样条函数步长变化对树轮宽度年表与气候相关性的影响初探

利用天山中部北坡头屯河及三屯河流域4个天山云杉采点的树轮样本,研制样条函数不同步长的树轮宽度标准化年表,分析样条函数不同步长对树轮宽度标准化年表与气候的相关性的影响发现:①随着样条函数步长的增加,位于森林中下部林缘的庙尔沟煤矿和三屯河的树轮宽度标准化年表与小渠子气象站上年7月至当年6月的降水量的相关系数曲线均呈现出先增后减小的变化形式,但在局部有差异,最佳步长分别为40 a和30 a。②随着样条函数步长的增加,处于森林上限的东南沟和小渠子的树轮宽度标准化年表与大西沟气象站当年2-3月的月平均气温的相关系数的曲线都呈现光滑的先升后平的对数曲线型,最终确定220 a、185 a分别作为东南沟和小渠子树轮宽度标准化年表的样条函数步长。③通过分析发现最佳的样条函数步长比传统方法给定的样条函数步长和按树轮宽度序列公共区间长度的1/2的样条函数步长所含的气候信息多。     

天山北坡西部树木年轮对气候因子的响应分析及气温重建

利用博尔塔拉蒙古自治州三个采点的树轮宽度年表,通过相关和响应面分析的方法,分析三个树木年轮宽度对气候因子的响应。分析表明,三个年表与博州地区的年平均最低气温和7月降水量呈较显著的正相关,且呈现相同的响应,仅在气温偏低时,三个年表响应不一致。通过分析,选择年最低气温作为重建对象,具有明显的树木生理学意义。利用树轮年表重建了博州1576—2002年的年最低气温,通过逐一剔除检验,发现重建值稳定可靠。在427 a中,存在2~3 a和40~50 a左右的周期性振荡,1631年、1832年 、1920年和1961年左右发生过突变。     

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。     

叶尔羌河流域雪岭云杉树轮宽度气候信息的探讨

位于西昆仑山北坡的叶尔羌河是塔里木河的三大源流之一,该流域山区分布的雪岭云杉为过去气候变化研究提供了理想的载体。本文建立了叶尔羌河流域4个雪岭云杉树轮宽度年表和区域合成年表,探讨了树轮年表对叶城气象站气温、降水等气候要素的响应特征。结果表明雪岭云杉树轮年表具有较高平均敏感度、缺轮率和序列间相关系数,年表的质量较高。区域合成年表与叶城站上年6月至当年5月降水量相关系数为0.393,与当年3—9月平均最低气温相关系数为0.624。一阶差相关分析表明,树轮年表与最低气温的高频变化特征并不一致,二者较高的正相关主要是由于温度升高趋势的贡献。树轮年表与乌恰站上年7月至当年4月降水量相关系数为0.535。西昆仑山北坡雪岭云杉树轮年表与周边对水分敏感的树轮气候记录对比表明,其低频变化趋势以及缺年集中出现的年份均具有较好的一致性。由于气候干旱、下垫面条件恶劣,位于叶尔羌河流域的西昆仑山北坡雪岭云杉树木径向生长的限制因子仍然为水分条件,而非气温。     

西藏东部过去400年秋、冬季平均最低气温的树木年轮分析

利用2006年采自西藏东部昌都地区的树轮样本,建立了该区域3个树轮年表,相关计算表明,昌都树轮标准化年表与该区域上一年10月到当年1月的平均最低气温相关最为显著,单相关系数高达0.657。利用该年表较好地重建了昌都气象站过去413年上一年10月到当年1月的平均最低气温序列,经多方面验证,表明其具有较好的可信性。过去400年中,西藏东部昌都地区秋、冬季平均最低气温经历了6个偏暖和6个偏冷的变化阶段,并有明显的6个持续变暖和5个持续变冷阶段,变暖缓慢,而变冷迅速。变冷、变暖阶段中以20世纪60年代的迅速降温和70～80年代的升温最为典型。昌都地区秋、冬季节平均最低气温以5年、11年、102～103年的准周期变化最为显著。比较发现,近百年青藏高原东部地区秋、冬季平均最低气温与北半球平均气温具有较好的一致性:20世纪初到30年代,青藏高原东部地区秋、冬季平均最低气温缓慢上升,40年代急剧下降,50年代气温回升,60年代初期气温再次下降,60年代末以后气温逐步升高。     

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。     

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。     

利用树轮宽度资料重建东天山木垒地区降水量

利用树轮宽度年表重建了东天山木垒地区自公元1727年来上年8月至当年6月降水量, 调整自由度后的方差解释量为36% (1962~2007年)。过去281年来, 木垒地区降水量变化存在5个偏干阶段(1742~1777年、1808~1832年、1853~1876年、1908~1934年和1975~1992年)和4个偏湿阶段(1778~1807年、1833~1852年、1877~1907年和1935~1974年)。与代表大范围降水变化的重建序列对比表明, 该降水量重建序列与北疆降水变化的3个偏湿期(1778~1807年、1833~1852年和1935~1974年)和2个偏干期(1808~1832年、1853~1876年)存在一致。功率谱分析显示该重建序列存在14.3年、10.9年的显著准周期(p <0.05)。相关分析结果显示, 该重建序列代表了东天山区域局地降水量变化情况, 且与邻近的中天山巩乃斯地区降水变化最为相似。随着空间距离的加大, 该重建序列与自东北向西南方向上天山不同区域降水变化的相关性逐渐减弱。     

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。     

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。