基于不同树干高度树轮宽度的历史气候重建潜力研究

本研究利用新疆伊犁地区雪岭云杉不同树干高度树轮样本建立树轮宽度年表,并尝试使用该年表进行历史气候重建。相关分析表明,10 m树干高度树轮年表与当年6—7月平均最低气温相关显著,相关系数可达0.585(P<0.001)。利用10 m树干高度树轮标准化年表建立了研究区1841—2014年当年6—7月平均最低气温,重建方程稳定可靠。分析表明,重建序列出现了5个偏冷阶段和4个偏暖阶段。其中,1938—1965年和1866—1912年分别是持续时间最长的偏冷和偏暖阶段。重建序列存在2.11 a、2.99—3.10 a、5.09 a、5.47 a、8.08 a、68.03 a的显著周期(P<0.05)。该重建序列的建立进一步证明了利用不同树干高度树轮年表开展气候重建的可能性。在野外采样环境允许的情况下,可以将树干更高处树轮样本纳入采样范围。

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。

郧西县庹家湾黄土剖面色度参数特征及其古气候重建

通过对湖北省郧西县庹家湾黄土剖面的色度参数分析,并结合磁化率、粒度、铷锶比(Rb/Sr)指标揭示汉江上游地区风成黄土的色度特征及其与气候变化的关系。应用X-rite VS450型分光测色仪对庹家湾黄土剖面色度参数进行了测量。结果表明:庹家湾黄土剖面红度a*的变化与沉积物氧化铁含量呈显著正相关,平均值由高到低依次为S0(6.34)>MS(5.52)>Lt(5.18)>L0(4.98)>L1(4.82)>T1-al2(3.66);亮度L*的变化与氧化铁含量和有机质含量均呈负相关,其中氧化铁含量对L*的影响更大,L*在黄土层出现了峰值;色调角h*在古土壤层呈现低值(68.64°),黄土层呈现高值,a*/b*与h*特征相反,在古土壤呈现高值(0.39),黄土层呈现低值;其中在马兰黄土L1中存在两层弱古土壤层L1-S2、L1-S1,其色度参数特征较L1具有较高的a*值和a*/b*值及较低的L*值和h*。黄度b*指示该区域气候变化有一定的局限性,h*、a*/b*、L*和a*均可作为良好的气候替代指标,a*值和a*/b*值越大指示气候越暖湿,成壤作用越强,L*值和h*越大指示气候越冷干,成壤作用越弱。h*、a*/b*、L*和a*共同记录了该地区晚更新世以来气候经历了晚更新世末期的干冷、全新世早期逐渐回暖、全新世中期的温暖湿润、全新世晚期气候逐渐干冷,在马兰黄土形成时期,气候出现了短暂的温暖湿润期(27.3~21.6ka B.P.)。

太白山芳香寺剖面孢粉记录的古气候重建

本文利用秦岭太白山表土孢粉建立的孢粉 -气候模型 ,对芳香寺剖面孢粉数据进行了气候重建 ,取得了近千年的气候序列 (包括年均温、 1月均温、 7月均温及年降水量 )。认为小冰期开始于 1 2 0 0aAD ,结束于 1 92 0aAD ,其中冰盛期为1 3 50aAD～ 1 70 0aAD。这与史料、古湖泊、树轮、冰川研究的结果基本相近。本区的气候变化与太白山南坡佛爷池地区气候的变化基本一致。由于本区位置较低 ,且位于北坡 ,所以气温数值较高 ,波动幅度大 ,降温幅值较大及年降水量稍大。本区升温时年较差增大 ,降温时相反 ,标志着 7月均温对气候变化极为敏感 ,从而显示夏季风的兴衰不容忽视。

树轮δ^(13)C的角分布及其在气候重建中的应用

利用天目山的两棵柳杉和庐山的一棵冷杉共 3个树盘 ,分析了树轮 δ1 3C沿方位的变化。结果表明 ,树轮在不同方位上的 δ1 3C值不同 ,存在方位角分布 ,平均最大差异为 0 .8‰～ 1 .5‰。各方位的δ1 3C年序列间存在较好的相关性 ,变化趋势基本一致 ,表明各方位 δ1 3C都记录了基本相同的气候信息。δ1 3C的方位差异与其年际差异在量级上大致相当 ,具有独立的研究意义。通过柳杉一号树轮与气候要素的研究表明 ,从树轮 δ1 3C的角分布中能够提取出更多有气候意义的信息 ,而且相对于多个方位的平均和全轮均匀采样而言 ,重建的精度和可靠性有所提高。

基于气候重建资料及均生函数-最优子集回归模型的降水预测

利用由科尔沁沙地榆树区域综合年表而重建的181a降水序列,采用均生函数-最优子集回归(MGF-OSR)预测模型对科尔沁沙地降水进行了5a情景的预测,克服了以往序列短的不足。模型建模期相对误差绝对值在3%、5%、10%以内的年数分别占建模年数的36.46%、64.64%、93.37%,建模期模拟精度较高。2007～2010年实测检验期,模拟与实测值保持了方向一致性,各年份相对误差绝对值分别为11.40%、6.73%、22.06%、5.49%,大部分年份预测较理想。经预测,2011～2015年期间,2011年、2012年、2014年和2015年为降水正常年份,2013年为降水偏干年份。与实际情况对比,2011年与预测一致,2012年稍有差别。总体上,2011～2015年降水变化较为平缓。

科尔沁沙地榆树生长与水文气象因子的关系及气候重建

利用科尔沁沙地通辽市扎鲁特旗鲁北镇附近榆树树木年轮资料,建立了长度为97 a的榆树标准年表,通过标准年表和鲁北地区水文气象资料相关,分析了榆树生长与水文气象因子的关系.结果表明:年轮指数与7月份降水量、年降水量、8月和9月蒸发量之和的相关系数最大,由此,通过标准年表重建了该地区1906—1951年46 a的7月份降水量、年降水量、8月和9月蒸发量之和序列,经验证,重建序列具有较好的可靠性.对比发现,树木年轮指数均值随年降水量均值的增大而增大,沙尘暴发生日数总数随降水量均值的增大而减少,间接说明沙尘暴的发生对榆树的生长可能造成负面影响.

南京地区近二十年来雪松树轮的稳定碳同位素与气候重建

对采自南京太平门的雪松〔Cedrusdeodara (Roxb .)Loud .〕树轮α 纤维素的δ13 C进行分析 ,结合江苏气象台的气象记录 ,建立树轮δ13 C与气候各要素的回归方程 ,并进行了气候重建 ,重建值与观测值吻合较好 ,表明南京地区树轮α 纤维素稳定碳同位素与 5～ 7月平均降雨量及 5～ 9月平均气温显著相关 ,重δ13 C对应于 5～ 7月的少雨和 5～ 9月的高温 ,轻δ13 C对应于 5～ 7月的多雨和 5～ 9月的低温 ,在一定程度上反映了东亚季风盛行区树木生长与水热组合的关系。

基于冰川平衡线高度变化的气候重建模型研究

冰川物质平衡线高度(equilibrium-line altitude,ELA)变化的研究是冰川学研究的重要内容,其变化情况将最终决定冰川的命运。与冰川的其他特征(如冰川长度、面积)相比,ELA的变化是气候变化最直接的反应,其变化量常被用于对比不同区域间的气候变化特征差异。基于冰川ELA变化的气候重建的统计学方法,如ELA处气温与降水关系模型、气温递减率模型(Lapse-rate model)和温度指数融化模型(Temperature index melt model),结构简单,能获得较好的模拟效果,但均未能从冰川变化的物理成因来研究影响ELA升降的气候因素,且在数据不足时理论也缺乏说服力;物理方法,如能量—物质平衡模型是基于影响冰川变化的能量因子来探讨ELA升降的机制,其参数较多、计算复杂,但精度较高。不同模型受其本身及冰川类型等因素的影响,适用性及精度差别较大。

青海都兰过去2000年来的气候重建及其变迁

根据青海都兰地区树木年轮样本建立了目前我国最长的年轮年表序列。通过年表与气候要素间相关函数、响应函数及响应面分析 ,选择了可被重建的气候因子 ,建立了重建方程 ,恢复了青海都兰地区历史时期的平均温度 ;并分析讨论了近 2 0 0 0年来该地区的气候变化。阐述了这个地区的冷暖交替及周期循环。对一些重大气候事件 ,如中世纪暖期、小冰期和近一个世纪以来的升温等 ,逐个事件进行了剖析。并与全球温度变化进行了对照。都兰温度曲线为青藏高原东部地区提供了一个较好的气候变化信息表。

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。

基于贝叶斯模型的器测、古气候重建与气候模拟数据的融合试验

气象部门馆藏的西部最早的器测气象资料始于20世纪30年代,不能满足建立20世纪以来中国气候变化序列的需求,而古气候重建或气候模拟资料则可以延伸到器测时代以前。为了探讨长序列多源气候资料序列融合方法,采用贝叶斯方法对中国北疆地区8条树轮气温重建资料、器测资料与国际耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)模式模拟资料进行了融合试验。首先利用器测资料对气温代用资料进行校验与网格重建,并以此作为贝叶斯模型的先验分布,然后,用泰勒图选出了该区域气候模拟效果最佳的几个模式;最后将网格重建和气候模拟序列用贝叶斯模型进行了融合试验。结果表明,贝叶斯融合模型能有效提取各种数据来源的有用信息进行融合,融合结果的长期变化(线性)趋势更接近器测气候序列,并在一定程度上提高了序列的精度,减小了结果的不确定性;并且,融合结果能够纠正先验分布及气候模拟数据的明显偏差,为长年代气候序列重建提供了一个可行的思路。

现代花粉在古气候重建中的应用

现代花粉分析是第四纪花粉研究的基础,对正确解释化石花粉记录,定量重建古植被和古气候具有重要的作用。近年来,很多孢粉学者利用现代花粉和化石花粉对古植被和古气候进行重建并取得了很多重要的成果。文章对现阶段利用现代花粉进行古植被与古气候重建的线性与非线性方法的进行综述,通过对比分析各种重建方法,发现随着重建方法的不断改进,重建出的古植被与古气候准确度和精度不断的提高,从而进一步的推动了孢粉学的发展。

“东亚历史气候重建国际研讨会”在京召开

为了进一步研讨东亚、特别是中国历史气候重建与历史气候模拟问题,推动中国历史气候研究进一步与国际接轨,让国际研究同行充分认识中国在国际历史气候研究中的重要性与独特性,中国科学院地理科学与资源研究所葛全胜研究员,会同美国国家科学研究顾问、PAGES科学指导委员会前主席、麻萨诸塞大学地学系主任、著名气候学家Raymond S.Bradley教授,美国纽约州立大学大气科学研究中心Wei-Chyung Wang教授共同发起并组织了“东亚历史气候重建国际研讨会”(2002年10月14～16日,北京外国专家大厦).

孢粉-气候对应分析重建上海西部地区8.5kaB.P.以来的气候

利用现代和化石孢粉资料 ,借助于对应分析方法 ,进行了古气候定量重建尝试 .取自中国东部区域的表土层孢粉数据被用来建立孢粉 -气候转换函数 .对取自上海青浦县赵巷有14 C测年的钻孔孢粉数据进行转换 ,重建了上海地区 8.5kaB .P .以来年均温度和降雨量系列 .结果表明 :约 8.5kaB .P .以来 ,本区温度和降雨量持续升高 ,约 8.2 - 6 .0kaB .P .期间为全新世气候适宜期 ,年均温和降水量值平均高于现今值 0 .9℃和 16 0mm ,约 8.0kaB .P .达到最高值 (温度和降雨量为 18.5℃和 1575mm) ;但气候波动剧烈 ;约 6 .0 - 4 .0kaB .P .期间为温凉干燥期 ,气候波动平缓 ,年均温度和降雨量平均低于现今值 ,最低值为 13.5℃和 82 7mm(4.1kaB .P .) ;约 4 .0 - 2 .0kaB .P .期间温度和降水回升 ,但暖湿程度远不及全新世大暖期 .2 .0kaB .P .以来温度和降雨又呈下降趋势 .8.0kaB .P .、7.6kaB .P .和 2 .7kaB .P .前后的出现高温高湿峰值 ,7.5kaB .P .、7.3kaB .P .和 4 .0kaB .P .前后出现低温低湿谷值 .

川西马尔康7月平均气温的重建及其气候周期信号检测

利用阿依拉山采样点的树木年轮标准化年表与川西高原的马尔康和红原前一年10月至当年9月的气候资料进行相关分析。结果表明,马尔康7月平均气温与阿依拉山采样点的树木年轮生长有较好的相关性,相关系数达0.644。利用树轮年表重建了1597-2005年马尔康7月平均气温序列,方差解释量为41.5%,经过检验,转换方程稳定可靠。检测409年重建气温序列的周期信号,发现重建序列存在3～4年、5～9年、21～28年和56～76年的周期振荡,其中较短的年际周期的强振荡期均出现在21世纪,中周期的强振荡期主要出现在最后一次小冰期,而长周期则在工业革命之前能量最强。

孢粉学定量重建古气候方法探讨

运用多种数学方法分析孢粉资料定量重建古环境已成为第四纪古环境研究的一个发展趋势。目前被广泛应用的主要有孢粉复合度-气候转换函数、孢粉-气候因子转换函数、孢粉-气候对应分析、孢粉-气候响应面模型、共存因子分析等方法。由于各种分析方法各具特色,并有各自的适用范围和局限性,因此孢粉资料的分析处理,一般都需要使用多种方法互相补充,互相印证,从而使结果更准确、客观。通过对各种方法实际应用的对比分析发现,随着定量重建古气候方法的不断改进,研究结果的准确度和精度在不断提高,推动了孢粉学和古植被定量重建研究手段的引进和应用。

利用树轮资料重建长白山区过去气候变化

本文以树轮气候学中常用的树轮宽指数资料作为过去气候的代用资料，重建了长白山区1655年以来1～4月月平均最高气温的变化。重建中的校准方程稳定性较好，并可解释重建变量方差的57．4％。在1833年以来重建可靠性较高的时段中，1974～1979年为低温期，1951～1963年为高温期。而结束于1861和结束于1897年的两个高温期持续时间最长。本文的研究结果展示了利用树轮资料重建我国长白山区过去气候变化的巨大潜力。

中国东部6区域近1000年干湿序列的重建和气候跃变分析

本文利用我国的历史气候记载，为东部6区域重建了最近1033年的时间分辨率为1年的区域于湿气候序列，讨论其可靠性，并分析其变化的准周期性和跃变特征。跃变分析采用移动t检验方法，分析各区域干湿气候的世纪尺度和10～20年尺度的跃变现象，辨识跃变信号的参考年代，指出北方各区域的跃变趋势相同，但有时与长江下游地区相反，以及跃变信号在寒冷气候背景下较多出现等特点。

基于孢粉数据的珠江三角洲QZK6孔全新世气候定量重建

依据珠江三角洲QZK6钻孔孢粉组合特征及AMS^14C测年结果，基于CONISS软件对剖面孢粉组合进行分带分析，其结果分为A、B、C和D四个孢粉带。根据10981a cal BP以来的孢粉组合特点，结合东亚孢粉数据库中位于广东的122个天然植被下的表层土壤样点的孢粉组成特征，利用软件Polygon 1.5定量重建了QZK6孔的全新世古气候参数。结果显示，全新世气候基本以暖湿为主，总体趋势为凉干-热湿-温凉；D带（10981-8500a cal BP）年均温度为21.7-22.1℃，年降水量1778-1888mm，年均温度和年降水量均比较高；C带（8500-8105a cal BP）年均温度为21.9-22.3℃，年降水量为1845-1929mm，达到各带中最高值；B带（8105-4343a cal BP）年均温度和年降水量开始降低，年均温度为20.8-21.7℃，年降水量为1595-1806mm。人类活动从B带开始增强（在A带达到最强）；A带（4343a cal BP至今）年均温度为20.3-21.5℃，年降水量为1587-1765 mm，为各带中年均温度最低、年降水量最少的阶段。