利用树木年轮资料恢复祁连山地区近700年来气候变化

<正>祁连山位于我国西北部,气候较为干旱,海拔3200m以上出现林带,海拔4000m以上存在有永久性冰雪覆盖.自70年代起,在祁连山发现有树龄较长的老树,有的近千年,且与气候要素有较好关系,是我国利用树木年轮研究气候变化规律极有潜力的地区之一.同时,应该指出的是,早期在祁连山的树木年轮工作,由于样本量不足,达不到“复本”的基本要求,也因为量测与定年的误差,所建成的年表远不符国际树木年轮数据库(ITRDB)的规定.本文则按照树木年轮气候学的基本原理与概念,采用最新的分析程序,在该地区进行取样、建立年表,并通过研究年轮指数和温度降水的关系,重建了一条祁连山地区过去湿润指数变化序列,进而探讨该地区过去气候变化特征.     

树木年轮δ~(13)C季节性变化及其气候意义

树木年轮稳定同位素组成作为一种高分辨率(年)的气候代用记录在重建几千年来的气候环境方面发挥着重要的作用.近年来,树轮稳定同位素研究向着更高分辨率的方向深入,即树轮稳定同位素季节性变化的研究.有关这方面的研究国外尚处在起步阶段,但已有的研究显示了可喜的前景.我国作为典型的季风气候国家,开展树轮稳定同位素季节性变化的研究结果具有特别重要的意义.为此,我们对生长于黄土高原的油松年轮做了季节性稳定碳同位素组成分析,获得了可喜的结果.     

利用树木年轮资料恢复祁连山地区近700年来气候变化

祁连山位于我国西北部,气候较为干旱,海拔3200m以上出现林带,海拔4000m以上存在有永久性冰雪覆盖.自70年代起,在祁连山发现有树龄较长的老树,有的近千年,且与气候要素有较好关系,是我国利用树木年轮研究气候变化规律极有潜力的地区之一.同时,应该指出的是,早期在祁连山的树木年轮工作,由于样本量不足,达不到“复本”的基本要求,也因为量测与定年的误差,所建成的年表远不符国际树木年轮数据库(ITRDB)的规定.本文则按照树木年轮气候学的基本原理与概念,采用最新的分析程序,在该地区进行取样、建立年表,并通过研究年轮指数和温度降水的关系,重建了一条祁连山地区过去湿润指数变化序列,进而探讨该地区过去气候变化特征.     

树轮宽度记录的松潘地区年平均气温变化

利用采自四川省松潘县境内3个样本点的冷杉树轮样本建立了树轮宽度标准年表(STD),并合并成了区域年表(RC).与气候要素进行相关分析发现,该地区树木径向生长主要受到温度的限制,树轮年表与多个月份的气温相关显著,其中,区域年表与前一年9月至当年8月(P9C8)平均气温的相关最高(r=0.576,P0.0001).在此基础上,利用区域年表重建了松潘地区1701年以来的年平均气温变化,重建方程稳定,其方差解释量达33.2%(R2adj=32%,N=59,F=28.33).重建结果显示,在过去310年间,该地区先后经历了8个偏暖阶段和7个偏冷阶段.通过时空相关分析,表明重建序列具有较好的时空代表性.此外,重建结果不仅通过了统计检验,还得到了海螺沟冰川末端变化、周边地区其他树轮资料重建的温度结果以及气象灾害历史记录的验证,证实了重建序列的可靠性.多窗谱分析结果显示该地区气温变化存在显著的2~3 a,26 a,准33 a和准40 a周期变化.     

树木年轮δ~(18)O记录的中国西北阿尔泰山区相对湿度变化

<正>相对湿度是影响水汽反馈和大气系统能量平衡的一个重要因子,它影响到植物光合作用过程中的水分-气体平衡,在生态学和气候学的研究中具有重要的作用.在我国西北大部分地区,相对湿度的连续观测资料大多始于19世纪50年代以后,然而相对湿度的长时间序列资料对于干旱半干旱区区域气候,水文和生态系统的研究具有重要的意义.树木年轮稳定氧同位素(δ18O)主要受控于水源氧同位素(δ18O)以及树木生长时相对湿度的变     

通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性探讨

为了探讨利用树木年轮碳同位素比及其模型重建历史大气CO2浓度的可靠性, 对南亚热带条件下生长的几个主要树种的一些相关生理指标进行了测定. 结果发现叶片光合速率A和气孔导度g的比值A/g和细胞间CO2浓度Ci随环境和树种特性有较大的变化, 与前人对幼苗控制实验所取得的关于这两个值不变的结论不同, 从而对以Ci恒定为前提通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性提出了怀疑. 根据目前对Ci等值变化机理的认识水平和大气CO2浓度变化幅度, 通过树木年轮δ13C的分析难以精确地重建区域性大气CO2浓度的变化.     

140年来腾格里沙漠南缘树木年轮记录的降水量变化

根据腾格里沙漠南缘油松(Pinus tabulaeformis)的树轮宽度指数, 重建了140年来该地区的降水过程. 结果表明, 最近140年来腾格里沙漠南缘经历了明显的干湿波动, 出现1868~1876年和1932~1939年两个湿润期, 以及1877~1894年(其中1887, 1888略为湿润)和1924~1932年两个干旱期, 1895~1923年、1940~2000年期间有轻微的干湿变化. 其中湿润期降水量增加幅度达到56%, 干旱期降水量减少幅度达到42%, 降水量变化幅度超过30%的一共有19年. 从总的变化来看, 近140年来, 本区降水没有明显的增减趋势. 但是1940年以后, 降水波动出现幅度变小、频率增加的趋势. 功率谱分析表明, 腾格里沙漠南缘地区降水具有显著的2.46~2.64 a以及11.67 a周期.     

气候学光密度影响树木年轮的密度

旧金山州立大学研究员亚历山大·斯泰恩的一项新研究找到了树木生长过程中，光密度变化会引起树木年轮密度变化的证据。     

树轮所记录的公元1842年以来内蒙古东部浑善达克沙地PDSI的变化

利用浑善达克沙地东部新建立的4条油松和白扦年轮宽度序列, 重建了过去163 a来干旱变化的历史. 结果表明, 该区树轮序列具有明显的年际变化和较强的公共信号, 且树轮序列之间的变化比较一致, 是很好的区域气候代用资料. 通过对4个树轮宽度标准年表的平均而建立了一个区域年表 (RC), 并用其进行分析与气候重建. 树木的生长主要受2~3与6~7月份的低降雨量和5~7月份高温的限制. 由于PDSI考虑了前期干旱的积累效应, 因此RC与生长季及生长季之前的PDSI之间均存在显著的正相关关系; 响应函数的分析揭示, RC仅与6, 7月份(5月份也接近95%的置信水平)的PDSI之间存在显著的关系. 5~7月份是浑善达克沙地树木生长的关键时期, 因此我们采用RC重建了过去163 a来5~7月份平均PDSI的变化, 重建方程的方差解释量高达52%, 且方程稳定. 重建的5~7月份的平均PDSI序列与周边城市的平均旱涝指数的变化趋势比较一致, 并捕捉到了20世纪60年代中期以来东亚夏季风的明显减弱过程. 值得提出的是, 近40 a是过去163 a来浑善达克沙地比较干旱的时期. 与华北夏季降雨变化周期相同的是重建的5~7月份的平均PDSI序列也具有20 a的显著变化周期.     

基于树木年轮信息的宝天曼不同径级华山松碳储量动态变化

基于树木年轮学方法,本文分3个不同径级研究了宝天曼自然保护区华山松碳储量的动态变化.研究发现:(1)随着径级的增大,小径级A(DBH?15 cm)、中径级B(15DBH?25 cm)和大径级C(DBH25 cm)华山松碳储量分别为2.757,9.211,15.408 t/hm2,它们年均增加的碳储量分别为0.0685,0.1535,0.136 t/hm2;(2)中径级华山松林分密度和径向生长量最大,其年均碳储量增长量大于大径级华山松和小径级华山松;(3)大径级华山松每年碳储量增长量决定着华山松林总碳储量的变化.个体死亡率是限制中小径级华山松碳储量增长的重要因素,树木生理生长的影响是限制大径级华山松碳储量增加的主要因素.研究结果表明,利用树木年代学序列能较好地探讨宝天曼华山松生长趋势和评估碳储量的动态变化.     

用天山雪岭云杉年轮最大密度重建新疆伊犁地区春夏季平均最高温度变化

为了研究新疆伊犁地区过去温度变化, 利用该区雪岭云杉6个样点的年轮最大密度年表(MXD)和年轮宽度年表(TRW), 分析了其年表特征和气候响应特点. 结果表明, 该地区不同样点的雪岭云杉树轮最大密度年表对气候变化有较为一致的响应, 与4~8月平均温度和平均最高温度均具有很好的正相关关系. 利用逐步回归分析方法筛选出的3个样点的树轮最大密度序列重建了该地区1848~2000年春夏季平均最高温度距平, 重建方程方差解释量达到56.2%, 且方程稳定. 重建结果揭示, 在伊犁地区, 20世纪50年代初到70年代初存在近153 a春夏季最显著的冷期, 并且在重建的时段内, 4~8月平均最高温度距平并没有表现出明显的上升趋势.     

黄河上游过去1234年流量的树轮重建与变化特征分析

利用青海省阿尼玛卿山地区祁连圆柏树轮宽度年表资料, 分析树木生长与黄河上游唐乃亥水文站平均流量的关系, 结果表明前一年8月到当年7月的平均流量与当年轮宽密切相关, 相关系数为0.656, 在此相关关系的基础上, 重建了黄河上游过去1234年以来的流量变化. 经11年滑动平均后曲线, 定义流量低于均值1个标准差的时段为枯水期, 流量高于均值1个标准差的时段为丰水期. 在重建的黄河上游过去1234年流量变化中存在18个丰水期和12个枯水期, 丰水期主要分布时段为: 846~873年、1375~1400年, 枯水期主要分布时段为: 1140~1156年、1295~1309年、1473~1500年、1820~1847年. 其中15世纪末是过去1234年以来黄河上游流量最低的时段, 该时期青藏高原东北部发生了大范围的干旱现象. 重建的流量变化包含较多的低频信息, 枯水期与都兰、乌兰、德令哈等地树轮资料和其他代用指标记录的干旱期一致. 多窗谱分析表明黄河流量变化存在2~5年, 22年, 35~38年, 55~62年和114~227年左右的周期, 其中最显著的是159和36年的周期.     

近千年亚洲-太平洋涛动指数与东亚夏季风变化

为研究东亚夏季风的长期变化规律, 重建了近一千年来反映亚洲与太平洋纬向热力差异的季风指数, 即亚洲-太平洋涛动指数(I_APO). 在小冰期, 重建I_APO在世纪尺度上的变化与我国东部旱涝关系紧密, 并且这种关系与在现代观测资料中的一致, 这说明重建的I_APO总体上能够指示小冰期时在世纪尺度上的东亚夏季风变化和我国东部降水异常.     

青藏高原马兰冰芯记录的近百年来气温变化

可可西里马兰冰芯中δ ¹⁸O记录表明, 该地区近百年来的气温变化与全球气温变化具有相一致的上升趋势, 估计自19世纪末以来该地区夏半年(5~10月份)气温的上升幅度约为1.2℃左右. 然而, 自20世纪70年代末期以来尽管全球明显升温, 该冰芯记录却表现出相对降温趋势, 认为该冰芯记录所反映的可可西里及青藏高原北部边缘地区的气温变化与北大西洋涛动存在遥相关关系. 同时, 还发现马兰冰芯记录的气温变化趋势与青藏高原南部地区的气温变化趋势在百年级时间尺度上是一致的, 而在多年代际时间尺度上存在反相关关系.     

青海南部高原圆柏年轮指示的近500年来气候变化

根据采自青海南部高原曲麻莱、治多地区树木年轮样本, 建立了该地区高原树木年轮年表序列. 通过响应函数计算得出, 该年表对高原春季(4~6月)的气温和降水量反映敏感, 定义了湿润指数, 重建了高原春季湿润指数序列, 并应用交叉检验方法对校准方程进行了检验, 证明重建方程稳定. 通过分析发现, 在重建的453年中, 显著的干旱时段有6个, 即1592~1610, 1649~1665, 1687~1697, 1740~1750, 1818~1829和1918~1933年; 显著的湿润时期有5个, 即1669~1682, 1700~1709, 1800~1814, 1898~1909和1935~1950年. 周期分析结果表明, 重建序列具有60.4和50.3的长周期, 11年左右太阳周期和8, 6和4年左右的短周期.     

树轮最大密度记录的贡嘎山区公元1837 年以来的温度变化

利用采自青藏高原东部贡嘎山东坡两个海拔高度的冷杉树轮样本建立了树轮最大晚材密度(MXD)年表, 并合成了区域年表(RC). 经MXD 年表与气候要素的相关分析发现, 各MXD 年表均与8~9 月份温度显著相关. 其中, 区域年表(RC)与8~9 月平均温(1960~2007 年)的相关最高(r=0.733, P<0.001). 在此基础上, 利用区域年表(RC)重建了贡嘎山区过去171 年来的8~9 月温度变化, 重建方程稳定, 重建方程的方差解释量高达53.5%(R² _adj=52.4%, N=48, F=52.8). 重建结果显示, 在过去的171 年中贡嘎山区8~9 月平均温的异常高温年份为22 年, 异常低温年份为23 年, 且存在4 个明显的低温时段(1837~1842, 1884~1891, 1899~1905, 1984~1989 年)和3 个明显的高温时段(1966~1973, 1916~1924, 1876~1881 年). 重建结果除通过统计检验外, 还得到了气象灾害历史记录和研究区周围其他树轮资料重建的温度结果的验证, 证实了重建结果的可靠性.     

内蒙古呼伦贝尔地区伊敏河过去135年以来年径流总量的树轮重建

依据内蒙古呼伦贝尔地区湿度敏感的樟子松树轮宽度年表与区域平均最高温度、降水量和年径流总量的相关分析结果,重建了该区域公元1868～2002年伊敏河年径流总量.统计检验表明模型稳定可靠,其方差解释量达52.2%.在135年的径流重建序列中,极端干湿年份相当,分别占总年份的15.6%(21/135)和14.1%(19/135).连续2年以上的极端干旱时段出现在1950～1951,1986～1987,1905～1909,1926～1928,1968～1969,1919～1920年;湿润时段为1954～1959,1932～1934,1939～1940,1990～1991年.区域水文序列对比显示,伊敏河年径流总量与蒙古高原中、东部树轮径流或年表序列具有同步变化趋势.周期分析结果表明,呼伦贝尔及其邻近地区水文气候要素变化与大尺度的气候驱动(PDO,ENSO及北大西洋海表温度变化)和太阳活动有一定联系.     

近千年中国温度序列的建立

根据各种代用资料建立了近千年中国10个区的温度序列, 时间分辨率为10 a. 10个区是: 东北、华北、华东、华南、台湾、华中、西南、西北、新疆及青藏. 采用的代用资料包括: 冰芯、石笋、树轮、泥炭、湖泊沉积、孢粉、史料等. 然后按10个区的面积加权平均得到中国平均温度序列. 根据这个序列分析了中国近千年的温度变化, 特别是中世纪暖期、小冰期及现代暖期的特征.     

千年气候模拟与中国东部温度重建序列的比较研究

利用全球海气耦合气候模式ECHO-G进行的1000年长时间积分气候模拟试验与中国东部区域温度重建资料作对比, 以验证ECHO-G模拟中国区域气候的能力, 并探讨近千年来中国区域气候变化的原因. 重建资料是中国东部地区(25°~40°N, 105°E 以东)1000年来分辨率为30年的冬半年温度距平变化序列. 模拟试验以随时间变化的有效太阳辐射、CO₂浓度和CH₄浓度场为外强迫, 从1000年开始积分至1990年. 结果表明: 重建和模拟结果的相关系数为0.37, 置信度为97.5%. 模拟和重建结果均反映出了1000~1300年的中世纪暖期、1300~1850年的小冰期和1900年之后的升温期. 对于1300~1850年的小冰期和1900年之后的升温期, 模拟和重建的正负距平基本一致, 尤其是1670~1710年Maunder太阳黑子最小期时, 模拟和重建值都达到了温度低谷, 且无位相差异. 但对1000~1300年的中世纪暖期, 模拟与重建资料存在显著差异, 这与重建资料质量降低有关. 模拟的变幅(1.62 K)略小于重建值(2.0 K),但两者具有较好的可比性. 模拟结果的诊断分析表明, 在1000年尺度上, 太阳辐射和火山活动是控制全球和区域温度变化的主要因子, 而在最近百年尺度上, 温室气体含量的变化对快速增温起着更为重要的作用.     

气候变暖给北极地区带来的变化

美国地质调查局近日曝光了一组卫星照片，反映了过去十年里全球变暖给北极地区带来的变化。这些高纬度地区大面积的冰层加速融化已经成为铁定的事实，必将对世界气候、环境和野生动物的生存造成灾难性的影响。