贺兰山树轮晚材宽度记录中的降水量变化

通过贺兰山地区树木年轮晚材宽度的研究,建立了贺兰山地区最近250年来的树轮晚材宽度年表。与气象观测记录的相关分析结果表明,树木生长与生长季当年5—7月降水量呈明显的正响应,在此年表的基础上重建了贺兰山地区过去250年来5—7月降水量,发现其具有明显的干湿变化,相对干旱年占总年数的52%,相对湿润年占总年数的35 5%,平年为14 5%,旱灾是该地区主要旱涝灾害。谱分析结果显示该地区5—7月降水有明显的2 6、3 5、21 3年的3个准周期。同时贺兰山地区降水量的变化历史可以反映东亚夏季风的变迁历史。

浑善达克沙地白扦树轮早晚材宽度年表对比分析

利用浑善达克沙地白音敖包采集的白扦树芯样本,使用传统宽度测量手段和图像分析手段建立了研究区域采样点的全轮、早材、晚材宽度年表。对比分析结果表明,研究区域内基于图像分析手段和传统宽度测量手段所获取的全轮宽度数据不存在明显差异。基于图像分析手段建立的全轮、早材及晚材宽度年表之间在全频域、高频域和低频域的相关系数均呈显著正相关,且3种年表在低频变化上比在高频域更为一致。过去142 a以来,全轮、早材、晚材宽度年表均具有2个低值阶段和2个高值阶段,且3个年表间的高低值变化阶段基本一致。与当地气象资料的相关分析结果显示,全轮、早材、晚材宽度年表均对气温表现出负相关,对降水变化的响应则不明显。而早材宽度与气温表现出的较高相关系数还说明了基于图像分析手段获取的该种数据具有作为气候代用资料的价值。

以树轮晚材宽度重建公元1726年以来贺兰山北部5～7月降水量

通过分析早材宽度(EWW)、晚材宽度(LWW)、整轮宽度(TRW)、最小密度(Dmin)和最大密度(Dmax)共计5个树轮标准年表的统计特征及其各自气候响应,最终以晚材宽度对贺兰山北部公元1726年以来5-7月的降水进行了重建,方差解释量42％(Radj2=0.41,F=31.46,P<0.000001).11年滑动平均后,方差解释量达82％(F=156.9,P<0.05).重建降水序列在10年际尺度上与内蒙古东部白音敖包地区4-7月上旬降水具有相当好的一致性,在一定程度上反映了东亚夏季风锋面强弱的变化.谱分析检测出贺兰山北部5-7月降水序列主要存在11和22年的波动周期.

江西三清山黄山松树轮早晚材宽度所指示的气候意义

在中国东南湿润季风区,近十几年来采用树轮宽度进行气候变化研究取得了快速的发展。对于气候限制因子不明确的整轮宽度年表,通过把整轮宽度分割为早材宽度和晚材宽度,分别建立早材宽度年表和晚材宽度年表,从中抽取出了可靠的气候信号。但是对于气候限制因子明确的整轮宽度年表,它们的早晚材宽度年表包含怎样的气候信息却没有开展过研究工作。选用对气候响应非常敏感的江西三清山高海拔黄山松树轮样本进行早晚材宽度的气候响应研究,该样本整轮宽度主要受上年4~7月温度的影响。研究发现,该样点黄山松早材和晚材宽度年表在共同可靠时段(1800~2013年)的相关系数为0.67(p<0.01),早材和晚材宽度的主导气候因素与整轮一致,均表现出明显的"滞后效应"。无论是高频信号,还是低频信号,该关系都成立,这一研究工作很好地解释了东南降水丰沛的高海拔地区黄山松整轮宽度年表对气候响应非常敏感的原因所在。研究工作还表明,早晚材宽度年表包含的气候信号是否一致,对采用整轮宽度年表重建气候的质量具有一定的影响。

庐山日本柳杉早材与晚材年轮宽度对气候变化的响应

【目的】研究庐山日本柳杉早材、晚材宽度与温度、降水量的相关关系,以揭示日本柳杉早材、晚材径向生长对气候的响应规律,了解这一区域气候变化对森林生态系统的影响,并为未来气候变化条件下日本柳杉的保护和造林区域选择提供依据。【方法】以庐山自然保护区的人工林针叶树种日本柳杉为研究对象,采用树木年轮学的方法对日本柳杉进行了树芯样品取样和处理,并建立早材、晚材标准年表,将树木标准年表与庐山地区的气候要素进行相关性分析。【结果】(1)早材年表各项统计特征均优于晚材年表,相比于晚材的径向生长,早材径向生长对月均温变化更加敏感。(2)该地区年均温度、年降水呈现显著增加的趋势,除了8月份以外,各个月份均温呈上升的趋势。(3)日本柳杉径向生长主要受温度影响,日本柳杉早材生长过程中气温的滞后效应尤为明显,夏季(7月)高温不仅阻碍当年早材年轮宽度的生长,还会影响到下一个生长季早材的形成。生长季时期(4-7月)降水量的增加有利于早材、晚材年轮的形成。【结论】不同季节温度、降水量变化影响早材、晚材年轮形成与生长。在未来气候变暖的背景下,庐山地区日本柳杉林可能出现生长下降的现象。

芦芽山华北落叶松早晚材径向生长对气候变化响应的分离效应

利用采自芦芽山3个海拔高度的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)年轮样芯建立树轮差值年表,采用树轮气候学的方法,以1984年/1985年为界,将树木整轮、早材和晚材差值年表与气候要素进行相关分析,探讨不同海拔华北落叶松径向生长对气候因子的响应,在1957—1984年和1985—2020年2个时段的异质性特征。结果显示:(1)芦芽山3个海拔树木早材和晚材径向生长变化在1957—2020年与研究区的气候变暖趋势难以拟合,与气温因子的响应发生了分离。(2)在1957—1984年,低海拔早材生长与气候因子未表现出显著的相关关系,生长季降水因子(6月降水量)对中高海拔早材生长具有明显的限制作用;进入1985—2020年,生长季降水因子(4月降水量)对低海拔早材的生长影响增强,中高海拔早材生长主要与1月降水量显著正相关,即生长季气候因子对中高海拔早材的生长限制作用减弱。(3)生长前养分积累对研究区华北落叶松树木晚材的生长至关重要:在1957—1984年,低海拔与中高海拔晚材宽度年表均与5月降水量呈显著正相关关系;在1985—2020年,树木晚材径向生长表现出与生长前气候因子(上一年11月,当年1月、3月、5月)的显著相关关系。(4)2个不同的时段内,低海拔早材生长模式的改变可能是气温升高带来的干旱胁迫造成的;而中高海拔早材生长模式差异有可能是由于气温升高缓解了中高海拔地区低温对早材生长的抑制作用。综上所述,随着全球气候变暖,芦芽山3个海拔华北落叶松树木早材和晚材生长在2个时段对于气候要素的响应特征、响应模式存在差异,与气候因子响应存在一定的“分离”现象,在今后区域气候重建工作中应考虑该地区树木生长的分离现象,保证重建工作的可靠性。

祁连山青海云杉径向生长对气候的响应

为探明树木径向生长对气候变化的响应,以祁连山中部下限青海云杉为研究对象,采用年表气候相关分析和特征年分析方法,研究了青海云杉的年轮宽度、早材宽度、晚材宽度标准化年表与月均温度和降雨量的关系。结果表明:年轮宽度、早材宽度、晚材宽度与6、7月的月均温度显著负相关。年轮宽度、早材宽度与3、5、6月的降雨量显著正相关,与9月的降雨量显著负相关;晚材宽度与降雨量无显著相关,晚材宽度对气候的敏感性弱于早材宽度。特征年分析进一步发现:当夏季温度高于同期温度而夏季降雨量又低于同期降雨量时,容易形成窄年轮;相反,当夏季温度低于同期温度而夏季降雨量又高于同期降雨量时,容易形成宽年轮。表明春季和夏季降雨量对祁连山中部下限青海云杉的径向生长有促进作用,而夏季温度有抑制作用。

树轮记录的伊犁地区近354年帕尔默干旱指数变化

利用伊犁两个采样点的雪岭云杉树轮样本,采用X-Ray树轮密度分析方法,提取出7种树轮宽度和密度参数,建立了7种树轮参数的年表,并以其为基础进行气候序列的重建。通过相关分析发现1~8月的帕尔默干旱指数(PDSI)与树轮晚材宽度年表具有良好的相关性,相关系数达到0.66(建模期,1970-2005年)。利用树轮晚材宽度年表重建了过去354年来1~8月平均PDSI指数的变化,方差解释量高达48.6%(全时段,1940-2005年),且方程稳定。重建的1~8月PDSI指数序列与中亚广大地区PDSI指数的变化趋势比较一致,具有很强的空间代表性,而且西风环流对这一地区的干湿变化有重要影响。重建序列经历了6个偏湿阶段和5个偏干阶段。利用多窗谱分析,发现重建的伊犁地区PDSI指数序列具有64年(99%)、10年(95%)、8.3年(99%)、6.2年(95%)、4.3年(95%)、3.3年(95%)和2.1年(95%)的准周期变化。

板栗年轮结构对北京地区气候因子的响应分析

以北京地区板栗为材料,建立板栗年轮宽度、早材宽度和晚材宽度3项年轮结构指标的标准化年表和差值年表,分析板栗径向生长与气候因子间的相关关系和响应,并对可重建的气候因子进行筛选。结果表明:板栗年轮宽度和晚材宽度的年表质量明显好于早材宽度年表,其中差值年表优于标准化年表,其样本总体代表性达到93%,第1主成分方差解释量达到40%。差值年表与气候因子的相关分析和响应分析结果表明:年轮宽度、早材宽度和晚材宽度与各项气候因子间响应关系不同,在将来重建过去气候时,可利用年轮宽度和晚材宽度重建当年6月的温度,晚材宽度还可以重建当年7月的降水,早材宽度重建当年3月和4月的温度。

基于树轮气候相关分析法的杉木径向生长与气候因子关系

为探讨杉木不同径向生长指标对气候因子的响应,了解气候变化背景下杉木径向生长敏感性与适应性的差别,采用树轮气候相关分析方法,以60年生杉木人工林为研究对象,通过测定杉木整轮宽度、早材宽度和晚材宽度,并利用杉木树轮自回归年表(ARS)分析主要气候因子(月份水平温度和降水)对杉木径向生长的影响.结果表明:杉木径向生长均受到温度和降水的显著影响,早材宽度与当年2月平均温度呈显著负相关(P<0.05),晚材宽度与当年10月平均降水量呈极显著正相关(P<0.01).冗余分析量化了气候因子对杉木径向生长的影响,当年7月平均最高温度和当年10月平均降水量是限制该区域杉木径向生长的关键气候因子.滑动相关分析表明,气候因子变化在短时间尺度上对杉木径向生长的影响存在差异,其中杉木径向生长对当年9月最高温度的响应稳定性最强.当年10月平均降水量对晚材宽度的促进作用逐渐增强.杉木年轮生长对上一年气候的影响存在“滞后效应”,晚材生长对当年早期杉木生长气候因子的影响存在“滞后效应”.亚热带地区气候影响杉木径向生长的效应复杂,但ARS年表仍包含丰富的气候信号,研究结果对亚热带针叶树种年轮生态学、年轮气候学研究具有重要参考价值.

浑善达克沙地榆树年轮结构对气候变化的响应

以浑善达克沙地榆树为材料,采用年轮气候学分析方法,研究年轮结构特征及其时序列变化,分析年轮宽度、早材宽度和晚材宽度年表的敏感度、信噪比等基本统计量以及年轮结构指标对气候因子的响应,目的是为浑善达克沙地过去气候重建提供依据。结果表明:沙地榆具有典型的环孔材结构,早晚材界限明显。年轮结构指标中的早材宽度、晚材宽度与年轮宽度时序列变化趋势基本一致,特别是晚材宽度与年轮宽度间的相关系数达到0.98(P<0.001)。年轮宽度年表和晚材宽度年表的平均敏感度、信噪比以及样本总体代表性明显高于早材宽度年表。通过差值年表和标准化年表各指标的比较,认为差值年表更适合用于年轮气候学分析。用差值年表的年轮指数值与温度和降水进行相关分析和响应函数分析,沙地榆的年轮结构指标与多项气候因子间存在显著的相关关系,说明沙地榆的年轮结构指标可以用来重建该地区的过去气候。

基于黄山松树轮重建华东天目山地区1809—2018年4—7月平均气温

利用浙江北部西天目山高海拔黄山松树轮样品,建立了340年的整轮、早材和晚材宽度年表,根据子样本信号强度大于0.8的标准,确定年表的可靠时段为1810—2019年,通过对年表与气候要素进行相关分析,研究了树轮生长对气候的响应。结果表明:黄山松径向生长对气温的响应远高于对降水的响应。综合考虑原始序列和一阶差序列相关分析结果,发现早材宽度与上年生长季前期平均气温、平均最高气温显著相关,晚材宽度与上年5月和当年9月平均气温、平均最高气温显著相关。整轮响应时段与早材较为一致,但相关性较低。最优相关组合为早材宽度与上年4—7月平均气温。基于这一关系,重建了华东天目山地区1809—2018年4—7月平均气温,方差解释量达61.5%,原始序列和一阶差序列均通过分段检验。重建气温序列中的偏冷时段为1834—1964年,偏暖时段为1809—1833和1965—2018年。20世纪60年代以来,气温进入快速上升阶段,从低频趋势上看,20世纪80年代之后气温达到过去210年来的最高水平。空间相关分析表明,重建序列较好地代表了华东地区气温的变化情况,与华东地区的区域重建序列对比也具有较好的一致性。黄山松在华东地区古气候重建方面具有较大潜力。