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。

亚洲中部干旱半干旱区近100年来的气温变化研究

利用亚洲中部干旱半干旱区1961—2003年共计69个站的气温实测资料，并通过EOF展开的延长插补方法，将研究区的气温序列延长到1901年，进而分析了这一区域近100年来的气温变化。研究表明，该区域气温的一致性变化占主导地位，同时存在东部季风区、中亚、蒙古高原和塔里木干旱区等4个主要温度变化分区，均表现出显著的增暖趋势，其代表站近100年来线性拟合的增温率分别为0．19，0．16，0．23和0．15℃／10a，研究区平均增温率为0．18℃／10a，冬季达0．21℃／10a，远高于北半球、全球和我国的增温率，但与青藏高原增温率相近。除20世纪10年代和50年代外，研究区气温变化主要取决于冬季温度的变化。研究区近100年来的气温变化经历了70年代以前的相对缓慢升温和以后的显著升温过程，且增温率越来越大。亚洲中部干旱半干旱区的气温变化过程与我国东部地区显著不同，没有出现明显的20～40年代暖期，整个升温过程由6次明显的锯齿状的升温-降温变化过程（即20，40，60，80，90年代和本世纪初气温变化过程）构成，升温阶段持续时间较长，幅度较大，而降温阶段时间短，幅度小，但不论升温还是降温过程，其变化幅度均大于我国东部和全球平均。

亚洲中部干旱区在20世纪两次暖期的表现

利用亚洲中部干旱区1901-2002年近100 a气温及北半球海平面气压、冬季西伯利亚高压强度指数、西风指数资料,分析了20世纪全球变暖的两个较明显时期在该干旱区的响应特征,以及大气环流变化和太阳活动对干旱区气温异常的影响.结果表明:亚洲中部干旱区对20世纪全球发生的两次暖期的响应特征是有显著差异的.对1920-1940年代全球发生的第一次暖期,亚洲中部干旱区整体并没有响应,仅在其东部的季风影响边缘区有响应;而对1970年代以后发生的第二次暖期,亚洲中部干旱区整体都作出了响应.冰岛低压的异常加深、同时北大西洋亚速尔高压的显著增强,西伯利亚高压强度指数的异常减弱,以及西风指数的异常增强是导致亚洲中部干旱区气温偏高的可能原因,可以初步解释研究区整体对20世纪全球两次暖期响应不同的原因.太阳活动作为外部影响因子之一,对干旱区气温的影响是阶段性的,且在百年时间尺度上,二者并没有显著的相关性.

近100年来中东亚干旱区气候异常与海平面气压异常的关系

利用中东亚干旱区近100年(1901—2002年)降水、气温及北半球海平面气压的格点资料,分析了该干旱区冬季、夏季降水和气温与海平面气压分布形势的相关关系,同时对典型的降水和气温异常年份的海平面气压距平场进行了合成分析。结果表明:冬季西北太平洋海平面气压持续增强、阿拉伯海附近维持较高气压时,中东亚干旱区冬季降水偏多、气温偏高。前期春季海平面气压的变化对中东亚干旱区夏季降水有显著的影响,当春季阿留申低压和其南部的西太平洋副热带高压偏强时,中东亚干旱区夏季降水偏多;当春季西太平洋副热带高压位置附近的海平面气压偏高时,中东亚干旱区夏季气温偏低;前期春季海平面气压的异常对中东亚干旱区气候变化的显著影响,对气候预测有很好的指示意义。另外,中东亚干旱区冬季异常多雨、高温年份,海平面气压在中高纬度地区为负距平,在低纬度地区则为正距平。而冬季异常少雨、低温年份,气压场分布的主要特征则相反。在夏季异常多雨年,中东亚干旱区主要位于正的气压距平区,夏季异常少雨年则反之。夏季异常气温偏高年,正距平区主要分布在印度半岛北部,中东亚干旱区西部处于负距平区、东部处于弱的正距平区中。分析结果同时说明了中东亚干旱区易出现冬季多雨/高温(少雨/低温)和夏季多雨/低温(少雨/高温)的气候配置。

干旱区湖滨沉积物中不同粒度石英矿物等效剂量对比

采用双单片再生法在4个湖滨沉积物中测量了不同粒径石英的等效剂量值。实验结果出现两种不同情况,一种是在63–400μm粒度区间,石英的De值基本一致,并随粒度增加略微减小;另一种是在125–300μm粒度区间,石英的De值比较接近,而63–90μm、甚至90–125μm石英的De明显偏小约50%。第一种现象与文献[18]的报道是一致的,后一种现象难以用已有的研究成果进行解释。

阿尼玛卿山地不同海拔青海云杉(Picea crassifolia)树轮生长特性及其对气候的响应

利用位于同一坡面的青海云杉树芯样本,建立了4个海拔高度的树轮宽度指数年表。分析结果表明年表序列特征值大都因海拔而不同,各年表序列对气候因子的相关性在不同高度也表现出一定的差异:树木生长都与前一年10月份月均温显著正相关,与前一年8月份和当年5、6月份月均温显著负相关;与前一年9、10月份和当年5月份的降水量都呈显著正相关,但都随海拔升高呈波状变化。树轮宽度指数与不同时段的温度和温暖指数都呈负相关,表明5～9月是该地区青海云杉生长较为活跃的季节。响应函数分析结果表明该地区低海拔生长的青海云杉受温度和降水的影响都比高海拔生长的更显著,显然不同于以前研究的森林上下限树木的生长模式。4a表主成分中的第一主分量贡献率为81.071%,表明同一坡面影响树木生长的大环境因子是一致的。第一主分量与气候因子的相关分析同样显示出前一年生长季末和当年生长季初的水热组合是树木生长的主要限制因子,区域模拟也进一步证明了这一点。并认清了同一坡面青海云杉树轮记录的共性和差异,为今后树轮采样和研究提供一定的理论依据。

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。

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.

阿尼玛卿山地祁连圆柏径向生长对气候的响应

通过对阿尼玛卿山地5个坡面20个祁连圆柏树轮宽度标准年表的分析,发现公共区间内各树木年轮宽度标准年表中的信噪比SNR和样本总解释量EPS值都较高,说明年表中都含有较强的环境信息;树轮宽度年表之间的平均相关为0.35(大多达到95%的置信程度),具有较好的区域一致性。聚类分析使树木年轮宽度年表分成东、西两大部分,而年表的第一主分量显示出:西部树轮的指数序列明显长于东部即树木生长有自西向东扩展的趋势,并且东、西区域树木生长变化的特征年变化具有同步性。东、西树轮宽度年表中第一主分量和第二主分量与气候因子的相关和响应都表现出一定的相似性,但第二主分量对气候因子响应的差异性更显著。西部树木生长PCI的主要限制因子是温度,尤其当年春末夏初及前一年秋季温度影响最大,同样降水也起着重要的作用,西部树木生长PC2的主要限制因子是降水量;而东部树木生长PC1主要受降水的制约,第二主分量PC2的响应分析显示出气候的滞后影响(树木前期生长)是非常重要的限制因子。

阿尼玛卿山中部高山林线树轮宽度对气候变化的响应

通过对阿尼玛卿山地中部高山林线祁连圆柏树木年轮宽度年表的研究,发现高山林线附近的树轮年表中含有较高的气候信息;树木生长与当年7月平均气温呈显著正相关.在对有气象资料记录的1959—2001年间的树木年轮宽度指数与7月平均气温的分析中,发现其间有较好的一致性;但在1976—2001年间,7月平均气温和树木年轮宽度指数在变化趋势和相关性上表现出更好的一致性,且从分析中发现7月平均温度是高山林线分布的制约因子,而7月的低温和多雨则是高山林线树木生长的主要限制因子;高山林线树木生长的193年期间以百年周期和两年准振荡周期最为显著;西北干旱区中普遍存在的20世纪20—30年代“高温干旱期”在这里也很显著,同时该研究也发现1861—1878年是近200年来的7月气温最低和最长的时段.

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.