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)。     

北亚热带马尾松年轮宽度与NDVI的关系

北亚热带地处暖温带向亚热带的过渡地区,对环境变化较为敏感。因此,研究北亚热带马尾松年轮宽度与森林NDVI的关系对于揭示陆地生态系统对全球气候变化的响应具有重要意义。以马尾松自然分布北界的南郑县和河南省鸡公山自然保护区为研究地点,利用北亚热带马尾松年轮宽度指数和1982-2006年逐月NOAA/AVHRR的归一化植被指数(NDVI)数据及气候数据,在分析年轮宽度及NDVI与气候因子关系的基础上,重点讨论了北亚热带马尾松径向生长与NDVI之间的关系。结果表明:北亚热带NDVI受水热条件的共同控制,其中与月均温相关性较强,且以正相关为主,与月降水量和干旱度指数多负相关;马尾松的径向生长与上一生长季的温度呈正相关,降水和干旱度指数为负相关,当年生长季内的温度和降水以促进作用为主,而与干旱度指数的关系在两地区内相反;南郑县和鸡公山地区年轮宽度与NDVI年值之间关系均不显著(P>0.05)。单月来讲,南郑县3、4、12月NDVI值与年表显著相关,鸡公山地区9月份的NDVI值与差值年表RES相关性最大;南郑县树木生长受温度影响最大,而鸡公山地区受温度和降水的综合作用。因此,在北亚热带地区,长时间序列的年轮宽度数据并不能很好反应NDVI的长期变化,利用树轮宽度指数来重建北亚热带地区NDVI需要进一步研究。     

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。     

伏牛山南坡3种针叶树径向生长对气候变化的响应

伏牛山地处暖温带北亚热带过渡区，多种植物交汇分布且对气候变化较为敏感，但对于不同针叶树生长对气候变化响应的异同还不完全清楚。本研究以伏牛山南坡油松、华山松和马尾松为对象，分别建立3种针叶树的胸高断面积增量(BAI)指数年表，分析其生长趋势和对气候变化的响应规律。结果表明：油松、华山松和马尾松的径向生长有相似的变化趋势；不同BAI指数年表间较大的Gleichlufigkeit指数也表明，3种针叶树的生长变化有较强的相似性。Pearson相关分析表明，3种针叶树的径向生长对气候的响应存在一定的相似性，均与上一年12月和当年6月降水量呈显著正相关，与当年6月气温和9月降水量呈显著负相关。3种针叶树的生长对气候变化的响应还存在一定的差异性，其中，马尾松的生长与当年3月气温呈显著负相关，与当年3月降水量呈显著正相关，而华山松和马尾松的生长与当年8月平均最高温呈显著负相关。滑动相关分析表明，3种针叶树的生长与气候因子响应关系的稳定性也具有一定的相似性，3种针叶树的生长与上一年12月降水量的正相关关系均逐渐增强，而与当年9月降水量的负相关关系均逐渐增强。马尾松对气候因子的敏感性和稳定性相对较强，全球...     

江西大岗山林区樟树年轮对气候变化的响应

采用ARSTAN软件对江西大岗山林区樟树年轮生长趋势进行去除和指数化后,建立了樟树年表,并研究了樟树年轮宽度对气候变化的响应.结果表明：所建樟树年表包含了丰富的环境气候信息,适于进行树木年轮生态学分析研究;研究区樟树年轮宽度与生长季的月均温度呈正相关,其中,与4、5月的平均温度呈显著相关关系（P<0.05）;樟树年轮宽度与月降水量的相关性较复杂,与当年5月（P<0.01）及上年12月（P<0.05）降水量呈显著负相关,与当年6月和8月降水量呈显著正相关（P<0.05）;樟树年轮宽度与当年5、6、8和9月湿润度指数的相关性较好.温度和降水的综合影响显著作用于大岗山樟树年轮生长.     

不同海拔和坡向马尾松树轮宽度对气候变化的响应

以马尾松树轮样芯为材料,利用树木年代学方法分别建立低海拔(260 m)、中海拔(460 m)、高海拔(690 m)及阳坡(270 m)、阴坡(265 m)处马尾松标准及差值年表,将树轮宽度指数与气候因子进行相关及冗余分析,并建立马尾松径向生长量与气候要素的最优多元回归模型,分析福建将乐地区树木径向生长特征及其与气候的关系随海拔及坡向的变化规律.结果表明:该区域马尾松径向生长在海拔梯度上主要受降水量影响,在坡向水平主要受温度影响;120个气候变量中,上年12月降水量及当年2月极端最低气温分别在海拔及坡向处与马尾松径向生长呈显著负相关.该研究定量描述气候变化对亚热带地区马尾松径向生长的影响,为气候变暖背景下将乐地区马尾松林的栽植及管理提供科学依据.     

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。     

北亚热带生长期温度对马尾松径向生长的影响

近几十年由于温度升高导致的植物生长期的延长已经得到了证实,虽然生长期的长短变化会引起树木生产力变化,但不同起始温度的生长期对树木径向生长的影响尚不明确.为了探索不同起始温度的生长期变化对马尾松生长的影响,找出马尾松生长的敏感温度,本研究选择北亚热带西北边缘汉中地区的老龄马尾松为对象,应用树木年轮学的方法得到了马尾松从1945年到2009年的年轮宽度指数;同时利用汉中气象站的日均温度,计算每一年不同温度的初日、终日、持续时间以及生长期活动积温;分析生长期的变化规律和不同温度生长期对马尾松生长的影响.结果表明:6.0℃-7.5℃的开始时间对年轮宽度有负影响,6.0℃的初日对马尾松的生长最明显,10.5℃的终日时间对生长有显著促进作用;10.0℃和10.5℃的生长期与马尾松生长正相关最为显著,生长期活动积温对生长的影响也较为显著.这些敏感温度分别对应马尾松春季开始萌动、针叶出现以及秋季形成层活动停止时的温度,说明温度的变化导致物候期的变化进而影响植物的年生长量.     

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。     

基于日均温度的华山松径向生长敏感温度研究

树干木质部形成周期与温度密切相关,存在影响形成层活动的敏感温度,但是尚未研究尝试从树木年轮中探索影响径向生长的敏感温度。华山主峰的华山松径向生长对气候变化较敏感,且华山西峰的气象站记录了1953年以来气象资料,这为探索树木径向生长与温度的关系提供了宝贵的材料。以华山主峰的华山松年轮资料和日值温度资料为基础,通过分析历年日平均温度的变化过程和年轮宽度、早材宽度、晚材宽度、最小密度以及最大密度的相关性,尝试探索华山松径向生长与日均温度变化的关系。结果表明春季一定温度的初日时间对华山松径向生长有较大的影响,其中3 ℃和8 ℃初日时间和持续时间对年轮宽度的促进作用最明显,而3 ℃对早材宽度影响较大,8℃初日时间对晚材的影响较大;高于11 ℃的温度会对华山松的径向生长造成限制,其中以11 ℃的作用最明显;而温度的终日时间对年轮特征影响较小。说明3 ℃是早材形成的敏感温度,8 ℃是晚材形成的敏感温度,温度高于11 ℃会对华山松的径向生长构成胁迫。这证明华山松年轮特征中包含了较多的气候信息,形成层活动和木质部的生长存在阈值温度,通过分析不同温度的生长期与年轮特征的关系可以找到影响华山松径向生长的敏感温度。这些敏感的温度是通过什么生理过程影响木质部的形成尚无法得知,但是这为解释树木生长对全球温度升高的响应以及利用华山松年轮重建历史气候提供了重要依据。     

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。     

六盘山地区油松树轮宽度年表与多尺度标准化降水指数的关系

研究利用在六盘山地区采集的油松树轮样芯建立树轮宽度标准年表(STD),分别与不同长度时间单元(月、半月、旬)和多时间尺度的标准化降水指数(SPIn)序列进行相关性分析。油松标准年表与不同长度时间单元SPI的相关结果显示,较小的时间单元会使相关性表达更加精确,而时间单元过小则会因为数据波动性增大而导致相关关系弱化。因此,相较于月和旬,半月是相关性分析更为合适的时间单元长度。油松标准年表与多时间尺度SPI的相关结果显示,SPI多时间尺度的特性有助于揭示油松径向生长对不同时间尺度水分状况的响应特征,且油松在不同生长时期对于不同时间尺度水分状况具有相异的响应机制。在温度较低(0℃)的冬季,短时间内的降水并不利于树木生长,而长时间良好的水分储备会为树木生长季需水提供保障;在生长季前期,长时间良好的水分状况比短期内的降水更有利于树木的生长;在生长季,补给性水分和土壤水分都对树木生长起着至关重要的作用。     

Climatic response of three tree species growing at different elevations in the Lüliang Mountains of Northern China

In this study, we present the results of a dendroclimatological investigation of three coniferous tree species, Larix principis-rupprechtii, Picea meyeri and Pinus tabulaeformis, growing along an altitudinal gradient at the Lüliang Mountains in Northern China. Totally five tree-ring width chronologies were developed to explore the climate-growth responses of these tree species. No obviously regular trend associated with the increase of elevation was found by comparing the statistical characteristics of the chronologies. Correlation analysis indicated that the chronologies from lowerest to middle-high sites (SZ, BWD, BDGL and BDGP, respectively) were highly correlated, and different species from the same site showed the highest correlation. Growth–climate analysis indicated that the chronology of Larix principis-rupprechti at the uppermost site near the tree line (XWS) did not exhibit a significant response to the seasonal climatic factors, whereas the other four lower chronologies were consistently and significantly influenced by both the mean temperature from May to July and the total precipitation from March to June, regardless of tree species and elevation. The similarity of the tree growth–climate relationships of different species growing at different elevations (except that from the tree line) suggests that the trees in this region can provide common regional climate information, and combinations of multiple species (RC) are more successful in reconstructing the climate data than single species. The results of this research are very crucial for the future forest management and dendroclimatological sampling strategy in the arid to semi-arid area of northern China.     

Individual and time-varying tree-ring growth to climate sensitivity of Pinus tabuliformis Carr. and Sabina przewalskii Kom. in the eastern Qilian Mountains, China

Individual tree-ring width chronologies and mean chronologies from Pinus tabuliformis Carr. (Chinese pine) and Sabina przewalskii Kom. (Qilian juniper) tree cores were collected and analyzed from two sites in the eastern Qilian Mountains of China. The chronologies were used to analyze individual and time-varying tree-ring growth to climate sensitivity with monthly mean air temperature and total precipitation data for the period 1958–2008. Climate–growth relationships were assessed with correlation functions and their stationarity and consistency over time were measured using moving correlation analysis. Individuals’ growth–climate correlations suggested increased percentages of individuals are correlated with certain variables (e.g., current June temperature at the P. tabuliformis site; previous June, December and current May temperature and May precipitation at the S. przewalskii site). These same climatic variables also correspond to the mean chronology correlations. A decreased percentage of individuals correlated with these climatic variables indicates a reduced sensitivity of the mean chronology. Moving correlation analysis indicated a significant change over time in the sensitivity of trees to climatic variability. Our results suggested: (1) that individual tree analysis might be a worthwhile tool to improve the quality and reliability of the climate signal from tree-ring series for dendroclimatology research; and (2) time-dependent fluctuations of climate growth relationships should be taken into account when assessing the quality and reliability of reconstructed climate signals.     

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。     

Development of tree-ring width chronologies and tree-growth response to climate in the mountains surrounding the Issyk-Kul Lake,Central Asia

Three tree-ring width chronologies were developed from 75 Picea schrenkiana trees ranging from low- to high-elevation in the mountains surrounding the Issyk-Kul Lake, Northeast Kyrgyzstan. The reliable chronologies extend back to the mid-18th and late-19th centuries. Spatial correlation analysis indicates that the chronologies for the relatively high-elevation trees contain large-scale climatic signals, while the chronology at relatively low elevation may reflect the local climate variability. The results of the response of tree growth to climate show that these chronologies contain an annual precipitation signal. Furthermore, the influence of temperature indicates mainly moisture stress that is enhanced with rising elevation. The tree-ring records also captured a wetting trend in eastern Central Asia over the past decades. These new tree-ring width chronologies provide reliable proxies of precipitation variability in Central Asia and contribute to the International Tree-Ring Data Bank.     

An Ensemble Weighting Approach for Dendroclimatology: Drought Reconstructions for the Northeastern Tibetan Plateau

Traditional detrending methods assign equal mean value to all tree-ring series for chronology developments, despite that the mean annual growth changes in different time periods. We find that the strength of a tree-ring model can be improved by giving more weights to tree-ring series that have a stronger climate signal and less weight to series that have a weaker signal. We thus present an ensemble weighting method to mitigate these potential biases and to more accurately extract the climate signals in dendroclimatology studies. This new method has been used to develop the first annual precipitation reconstruction (previous August to current July) at the Songmingyan Mountain and to recalculate the tree-ring chronology from Shenge site in Dulan area in northeastern Tibetan Plateau (TP), a marginal area of Asian summer monsoon. The ensemble weighting method explains 31.7% of instrumental variance for the reconstructions at Songmingyan Mountain and 57.3% of the instrumental variance in the Dulan area, which are higher than those developed using traditional methods. We focus on the newly introduced reconstruction at Songmingyan Mountain, which showsextremely dry (wet) epochs from 1862–1874, 1914–1933 and 1991–1999 (1882–1905). These dry/wet epochs were also found in the marginal areas of summer monsoon and the Indian subcontinent, indicating the linkages between regional hydroclimate changes and the Indian summer monsoon.     

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。     

不同去趋势方法对树轮年表气候信号的影响——以卧龙地区为例

基于川西卧龙地区林线位置岷江冷杉(Abies faxoniana)的树轮宽度数据, 结合地面气象站和空间网格化气象数据, 对不同去趋势年表对气候条件的响应特征进行了比较分析。研究表明: 不同去趋势年表的气候响应特征具有很大的相似性, 具体表现为前一年9月份、当年3月份和7月份的气温, 以及前一年10-12月份的降水、当年4月份和7月份的降水对树木生长的正影响作用; 前一年11月份到当年3月份的相对湿度, 以及当年2-3月份和7-8月份的霜冻频率对树木生长的负影响作用。从不同去趋势方法对气候响应的异质性特征来看, 保守曲线、67%样芯长度步长、60年步长和90年步长的平滑样条函数去趋势年表间具有很强的相关性, 对气候响应也最明显, 特征基本一致。30年步长的平滑曲线去趋势年表与其他去趋势年表的相关性较弱, 与气候要素的相关性也明显较小。另外, 未经去趋势处理的树轮宽度年表统计参量数值要明显高于去趋势年表, 它与气候要素的相关特征也基本反映出川西卧龙地区树木生长对气候响应的基本特征。