树木年轮年代学及其在环境研究中的应用概况

本文简述了树木年轮年代学中的一些基本概念及近年来树木年轮分析在检测大气CO_2浓度变化,植物对大气CO_2增多反应和空气污染变化等领域的研究情况.     

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%.     

树木年轮与古代文明

确有证据表明,在古代曾发生过许多严重的自然灾害,如公元前2000年希腊锡拉岛火山大爆发,公元265年摧毁塞浦路斯古罗马库里翁城大地震。     

南京紫金山马尾松树轮δ13C对气候变化响应敏感性的研究

树木年轮宽度指标在气候重建中发挥了重要的作用,可是在温暖湿润的地区,利用树木年轮宽度重建古气候遇到了困难。因此寻找其他代用指标就成为一项急迫而重要的任务。一些研究发现,树轮稳定碳同位素可以发挥重要的作用。但是,是否所有的树种的树轮碳同位素对气候的响应都同样的敏感,还需要通过大量的研究分析工作来验证。为了了解温暖湿润的亚热带季风区马尾松树轮δ13C对气候响应的敏感性,选取了南京紫金山的两个马尾松树盘,进行了树轮δ13C的分析,建立了1939~2002和1955~2002年两个树轮δ13C变化序列。与降水、温度、相对湿度、光照时数、风速等气候指标进行了相关分析。结果表明：（1）马尾松树轮δ13C对于气候的响应是敏感的,可以作为气候变化的代用指标;（2）坡向对于马尾松树轮δ13C对气候的响应敏感性也有一定的影响,树轮δ13C平均值西南坡比东南坡高,西南坡比东南坡对月平均最低和最高温度的响应更敏感;（3）紫金山马尾松树轮δ13C与该地区生长季（尤其是夏、秋季）的月平均气温、月平均最高气温和日照时数呈正相关,而与月平均最低气温、降水量、空气相对湿度呈负相关     

超新星爆发的γ射线成分产生的放射性碳

用加速器质谱仪对一颗红松的公元1003～1020年树年轮的放射性碳含量进行了逐年测量。结果表明，公元1006年以后出现了两个△14C峰，公元1010～10if年的△14C平均值比公元1003～1009年平均值增加了（8．3±5．1）‰。如果这一增加是公元1006年观察到的超新星爆发的γ射线成分引起的，则地面上△14C的增加比可见光的到达延迟了三年。根据△14C增加量估算这次事件的γ辐射的总能量≥6×1042J。目前还不能完全排除公元1006年以后树年轮△14C出现的两个峰正巧是由两次连续的大的太阳耀斑引起的可能性。进一步的研究正在准备之中。     

安图红松树轮稳定δ~(13)C、δ~(18)O序列记录的气候变化信息

测定了安图红松树轮稳定碳、氧同位素组成。选取与安图县毗邻的敦化市气象记录 ,分析了气象记录与树轮稳定碳、氧同位素的相关关系 ,发现红松树轮碳、氧同位素对气候变化均有显著的响应。合成了复合温湿指标 (TH) ,相关分析表明树轮碳、氧同位素对复合温湿指标的响应更加灵敏 ,而且碳同位素和氧同位素均对 5～ 8月的平均复合温湿指标有显著的响应。建立了碳、氧同位素对气候因子的响应函数 ,重建了安图地区近 2 0 0年来的气候变化。功率谱分析发现碳、氧同位素组成在 95 %的置信水平上存有准 2 0 0年、准 11年、准 4年和准 2年的变化周期。前两个周期变化基本上与太阳活动周期变化一致 ,后两个周期分别对应于“厄尔尼诺现象”和东亚夏季风的“准 2年振荡”。     

河南神农山过去162年树轮季节降水重建

采用河南神农山白皮松轮宽序列,重建了该地区1850—2011 年上年9 月至当年6 月降 水量序列,重建方程方差解释量为42.4%。重建序列显示,在过去162 年中,神农山地区经历了 4 次持续时间超过5 年的严重干旱时段：1860—1879,1888—1913,1917—1945,1992—1998, 以及三次较为湿润的时段：1882—1893,1946—1991,1999—2006。发现研究区在1945 年之前 干旱频发,且持续时间较长。在1945 年之后,持续性干旱事件较少发生,降水量有上升趋势。 神农山降水重建序列与由历史文献记录划分的洛阳和郑州二地旱涝指数及亚洲– 太平洋涛动指 数（APO）相关显著。序列中的干旱事件发生时间与陕西、甘肃、宁夏等地的干旱出现较为一致。 空间相关分析结果显示,重建序列和观测序列分别与CRU TS3.10.01 降水序列相关显著且表现出 相似的空间相关模式,表明神农山降水重建序列较为可靠,在一定程度上能代表更大空间范围 的降水变化。功率谱分析表明,降水重建序列存在2.69 年,2.47 年,2.06 年的准周期,暗示研 究区降水变化可能受到与海陆耦合相关的准两年波动和ENSO 的影响。     

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。     

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。     

年轮化学示踪环境重金属污染研究进展

年轮化学是利用树木年轮化学组成示踪环境污染历史以及元素在环境中运移特征的新兴学科．已经在反演高分辨率环境污染历史、再现污染物进入植被生态系统的空间途径、重金属污染源示踪．以及环境保护指导等方面取得了重要研究进展。文章概述了年轮化学示踪环境重金属污染基本原理,重金属元素进入树木的基本途径．及其在树轮中的迁移特性;并对树轮重金属元素径向迁移驱动机制提出了假设。