天山云杉和西伯利亚落叶松的树轮气候记录

利用天山北坡中东部高海拔森林的6个树轮宽度年表，通过相关函数和响应分析，结果表明：生长在该地区的天山云杉和西伯利亚落叶松对气候要素的响应模式都与“普遍认为森林上限的树木生长主要受气温影响”有着显著的差异。天山北坡中部的天山云杉对气温和降水都有较好的响应关系。天山东部巴里坤森林上限附近生长的西伯利亚落叶松的生长与气候的相关显示：5月平均气温和5月降水量对树木生长影响最大（都呈显著负相关），春季（3-5月）降水量、生长季（4-9月）降水量和全年降水量以及湿润指数都与树木生长呈显著负相关，这与祁连山中部森林上限青海云杉主要受水分限制表现出了较好的一致性，同时也说明同处于干旱半干旱区森林上限的不同树种对气候变化的响应具有相同的区域性特征。     

近65年来四川红杉径向生长对气候变暖的响应

大量研究揭示全球变暖已经对青藏高原东南缘树木生长产生显著影响,为了解气候变化对林线位置的四川特有树种四川红杉(Larix mastersiana)生长的影响,以黑水县达古冰川四川红杉为研究对象,利用树木年轮学的方法建立树木年轮宽度标准年表,探讨1977年升温突变前后四川红杉径向生长对气候因子的响应差异.结果显示,1977年后,该区域平均气温以0.304℃/10年速率呈现显著上升的趋势,而降水和相对湿度无显著变化趋势;四川红杉径向生长与生长季初期(6月)和末期(10月)及前一年秋季(10-11月)温度呈显著正相关,仅与当年1月的降水和相对湿度呈显著正相关;升温突变后,四川红杉年轮宽度指数与前一年9月和10月以及当年6月和10月平均温度和最低温度的关系由不相关变为显著正相关,而与当年3、5、10月相对湿度的关系由正相关转变为显著负相关;滑动分析结果表明四川红杉径向生长与前一年和当年10月温度仍然保持着相对稳定的显著正相关关系,未表现出"响应分异"现象,而与当年3、5、6、10月相对湿度的负相关关系随时间呈逐渐增强的趋势.因此,在未来气候变化背景下,温度升高将促进四川红杉径向生长,但相对湿度的增加将可能抑制其生长.(图9表1参63)     

长白山东坡植被指数变化及其对气候变化的响应

长白山地处温带针阔混交林的中心地带,对气候变化较为敏感.因此,探讨长白山区落叶松(Larix olgensis)树轮宽度和森林归一化植被指数(NDVI)与气候因子的关系,对于了解全球气候变暖背景下陆地生态系统的响应具有重要意义.以长白山自然保护区东坡为研究地点,利用东坡落叶松树轮宽度指数和选取1982-2006年UMD GIMMS NDVI数据及天池气候数据,在分析树轮宽度及NDVI与气候因子关系的基础上,重点探讨长白山东坡落叶松径向生长与NDVI之间的关系,并利用多元回归分析建立落叶松树轮指数与气候因子及年生物量生长量与NDVI的模拟回归方程.结果显示:(1)1957年以来该区温度呈极显著上升趋势,冬季升温最为显著,降水呈微弱下降趋势.(2)1982-2006年年均、夏季和生长季NDVI均呈缓慢下降趋势.(3)长白落叶松年表特征分析表明其生长对气候敏感,适用于进行年轮气候学分析.(4)NDVI与月平均温度相关性较强,且多以正相关为主,与月降水量多为负相关性.(5)落叶松径向生长受当年生长季的气候因子的影响强于上年,但是显著相关的月份略有差异,并且降水的影响要优于温度.(6)落叶松树轮宽度和年生物量生长量与NDVI以负相关为主,生长季NDVI与树轮年表相关性较差,而非生长季NDVI与年表相关性较好.(7)林分单位面积地上生物量为240.72 t/hm2,2009年林分生物量生长量约为2.91 t hm-2 a-1,即每公顷每年固碳约1.46 t,表明该地区老龄落叶松林仍具有较强的固碳能力.综上所述,在长白山地区,长时间序列的年轮宽度数据并不能很好地反映NDVI的长时期变化,利用树轮宽度指数重建该区NDVI有待进一步研究.     

太行山南麓栓皮栎径向生长的海拔差异及其气候响应变化

研究气温突变前后栓皮栎(Quercus variabilis Blume)径向生长海拔差异及其气候响应的变化，可为不同海拔栓皮栎林的养护管理提供参考数据.基于太行山南麓海拔1 507 m和909 m的栓皮栎样地年轮宽度数据，结合树轮序列的差值年表(RES)与气候因子分析两个海拔栓皮栎径向生长在气温突变前后对气候响应的差异，并利用胸高断面积年增长量(BAI)分析两海拔栓皮栎生长速度的差异.结果显示，高海拔栓皮栎的BAI年增长速度[0.63 cm²/(10 a)]高于低海拔[(0.23 cm²/(10 a)]，且在温度上升作用下二者差值逐渐增大.在具有明显快速升温变化(1992年)之前，高海拔栓皮栎生长主要与当年2、7月温度显著正相关，低海拔栓皮栎生长则主要与夏季(6-8月)降水呈正相关.快速升温变化之后，高海拔栓皮栎生长与当年7月平均与最低温度由正相关转变为负相关；低海拔栓皮栎生长与当年3月最高温度和7月最低温度由正相关转变为负相关.本研究表明温度升高使两海拔栓皮栎径向生长-气候因子关系发生了改变，温度对树木生长的限制作用增强，升温促使研究区内...     

天山中部山区不同胸径天山云杉对气候的响应

运用树木年轮气候学的方法,研究天山中部山区天山云杉(Picea schrenkiana)不同胸径年表特征以及与气候因子之间的关系,揭示不同胸径云杉对气候因子的敏感度差异,以及胸径大小因素对年表的潜在影响.结果表明:(1)云杉敏感度与胸径大小有线性负相关关系,说明小胸径云杉与气候变化关系密切;(2)不同胸径云杉年表对气候因子的响应存在一致性,均表现为对上一年月降水与月平均温度存在显著的滞后作用,与上一年8月降水以及当年4、5月降水正相关,与上一年8、9月平均温度负相关,与当年生长季温度负相关;(3)不同胸径云杉年表对气候响应存在一定的差异,大胸径云杉主要是对上一年8月、当年5月降水的正响应,对月平均温度无显著的响应关系,而小胸径云杉不但对上一年8月和当年4、5月降水有显著的响应关系,对当年5月平均温度也有显著的负响应关系.因此,在树木年轮气候学研究中应该考虑胸径大小因素对年表的影响.     

川西云杉人工林径向生长对气候变化的响应

大量研究已经发现全球气候变暖将促进川西高原高海拔区域天然林径向生长,然而,目前气候变化对区域人工林生长的影响程度尚不清楚.以道孚县川西云杉(Picea likiangensis var. rubescens)人工林为研究对象,以天然林为对照,采用树木年轮学方法构建树木年轮宽度指数年表,利用相关分析和滑动相关分析方法探讨近40年来人工林和天然林径向生长动态特征及其对气候变暖的响应规律.结果显示,1982-2018年期间,研究区呈现明显的气候变暖特征,年平均气温、最高气温和最低气温均呈现显著上升的趋势,增温速率分别为0.23、0.49和0.22℃/10年,而年降水量无显著变化趋势;川西云杉人工林径向生长对气候变化响应较为敏感,川西人工林径向生长与当年生长季(7-9月)和休眠期(前一年11月至当年4月)的温度呈显著正相关,与当年生长季(7-9月)的相对湿度呈显著负相关,而天然林仅与生长季(6-9月)的温度呈显著正相关,与生长季末期(9月)的相对湿度呈显著负相关;在1982-2018年期间,随着气温升高,人工林径向生长对温度响应的敏感性呈下降趋势,而天然林径向生长对7-9月温度响应的敏感性仍然较为稳定.因此,在未来气候变暖背景下,温度升高将继续增加天然林的生长,而对人工林生长的促进作用会随着对温度响应敏感性下降而逐渐减弱.(图6表1参35)     

长白山北坡林线处岳桦年轮年表及其与气候的关系

运用相关函数及响应分析等树木年轮气候学方法,研究了长白山北坡林线处岳桦(Betula ermanii)径向生长及其与气候的关系.结果表明,林线处岳桦年轮宽度年表具有较强的气候敏感性.其径向生长与上年7月和当年3月的温度显著负相关(P<0.05),与上年9月和当年7月的温度显著正相关;同时与上年6月降水量显著正相关.与季节性气候因子的响应分析表明,岳桦径向生长与当年春季(1～3月)和当年生长季前(4、5月)的平均温度呈显著负相关,与当年生长季前的平均最高温度显著正相关,与降水量的相关关系不显著.利用多元逐步回归方法模拟了岳桦年轮宽度指数与气候因子间的关系,并据此预测在温度和降水增加的背景下,林线处岳桦径向生长将降低14.8%.     

自然分布北界的大巴山黄杉树轮气候响应分析

黄杉(Pseudotsuga sinensis)是国家Ⅱ级濒危保护树种,目前基于该树种的树轮气候学研究较少。利用采自陕西省安康市镇坪县的黄杉树轮样芯,建立树轮宽度标准年表,采用Pearson相关方法分析树轮宽度指数与降水、气温、帕尔默干旱指数(PDSI)的相关关系。结果表明:研究区黄杉径向生长主要受降水和温度的影响,其中树轮宽度指数与生长季总降水量呈显著正相关(r=0.386,P0.05),与上一年11月平均最高气温呈显著负相关(r=-0.364,P0.05),与上一年10月PDSI呈显著正相关(r=0.485,P0.01)。此外,在全球变暖的背景下,月平均最高气温可能对黄杉的径向生长起抑制作用。研究黄杉径向生长对气候要素的响应,了解研究区气候变化对黄杉生长的影响,可为相关部门研究该地区的气候变化提供理论基础。     

大兴安岭北部典型地区近300 a气候资料反演

根据树木年轮宽度反演历史气候资料,是气候变化研究及气候资源利用工作的重要基础。基于安格林和新青林场树木年轮宽度,利用其与临近站点气温、降水和日照时数之间的相关性,建立显著性水平高于0.25、平均相对误差小于30%的气候重建模型。结果表明:在选定研究因子范围内,大兴安岭北部典型地区树木年轮宽度受气温影响最大,受日照影响最小;重建方程中,气温类因子重建方程显著性水平较高,日照类因子重建方程显著性水平均较低;日照类因子模拟结果平均相对误差普遍低于10%,气温和降水类因子大部分模拟结果平均相对误差低于30%;在设定条件范围内,针对大兴安岭北部典型地区气温、降水和日照分别建立11、9和11个重建方程,可重建1707(1706)—1959年或1866(1865)—1959年资料,大兴安岭北部典型地区的可用气候资料延长至300(或150)a左右。     

浑善达克沙地油松树轮宽度与气候因子的关系

为探讨不同径级油松对气候因子敏感度的差异,利用树木年轮学方法研究浑善达克沙地油松林40株油松样本建立的大径级(平均胸径34.5 cm)和小径级(平均胸径15.5 cm)油松的年轮宽度年表与气候因子的关系.结果表明:油松的平均敏感度与胸径大小呈线性负相关;不同径级油松的标准年表对气候因子的响应存在一致性,均表现为与春季温度正相关而与夏季温度负相关,并与降水呈正相关关系;其中与当年1~2月、当年9月的平均温度和最高温度呈显著正相关(P<0.05),与当年6月的平均温度和最高温度呈显著负相关(P<0.05);与当年1~2月和8~9月的最低温度呈显著正相关(P<0.05),与上年10月、当年5月和当年7月的降水呈显著正相关(P<0.05);同时,不同径级油松的标准年表对气候因子的响应还具有一定的差异性,即仅小径级油松表现为与当年6月的降水呈显著正相关(P<0.05),与当年7月的最高温度呈显著负相关(P<0.05).因此,利用树木生态学研究时应该考虑不同径级油松树轮年表对气候因子的响应差异.     

去趋势方法对建立不同海拔鱼鳞云杉-气候关系的影响

为探讨不同去趋势方法对建立不同海拔梯度鱼鳞云杉年表与气候因子关系的影响,完善鱼鳞云杉气候响应机制研究,以长白山北坡不同海拔鱼鳞云杉(Picea jezoenssis var.komarovii)为研究对象,采用保守曲线(NEP or LINE)、样条函数(CSS,35年步长)和区域曲线(RCS)3种去趋势方法建立树轮宽度年表.结果表明:(1)3种去趋势得到的年表对气候因子的响应特征具有一定的相似性,长白山北坡不同海拔鱼鳞云杉均与当年5月气温显著正相关(P0.05).(2)去趋势方法对鱼鳞云杉生长-气候关系的影响在不同海拔梯度上有所差别.去趋势方法对低海拔鱼鳞云杉样本年表信号影响最明显,对中高海拔鱼鳞云杉样本年表信号无明显影响.利用区域曲线法得到的年表对降水更为敏感,利用保守曲线法和样条函数法得到的年表则对温度更敏感.(3)中海拔(AZYL处)鱼鳞云杉年表在多项指标上明显优于其他两个海拔梯度,且表现出与当年生长季初期温度显著正相关(P0.05),与上年生长季温度、当年春季和生长季降水显著负相关(P0.05).低海拔主要受到生长季温度的影响,而高海拔鱼鳞云杉主要受到上年生长季降水的作用,且与当年8月降水显著负相关(P0.05).综上,去趋势方法对建立年表-气候关系的影响与年表自身气候敏感性有关,长白山不同海拔鱼鳞云杉去趋势方法研究中,区域曲线去趋势法总体上要优于保守曲线法和样条函数法,使用区域曲线去趋势方法有利于在年表中保留较多与降水相关的气候信号.     

晋西黄土区油松林的生长释放与生长抑制

为探究气候变化和抚育间伐对油松林生长的影响,选取黄土高原东部山西省临汾市吉县人工油松林中3个不同密度的林分,采用年轮生态学的方法对油松的径向生长过程进行分析.年轮宽度指数与气候因子的相关性分析表明该地区油松生长在年际尺度上与当年1月降水和上年12月最高气温负相关,与当年7月降水和10月最高气温正相关;生长释放和生长抑制分析表明由于气候变化和间伐的影响在1978-2003年之间,样方1出现了1次中度生长抑制,生长变化率低于-50%,1次由间伐引起的轻度生长释放,生长变化率大于47%;样方2出现了1次间伐产生的轻度生长释放,生长变化率超过39%;样方3出现了1次气候条件不适导致的轻度生长抑制,生长变化率低于-32%,1次由间伐和气候条件适宜共同作用产生的中度生长释放,生长变化率大于75%;间伐产生的生长释放效应能够维持5年左右.综上所述,不适宜的气候条件会抑制树木生长,间伐抚育能够使树木在5年内快速生长,结果可为后期的林业管理决策提供一定的参考.     

天山东部西伯利亚落叶松径向生长对气候的响应及其物候模拟

运用树轮气候学方法,探讨天山东部不同海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)径向生长与气候因素和气候生态指标的关系,并借助VS-oscilloscope模型对落叶松的生长季物候进行模拟研究.结果显示:(1)上限树木径向生长与3月降水呈显著正相关,与7、8月气温呈显著负相关(P 0.05),下限树木径向生长与8、9月气温呈显著负相关(P 0.05),与降水相关性不显著.(2)上下限树木生长与春季降水和夏季气温的相关性分别呈显著正相关和显著负相关(P 0.05),与湿润指数的相关性呈显著正相关(P 0.05).(3)VS-oscilloscope模型模拟结果显示:上下限落叶松平均每年生长季开始都提前了0.39 d,生长季结束都推迟了0.21 d,生长季长度都延长了0.60 d,上下限树木径向生长与生长季开始和结束的相关性分别是0.361(P 0.01)和0.318(P 0.05).(4)上下限树木生长季开始时间大多与气温呈负相关,而结束时间大多与气温呈正相关,降水对树木生长季物候的影响并不显著(P 0.05).本研究表明海拔差异明显影响树木径向生长对单月气候的响应,而对季节性气候因子和气候生态指数的响应影响不明显;温度对树木生长季物候的影响较为明显,且海拔差异不能影响温度对树木生长季物候的限制;本研究结果有助于更加深入地了解气候变化对森林生态系统的影响,可为天山地区气候因子重建提供一定生理背景支持.(图8表5参48)     

气候变化对树轮异常结构的影响及应用研究进展

树轮异常结构作为反映气候变化的一个重要参数,已被广大生态学家所重视并应用。树轮异常结构包括霜轮、浅轮、伪轮、畸形木材反应木、树脂道、火疤等。这些异常年轮结构与温度、降水、光照等气候因子有着复杂的相关关系。温度对年轮异常结构的影响主要表现在低温对形成层生长的抑制作用,从而形成霜轮、浅轮。生长期内干旱,形成层生长时间短,甚至使形成层生长减慢或停止,从而形成伪轮。高强度的光照会引起高温少雨,加剧旱情的发生,从而导致伪轮。另外,通过对树轮异常结构的分析,可用这些特征来重建森林干扰的历史,如火山喷发、火灾、冰灾、虫害、旱灾、地震等。这些研究在帮助人们了解和研究古气候变化对森林植被的影响,以及预测未来全球变化对陆地生态系统的影响有重要的理论和现实意义。文章综述了气候变化对树轮异常结构的影响的研究进展和应用,并概述了发展前景,希望能加快和拓宽这一领域的发展。     

1982—2006年京津冀地区植被时空变化及其与降水和地面气温的联系

利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）,分析过去25年（1982—2006年）京津冀地区生长季（4—10月）植被覆盖时空变化、趋势及其与降水和地面气温的联系。经验正交函数展开（EOF）、奇异值分解（SVD）及相关分析,结果表明：过去25年京津冀地区植被总体呈增加趋势,其中,河北中部地区增长速率超过3%/10 a。植被覆盖年际变化与气温变化呈正相关,但与降水变化的正相关更加显著。1989年和1999—2002年的干旱导致当年NDVI显著减少,而1990、1998年和2003—2005年降水增加使得研究区NDVI明显增加。     

金钟藤的年轮生长量与气候因子的相互关系

分析了金钟藤(Merremiaboisiana(Gagn.)vanOoststr.)的年轮特征,并探讨了它与温度等气候因子的关系。金钟藤的年轮极不规则,有许多自然隆起和裂缝。金钟藤的年轮生长量通过格子法来估算。结果表明金钟藤年轮的年平均生长量与温度呈极显著正相关,与降水、日照时数和相对湿度相关性不显著。罗浮山地区降水和日照时数基本能够满足金钟藤的生长,结合相关研究结果推测:温度可能是金钟藤快速生长的主要驱动因子。     

胡杨年轮记录的塔里木河下游54年来区域水环境历史变迁

通过胡杨（Populus euphratica Oliv．）树木年轮宽度的分析,建立了塔里木河下游大西海子（A）、阿克墩（B）、亚合甫马汗（c）、英苏（D）、阿布达勒（E）、喀尔达依（F）、吐格买莱（G）、阿拉干（H）、依干不及麻（I）和考干（J）10个采样区过去54a来的STD、RES和ARS年表,并借助RES年表,采用年代际变化分析和突变检验,反演了塔里木河下游54a年来区域水环境状况变迁时空格局。结果表明：①下游10个样区54a来区域水环境状况具有多样性和复杂性,并不完全表现为距离下游上段（大西海子水库）越近其水环境状况就越好,区域水环境状况总体变异程度由低到高排序为A、G、C、H、E、D、I、B、F、J,也反映了下游10个样区生态退化程度的差异;②下游54a来区域水环境状况最好时期出现在20世纪60年代和21世纪初,大部分区域最差时期主要集中在20世纪90年代,是下游地区长达30a断流水环境变干累积效应的体现;③下游10个样区区域水环境变化具有明显的突变时间,突变出现时间相对水文事件年代具有滞后性。胡杨年轮记录的塔里木河下游54a来区域水环境时空变迁格局对下游生态退化的历史认识具有重要意义。     

林地的水分动态及其对树木生长的影响——以香桂（Cinnamomum subavenium）人工林为例

土地利用变化引起的水分条件变化反过来又会影响植被的生长,然而,森林-水分-植物生长之间相互作用关系的研究还很少。以香桂（Cinnamomum subavenium）人工林为例,在盐亭生态试验站开展观测,研究了无枯落物林地（FB）、有枯落物林地（FL）和裸地（BL）的水分动态（土壤水分、径流组成和径流量）,比较了FB和FL样地树木高、基径、叶面积、比叶面积（SLA）、地上和地下生物量。研究结果表明：①FL样地的土壤含水量最高,其次是FB样地,而BL样地的土壤含水量最低;②地上径流展现了与土壤水分相反的趋势（FLFB〉BL）,3个样地的总径流量则没有表现出一个明确的大小关系。在观测期间,BL、FB和FL的地表径流量分别为284.68、222.93和68.98cm,地下径流分别为57.83、134.00和289.52 cm,总径流量依次为343.16、356.93和358.35 cm;③在观测早期,FL样地和FB样地植物形态学特征、SLA以及地上和地下生物量均没有显著差异（p〉0.05）。在观测期末,虽然两个样地的基径和SLA无显著差异,然而其他指标差异极显著（p〈0.005）。在观测末期,除SLA外,FL样地植物的高、基径、叶面积、地上生物量和地下生物量分别高于FB样地,表明该样地植物生长条件更好。这些结果表明森林改善了自身的水分环境,而水分环境的改善又反过来促进了森林的生长,森林植被-水分条件的这种相互促进作用是森林系统生存策略的一种表现。     

横断山区干旱河谷气候变化趋势研究

利用横断山区干旱河谷内20个典型气象台站的长时序逐月气温、降水、相对湿度、日照时间、极端最高气温和极端最低气温等数据,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验以及集中度和集中期等分析方法,研究了横断山区干旱河谷的气候变化趋势.结果表明：（1）全球变化背景下,横断山区干旱河谷平均气温总体呈现升高趋势,升幅为0.11℃·（10 a）-1,较整个横断山区的0.15℃·（10 a）-1略低,冬季升温幅度高于其他季节;（2）金沙江下游的元谋、东川和巧家段河谷呈现持续降温趋势,特别是春季降温较为明显;（3）横断山区干旱河谷降水量呈微弱减少趋势,为-1.48 mm·（10 a）-1,这主要是由于夏季降水减少量超过其他季节降水增加量所致;（4）多数河谷站点年降水量的集中度呈微弱下降趋势,而集中期则有所提前,但不明显;（5）干旱河谷相对湿度和日照时间在近几十年间均呈现减少趋势,相对湿度每10 a约减少0.16百分点,而日照时间则平均每10a减少24.26 h.     

乌鲁木齐市TSP分布特征及影响因素分析

利用大流量采样器采集了2009年乌鲁木齐市TSP样品,通过对样品和数据的分析处理,揭示了乌鲁木齐市TSP基本特征及影响因素：（1）市北郊、中心城区和南郊山区的TSP质量浓度年均值变化较大,卫星站为0.483 8 mg.m^-3,高于年轮实验室（0.453 6 mg.m^-3）和雷达站（0.227 6 mg.m^-3）,均高于国家年均浓度的二级标准（0.200 0 mg.m^-3）。各区域的TSP有很强的区域性分布特征,地形及能源消费状况是其主要影响因素。（2）雷达站、卫星站和年轮实验室季节平均浓度冬季最高,夏季最低,白杨沟夏季则最高,秋季最低。（3）市区TSP冬半年的月均浓度维持较高水平,受人为影响较小的白杨沟站TSP月均浓度变化很小;采样日TSP质量浓度与当日的气象条件和污染源排放情况有密切联系。（4）TSP质量浓度高于其他北方城市,远高于沿海城市,春季多风沙、冬季燃煤取暖和稳定的大气环境,是造成TSP质量浓度较高的主要因素。