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.     

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”。     

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。     

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。     

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。     

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。     

伊犁地区历史径流深度场的重建

本文利用伊犁地区的树轮年表，首先进行年轮场与流量场的典型相关计算，揭示出两场间的较好相关性；进而重建伊犁地区流量场，分析其主要空间分布型；最后在绘制伊犁地区１８０年来四个径流丰枯阶段径流深度等值线图的基础上，计算各丰枯期的地表水资源量值，并讨论其历史变化，得出了一些有益的结论。     

天山雪岭云杉树木年轮汞记录对区域大气汞历史演变的重建及其方法验证

树木年轮是一种新兴的重建历史大气汞趋势的自然档案,但其可靠性还需进一步完善。本研究以中国天山雪岭云杉(P.schrenkiana Fischet Mey.)为研究对象,探讨了环境因子和幼龄效应对树轮汞(Hg)浓度的影响,并将树轮汞记录与新疆地区人为汞排放资料和其他研究数据对比,以评估雪岭云杉树轮汞记录的可靠性。结果表明：树轮汞浓度存在一定的个体性差异。相关分析显示新疆乌鲁木齐的年平均日照时数与雪岭云杉树轮汞浓度呈显著性正相关(R²=0.65,P<0.05),说明环境因子可通过影响树木生长进而影响树轮汞记录。受幼龄效应的影响,雪岭云杉树木幼龄期的汞数据不能很好地反映大气汞浓度的变化趋势,但去除这部分数据后可以较好地重建历史大气汞水平。最后,结合新疆地区人为汞排放资料和后向气团轨迹分析,表明新疆地区大气汞浓度的提高主要与近20年来新疆地区人为汞排放的增加,以及与我国西北部相邻的中亚国家排放的大气汞经西风带跨境传输进入新疆有关。经进一步规范和完善,树轮可成为重建大气汞变化趋势可靠的自然档案。     

公元1600年秘鲁Huaynaputina火山喷发在中国的气候效应

公元1600年秘鲁Huaynaputina火山喷发是历史时期全球最大规模的火山喷发之一,在全球范围产生了重大的气候与环境效应。通过对中国历史时期地方志文献的查阅与整理,结合南北极的冰芯、北半球的树轮和欧洲历史文献等有关记录,对Huaynaputina火山喷发在中国的气候效应进行探讨。结果发现1601年夏季长江下游地区异常寒冷,1601年夏季和秋季黄河中下游地区的严重霜灾,1602年上半年长江中下游地区异常多雪。     

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。