黄土高原中部麻栎宽度年表的气候响应特征初探

黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一,由于人类活动的日益频繁,森林面积急剧缩小,现有林地多为人为破坏后形成的天然次生林。目前很难在该区找到适合树轮气候学研究的老龄针叶树种,在此背景下,寻找适合开展树轮气候学研究的替代树种尤为重要。本研究以黄土高原中部桥山林区的老龄麻栎林为研究对象,为该区建立了近一百多年的标准年表（1891—2016）和差值年表（1884—2016）,评估其树轮气候学研究潜力。相关计算表明,麻栎差值年表与当年3—7月降水量相关最高（r=0.58,p＜0.001）,几乎达到了可以重建的水平。该年表还与陕西中北部旱涝指数和黄土高原西部树轮降水重建序列显著相关,共同反映了区域降水变化历史。空间相关分析也进一步说明了桥山麻栎差值年表对区域降水量变化具有较强代表性。本文首次利用黄土高原中部阔叶树种开展树轮气候学研究,发现了麻栎树轮宽度年表具有记录过去降水变化的巨大潜力。     

山西中条山白皮松和华山松径向生长对气候变化的响应及气候意义

树木年轮与气候要素关系的分析不仅是过去几百年高分辨率气候重建的基础,也可为农业生产和森林抚育提供科学参考。本文首次在山西中条山开展树轮—气候响应分析研究,建立了白皮松和华山松的树轮宽度年表。相关分析发现,白皮松和华山松对气候要素的响应既有相同又有不同之处。二者均受当年生长季5、6月份气候要素(温度、降水、相对湿度)影响。白皮松主要受5、6月气温和5月降水量的影响,而华山松主要受5月降水量、6月气温和7月最低气温的影响。基于白皮松和华山松建立的综合年表则主要受5.7月平均最高气温的影响,相关系数为0.6(p0.01),说明多树种混合研制的年表包含的气候信号更强。该综合年表指示的历史时期冷暖气候波动与研究区周边历史时期冷暖变化无论在年际尺度还是十年尺度上都显著相关。周期分析和空间相关分析表明,研究区温度变化受1—3月赤道东太平洋海温变化(ENSO)的调控。     

呼伦贝尔沙地核心保护区樟子松径向生长的气候响应特征

沙地樟子松是我国三北防护林工程的主要推广树种,查明该树种核心区的树木生长的气候环境制约因子,有助于提升对全球变化不利影响的适应能力,为区域生态文明建设与可持续发展提供科学数据。通过对呼伦贝尔沙地樟子松保护区核心区树轮样本的研究,揭示森林内部该树种年轮记录的生长气候响应特征。结果表明:与标准年表相比,差值年表具有更好的气候要素表征能力。水分是核心区沙地樟子松径向生长的主要限制因子,差值年表与上年8月至当年7月降水总量显著相关(0.512,p0.01)。在过去的81年中极端湿润年和干旱年分别出现15次和11次。核心区沙地樟子松差值年表具有显著的2—8年的周期信号,空间相关显示差值年表有一定的区域水文气候变化代表性。     

长白山红松和臭冷杉树轮密度变化特征及其气候响应

本研究建立了长白山红松和臭冷杉的全轮、早晚材密度年表,并分析了2个树种的树轮密度变化特征及其与平均气温、平均最高气温、平均最低气温和降水量的相关关系。结果表明：两树种树轮密度变化具有一致性。红松树轮密度对气候变化更加敏感,而臭冷杉树轮密度变化相对稳定。两树种树轮密度年表与平均气温和平均最低气温整体呈显著正相关,而与平均最高气温和降水量的相关性相对较弱。其中,生长季早期（4—5月）的平均最低气温可能是影响树轮密度变化的主要因素。响应面分析结果表明：随着生长季早期的平均最低气温上升,两树种早材密度与平均最低气温呈现先减弱后增强的响应趋势,而与生长季早期的降水呈现先增强后减弱的响应趋势。滑动相关分析显示：随着气候变暖,两树种树轮密度年表均对生长季晚期（9—10月）平均气温和生长季早晚期平均最低气温的正响应显著增强,而对生长季晚期平均最高气温的正相关减小,与降水的响应相对稳定。臭冷杉的树轮密度年表对上年12月平均最高气温和当年4月平均最低气温的响应出现显著的正负转换现象。     

秦岭中、西部地区温度变化的树木年轮记录

使用相关系数、气候要素异常分布及空间相关等方法,对比分析了秦岭中部和西部不同树种不同树轮参数指标的气候响应差异特征。结果表明,秦岭中部分水岭地区的太白红杉树轮宽度差值年表与秦岭西部石门山地区油松早材密度标准化年表均保留了生长季前期(特别是5月)的温度变化信号。两个年表能够记录区域尺度的极端高、低温度年份,且异常高温年份反映了研究区域及周边大范围的干旱状况。研究结果显示了在秦岭地区结合多树种多树轮参数指标开展区域多时空尺度的气候变化集成研究具有很大的潜力和价值。     

树轮记录的吕梁山北部过去175年来帕尔默干旱指数变化

利用采自吕梁山北部地区的油松样本,建立了过去175年来的树轮宽度年表。相关分析表明:标准年表(STD)与当年5—6月的帕尔默干旱指数(Palmer drought severity index,PDSI)相关性最好,相关系数为0.687(n=50,p0.001)。因此,采用树轮宽度标准年表(STD)序列重建了1829—2003年5—6月的PDSI序列,重建方程的方差解释量达到47.16%。重建序列发现9个偏湿时段,分别为1833—1836年、1845—1851年、1857—1863年、1869—1874年、1882—1887年、1896—1899年、1932—1939年、 1949—1965年、 1975—1985年;10个偏干时段,分别为1829—1832年、1837—1844年、1852—1856年、1864—1868年、1875—1881年、1888—1895年、1900—1931年、1940—1948年、1966—1974年、1986—2003年。同时发现20世纪20年代的严重干旱事件以及20世纪末气候干旱化加重的趋势。空间相关结果显示:重建的PDSI代表了周边大范围的干旱变化,同时,与基于历史文献的干湿指数(DWI)显著相关(p0.002),说明无论是空间还是时间尺度上,重建结果都可以代表吕梁山周边大范围的干旱变化。此外,重建序列与不同定义的东亚夏季风指数都显著相关(p0.02),说明东亚夏季风对研究区的干湿变化具有调制作用。多窗谱分析表明重建序列存在2—7年、12年、13.6年、19.2年、21.6年、26.1年的周期变化,这些周期变化可能与ENSO、太阳活动有关。     

阿尔泰山西伯利亚云杉多种树轮宽度年表研制及其气候响应研究

利用树轮图像分析法,获取了阿尔泰山较低海拔西伯利亚云杉（Picea obovata）的全轮、早材和晚材树轮宽度数据,并建立三种树轮宽度年表。通过对树轮宽度年表统计特征及年表与气候因子的相关分析发现：早材生长对气候变化的敏感性更强,而晚材宽度中含有的气候信息相对较少。三种年表对气候因子的响应结果较为一致,但也存在一定的差异性。水分是研究区树木径向生长的主要限制因子。其中,全轮和早材年表与上年7月至当年6月的总降水量正相关性最高（p<0.01）,晚材年表与当年4月至7月总降水量正相关性最高（p<0.01）。上年降水量的滞后效应对早材生长的影响比晚材更大。滑动相关分析结果显示,降水量对树木径向生长的影响呈减弱趋势。     

树轮稳定氧同位素重建东大山过去205年来水汽压变化

对采自河西走廊东大山的青海云杉（Picea crassifolia）树轮样本提取纤维素并测定其稳定氧同位素比率（δ¹⁸O）,建立过去205年来树轮δ¹⁸O年表序列。与观测数据相关分析发现树轮δ¹⁸O年表与周边7—8月平均水汽压具有显著的负相关关系（r=?0.643,n=59,p＜0.001）,因此重建了河西走廊东大山周边过去205年的7—8月平均水汽压变化序列,重建方程方差解释量达41.4%,分段检验表明水汽压重建结果稳定可靠。在重建的205年中,水汽压力偏大阶段有6个,偏低阶段有7个。该重建序列与周边地区的水文气候重建的干湿阶段变化及西北地区极端干旱历史事件具有一定的同步性,并可代表大区域范围水汽压变化,进一步证明了本文重建序列的准确性。空间相关分析结果暗示研究区7—8月水汽主要受亚洲季风影响,同时伴有少量西风水汽传输。     

桂林三月岭马尾松树轮宽度对气候变化的响应

利用采自广西桂林三月岭湘桂古道的马尾松树轮样本,建立研究区的标准树轮宽度年表。树轮气候响应分析发现:马尾松径向生长与当年6—9月平均温度(r=.0.51,p0.01)和上年2—11月平均温度(r=.0.53,p0.01)显著负相关,与上年10月降水量显著正相关,与当年6月、7月、8月的平均相对湿度和帕尔默干旱指数(PDSI)显著正相关。说明生长季当年6—9月伴随高温产生的干旱胁迫抑制了马尾松的生长,上年气候对当年树木生长存在滞后影响。空间分析显示,研究区树轮年表与我国大范围季风区、西北干旱半干旱地区上年2—11月平均温度变化相关关系显著,与中南半岛北部地区当年6—9月平均温度显著负相关。1976—1977年前后树轮年表与海表温度空间相关型的变化,表明研究区夏季的温度气候要素与大尺度的气候驱动太平洋年代际震荡(PDO)有一定联系。     

人为气溶胶排放导致最近80年东亚夏季风在过去四个世纪以来空前减弱

亚洲夏季风(Asian Summer Monsoon,ASM)对亚洲数十亿人口的生存、亚洲生态系统和生物多样性的分布、以及农业生产(粮食安全)和工业活动影响严重。因此了解ASM过去时空变化及其动力学过程对陆地生态系统、水资源、森林和景观研究至关重要。近几十年,器测记录显示以降水量为代表的ASM强度一直在减弱,但这一减弱趋势的起始时间和动力学过程尚不清楚。为此,第一次集成了ASM西部-中部边缘带10个对降水敏感的树木年轮宽度年表,重建了公元1566年以来反映ASM强度变化的降水序列。重建结果不仅捕捉到了ASM过去4个世纪以来强弱变化历史,也反映出历史上蝗灾与弱季风的关联。特别是发现了最近80年具有过去448年中前所未有的、最为强烈的、显著且持续时间最长的ASM强度减弱趋势。这一减弱趋势与在温室效应影响下ASM本该增强的预期大相庭径。耦合气候模型实验表明,北半球人为硫酸盐气溶胶排放的逐渐增加,对ASM减弱起了决定性作用。     

Zum Gedenken an Prof. Dr. Dr. h.c. Adolf Butenandt

Ansprache vor dem Wissenschaftlichen Rat der Max-Planck-Gesellschaft am 8.2.1995. Adolf Butenandt war Ehrenprasident der MPG und von 1960 bis 1983 Mitglied des Beirats der Naturwissenschaften.     

80. Geburtstag von Professor Dr. med. Dr. med. h. c. Heinrich Martius,Göttingen,am 2. Januar 1965

The Science of Nature -     

N. K. Koltzoff

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