部西伯利亚落叶松的气候限制因子不明显。     

帕米尔东北部昆仑圆柏850年树轮宽度年表的建立及其气候意义

利用帕米尔高原东北缘的昆仑圆柏树轮资料建立了850 a的树轮宽度年表(1165—2014年),是目前新疆最长的树轮年表。树轮宽度指数与乌恰站的气象资料相关分析表明:树轮宽度主要受水分条件限制,与降水量、降水日数和水汽压呈一致的正相关,其中树轮宽度标准年表与乌恰上年10月—当年7月的降水量的相关系数达到0.671。宽度年表与最高气温和最低气温呈反相关:当年生长季及其前期的最高气温与轮宽指数负相关,而最低气温(当年5月以外)与树木的生长正相关,表明生长季的较高的最高气温和冬季的较低的最低气温不利于树木的生长。树轮宽度指数与CRU格点降水资料的空间相关分析表明其能较好地反映帕米尔高原东部的降水变化,其次与新疆天山山区中部和南疆平原区的降水也具有较好的相关性。     

用树木年轮重建阿勒泰东部6-7月平均温度序列

 利用采自阿勒泰中东部地区8个树轮采样点的西伯利亚落叶松树轮资料,建立宽度年表。分析这些年表与气候要素的相关性发现,标准化年表序列与该地区青河气象站6—7月的月平均气温存在显著的正相关关系,最高单相关为卓勒萨依ZLS年表,相关系数为0.555（P＜0.0001）,且具有明显的树木生理学意义。用卓勒萨依t和卓勒萨依t+3两个树轮标准化年表序列,可较好地重建该地区过去394 a来6—7月月平均气温序列,交叉检验表明,重建方程稳定可靠。分析发现,阿勒泰东部地区394 a来的气温重建序列具有7个偏冷和7个偏暖阶段,和2.7~3.7 a,43.7 a,52.4 a的显著冷暖变化准周期。月平均气温重建序列存在10个突变点,其中在1669年,1714年,1762年,1802年和1939年前后为初夏月平均气温由低向高突变,而在1691年,1732年,1781年,1919年和1963年前后是自高温向低温突变。     

川西马尔康7月平均气温的重建及其气候周期信号检测

利用阿依拉山采样点的树木年轮标准化年表与川西高原的马尔康和红原前一年10月至当年9月的气候资料进行相关分析。结果表明,马尔康7月平均气温与阿依拉山采样点的树木年轮生长有较好的相关性,相关系数达0.644。利用树轮年表重建了1597-2005年马尔康7月平均气温序列,方差解释量为41.5%,经过检验,转换方程稳定可靠。检测409年重建气温序列的周期信号,发现重建序列存在3～4年、5～9年、21～28年和56～76年的周期振荡,其中较短的年际周期的强振荡期均出现在21世纪,中周期的强振荡期主要出现在最后一次小冰期,而长周期则在工业革命之前能量最强。     

浑善达克沙地白扦树轮宽度早晚材年表对比分析

利用浑善达克沙地白音敖包采集的白扦树芯样本,使用传统宽度测量手段和图像分析手段建立了研究区域采样点的全轮、早材、晚材宽度年表。对比分析结果表明,研究区域内基于图像分析手段和传统宽度测量手段所获取的全轮宽度数据不存在明显差异。基于图像分析手段建立的全轮、早材及晚材宽度年表之间在全频域、高频域和低频域的相关系数均呈显著正相关,且三种年表在低频变化上比在高频域更为一致。过去142年以来,全轮、早材、晚材宽度年表均具有2个低值阶段和2个高值阶段,且3个年表间的高低值变化阶段基本一致。与当地气象资料的相关分析结果显示,全轮、早材、晚材宽度年表均对气温表现出负相关,对降水变化的响应则不明显。而早材宽度与气温表现出的较高相关系数还说明了基于图像分析手段获取的该种数据具有作为气候代用资料的价值。     

树木年轮中的稳定同位素

用树木年轮中的稳定同位素重建古气候,可精确分辨到年和定义其统计置信限。新近已有一些非本专业的实验室开展这项研究,因而有关文献以不同途径分布在多种学科里。本文第一次论述同位素树木年轮气候学(isotope dendroclimatology),阐述其基础理论,并且描述了同位素年表(isotope chronologies)的建立步骤。     

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.     

巴丹吉林沙漠西南缘胡杨(Populus euphratica)径向生长对气候的响应

利用2014年采自巴丹吉林沙漠西南缘的胡杨样本,建立了该地区胡杨树轮年表,选用相关函数法结合高台气象站历年逐月降水和温度(月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、平均地温)等主要气候因子,分析巴丹吉林沙漠西南缘胡杨树轮对气候的响应;研究表明,黑泉乡胡杨树轮宽度标准化年表与生长季平均气温相关较好,具有明显的正相关关系。而生长季3-9月的平均气温与胡杨树轮宽度年表的相关高达0.629(P<0.0001),3-9月的平均气温可能是该地区胡杨树木径向生长的主要限制性因子且具有明确的树木生理学意义。