油松树轮记录的过去134年伏牛山5-7月平均最高温度

利用豫西伏牛山的两组油松树轮宽度年表,重建了该区域1874年以来5-7月的平均最高温度。并用Jackknife和Bootstrap等方法进行了方程稳定性检验,统计检验参数表明重建序列与实测序列吻合较好,且方程稳定可信,重建方程的解释方差为40%(调整自由度后为39%)。重建显示,在过去134年中,豫西伏牛山区5-7月平均最高气温经历了4次冷期和5次暖期。其中,20世纪20-30年代末是最显著的暖期,之后开始降温,至50年代降到谷底,温度小幅回升后,在70-80年代中期又显著下降,80年代末以后开始增温。该重建温度序列与秦岭中部南五台地区温度序列有较好的一致性。

秦岭地区多点树轮序列记录的春末夏初气温变化与北半球海温关系的初步分析

本文采用主成分分析方法提取了秦岭中、东部5个样点树轮资料的区域主成分年表,其中第一主成分PC1年表的方差累积贡献率为58.37%,能够较好地代表秦岭中东部地区年轮变化的共同特征。对5个站点观测气温平均值和PC1反映的区域尺度气候信息进行分析,结果显示两者均与秦岭-黄淮地区5～7月温度场存在大范围一致相关区,相关系数r高于0.5(p<0.01)。表明PC1年表可以反映大区域尺度上过去122年(1885～2006年)春末夏初(5～7月)气温的总体特征。在公共时段内(1951～2006年)PC1和观测资料与北半球海温场的分析显示,两者均与热带西太平洋和30°～50°N附近我国近海至日本暖流区呈显著相关,且与大西洋西印度群岛东部海域呈现一定程度的遥相关,相关型表明当3个相关区海温偏高时,PC1指数偏低,研究区气温偏高;与热带西太平洋的相关区域延伸至西太平洋暖池,反映研究区气温变化与暖池区海温异常也有较密切的联系。在更长时间尺度上对PC1指示的气温变化与北半球海表温的分期研究(1885～1950年和1885～2006年)发现,两个阶段PC1指数与热带西太平洋海温均显著相关,但与1951～2006相比,后两个阶段与我国近海、日本暖流区和大西洋海域海表温之间的关系减弱,表明热带西太平洋SST对研究区5～7月气温的影响较为稳定,但其他海域SST与研究区气温的遥相关关系存在年代差异。

树木年轮^(13)C/^(12)C比率记录的树木生长与生态环境关系的研究

树木年轮1 3C/1 2 C对气候的响应是一个复杂的过程 ,气候影响树木的光合作用、呼吸作用等生理过程 ,进而影响树木代谢物质的生成和流动及其同位素的分馏。对树木生长和树轮稳定碳同位素含量与生态环境之间关系的响应的全面分析研究 ,可以更为准确的获得树木年轮同位素1 3C/1 2 C比率与历史气候环境变迁关系的资料。本文在总结前人研究结果的基础上 ,得出以下几点结论 :1 .生态环境决定树木叶片的气孔导通度 ,而导通度又影响植物同化速率 ,进而影响树轮中稳定碳同位素的比率 ;2 .大气CO2 的浓度影响植物对水分的利用效率 ,而植物对水分的利用直接影响树木光合作用的速率 ,进而植物碳同位素比率记录了环境CO2的浓度的变化规律 ;3.植物同化速率和气孔导度与气候要素 ,如温度、湿度、降水、光照及风等气候要素有关 ;4.树木年轮1 3C/1 2 C比率与生态环境的响应的众多研究结果表明稳定碳同位素同环境的相关既存在空间差异也存在树种差异。

中国西北地区季节间干湿变化的时空分布——基于PDSI数据

利用帕尔默干旱指数(PDSI)全球数据库,提取覆盖中国西北地区的56个PDSI栅格点数据,对1953-2003年间各个季节均值和年均值进行旋转经验正交函数(REOF)分析。REOF空间分区结果发现西北地区各个季节均值和年均值表现出较为一致的主要空间异常型,依据PDSI年均值数据可以将中国西北地区划分为5个空间型:北疆型、南疆型、高原北部型、蒙古西部型以及西北东部型。其中北疆型、南疆型主要位于西北地区西部,高原北部型、蒙古西部型位于西北中部,西北东部型位于西北东部。各个空间型特征点的PDSI序列及二项式拟合对比发现西北东部、西部存在完全相反的干湿变化:西北西部主要受西风带影响,自20世纪80年代开始有逐渐变湿的趋势;西北东部主要受亚洲季风的影响,有逐渐变干的倾向,特别是夏秋季,西北地区东南部变干的趋势更加明显。西北地区受西风带、亚洲季风以及青藏高原的影响明显,在全球变暖的情景下,不同区域的干湿状况的响应存在较大的差异。

天山东部西伯利亚落叶松树轮生长对气候要素的响应分析

天山东部西伯利亚落叶松的树木年轮学研究可以看出：森林上限树轮宽度年表之间相关性较高而下限年表间相关稍低，表明下限小生境要素对树木生长干扰较大。森林上下限树轮年表中样本的总解释量（ESP）和信噪比（SNR）都比较高，说明树木中都含有较多的环境信息；但标准年表中平均敏感度（M．S．）和轮宽指数的标准差（S．D．）都是森林上限数值低于下限，这表明森林上限树木生长对环境变化响应的敏感性降低；相关分析和响应分析也发现森林下限生长的树木对气候因子的响应较为显著。就温度而言，森林上限和下限表现基本一致，树木生长多与温度负相关，其中下限树木生长与春季均温和3．6月份均温显著负相关；降水表现出一定的差别，上限树木生长与春季、夏季及年降水量有较高的负相关，而对下限树木生长影响最大的则是冬季和3—6月份降水。湿润指数与降水基本一致即上限呈负相关而下限正相关，温暖指数全为负相关，寒冷指数下限负相关显著；显然该地区森林上下限树木生长的生态模式存在着一定的差异。研究发现，冬春季节的不同水热组合则是形成树木年轮宽窄的限制因素；同时，前期生长的滞后效应对年轮形成有重要的影响。

阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮宽度年表特征对比分析

利用阿尼玛卿山地同一坡面的不同海拔高度获取的4组树木年轮样本,建立了不同海拔梯度的树轮宽度指数年表.各年表中较高的信噪比SNR和样本总体解释量EPS表明,各采样点树木中含有较多的共同环境信息,从低海拔向高海拔的递减反映了高海拔小生境差异对树木生长影响较大;平均敏感度和标准差随海拔升高呈先递减后递增的趋势.气候因子对整个坡面的树木生长起着主导影响,其中气温的作用更大一些.可靠年表的平均序列长度随海拔升高变短,表明树木生长是沿着山坡逐渐向上迁移的.不同海拔树轮宽度可靠年表间高频变化一致,10 a滑动的高生长和低生长的不一致则反映了低频变化的差异.相关分析表明,生长在森林上限的树木对环境因子的响应滞后于森林下限,生长在最大降水高度附近的树木对环境因子响应的敏感性最低.

以树轮宽度重建公元1558年以来华山5-6月平均温度及20世纪中后期升温

通过对秦岭东端华山地区油松树木年轮宽度序列的分析研究,探讨了华山地区油松对气候环境响应的敏感性,结果表明在华山地区油松对气温和降水的响应均高于华山松,与5～6月平均温度相关较高,且通过了0.01显著性信度检验。在此基础上,我们重建了华山地区1558～2006年间5～6月的平均温度,重建序列的方差解释量达到41%。结果显示:华山过去449年中,大部分年份5～6月平均温度在平均值附近波动,变幅不大;重建序列可与秦岭南五台5～7月温度序列进行良好对比,其年际间相关系数达到了0.49(N=246,p<0.0001)。华山地区20世纪20～30年代初的暖期略偏低;20世纪30年代中期至50年代是整个重建时段中低温持续时间较长的时段;20世纪60年代之后,气温波动平缓;从20世纪70年代开始快速升温,对全球变暖有较强响应。

全球和中国区域近50年气候变化检测归因研究进展

回顾了近年来国内外对全球和中国区域气候变化的检测归因研究,主要集中在对20世纪中期以来温度、降水和主要极端事件变化的检测归因研究进展,而不涉及更长时间尺度历史气候变化的检测归因。分析表明,国际上近年来在气候变化检测归因研究领域发展迅速,从全球尺度气温变化的检测归因发展到区域尺度和多变量的检测归因。但在中国,虽然也有一些研究探讨了中国东部南涝北旱等发生的原因,但在以数理统计推断方法为基础的气候变化事实归因领域的研究仍然亟待加强。一些重要的问题,如中国不同区域的变暖、不同区域的变干或变湿的归因分析,以及这些因子和引起全球气候变化因子的异同等,都是迫切需要回答的科学问题。

万仙山油松径向生长与气候因子的关系

以万仙山油松(Pinus tabulaeformis)为样本,建立了油松树木年轮宽度序列的标准年表(STD)。与附近气象因子的相关结果表明:与当年6月平均温度呈较为显著的负相关,与前一年的9月和当年的5月以及春季(3—5月)的降水量呈显著正相关,显然影响万仙山油松生长的主要气候因子是5月(或说春季)降水和6月温度。树轮指数与各月PDSI相关值都很高(其中与当年5月的PDSI相关值高达0.614),都超过95%的置信水平,说明水热组合是该区域油松生长的主要限制因子。研究表明,影响本区油松生长的气候因子与我国北方地区油松生长的影响因子有较高的一致性,尤其是生长季前期的温度影响都很大;而其降水的影响及其与PDSI的相关都明显超前于黄土高原及北方地区,这既说明影响油松生长的大气候因子相似,又表明夏季风从东南向西北的不断推进。

祁连山中部近500年来降水重建序列分析

利用祁连山中部地区祁连圆柏（Juniperus przewalskii）年轮宽度资料,重建了该地区公元1480年以来上年8月至当年7月的年降水量.重建显示过去5个世纪大致可分为4次主要的干、湿期：16世纪偏湿,17世纪干旱,18~20世纪初偏湿,20世纪偏干（20~30年代极端干旱）.采用经验模态分解（EMD）方法对重建序列的进一步分析显示,重建降水序列可分解为高频至低频8个尺度的分量,各分量在不同时段周期和振幅的变化过程与原序列降水的高低值时期对应较为一致,趋势项显示了过去5个世纪研究区降水量呈平缓上升的总体趋势.其中2~3和5~8年的主要分量揭示了降水量与ENSO等大气环流和海气耦合相联系的变化特征,10~13年尺度的分量显示了区域降水与太阳活动的可能联系.结合已有研究的集成分析揭示了研究区更为可靠、一致的干湿变化记录,显示了过去5个世纪以来干旱事件频繁持续的特征和19~20世纪高降雨记录增多的趋势,区域降水经历着较大变化,但其变化幅度仍不可预知.该重建提供了更多的低频降水信息,是对研究区已有树轮重建降水量信息的重要补充.

EMD方法对祁连山云杉宽度生长量的订正及多尺度分析

经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,简称EMD）是一种遵循时间序列本身所包含的不同尺度信号特征进行逐级分解,实现时间序列多分辨率分析的有效方法.本文基于EMD方法对采集于祁连山中部的青海云杉树轮宽度序列进行生长量订正,并与传统采用的线性或负指数函数及样条函数拟合法进行多序列订正结果的逐一对比,结合云杉年轮生长的生理特征,分析了EMD方法在云杉宽度生长量订正中的应用潜力.结果表明,通过EMD分解得到的趋势项不仅可以较好地反映树木年轮与年龄相关的生长趋势,还可以克服线性拟合在树木生长受到小生境干扰时因为斜率的适应性变化及方向单一导致的拟合失效及生长量被高估（或被低估）的现象,常用的替代选择样条函数步长的选取又具有一定的经验性和主观性,EMD方法作为一个新的补充,可为线性函数和样条函数不能满足需求时,提供一个新的选择.进一步考察了EMD方法和传统方法获取的两个树轮标准化年表（1845～2000年,EPS＞0.85）与气候因子在器测记录时段（1957～ 2000年）的相关关系,结果显示两者与气象因子的相关结果极为一致,与肃南气象站前年8月至当年7月降水总量呈显著的正相关（r均通过了99％的信度检验）,表明通过EMD方法对祁连山青海云杉生长量订正后得到的树轮宽度年表与传统方法得到的树轮年表反映了一致的气候信息,可用于历史气候变化分析.进一步利用EMD方法将树轮年表序列分解为不同频谱时段（年际、年代际及多年代际尺度）的子序列,其中年际的高频子序列（＜10年尺度）的主要波动发生在20世纪10～20年代,而10～ 30年尺度子序列的低值期（1925～ 1933年）与甘肃境内文献记录的大范围干旱事件极为吻合,30～60年尺度的多年代际变化显示出3次主要的干湿位相交替变化.

青藏高原东北部树木年轮记录揭示的最高最低温的非对称变化

江河源区自然环境严酷,生态系统脆弱.近年来由于该区域日趋严重的生态环境问题使之逐渐成为全社会所广泛关注的焦点地区.根据采自青藏高原东北部黄河源区西顷山和阿尼玛卿山的祁连园柏树轮样芯,重建了研究区过去近425a来冬半年的最低温和近700a来夏半年最高温.1578～1940年的近400a间研究区冬半年最低温度的波动较为平缓,但是自1941年来以来有急剧的升温趋势.夏半年最高温在20世纪末表现出明显的升温趋势.近425a来最高温和最低温的变化存在非对称现象.最高温和最低温在近425a来的变化非常相似,但最低温的变化比最高温的变化超前大约25a左右.如果在未来30a内最高温和最低温的变化保持过去近425a来的相关趋势,那么在未来30a内,最高温也将继续剧烈升温.

基于模态逼近的EOF重构算法重建公元1250年以来北半球地表气温空间格局

随着气候场重建数据在揭示气候动力机制以及与数值模式模拟相结合等方面的应用,它在气候变化研究领域中的实用性和重要性已得到广泛认可.因此,关于空间格局重建方法的研究也就显得尤为重要.本文提出了一种新的气候场重建方法,即模态逼近的经验正交函数分解方法.该方法利用代用资料与器测资料不同空间模态之间的协调性,采用模态逐次逼近,从而实现对过去无器测资料覆盖的气候场的重建.基于该方法,本文利用549个树轮序列重建了北半球（22.5°N以北）公元1250年以来的地表气温空间场.为验证该方法的有效性,设计了多组验证试验,结果均表明该重建方法能够较好的再现器测数据的年代际尺度变率特征.最终重建结果表明,与已有研究结果相比,该方法重建出的北半球小冰期（1400～1700年）平均气候状态的空间格局特征与基于多组气候模式集合平均在该时段的模拟结果更为接近.另外,为体现重建结果对外强迫的响应特征,本文比较了在不同强度（强、中等、弱）典型火山年的空间格局差异,发现高纬度地区对火山外强迫相比于中低纬地区更加敏感,这与已有的基于数值模式模拟研究的结论基本一致.综合以上讨论,证明了该方法在气候场重建方面的有效性和应用潜力.

末次间冰期以来北大西洋深层海温与青藏高原气温的千年尺度位相关系及其演变

采用代用资料研究了北大西洋深层海温和青藏高原气温自末次间冰期以来在千年尺度上的位相关系及其变化.通过对比分析和小波交叉谱分析表明,自末次间冰期以来二者同位相和反位相关系交替出现,同位相的持续时间相对较短,而反位相的持续时间较长,并且二者同位相和反位相关系的转换在间冰期比在冰期频繁,北大西洋深层海温与青藏高原气温的位相关系大体被北大西洋气温(格陵兰冰芯氧同位素)与青藏高原气温所验证.此外,北大西洋海表温度可能是北大西洋深层海温在千年尺度上影响青藏高原气温的一个重要因子.