利用树木年轮宽度资料重建长白山地区240年来降水量的变化

根据长白山地区水曲柳年轮宽度资料,分析了树木年轮宽度与气候要素的关系,重建了1765年来该地区的降水变化。结果表明:长白山地区近240年降水波动明显,1850年以前降水波动幅度较大,1850—1900年波动比较平稳,并且降水量偏低,1900年以后降水的波动幅度明显增大,且湿润和干旱的持续时间增长,特别是1920年以后,降水波动剧烈;降水减少幅度最大的干旱期是1816—1820年,湿润期是1975—1979年;而1925—1936年和1947—1957年的2个干旱期在持续时间上最为显著。周期分析结果表明,长白山地区降水具有显著的2.64～3.03年、5.28～6.96年以及12.13～22.63年的周期。     

树轮宽度记录的额尔齐斯河上游地区过去291年的降水变化

利用采自额尔齐斯河上游6个采点的西伯利亚云杉(Picea obovata Ledeb)树轮样本建立了区域树轮宽度年表。与气候要素的相关分析表明,该地区树木径向生长主要受降水制约,区域树轮宽度年表与富蕴气象站上年7月至当年6月的降水总量相关显著。在此基础上建立了转换方程,重建了额尔齐斯河上游地区1722—2012年上年7月至当年6月的降水总量,方差解释量高达55.1%(调整自由度后为54.2%)。重建结果显示,该地区过去291年间存在9个降水偏多的时期和8个降水偏少的时期。降水重建序列还存在2.1a和3.2a的显著周期及2.3、21.6、24.3a的较显著周期,并且在1876—1877年及1983年前后发生了降水突变。空间相关分析表明,重建的上年7月至当年6月降水量对额尔齐斯河上游阿勒泰地区的降水量具有很好的空间代表性。此外,重建结果还与周边地区其他基于树轮资料重建的降水序列的干湿变化有较好的一致性。     

1961-2005年东北地区气温和降水变化趋势

利用东北地区96个气象站1961-2005年的日平均气温和日降水量资料,采用线性倾向率法,累积距平法,Mann-Kendall法和Morlet小波分析等方法,对东北地区近45年来的气候变化和突变现象进行了研究.结果表明:近45年来,东北地区年平均气温变化在2.45-5.72℃之间,年均温呈现显著上升趋势,气候倾向率为0.38 ℃/10 a(P＜0.01),1988-1989年间发生了由低温到高温的突变;东北地区四季平均气温均呈现增高的趋势,其中冬季气温增幅最大,气候倾向率达到0.53℃/10 a,夏季气温增幅最小,0.24 ℃/10 a.东北地区年均温和季节均温年代际变化亦呈现明显的增暖趋势,年均温,春季均温和冬季均温均在1981-1990年开始变暖,夏季均温和秋季均温在1991-2000年开始变暖.东北地区气温增暖幅度随纬度的升高而增大,大兴安岭北部和小兴安岭地区是增温最明显的地区,增暖幅度较小的地区为辽河平原,辽东半岛和长白山南部地区.东北地区年降水量变化在430.40-678.72 mm之间,降水量变化趋势不明显,整体呈现减少趋势,气候倾向率为-5.71 mm/10 a(P＞0.05),1981-1990年为降水最多的年代,1982-1983年间发生了降水量由少到多的突变.四季降水量变化呈现不同的趋势,其中春季和冬季降水量呈现增多的趋势,夏季和秋季降水量呈现减少的趋势.降水量减少较明显的地区为辽东半岛和长白山南段,降水量增多较明显的地区为大兴安岭北部和松嫩平原.Morlet小波分析结果表明,东北地区年平均气温存在11a的强显著周期,此外还有24 a和6a尺度的变化周期;东北地区年降水量存在16a的强显著周期和6 a的小尺度变化周期.通过以上分析,近45 a东北地区总体气候呈现明显暖干化趋势.     

近60年气候变化对天童地区常绿阔叶林净初级生产力的影响

基于天童地区1954-2009年日序列气象数据,采用周广胜NPP模型,研究了天童地区近60年气候变化规律及其对常绿阔叶林NPP的影响,结果表明:1)近60年,天童地区月平均气温、降雨量和月参考蒸散量(ET0)在7、8月份明显增加,年平均气温、降雨量和ET0增加趋势十分显著(P<0.001);2)天童地区常绿阔叶林56年NPP的平均值为12.196t.hm-2.a-1,近60年升高趋势极为显著(P<0.0001);3)未来温度升高2℃,降水量增加20%的情景下,该地区常绿阔叶林的NPP将升高15.9%。未来温度升高2℃,降水量减少20%的情景下,NPP将降低4.9%。未来温度升高2℃,降水量不变的情景下,NPP将增加5.5%;4)年降雨量、ET0年均值和年平均气温是影响NPP变化的主要因子。     

1801年以来河南尧山地区油松高温变化及影响机制

基于建立的河南尧山地区油松树轮宽度标准年表,分析了油松径向生长与该地区气温、降水等气候因子之间的关系以及气温升高前后树木生长与平均最高气温间的相关性,结果表明:4—7月平均最高气温与树轮年表的相关系数高达-0.64,是该地区油松径向生长的主要限制因子;气候变暖后树轮年表与9、10月份平均最高气温显著正相关,与2、3月降水显著正相关,与4—7月平均最高气温间的相关性较为稳定。因此,重建了尧山地区1801年来4—7月平均最高气温,其方差解释量达40%(调整自由度后为38.9%)。过去216年的高温重建历史中经历了6个较暖的时期:1801—1825,1845—1853,1876—1889,1922—1944,1957—1975,1996—2013年和5个较冷的时期:1826—1844,1854—1875,1890—1921,1945—1956,1978—1995年,其结果与过去伏牛山龙池曼地区5—7月温度重建序列具有很好的一致性。周期分析结果发现该地区4—7月平均最高气温变化存在着2—4年(ENSO周期)和35.23—48.47年的主要变化周期,小波分析发现在1920年前后气候由长周期变为短周期变化;空间相关分析显示重建的高温序列很好地代表了豫东平原地区的温度变化,同时也发现与北太平洋副热带高压850 hPa上空的温度有非常高的正相关关系,表明豫东高温的波动可能与北太平洋海气振荡有关,这一研究结果为山区森林管理及平原区农业生产提供基础服务数据。     

利用树木年轮宽度资料重建川西卧龙地区过去159年夏季温度的变化

根据川西卧龙地区林线位置岷江冷杉(Abies faxoniana)的年轮宽度资料, 分析了该地区树木年轮宽度与气候要素的关系, 并重建了该地区1850年以来夏季(6-8月份)温度的变化历史。结果表明: 川西卧龙地区在过去159年来的温度变化上, 最为明显的特征是20世纪40年代以来的显著变暖趋势, 而在20世纪40年代以前的温度明显偏低, 主要的低温时期在1850-1870年和1890-1930年。该温度序列的冷暖期与附近地区的冰芯、冰川进退资料, 以及对于夏季温度响应敏感的树轮年表都有着较好的对应关系, 这表明重建序列记录了可靠的区域尺度的温度信号。对重建温度序列的小波分析表明, 较为明显的有2-8年和10-16年的周期, 而这些周期可能与厄尔尼诺-南方涛动气候系统和太阳活动周期有一定的关系。     

神农山白皮松不同龄组年轮-气候关系及PDSI重建

对比来自河南省神农山的不同年龄组白皮松树轮宽度年表特征值,发现敏感性都较高,表明树轮中含有较多的气候信息;树木越老敏感性越大但标准差也越大,幼龄树敏感性降低但信噪比(SNR)和样本总体解释量(EPS)都较老龄树大;整个组的信噪比(SNR)和样本总体解释量(EPS)高于各个年龄组。与气候因子相关结果表现出幼树和老树受温度的限制作用要强于中龄树(尤其是当年5月);树木生长模型显示其方差解释量为53.7%,调整后为48.3%,都通过99.9%的显著检验,表明当年5月和前一年9月的水热组合是树木生长的主要限制因子。各轮宽年表与前一年11月至当年10月的PDSI的相关均明显高于与各月PDSI的相关值,表明水热年组合的影响强于各月的水热组合。利用整个采样点样本建立的树轮宽度标准年表重建的1805—2005年时段的PDSI序列明显凸现出20世纪20—40年代研究区为严重的干旱期;多窗谱分析也表明,神农山地区存在2.3—5.1a、36.6a和78.7a的准周期,其中2.7a、2.8a和78.7a准周期最显著。这些周期性干湿变化可能与太阳活动、季风和ENSO的变化存在一定的关系。     

基于红松树轮重建小兴安岭南麓过去140年6月份平均温度变化

基于建立的小兴安岭南麓红松树轮宽度标准年表,分析红松径向生长与该地区温度和降水间的关系以及1982年升温突变对此相关性的影响。结果表明：6月平均温度与树轮宽度年表在变暖前后始终呈极显著负相关,是该地区红松径向生长的主要限制因子。基于此构建的区域1843—1982年6月平均温度重建方程稳定可靠。重建温度序列的偏暖时期和偏冷时期分别持续7年和29年,偏暖时段为1915—1921年,偏冷时段为1880—1891年和1932—1948年。小波分析结果显示6月平均温度存在2—7a周期变化。空间相关分析结果表明重建温度序列能很好的代表小兴安岭南麓及附近区域的温度变化。本研究拓展了研究区现有的气候数据,可为掌握小兴安岭气候变化规律和科学预测未来气候提供数据支撑。     

河谷澜沧黄杉指示的青藏高原东南地区过去205年干湿变化

利用采集自青藏高原东南地区察隅县低海拔河谷澜沧黄杉建立树轮宽度差值年表。将树轮宽度差值年表与气候因子进行皮尔逊相关分析,利用线性回归方法重建了青藏高原东南地区1812—2016年4—5月帕尔默干旱指数(PDSI)变化(方差解释量为47%)。结果表明: 树轮宽度指数与PDSI指数有良好相关性(r=0.69,P<0.01)。PDSI重建序列存在4个偏湿阶段(1831—1844年、1853—1863年、1938—1948年和1988—2002年)、3个偏干阶段(1864—1876年、1908—1926年和2003—2016年)。与其他序列和历史记录对比分析表明,该重建序列能够较好地指示研究区历史时期干湿变化。空间分析显示,重建序列与青藏高原东南地区 PDSI 指数的变化趋势较为一致,具有很强的空间代表性。多窗谱分析表明,PDSI重建序列具有19～20、3.9、3.2、2.4和2.1年准周期变化特征,这些周期性干湿变化与亚洲夏季风和ENSO活动相关。     

基于太白红杉树轮宽度重建近172年太白山自然保护区7月NDVI

利用太白山自然保护区南北坡采集的太白红杉树轮数据、气象数据和区域NDVI数据进行相关分析,重建太白山自然保护区近172年NDVI变化序列.结果表明: 太白山自然保护区的NDVI年内变化规律与植被生长周期具有一致性,生长季的水热条件是控制NDVI值的主要因素;树轮宽度与植物生长季的NDVI呈显著正相关,7月相关性最强.利用长时间序列的树轮宽度指数重建太白山自然保护区历史时期7月的NDVI变化序列,发现重建的历史时期7月NDVI变化序列存在5个低值时段和5个高值时段,这些时段与秦岭地区的气候变化趋势及旱灾发生记录相对应.重建的太白山自然保护区南北坡7月NDVI变化序列存在60年左右的准周期变化.     

基于树轮宽度数据重建的阴山东部过去399年降水变化

基于阴山东部油松树轮样芯,建立采样区域树轮宽度年表,并计算器测时期(AD 1952—2007)月均温和月降水量与树轮宽度年表的相关系数。结果表明: 树轮宽度年表与上一年9月至当年6月降水量变化的相关性最高(r=0.73,n=56,P<0.01),基于此重建了阴山东部过去399年(AD 1619—2017)上一年9月至当年6月的降水量变化历史。该重建解释了器测时期上一年9月至当年6月降水量54.9%的方差,经“留一法”交叉验证和分段独立检验证明,重建方程稳定可靠。在年代际尺度上,过去399年存在4个湿润时期(AD 1619—1663、AD 1705—1711、AD 1945—1963和AD 1979—2017)和4个干旱时期(AD 1734—1767、AD 1786—1814、AD 1839—1867和AD 1888—1942)。其中,AD 1979—2017是最湿润的时期,而AD 1888—1942是干旱持续最长的时段,包含最干旱时期1920s晚期。功率谱分析显示,过去399年该区降水具有2～7年和125年准周期变化。通过与邻近区域重建对比及空间相关分析表明,本降水重建序列可以较好地代表研究区域的降水变化。     

油松树轮指示的秦岭中部过去194年5—7月NDVI变化

由于归一化差异植被指数(NDVI)观测记录较短,对长时间尺度的NDVI变化研究较少,限制了我们对于全球变暖背景下气候驱动的植被生产力变化及其影响的理解。本研究利用陕西秦岭中部油松树轮样本建立区域树轮宽度指数年表,基于秦岭中部区域年表与5—7月NDVI的较高相关(r=0.624,P<0.01,n=34),利用线性回归模型重建秦岭中部1825—2018年5—7月NDVI变化,方差解释量为38.9%。空间分析表明,重建序列能够较好代表研究区范围内NDVI变化。重建序列表明,秦岭中部过去近194年经历了6个高值期和5个低值期,其中2006—2018年植被生长最好,即在最近的升温停滞期,秦岭中部植被生长呈显著恢复性生长。NDVI低值期与研究区区域干旱事件有着良好的对应关系。小波分析表明,重建序列存在2～4、12～16年准周期。SEA分析表明,重建序列在厄尔尼诺年出现显著下降,而在拉尼娜年事件发生后第1年至第3年出现显著上升。预测油松生长在SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下会略微上升。     

基于雪岭云杉树轮宽度重建过去339年天山中部巴音布鲁克地区夏季NDVI

归一化差异植被指数(NDVI)被广泛应用于植被研究的各个领域,但由于观测时长较短,难以满足长时间尺度的研究需要。基于巴音布鲁克地区雪岭云杉建立了树轮宽度年表(STD),计算年表和NDVI同气象观测数据的相关系数。结果表明:树轮宽度指数和NDVI均与同时段的气象数据具有显著相关。结合宽度年表与6—8月NDVI间的显著正相关(r=0.7,P＜0.01,n=38),使用回归模型重建了研究区过去339年的夏季(6—8月)NDVI变化序列,在1680—2018年,重建序列有4个高植被覆盖时段(1738—1765、1786—1798、1964—1973和2000—2018年)和5个低植被覆盖时段(1690—1714、1825—1834、1850—1880、1895—1920和1945—1955年)。重建结果也反映了天山中部水文气候。与周边重建的对比显示,当开都河径流量增加,且研究区处于较为潮湿的环境时,植被覆盖相对较高,反之植被覆盖偏低。重建序列的极值也捕捉了历史文献中一系列自然灾害。混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型(HYSPLT)后向轨迹模型和风场分析表明,NDVI异常受到西风带来的降水影响。     

利用树木年轮重建赣南地区1890年以来 2-3月份温度的变化

采用树木年轮气候学方法,利用江西赣南地区马尾松(Pinus massoniana)的年轮宽度资料,分析了马尾松径向生长与气候要素变化的相关及响应关系,结果表明赣南地区马尾松径向生长与当年2—3月份的平均温度相关性最高。在响应分析的基础上,重建了江西赣南地区1890年以来2—3月份温度的变化历史。重建序列显示在过去119a中研究区存在3个较为明显的冷期(1892—1906年、1918—1922年、1944—1957年)和3个明显的暖期(1909—1917年、1959—1968年和1998—2008年)。     

Summer temperature variability inferred from tree-ring records in the central Hengduan Mountains,southeastern Tibetan Plateau

Current understanding of the paleoclimatic variability across the Tibetan Plateau (TP) is still limited because of the lack of long-term climatic records. We developed a regional tree–ring width chronology of Picea likiangensis var. balfouriana from the central Hengduan Mountains region, in the southeastern TP. Climate-growth correlation analysis revealed that the current year’s July (cJuly) and the current year’s August (cAugust) mean minimum temperature was the main climatic factor controlling tree-ring growth. Using a linear regression function, we reconstructed this indicator for the past 214 years (1795–2008) to produce the first mean minimum temperature reconstruction for the central Hengduan Mountains. The reconstruction satisfied all statistical calibration and validation tests, and represented 35.9% of the temperature variance recorded over the 1958–2008 instrumental period (34.6% after adjusting for the loss of the degrees of freedom). During the past 214 years, two major cold periods were identified from 1839 to 1853 and 1857–1942, and four major warm periods from 1802 to 1813, 1819–1838, 1972–1981, and 1988–2008. The degree of warming from 1988 to 2008 was unprecedented over the past two centuries. Spatial field correlation with the gridded temperature dataset revealed that our reconstruction captures large-scale regional temperature variations for the southeastern TP and its vicinity. The reconstructed variations were consistent when compared to other regional temperature datasets, historical documents, and records of glacier fluctuations in the surrounding high mountains. This consistency with multiple records suggests that our reconstructed sequence is reliable and it could represent historical large-scale temperature changes on the southeastern TP.     

长白山北坡不同年龄红松年表及其对气候的响应

运用树木年轮气候学方法,研究了长白山北坡红松(Pinus koraiensis)不同年龄年表特征及其与气候因子间的关系,以期揭示年龄因素对年表的潜在影响。结果表明,平均年龄为63a的红松低龄年表与平均年龄为184a的高龄年表对气候的响应明显不同:低龄红松径向生长与当年1、2月月平均温度负相关(P<0.05),同时也受到上年及当年多个月份的月平均最高温度或最低温度的影响,但与降水的相关性未达到显著水平;高龄红松径向生长则与月平均温度间的关系不明显,而与当年1、2、4、6、7、9月的月平均最高温度正相关,与当年4月、9月的月平均最低温度负相关,同时受到上年5月及当年5月月总降水量的影响。因此,年龄因素对红松年表的气候响应方面存在一定影响,且高龄年表对气候响应的敏感性更高,包含有更多的气候信息。     

江西大岗山地区7-9月降水量的重建与分析

根据江西大岗山地区4个采样点的马尾松年轮样本,建立了本地区的综合年轮年表,分析了马尾松径向生长与气候因子变化的相关及响应关系,发现大岗山地区树木径向生长受生长季7—9月降水量影响较显著,呈负相关关系。在响应分析的基础上,首次重建了大岗山地区1892年以来7—9月的降水量,交叉检验表明重建序列是可靠的。重建结果表明,大岗山地区7—9月份降水变化在过去的117年中总体经历了3个偏干时期：1895—1902年,1908—1926年和1944—1985年,和3个偏湿阶段：1903—1907年,1927—1943年及1986—2008年。重建的降水量序列在1921年,1937年及1977年发生明显的方差突变,表明百年以来该地区降水量变化趋势存在阶段性变化。