柴达木盆地东缘祁连圆柏轮宽序列标准化的方法研究

利用在青海柴达木盆地东缘山地获取的大量祁连圆柏树轮资料,对拟合并去除树木生长趋势即标准化方法进行探讨,提出了一种总体曲线方法。该方法用包含完整树木髓心、并且在40~60年间达到生长顶峰的树轮资料拟合柴达木盆地东缘祁连圆柏的总体生长趋势曲线,并用广义的负指数函数来描述树木自茎的次生生长开始以来的径向生长过程。用相同的树轮资料建立估算缺失轮数的最初径向生长模型,其方差解释量高达90.9%。建立年表时包含髓心的样芯认定生理年龄为1年,不包含髓心的样芯用最初径向生长模型估算缺失轮数,然后全部样芯用生长趋势曲线对应部分进行去趋势标准化。该方法对建立可靠、准确的长年表有重要意义,所建年表比用传统负指数函数方法建立的年表保留了更多的低频变化信息。     

树木年轮轮宽年表建立方法研究进展

树木年轮以其高分辨率、准确定年、样本广泛分布且可定量等优点,在全球变化特别是气候变化研究中广泛运用。去除以生长趋势为主的噪音,建立包含所需气候信息的轮宽年表是开展树木年轮气候学研究的关键。基于轮宽年表建立理论和树木径向生长概念模型,本文综述了轮宽年表建立过程中生长趋势拟合、指数化和均值化3个阶段的主要理论方法的研究进展;并详细介绍了最为关键的生长趋势拟合方法中,目前较为传统的曲线拟合类方法,和近20年来为克服曲线拟合类方法低频信息保留问题而受到关注和发展的区域曲线类方法;认为如何准确提取轮宽低频气候信息,将是树木年轮轮宽年表建立的主要发展趋势。     

祁连山中部祁连圆柏生长与更新方式的树轮记录

选择祁连山中部50m×15m的祁连圆柏样方进行树轮生态学取样与分析。分析结果表明,样方内大部分祁连圆柏的树龄小于250年,最近几年有大量幼苗萌生。祁连圆柏的径生长方式各有异同,大部分祁连圆柏在生长过程中出现1次以上生长释放事件,1970¹980年间出现生长释放的频率最高,占总释放次数的35%,轮宽年表也显示祁连圆柏的轮宽指数自1970s以来持续上升。另外,相关分析结果表明,温度是影响采样点区域祁连圆柏径向生长的主要环境因子,较高的温度有利于树木生长,6、7月份的降水也与树木径向生长呈显著正相关。在全球变暖的背景下,如果能积极开展植树造林,并有效控制人类活动的干扰,该区域祁连圆柏林更新状况将会显著改观。     

柴达木盆地东缘祁连圆柏轮宽序列标准化

Standardization is one of the important procedures in dendroclimatology. We used abundant Qilian juniper （Sabina przewalskii Kom.） tree-ring samples from the eastern margin of the Qaidam Basin to develop a new standardization method, i.e. total growth curve （TGC）. The samples that contained the complete pith and reached to the growing culmination around the 40th-60th year were used to fit TGC, and the generalized negative exponential function was used to fit the curve. Usually, most cores cannot reach the arboreal pith for some reasons and it is difficult to determine the arboreal cambial age. The empirical model of initial radial growth （IRG） was employed to estimate the number of rings missing from the pith by the same data and IRG model explained 90.9% of the variance. When developing the chronology, the cambial ages of cores that contained the complete pith were regarded as beginning from the first year and others were determined by the numbers of missing and included rings in the core. Standardization was accomplished by dividing each tree-ring series by corresponding TGC. The chronologies developed by TGC can retain more low-frequency variational information and TGC helps to develop more reliable tree-ring width chronology.     

利用树木年轮资料重建祁连山中段春季降水的变化

春季降水是祁连山中段树木生长的主要限制因子，利用树木年轮宽度指标重建了祁连山中段230年的春季降水序列，发现祁连山中段230年来经历了大幅度长阶段的干湿变化，干湿时段与西北实际的旱涝情况比较 合，而且与横断山区，华山的研究结果一致。说明祁连山中段春季降水，特别是异常的干湿变化，具有较大范围的代表性，至少记录了西北地区的干湿变化历史，从咖一个侧面证实了重建序列的可靠，另外，20世纪初期到40年代的少雨以及20世纪40年中期到60年代的多雨与我国东部地区降水量的变化趋势比较一致，说明祁连山中段的春季降水可能和北半球或更大范围的气候背景有密切的关系，奇异谱分析结果分析，祁连山中段230年来的春季降水具有明显的69年长周期和21年短周期。     

青海沙利克山祁连圆柏千年树轮宽度序列的变化特征

利用功率谱、奇异谱和小波分析等方法对在青海沙利克山建立的两条祁连圆柏 (Sabi naprzewalskiiKom )千年树轮宽度序列进行了变化特征的分析 ,发现在低频变化上都存在2 0 0年的最显著周期和百年左右的显著周期 ;各种周期存在不同的演变特征 ,2 0 0年周期在15～ 17世纪最为盛行 ,百年左右的周期变化自 18世纪初以来较为突出。 15世纪下半叶是轮宽序列千年来最突出的低值期 ,它主要体现了 2 0 0年周期的变化 ,而 2 0世纪后期的高值区则主要是百年左右周期变化的作用。轮宽序列的低频变化与太阳活动的长期变化之间存在较好的对应关系 ,说明祁连圆柏年轮宽度序列所指示的气候低频变化可能受太阳活动的影响。     

祁连山东部地区树木年轮年表的建立

利用采自祁连山东部的祁连圆柏样芯,经常规程序晾干、固定、打磨、定年和读数后,建立了标准化年表,并将标准年表的树轮指数与采样点附近的天祝乌鞘岭气象站的温度和降水进行了相关分析。结果表明,年轮指数与3~4月降水呈显著正相关,相关系数达0.525。由于3~4月份的降水为该地区树木生长季之初的降水,是树木生长的限制因子,因此该相关具有明确的生物学意义。研究还发现,年轮指数与1月气温也呈显著负相关(相关系数为- 0.297),这可能是由于冬季最冷月气温偏高时,影响树木代谢和土壤湿度,从而影响树木的生长。祁连山东部地区树木年轮年表具有明确的气候学意义。     

柴达木东缘山地千年祁连圆柏年轮定年分析

针对中国干旱区生长的树木缺失轮和伪轮多等具体情况,及常规树轮定年方法应用于中国干旱地区时所遇到的问题,本文以柴达木盆地东缘山地上生长的千年祁连圆柏树轮定年工作为例,详细探讨了在中国干旱地区建立树轮定年年表的方法体系及技术路线,对常规的工作方法提出新的改进。这包括：采样中要采集不同树龄、不同小生境且大复本量的样本;交叉定年工作要按一定的工作程序;安放缺失轮时要同时考虑窄轮和宽轮变化的一致性;用多种方法对定年和轮宽量测值进行检验等。这些方法的具体应用有助于在中国干旱地区建立定年准确、千年尺度的树轮年表。     

祁连山中部树木年轮宽度与气候因子的响应关系及气候重建

研究了祁连山中部不同海拔高度青海云杉的树轮宽度对气候因子的响应,重建了祁连山中部 230 a以来春季3~5月的降水和 170 a以来夏季6~8月的气温序列。结果分析发现,不同高度的云杉树轮生长对春季降水极为敏感,呈现显著正相关;对夏季气温的响应程度,各海拔高度却不相同,夏季气温对上、下限云杉生长有显著影响,但对于森林中部云杉作用并不明显,总体表现为负相关,夏季高温对树木生长不利。气候重建结果发现,祁连山中部的春季230 a以来经历了大幅度长阶段的干湿变化,存在明显的 69 a和 21a周期;170 a以来夏季气温变化频繁,存在明显的2~4a周期。目前,祁连山中部正处于相对干旱和温暖时期,呈现出向暖干方向发展的趋势。     

用树木年轮重建阿勒泰东部6-7月平均温度序列

 利用采自阿勒泰中东部地区8个树轮采样点的西伯利亚落叶松树轮资料,建立宽度年表。分析这些年表与气候要素的相关性发现,标准化年表序列与该地区青河气象站6—7月的月平均气温存在显著的正相关关系,最高单相关为卓勒萨依ZLS年表,相关系数为0.555（P＜0.0001）,且具有明显的树木生理学意义。用卓勒萨依t和卓勒萨依t+3两个树轮标准化年表序列,可较好地重建该地区过去394 a来6—7月月平均气温序列,交叉检验表明,重建方程稳定可靠。分析发现,阿勒泰东部地区394 a来的气温重建序列具有7个偏冷和7个偏暖阶段,和2.7~3.7 a,43.7 a,52.4 a的显著冷暖变化准周期。月平均气温重建序列存在10个突变点,其中在1669年,1714年,1762年,1802年和1939年前后为初夏月平均气温由低向高突变,而在1691年,1732年,1781年,1919年和1963年前后是自高温向低温突变。     

样条函数步长变化对树轮宽度年表与气候相关性的影响初探

利用天山中部北坡头屯河及三屯河流域4个天山云杉采点的树轮样本,研制样条函数不同步长的树轮宽度标准化年表,分析样条函数不同步长对树轮宽度标准化年表与气候的相关性的影响发现:①随着样条函数步长的增加,位于森林中下部林缘的庙尔沟煤矿和三屯河的树轮宽度标准化年表与小渠子气象站上年7月至当年6月的降水量的相关系数曲线均呈现出先增后减小的变化形式,但在局部有差异,最佳步长分别为40 a和30 a。②随着样条函数步长的增加,处于森林上限的东南沟和小渠子的树轮宽度标准化年表与大西沟气象站当年2-3月的月平均气温的相关系数的曲线都呈现光滑的先升后平的对数曲线型,最终确定220 a、185 a分别作为东南沟和小渠子树轮宽度标准化年表的样条函数步长。③通过分析发现最佳的样条函数步长比传统方法给定的样条函数步长和按树轮宽度序列公共区间长度的1/2的样条函数步长所含的气候信息多。     

艾比湖胡杨宽度年表建立及其环境意义

  在艾比湖东岸采集了3个样点的胡杨树芯标本,建立了艾比桦和东大桥两个采样点的树轮宽度年表（STD,RES和ARS年表）,年表长度分别为196 a和210 a,并分析了年表的特征。对树轮标准年表与精河气象站的温度、降水量进行的相关分析发现,温度和降水对胡杨年轮宽度生长的影响较小,没有达到显著相关,表明该区域的降水和温度都不是树木生长的主要限制条件。艾比湖湖面面积变化、沙尘暴日数与树轮宽度指数的相关分析表明,艾比湖湖面面积与轮宽指数呈反向变化,而沙尘暴日数与轮宽指数呈显著正相关,特别是精河站年沙尘暴日数与东大桥当年（t）、次年（t＋1）和再次年（t＋2）的标准年表指数的相关系数分别达到0.31、0.61和0.57,且后两项通过了0.01显著性检验,表明二者受到共同环境因素的制约。可能由于东大桥采点位于河道附近,地下水位较高（1.4～2.7 m）,在高湖面时期,与之对应的较高的地下水位反而制约了胡杨的生长,而在湖面较低的年份,地表干燥而裸露,沙尘暴频发,地下水位较低,更适宜胡杨的生长。     

Climate Response Analysis of Pinus massoniana Tree-Ring Chronology in Shuangpai County,China

The formation of tree-rings is closely related to climate variation. This paper establishes the tree-ring chronology of Pinus massoniana for a period of 36 years and examines the relationship between the tree-ring chronology and climatic conditions based on tree-ring width samples from three sites on the northeast slopes of Yangming Mountain. This data is used to study the relationship between the tree-ring width of a young tree and climatic conditions in a moist hilly region of southern China and to understand the general pattern of climate variation and its effects on tree growth in the past in this region. The results indicate that changes in tree-ring widths in these sites are closely related to local climatic conditions. There is a significant positive correlation between the radial growth of Pinus massoniana and the mean temperature of the current year from January to May (coefficient of correlation, R, is 0.596, P<0.01) and the mean temperature of the previous year from June to July (R is 0.639, P<0.01). The radial growth of Pinus massoniana is negatively correlated with the total precipitation of the previous year from January to March and November to December (R is -0.46, P<0.05) and negatively correlated with the total precipitation of the previous year from June to July (R is -0.582, P<0.05). The effect of precipitation on the radial growth of Pinus massoniana is known as the “hysteresis effect”.     

树木年轮记录的天山北坡中部过去338 a降水变化

 利用位于天山北坡中部9个气象站的降水资料与采自该地区的21个树木年轮年表序列进行分析。结果表明,9个气象站上年8月到当年7月的平均降水量与树木年轮标准化年表具有很好的相关性,最高单相关达到0.612（P<0.0001）。分析发现,生长季前期及春材形成期的降水变化对天山山区树木年轮径向生长量起着决定性作用。用四工河东白杨沟、呼图壁河赛热克巴依萨依、呼图壁河希热克久热特、四工河西白杨沟、奎屯河兰能果尔南5个标准化年表较好地重建了天山北坡中部近338 a来上年8月到当年7月的降水量,重建方程的方差解释量达到60.0%,经过统计检验和历史资料验证,表明重建序列是可靠的。对过去338 a天山北坡中部降水变化的特征分析表明,近338 a间,天山北坡中部降水大体经历了8个偏干和8个偏湿阶段,偏湿年份与偏干年份基本持平。最长的偏干阶段是1705—1750年,最干旱的阶段为1960—1989年,最干旱年份是1796年、1944年和1974年,降水偏少程度均大于27%;最长的偏湿阶段是1917—1959年,1690—1904年间为降水最为丰沛的时期。天山北坡中部338 a降水具有两年左右的变化准周期,在1751年发生了明显的由少到多的突变,在1958年前后发生了明显的由多到少的突变。     

采点和去趋势方法对天山西部云杉上树线树轮宽度年表相关性及其气候信号的影响

针对新疆天山西部伊犁、博州三大山体北坡云杉上树线树木年轮资料,采用区域曲线、负指数曲线、样条函数三种不同生长去趋势方法,研制树轮宽度年表,分析不同采点和树轮去趋势方法对树轮宽度年表在不同频域的相关性及气候信号的影响发现：①采点间的距离和是否位于同一气候区是影响云杉上树线树轮宽度年表间相关性的首要因子。三个采点间的树轮宽度变化,在高频变化方面最为相似,低频变化存在着较大差异,表明它们在揭示和重建大范围的高频气候变化方面可能具有较大的应用潜力。②三种不同去趋势方法对天山西部山脉北坡上树线的云杉树轮宽度年表的研制具有一定影响,负指数和样条函数去趋势方法研制的树轮年表较为相似,而区域曲线去趋势方法研制的树轮宽度年表中则可保留较多的轮宽低频变化信息。③降水是天山西部云杉上树线的树轮宽度生长的主要限制因子,且树轮宽度生长对降水的响应具有显著的滞后性。④在天山西部的云杉上树线采点,使用区域曲线去趋势方法有利于在树轮宽度年表中保留较多的与水分有关的气候信息。     

中国气候区划新方案

根据全国609个气象站1971-2000年的日气象观测资料,遵循地带性与非地带性相结合、发生同一性与区域气候特征相对一致性相结合、综合性和主导因素相结合、自下而上和自上而下相结合、空间分布连续性与取大去小等5个基本原则,在充分吸纳已有气候区划基本理论与区划方法的基础上,参照中国科学院《中国自然地理》编辑委员会制定的气候区划三级指标体系,对我国气候进行重新区划;结果将我国划分为12个温度带、24个干湿区、56个气候区。与先前区划方案相比发现:20世纪70年代以来,中国气候带、区的总体格局并未发生明显变化,但一些重要的气候分界线却出现了一定程度的移动。其中亚热带北界与暖温带北界均出现了北移,北方地区的半湿润与半干旱分界线也出现了不同程度的东移与南扩,同时中温带、暖温带、北亚热带和中亚热带的三级气候区也出现了一定程度的变动;这种变化可能主要是因为20世纪80年代以后我国大多数地区出现不同程度的增暖及北方一些区域出现干旱化而引起的;且与本区划所采用的资料站点和部分区划原则有一定更新有关。     

未来气候情景下气候变化响应过程研究综述

气候变化将会对生态系统、自然资源、极端气候和人类社会产生一定的影响,科学评估未来气候变化响应是应对气候变化的前提。通过对当前研究成果的回顾,建立未来气候情景下气候变化响应研究的系统思路,并总结了研究所涉及的方法。系统论述了应用第5阶段耦合模式比较计划(CMIP5)气候模式前进行适用性评价的必要性;分析了当前降尺度方法尤其是统计降尺度的主要方法及进展;归纳了偏差校正过程中普遍使用的方法,最后,综合分析了整个研究过程中的不确定性。研究将为气候变化响应分析提供方法和思路指导。