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。     

大别山1846 — 2010年干湿变化记录——来自树轮宽度的证据

中国亚热带地区树轮气候学研究已取得较大进展,但气候重建基本都集中在温度方面,基于树轮宽度的水文气候研究鲜有成果,不利于全面理解亚热带地区历史气候变化特征。本文基于北亚热带大别山地区黄山松树轮宽度年表与气候要素的相关分析,发现树轮宽度指数与上一年4—7月平均相对湿度显著负相关（r=?0.68,p<0.01）。在此基础上,重建了大别山地区1846—2010年4—7月平均相对湿度变化历史。重建序列方差解释量达到46.4%（调整自由度后为45.3%）。在整个重建时段中存在3个湿润期（1891—1903,1905—1921和1950—1993年）和3个干旱期（1868—1890,1922—1934和1994—2005年）。同时,重建序列与采样地周边区域旱涝指数以及天目山的相对湿度重建序列在年代际尺度上高度相关,说明过去165年间中国东南亚热带较大区域范围内的干湿变化在年代际尺度上较为同步。空间分析结果表明重建序列也能够在一定程度上指示研究区及周边较大区域范围内的土壤湿度变化。综上,利用树轮宽度指标重建的大别山的相对湿度变化为研究亚热带地区干湿演化历史提供了参考依据,完善了时间尺度上亚热带地区相对湿度数据,同时也证实了亚热带1990年以后干旱化趋势的出现。     

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。     

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。     

树轮多指标研究在亚热带古气候重建中的作用——以桂林地区为例

树轮宽度和树轮稳定同位素在古气候重建中具有不同优势,然而在我国亚热带地区,单一树轮指标中往往由于气候信号不足达不到重建要求,从而造成资源浪费,急需找到一种更好的解决办法。本文在前期独立的马尾松树轮宽度和树轮δ~(18)O研究的基础上,采用多元线性回归方法对桂林地区树木生长季水文气候进行模拟重建。重建方程的复相关系数和方差解释量较仅利用单一树轮指标的重建显著提升,且重建值与器测时期的水文气候记录拟合度更好。空间相关分析揭示:利用多指标重建的5—11月平均标准降水蒸散指数在空间上可以代表研究区及周边较大范围内的水文气候变化。本文研究表明了联合多树轮指标在未来桂林地区水文气候重建中的光明前景,也为未来亚热带地区树轮气候重建提供了一个新思路。     

我国西南地区喀斯特森林树木年轮对气候变化的响应

利用贵州省2个典型喀斯特地区与1个非喀斯特地区的6个优势树种(化香树Platycarya strobilacea为重复树种)的树轮宽度资料,建立了6个树轮宽度年表,研究了不同地区不同树种的树木年轮对近50年来气候变化的响应异同,探讨了影响6个优势树种生长的气候限制因素。结果表明,季风期前的水热条件是喀斯特地区针叶树和阔叶树径向生长的最主要的气候限制因素。季风期前降水减少、月均温升高,导致土壤水分蒸发加快,加强了水分胁迫,不利于喀斯特地区针叶树和阔叶树的生长。帕尔默干旱指数虽表明喀斯特地区未达到干旱胁迫程度,但实际上水分渗漏加剧了喀斯特地区针叶树和阔叶树生长的水分胁迫。非喀斯特地区采样点的高海拔导致的低温,减少了春冬季节土壤水分蒸发。并且非喀斯特地区土壤和地形有利于水分涵养,同时,较高海拔的地形改变了季风期前的降水格局,消除了季风到来前树木生长的降水限制,因此,降水并不是喀斯特地区树木生长的限制因子;但其针叶树的径向生长受到上一年12月的温度控制,产生正响应信号,阔叶树径向生长仅受到生长季温度、降水增加带来的较小促进。     

基于不同树干高度树轮宽度的历史气候重建潜力研究

本研究利用新疆伊犁地区雪岭云杉不同树干高度树轮样本建立树轮宽度年表,并尝试使用该年表进行历史气候重建。相关分析表明,10 m树干高度树轮年表与当年6—7月平均最低气温相关显著,相关系数可达0.585（P＜0.001）。利用10 m树干高度树轮标准化年表建立了研究区1841—2014年当年6—7月平均最低气温,重建方程稳定可靠。分析表明,重建序列出现了5个偏冷阶段和4个偏暖阶段。其中,1938—1965年和1866—1912年分别是持续时间最长的偏冷和偏暖阶段。重建序列存在2.11 a、2.99—3.10 a、5.09 a、5.47 a、8.08 a、68.03 a的显著周期（P＜0.05）。该重建序列的建立进一步证明了利用不同树干高度树轮年表开展气候重建的可能性。在野外采样环境允许的情况下,可以将树干更高处树轮样本纳入采样范围。     

过去百年吕梁山南端油松生长特征及其与气候变化的关系

理解树木生长对气候变化和人类活动干扰的响应有助于未来森林管理和双碳政策的落实。本文基于采自吕梁山南端的油松（Pinus tabuliformis Carr.）树轮样本建立了标准树轮宽度年表。通过Pearson相关分析发现树轮年表对研究区3—7月土壤湿度（r=0.60,P＜0.01,n=37）、5—6月平均最低温度（r=?0.37,P＜0.01,n=63）和5月降水量（r=0.31,P＜0.05,n=64）响应敏感,说明水分条件（降水和土壤湿度）是影响研究区油松径向生长的主要限制因子,温度则是通过调控土壤湿度进而影响树木径向生长过程。近百年来（1926—2011年）,研究区油松发生了三次生长释放事件（1932年,1977—1980年,2001—2011年）和一次生长抑制事件（1991—1994年）。生长释放事件在次数、持续时间和发生强度上都高于生长抑制事件。适宜（不适宜）的水热组合能够促进生长释放（抑制）,人类活动干扰也能够诱发生长事件。空间相关分析揭示树轮年表与研究区及周边较大范围的气候环境变化密切相关。本研究对深入了解该地区油松树种生长特征及其对气候与人类活动干扰的响应具有重要意义。     

气候变化与增强的温室效应

冰川体积和高山树线高度的变化及全新世期间树木年轮宽度的变化清楚的表明了斯堪的纳维亚半岛亚季平均温度处于变动之中，温暖时期温度比现在高2℃，寒冷时期温度差不多与前几个世纪最冷的几十年温度相同，叠加在这些持续了100－200年的长期变化上面的是温度的短期波动，根据冰川，高山树线变化和树木年代学得到的斯堪的纳维亚半岛的气候年表与从格陵兰岛中部冰芯研究显示的气候变化关系非常好，因此可以认为斯堪的纳维亚半岛气候年表描述了一个大区域的典型情况，已对斯堪的纳维亚半岛的纪录与太阳辐射变化资料进行了比较，这些资料是用树木年轮中得到的^14C异常值估计的，气候的较大变化与太阳辐照变化的相关说明了太阳对气候的驱动力，这意味着迄今为止没有证据表明人类对气候的影响。