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。     

青藏高原东北部树木年轮记录揭示的最高最低温的非对称变化

江河源区自然环境严酷, 生态系统脆弱. 近年来由于该区域日趋严重的生态环境问题使之逐渐成为全社会所广泛关注的焦点地区. 根据采自青藏高原东北部黄河源区西顷山和阿尼玛卿山的祁连园柏树轮样芯, 重建了研究区过去近425 a来冬半年的最低温和近700 a来夏半年最高温. 1578~1940年的近400 a间研究区冬半年最低温度的波动较为平缓, 但是自1941年来以来有急剧的升温趋势. 夏半年最高温在20世纪末表现出明显的升温趋势. 近425 a来最高温和最低温的变化存在非对称现象. 最高温和最低温在近425 a来的变化非常相似, 但最低温的变化比最高温的变化超前大约25 a左右. 如果在未来30 a内最高温和最低温的变化保持过去近425 a来的相关趋势, 那么在未来30 a内, 最高温也将继续剧烈升温.     

树轮记录的西北季风边缘区干旱变化

祁连山东部位于亚洲季风西北边缘区,对气候变化十分敏感。由于该区位于半干旱区,降水的变化直接影响人类社会经济的发展,所以研究该区干旱变化情况及其机制非常重要。 利用采自祁连山东部西北季风边缘、地处半干旱区的吐鲁沟地区的油松树轮样芯,建立了树轮宽度年表,时间跨度为1866-2003AD。树轮宽度年表与气象因子相关分析结果显示树木生长主要响应生长季内的降水和干旱变化。该年表与附近区域利用树轮宽度重建的帕尔默干旱指数（PDSI）进行对比,结果显示严重的干旱时间发生在1920s-1930s、1966年、1974年、1982年和1990s和21世纪初。多窗谱分析研究表明,该区年表序列存在显著的2~4 a周期（P<0.05）,该周期与ENSO变率吻合,与在贺兰山、祁连山其他地区、兴隆山及贵清山研究结果一致,表明这些区域可能受共同气候因子的影响。     

亚洲树轮稳定氧同位素研究进展

树轮稳定氧同位素作为一种高精度的古气候代用指标,在亚洲地区的发展起步晚进步快。树轮稳定氧同位素比率（δ¹⁸O）对区域气候信息有较强的记录能力,且与水汽循环关系密切,对于理解复杂的亚洲气候起着重要作用。亚洲地区树轮δ¹⁸O对温度的响应主要出现在高纬度地区,中低纬度树轮δ¹⁸O主要记录与水分（降水、相对湿度、PDSI等）有关的信号。对亚洲地区已发表的树轮δ¹⁸O与气候要素（温度、降水、相对湿度）的相关分析显著性统计显示,生长季气候对树轮δ¹⁸O至关重要,树轮δ¹⁸O 与温度的显著相关关系呈正相关,与降水和相对湿度的呈负相关,温度和降水通过降水δ¹⁸O影响树轮δ¹⁸O,但各自的信号强度存在区域差异,而相对湿度信号则广泛记录在不同区域不同树种之中。亚洲树轮稳定氧同位素研究集中于中低纬度地区,因而对大气水文循环的响应主要侧重于对亚洲夏季风和ENSO的研究,对季风降水的记录反映了季风活动的变化特征以及与之有关的环流信息;季节分辨率的树轮稳定氧同位素研究限于低纬热带亚热带区域,但对于理解区域气候和季风活动的年内变化、挖掘年轮不清晰树种的树轮学研究潜力具有重要的意义。     

祁连山东部地区树木年轮年表的建立

利用采自祁连山东部的祁连圆柏样芯,经常规程序晾干、固定、打磨、定年和读数后,建立了标准化年表,并将标准年表的树轮指数与采样点附近的天祝乌鞘岭气象站的温度和降水进行了相关分析。结果表明,年轮指数与3~4月降水呈显著正相关,相关系数达0.525。由于3~4月份的降水为该地区树木生长季之初的降水,是树木生长的限制因子,因此该相关具有明确的生物学意义。研究还发现,年轮指数与1月气温也呈显著负相关(相关系数为- 0.297),这可能是由于冬季最冷月气温偏高时,影响树木代谢和土壤湿度,从而影响树木的生长。祁连山东部地区树木年轮年表具有明确的气候学意义。     

祁连山中部公元904年以来树木年轮记录的旱涝变化

利用取自祁连山中部地区的树木年轮样本和该地区3个站点的降水资料,应用年轮气候学方法,重建了祁连山中部地区的降水量.自公元904年以来,该地区历经了31次相对干期和30次相对湿润期,其中,连续两个10a以上的干期有17次,湿润期12次,最长的干期是1540—1590年间,长达60a,最长的湿润期是1240—1270年、1860—1890年,各有40a.世纪尺度范围内,16世纪是最干的100a,有80a为少雨年;最湿润的是13世纪和19世纪,这期间有60a为多雨.自公元904年以来,降水量共发生了35次突变,16次是由旱向涝的突变,19次是由涝向旱的突变.平均约30a发生一次.11世纪是该地区降水的多变时期,15～16世纪是降水的相对稳定时段,20世纪又进入了降水的多变时期.     

中国西北地区季节间干湿变化的时空分布——基于PDSI数据

利用帕尔默干旱指数(PDSI) 全球数据库, 提取覆盖中国西北地区的56 个PDSI 栅格点数据, 对1953-2003 年间各个季节均值和年均值进行旋转经验正交函数(REOF) 分析。REOF 空间分区结果发现西北地区各个季节均值和年均值表现出较为一致的主要空间异常型, 依据 PDSI 年均值数据可以将中国西北地区划分为5 个空间型: 北疆型、南疆型、高原北部型、蒙 古西部型以及西北东部型。其中北疆型、南疆型主要位于西北地区西部, 高原北部型、蒙古西部型位于西北中部, 西北东部型位于西北东部。各个空间型特征点的PDSI 序列及二项式 拟合对比发现西北东部、西部存在完全相反的干湿变化: 西北西部主要受西风带影响, 自20 世纪80 年代开始有逐渐变湿的趋势; 西北东部主要受亚洲季风的影响, 有逐渐变干的倾向, 特别是夏秋季, 西北地区东南部变干的趋势更加明显。西北地区受西风带、亚洲季风以及青藏高原的影响明显, 在全球变暖的情景下, 不同区域的干湿状况的响应存在较大的差异。     

甘肃南部公元1824年以来降水重建

通过对甘肃南部腊子口的油松(Pinus tabulaeformis)进行树木年轮分析,首次建立了研究区1824～ 2011年标准化年表(STD),并与邻近的岷县气象站降水和温度进行相关分析,结果表明,该年表与上一年8月到当年7月的总降水(p8 c7)相关性最好,相关系数达到0.644 (p＜0.01).据此建立树轮指数与降水量之间的转换方程,该方程解释了实测期41.5％的降水(1952 ～2008年),并通过一系列稳定性检验,进而重建研究区1824～ 2011年间188年以来的降水.对重建结果进行11年滑动平均,结果表明,共出现3次极干旱期,分别为1900 ～1902年,1926～1930年和1997 ～2000年,尤以1997～ 2000年最为严重,极干旱期占到重建期的6.38％,而极湿润期只有1937年,仅占0.53％.与邻近区已有的研究对比后发现,1920s～ 1930s干旱事件在研究区以北区域更为严重.重建结果与赤道东太平洋、中太平洋平均海表温度(SST)呈显著负相关(p＜0.1),说明研究区干旱变化与海温存在遥相关关系;多窗谱分析(MTM)结果表明降水存在2～3年和7年周期.ENSO事件时,东亚季风减弱,位于季风边缘区的甘肃南部地区出现干旱化趋势.     

黑河230 a以来3～6月径流的变化

利用祁连山中段树木年轮资料,重建了黑河230a来春季至夏初(3～6月)的径流变化,发现枯水年与历史记载的相对干旱时期比较吻合,证明了重建结果的可靠性.230a来黑河3～6月径流的变化振幅在各时段强弱不同:19世纪初之前丰枯变化振幅强,19世纪中后期至20世纪初变化幅度减弱,20世纪20年代以来,丰枯变化幅度又趋于增强.在过去的230a,黑河3～6月径流以丰水为主,目前正处于相对枯水阶段.奇异谱分析表明,230a来3～6月径流具有明显的24a和3a周期.     

阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮宽度年表特征对比分析

利用阿尼玛卿山地同一坡面的不同海拔高度获取的4组树木年轮样本,建立了不同海拔梯度的树轮宽度指数年表.各年表中较高的信噪比SNR和样本总体解释量EPS表明,各采样点树木中含有较多的共同环境信息,从低海拔向高海拔的递减反映了高海拔小生境差异对树木生长影响较大;平均敏感度和标准差随海拔升高呈先递减后递增的趋势.气候因子对整个坡面的树木生长起着主导影响,其中气温的作用更大一些.可靠年表的平均序列长度随海拔升高变短,表明树木生长是沿着山坡逐渐向上迁移的.不同海拔树轮宽度可靠年表间高频变化一致,10 a滑动的高生长和低生长的不一致则反映了低频变化的差异.相关分析表明,生长在森林上限的树木对环境因子的响应滞后于森林下限,生长在最大降水高度附近的树木对环境因子响应的敏感性最低.