伏牛山龙池墁南坡油松径向生长对气候变化的响应

树龄是森林结构、成分变化的重要诱导因素,它极大地影响着森林的生长动态乃至分布格局,因此不同年龄尺度的树木径向生长对气候变化的响应研究,对全球气候变化背景下的森林保护和管理有着十分重要的科学意义。油松是我国的特有树种,在我国北方地区广泛分布,河南西部伏牛山地处南北气候过渡的敏感地带,是油松分布的南界。以伏牛山地区龙池墁南坡原始森林的油松树轮为研究对象,依据系统聚类分析将样芯宽度序列分为两个年龄组,最终建立了整体及不同树龄的树轮宽度标准年表（STD）。研究结果表明：（1）树轮标准年表的信噪比SNR和样本总解释量EPS值都较高,说明年表含有较丰富的环境信息;（2）当年5月的水热因子是龙池墁油松径向生长的主要限制因子;（3）老龄油松和幼龄油松的树轮宽度生长变化均呈下降趋势,但是幼龄树的树轮宽度下降幅度远大于老龄树;（4）建立了不同分组油松的生长模型,并基于模型确定了树轮生长的最显著因子,同时也发现幼龄油松对气象因子响应敏感,受到的抑制作用也较为强烈。因此随着全球气候变暖趋势增大,龙池墁低海拔地区将更加不利于幼龄油松的生长,这将影响油松的抚育更新及油松种群在低海拔地区生态群落中的地位,甚至造成油松将向更高海拔地区迁移,这一研究结果也为伏牛山地区的森林管理和抚育更新提供了科学依据。     

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。     

呼伦贝尔沙地樟子松年轮生长对气候变化的响应

以内蒙古呼伦贝尔地区沙地樟子松为样本,建立了樟子松树木年轮宽度年表,应用相关分析和响应函数分析等年轮气候学方法,研究了樟子松径向生长对气候变化的响应。结果表明,樟子松年轮宽度与4月和6—9月平均温度呈显著负相关关系(P<0.05);与各月降水量多呈正相关关系,特别是与当年5—8月的月降水量呈显著正相关关系(P<0.05);树轮年表与前一年10月至当年10月的PDSI均呈显著正相关关系(P<0.05),其中与5月份PDSI的相关性最高。响应函数分析表明,年表与当年6—7月的平均气温、上一年10月和当年5—7月份的降雨存在显著的相关性,与5—7月份PDSI存在较显著的正相关性;综合来看,呼伦贝尔沙地樟子松生长同时受降水和温度的影响,其径向生长与气候因子间的关系属于降水敏感型,为区域降水重建提供了科学基础。     

西大别山小林海黄山松树轮宽度的气候意义

基于树轮年代学研究方法,在鄂、豫、皖交界的西大别山北坡进行黄山松研究,建立了1915—2011年的树轮宽度标准年表（STD）.结果表明： 年表中较高的平均敏感度表明树轮中含有较多的气候变化的高频信息;较高的一阶自相关系数表明树轮生长存在显著的前期生长滞后效应;高信噪比和样本解释总量暗示树轮中含有较多的环境信息.标准年表序列指数与1959—2011年间气象因子的相关分析表明,黄山松树轮宽度生长受生长季末（9—10月）温度、降水量和相对湿度的影响较大;与9—10月帕尔默干旱指数呈显著正相关. 9、10月的水热组合是影响小林海黄山松树轮生长的主要因子.
     

大兴安岭库都尔地区兴安落叶松年轮宽度年表及其与气候变化的关系

基于建立的大兴安岭库都尔地区兴安落叶松树轮宽度年表,分析了兴安落叶松树轮宽度年表与该区温度、降水和帕尔默干湿指数(PDSI)等主要气候因子之间的关系.结果表明:研究区5月和7月的温度与兴安落叶松年轮宽度变化呈极显著负相关关系(P0.01);虽然降水与年轮宽度变化没有表现出显著的相关关系,但6—8月PDSI与年轮宽度变化显著相关(P0.05),说明兴安落叶松的生长明显受区域水热条件共同控制,且以5月和7月最显著.兴安落叶松树轮宽度年表与诸如太平洋年代际振荡(PDO)等大尺度气候系统波动的低频系数和高频系数之间呈显著相关,说明太平洋气候系统的波动对该区树木径向生长具有显著影响.     

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。     

川西高原两种针叶树径向生长对气候因子的响应

基于树轮年代学手段,建立了岷江冷杉和方枝柏树轮宽度标准年表以及混合树种年表,研究川西地区理县凉台沟两种针叶树种径向生长对气候变化的响应,为全球变暖背景下该地区森林生态系统的保护与管理提供依据。结果表明:混合年表中包含了2个单个年表的共同气候信息,其信噪比和样本总体解释量均高于单个年表。与气候因子的相关分析显示,3个年表对气候要素的响应表现出较好的一致性,均对温度响应敏感,尤其是方枝柏最为敏感。相对湿度在5、10月对两树种的限制作用明显强于降水。1994年升温突变后,岷江冷杉宽度年表与月均温的相关性变化最为明显,部分月份由负相关转变为正相关,表明岷江冷杉树木径向生长对温度的响应呈现出不稳定性,但两树种径向生长呈差异性变宽趋势,对气温响应的敏感性减弱。     

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。4 a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。     

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。     

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。     

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。     

开都河流域天山桦树轮宽度年表的建立及其气候响应

利用开都河流域中段采集的天山桦树芯样本,建立了这一采样点的树轮宽度年表。该年表的特征参数与其他地区已有的桦木树轮宽度年表相近,且能较好地反映研究区内天山桦树轮宽度变化的基本特征。该年表与研究区内雪岭云杉树轮宽度年表间的相关分析表明,两者在全频域、高频域及低频域上均存在显著正相关。树木生长气候响应分析结果显示,天山桦树轮宽度与降水量的相关则不显著;而与上年12月呈显著正相关(r= 0.346,P < 0.01,n=59),与当年6月的平均气温呈显著负相关(r=-0.312,P < 0.01,n=60)。该年表存在2.1、4.0a和~50a变化准周期,并且其与3月多元El Nio-Southern Oscillation (ENSO)指数存在相似的变化趋势。     

秦岭北麓油松径向生长对气候变化的响应

以秦岭北麓南五台油松为样本,建立油松树轮宽度标准化年表(STD),研究油松径向生长与气候因子之间的相关性。结果表明: 秦岭北麓油松径向生长与前一年9月及当年5月水分因子呈显著正相关,与前一年11月温度因子呈显著正相关,与前一年10月、当年5月温度因子呈显著负相关。油松径向生长对不同气候因子响应均存在明显的滞后效应。油松径向生长与PDSI干旱指数具有较好的相关性,特别是与前一年9—12月、当年5月PDSI呈显著正相关。回归模型能较好地模拟树轮宽度指数与PDSI之间的关系,油松极宽窄轮的形成主要是干旱作用的结果。综合各种气候指标,PDSI能更好地反映研究区油松径向生长的特征。     

长白山红松年轮细胞尺度参数对气候要素的响应

基于长白山低海拔区的红松年轮样本,建立树轮宽度和细胞尺度参数的7个标准年表;选取部分树轮年表与东岗气象站1959-2007年前一年9月到当年9月的月均气温、月均最高气温、月均最低气温、月降水量进行相关分析;并分析1988年气候突变前后红松年轮指数年表与气候要素的关系,结果表明:所建立的7个标准年表中,细胞个数与轮宽年表的相关性最好;降水和气温都是长白山低海拔区红松树木生长的限制因子,但树轮与降水的相关关系略好于气温,主要表现为与前一年9月和当年5、6月降水的相关达显著水平.细胞大小比轮宽能反映出更多气候信息,主要体现在细胞大小年表与当年3月气温和5月降水呈正相关关系,与当年5月气温呈负相关关系;1988年气温发生升高突变后,树轮对气候要素的响应发生了变化,主要表现为细胞大小对气候要素响应的敏感性降低,与气候要素相关的月份有所提前.     

昌岭山两个优势树种径向生长对气候变化的响应

在气候变暖背景下,树木径向生长对气候变化的响应存在不稳定性。利用采自祁连山东部余脉昌岭山两个优势树种油松和青海云杉的树轮样芯,建立树轮宽度标准年表,通过分析树轮宽度年表与气候要素的相关关系,探讨两个树种径向生长对气候变化的响应。结果表明：（1）油松年表比青海云杉年表包含更多的气候信息,其平均敏感度、标准差、信噪比和样本对总体的代表性等统计量均高于青海云杉标准年表。（2）气候要素对不同树种径向生长限制程度不同,油松径向生长主要与降水（前一年9月和当年3-8月）和气温（前一年9月）有关,但对降水的响应更为敏感,而青海云杉径向生长则受到气温（当年9月）和降水（前一年9月、当年3月和7月）的共同作用。（3）气温突变后,油松和青海云杉年表与各气温要素的相关性显著增强,而青海云杉年表与气温要素的相关性变化更明显,指示了青海云杉径向生长对气温的响应更不稳定。（4）生长季平均最低气温的升高诱导的干旱胁迫是油松和青海云杉树木径向生长-气温响应变化的主要原因。     

树轮记录的贺兰山区近百年来的干旱事件

利用采自东亚夏季风最北缘、地处干旱-半干旱地区的贺兰山区的树轮样芯,建立了贺兰山地区最近93年来的树轮宽度年表。与气象观测记录的相关分析结果表明,降水是限制贺兰山区树木生长的主要因素,其中5~7月份的降水与树轮宽度呈显著正相关关系,相关系数为0.522(通过95%的信度检验)。在贺兰山的树轮宽度记录中有两个主要的低生长期即20世纪20年代和70年代末到90年代末,这两个低生长期均与该区域的干旱事件相对应。通过分析还发现在干旱事件中不仅出现低降水而且同时与高气温相伴。也就是说在干旱时期内,高温和低降水的水热组合对树木影响十分显著,从而由单纯降水减少变为一种低降水高蒸发的环境,加剧了气候的干旱程度从而使树木生长出现低的生长期,形成窄轮。这种水热组合引起树轮宽度的变化对于理解过去干旱事件及其过程具有重要意义。     

西昆仑山两种针叶树种径向生长及其对气候变化的响应

利用西昆仑山的雪岭云杉和昆仑圆柏树芯样本,建立其树轮宽度年表。通过分析两种针叶树种树木径向生长特征与气候要素的相关关系,探讨了树种间的树木生长气候响应异同及响应关系的稳定性。结果表明：研究区域内的雪岭云杉和昆仑圆柏年表间存在显著正相关。两种针叶树种在1994年气温突变前树轮宽度年表指数和基部断面生长增量（BAI）呈上升趋势,在气温突变后年表和BAI则呈下降趋势,并且昆仑圆柏的树木径向生长速率高于雪岭云杉。与气候要素的相关性分析结果表明,雪岭云杉径向生长与上年生长季（5—6月和8—10月）和当年生长季（3—6月和10月）气温呈显著负相关,而昆仑圆柏径向生长与上年10月和当年生长季前期（4—6月）气温呈显著负相关;两者均与当年春季降水呈显著正相关。滑动相关分析结果显示,上年和当年生长季气温对两个树种树木径向生长的负响应在增强,特别是在当年生长季前期更为显著。此外,当年生长季前期降水对树木径向生长的促进作用也在增强。在有可能的气候突变年份（1994年）之后,两种针叶树种对气温和降水的响应敏感性均有所增强,并且雪岭云杉对气温的响应敏感性强于昆仑圆柏,而对降水响应敏感性要弱于昆仑圆柏。     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下, 北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象, 但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)样本建立了树轮宽度年表, 并对年表特征及树木径向生长-气候的动态关系进行了分析。结果表明: 生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子; 树木径向生长与当年4月的气温显著负相关, 与当年6-7月的气温显著正相关; 研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6-7月的气温发生了分异现象, 表现为随着气候变化, 树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强, 而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感, 适合开展树木生长-气候变化的研究; 检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。     

芦芽山华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)树轮宽度年表对气候因子的响应

在芦芽山地区采集3个不同海拔的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii),在传统去趋势的基础上,采用"signal-free"方法对拟合曲线进行修正,避免了中等频率的气候信息引起的拟合偏差,最终建立3个不同海拔树轮宽度标准年表(STD)。同时以10a为界对上述年表进行滤波处理,得到3个低频年表。年表特征值表明,随着海拔升高,年轮平均轮宽变窄,敏感性和高频信息增强,低频信息减弱,这可能与逐渐恶劣的生境有关。中、低海拔年表的低频信息更一致,中、高海拔的高频信息更接近,而高、低海拔无论是标准年表还是高频、低频年表相似性均较差。树轮气候响应分析显示,低海拔STD年表与5月最低温负相关最为显著,STD和低频年表均与5、6月份土壤温度显著负相关,说明生境暖干,树木主要受生长季的干旱胁迫;中海拔STD年表与当年5月最高温正相关最为显著,STD和低频年表与土壤温度相关均不显著,说明生境逐渐变得冷湿,生长季的低温成为树木生长的限制因子;高海拔STD年表与气象要素相关不显著,低频年表与当年4月土壤温度正相关,说明高海拔最为冷湿,并有季节性冻土分布,生长季的土壤低温成为树木生长的限制因子。因此,全球变暖的趋势将更有利于高海拔树木的生长,而低海拔树木的干旱胁迫进一步加剧。     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下,北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象,但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larixsibirica)样本建立了树轮宽度年表,并对年表特征及树木径向生长–气候的动态关系进行了分析。结果表明:生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子;树木径向生长与当年4月的气温显著负相关,与当年6–7月的气温显著正相关;研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6–7月的气温发生了分异现象,表现为随着气候变化,树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强,而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感,适合开展树木生长–气候变化的研究;检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。