黄土高原南北样带尺度人工刺槐林对气候响应的敏感性分析

根据黄土高原南北样带尺度的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的年轮宽度资料,分析了该地区刺槐树木生长趋势,以及刺槐年表对气候响应随降雨梯度变化规律。研究结果表明延安以北的刺槐样点(绥德、神木)年轮指数近期趋于下降,树木有生长衰退现象;而延安以南刺槐样点(延安、富县、宜君、永寿)年轮指数近期趋于上升,树木无生长衰退现象。气候响应结果表明,刺槐年表对气候响应均以延安样点最为敏感,表现年表与温度的负相关关系,以及年表与降雨和干旱指数的正相关关系,而延安以北和以南刺槐样点对气候响应敏感性均较低。黄土高原中部延安地区地处森林草原过渡带,刺槐生长对外界环境变化最为敏感,年表中气候信号也较强;延安以南地区地处森林植被带,气候条件较为适宜刺槐林生长,因而年表中气候信号较弱;延安以北地区地处草原植被带,气候条件比较恶劣,刺槐生长对干旱气候已有一定适应性特征,因而年表中气候信号也较弱。     

不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应

利用青海不同生境祁连圆柏树木年轮样本,采用3种不同去趋势方法建立树轮年表,结合青海30个气象站的气象资料,分析不同生境和去趋势方法下祁连圆柏径向生长对气候的响应差异。结果表明,祁连山区,生长季前期的平均气温是祁连圆柏树木径向生长的主要限制性因子,NEP树轮标准化宽度年表与生长季前期冬季平均气温相关最好;在柴达木盆地,生长季降水量是该地区树木径向生长的限制性因子,SPL树轮年表对生长季降水量相关较好;在青南高原,祁连圆柏径向生长对春季温度响应最为敏感,而SPL年表与春季温度呈现明显的负相关关系,相关系数达-0.606;而在青海东部地区,祁连圆柏树木径向生长对气候的响应总体不显著。位于青海西部和北部的柴达木盆地和祁连山区祁连圆柏径向生长受西风气候的影响显著,尤其是柴达木盆地,其气候受西风主导;而青南高原受西南季风影响更为显著,该地区祁连圆柏径向生长同时受西南季风气候和海拔高度两方面影响;在青海东部,祁连圆柏径向生长受东亚季风影响更为显著。     

长白山不同海拔树木生长对气候变化的响应差异

以长白落叶松和红松为例,探讨了长白山地区不同海拔树木生长对气候变化的响应。利用长白山北坡不同海拔4个长白落叶松样点和6个红松样点的树轮宽度资料建立差值年表,通过聚类分析、相关分析和响应分析等方法,研究树木生长特征及其气候响应。结果表明:两个树种年表的平均敏感度、树轮宽度指数的年际变率、信噪比等特征值较高,反映年表含有较强的环境信息。随海拔升高,长白落叶松年表特征值呈先下降后增加的趋势,红松年表特征值则呈先增加后下降的趋势。聚类分析将长白落叶松年表分成高、低海拔两类,红松年表分成高、中、低海拔三类。树木生长对气候响应存在海拔差异。高海拔长白落叶松生长受当年气温影响;低海拔长白落叶松生长对气候存在"滞后响应"。高海拔红松不仅受降水限制,且对气温有"滞后响应";中海拔红松不仅受气温限制,且对降水有"滞后响应";低海拔红松生长主要受气温限制。     

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。     

宝天曼自然保护区不同针叶树径向生长对气候的响应

树木年轮资料能够提供区域内过去长时间的环境和气候信息,成为获取过去气候变化信息的重要手段之一。利用采自宝天曼自然保护区的两种针叶树种油松和华山松树木年轮样本分别建立了油松和华山松树轮宽度标准年表PT和PA,并将油松和华山松样本合并建立了联合树种的区域年表(RC)。3种年表分别与不同气候要素(月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月降水量)及其不同月份组合进行相关分析,结果表明,油松年表PT和华山松年表PA都包含较高的气候信息,且都和生长季不同月份温度显著负相关和降水显著正相关。其中,油松和华山松都与当年4月和5月降水显著正相关,油松还与当年5月的平均最高温度和上年11月最低温显著负相关,与当年3月平均最低气温显著正相关;华山松与上年10月和当年4月的平均最高温度显著负相关,与上年12月和当年7月平均最低温度显著正相关;联合年表RC包含了单个年表PT和PA共同的气候信息,与当年4—5月降水和3月最低温显著正相关,与当年7月最低温和4、5月最高温显著负相关。不同年表与生长季(3—8月)内气候要素月份组合的相关分析也表明联合年表RC包含和单物种年表PT、PA相似的气候信息并加强了PT、PA受当年生长季气候变化影响的公共信号。可见,同一地区的多树种联合年表一定程度上能体现出区域性树木生长对气候变化响应的生态生理特征,为同地区建成多树种联合年表来探讨当地区域性气候变化提供了可行性的理论基础和一定的参考作用.     

不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔雪岭云杉树轮宽度年表对气候的响应

利用新疆东天山高低海拔雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)年轮样本,采用样条函数法、负指数函数法和区域曲线法3种去趋势方法研制树轮宽度标准化年表,通过分析不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔云杉树轮宽度标准化年表特征、年表与气候响应的关系和年表间在不同频域互相关,及其与其它资料对比发现:(1)3种去趋势法对东天山年表质量影响较小,低海拔树轮年表含有更多可靠的气候变化信息。(2)高海拔的雪岭云杉树木径向生长与6—9月平均气温均呈显著正相关,其中标准化树轮年表与7月平均气温相关系数达0.553(P0.01,n=58),夏季温度可能是东天山高海拔雪岭云杉径向生长的主要限制因子;低海拔雪岭云杉树木径向生长与春季降水显著正相关,同时与春季平均气温显著负相关,春季高温和缺水共同作用的春旱可能是影响低海拔雪岭云杉径向生长的主导因子,且负指数函数年表对气候响应更敏感。(3)区域曲线法能够保留树轮标准化年表中更多低频信息,但优势不明显。高低海拔标准化年表在低频域相关系数较大,并和历史干旱事件有很好的对应。在东天山高低海拔雪岭云杉的去趋势方法研究中,负指数函数法比样条函数法和区域曲线法更适合。     

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。     

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.     

小五台山青杨雌雄植株树轮生长特性及其对气候变化的响应差异

近年来逆境导致植物雌雄幼苗的生长出现差异被许多控制实验所证实, 而有关气候变化对雌雄异株植物成树生长的潜在影响尚未引起人们广泛的关注。为进一步揭示气候变化对雌雄植株树木径向和密度生长的不同影响, 该文通过树轮生态学的研究方法, 选择小五台山天然青杨(Populus cathayana)种群为研究对象, 对青杨雌雄植株近30年(1982-2011)的树轮生长特性及其与气候的相关性进行了分析。结果显示: 1)在近30年当地气温不断升高的气候条件下, 雌株的年轮最大密度和晚材平均密度均高于雄株(p < 0.05), 但雌雄植株的径向生长无显著差异; 2)雌雄植株年轮最大密度和宽度差值年表的变化趋势具有一致性, 但在年轮最大密度差值年表的变化上雄株波动幅度大于雌株; 3)青杨雌雄植株年轮密度差值年表对温度响应的月份明显不同。雌株年轮最大密度与当年8月的月平均最高气温显著正相关, 而雄株年轮最大密度与当年1月和4月的气温负相关; 4)生长季前的气候变化对青杨雌雄植株的径向生长均有明显的限制作用。此外, 当年6月的高温对于早材生长的限制作用特别明显。上述结果表明, 雌雄异株植物在树木年轮生长方面对全球气候变暖可能具有不同的响应机制, 雌株比雄株更侧重于密度生长。     

中国祁连山西段青海云杉树轮密度记录的气候信号

树轮气候学是研究过去气候变化的重要手段之一。以往研究表明,树轮密度是生长季温度的重要代用资料。本文建立了祁连山西段青海云杉132～135年的树轮最大密度年表、树轮最小密度年表、树轮晚材平均密度年表和树轮早材平均密度年表,比较了不同密度年表指示的最优气候信号及其季节组合,评估了其作为气候代用资料的潜力与价值。结果表明:树轮晚材平均密度和树轮早材平均密度对于树木生长季气候信号的响应远低于树轮最大密度和树轮最小密度;树轮早材平均密度和树轮最小密度与帕尔默干旱指数有很强的联系,表明树轮早材平均密度和树轮最小密度有成为干旱代用指标的潜力。     

中国东南高海拔黄山松生长对气候的响应——以浙江省九龙山和安徽省牯牛降为例

利用中国浙江省西南部九龙山自然保护区和安徽省南部牯牛降的高海拔黄山松树轮径向宽度资料,分别建立了2个树轮宽度差值年表(RES).由子样本信号强度(SSS)>0.8判定,九龙山年表(JLS01)的可靠时段为1884—2010年,牯牛降年表(GNJ01)的可靠时段为1837—2008年.将采样点周围气象站气象数据做算术平均代表区域气候状况,利用相关函数检验了两年表与区域气象数据的月降水量、月平均温度、月平均相对湿度、月总云量和月日照时数的关系.结果表明： 2个高海拔点树木径向生长主要受夏季(上年6、7月,当年6月)水热条件的影响.九龙山年表与上年6、7月温度呈显著正相关,与上年6、7月和当年6月降水及相对湿度呈显著负相关,与上年7月总云量呈显著负相关,与上年6、7月日照时数呈显著正相关;牯牛降年表与上年7月温度呈显著正相关,与上年7月和当年6月降水及相对湿度呈显著负相关,与上年6月总云量呈显著负相关,与上年7月、当年6月日照时数呈显著正相关.由于高海拔地区温度较低,夏季温度的升高有利于该地区树木生长,同时较多降水对应的高相对湿度、高云量和低日照时数,限制了光合作用产物的合成,导致树木的径向生长受到抑制.
     

Annual Growth Ring Patterns in Brachystegia spiciformis Reveal Influence of Precipitation on Tree Growth1

The availability of exactly dated tree‐ring chronologies is limited in tropical regions. However, these chronologies could contribute widely to studies of the influence of natural and human‐induced factors on tropical forests. We examine the potential for building a chronology based on three sites in the miombo woodland of western Zambia. Brachystegia spiciformis Benth., a dominant species from this vegetation type, is used. Response of the chronology to several climatic factors is examined. All specimens showed very clear growth rings, and cross‐dating between radii of a tree was successful for all trees. Site chronologies could be constructed after cross‐dating of growth ring series of individual trees. The mean growth ring curves of the three sites were significantly similar, allowing for the construction of a regional chronology. Correlation function analysis between the tree‐ring chronology and regional climatic variables revealed that climate at the core of the rainy season, in December and January, has an explicit influence on tree growth. Where precipitation and relative humidity in these months influence tree growth positively, temperature correlates in a negative way. Some 20 percent of the variance in the B. spiciformis tree‐ring chronology is accounted for by wet season rainfall. The successful cross‐dating and correlation between a tree‐ring chronology and climate demonstrated in this study indicate annual ring formation in B. spiciformis trees and sensitivity to climatic conditions.     

千山油松年轮宽度年表的建立及其与气候的关系

以千山油松为样本,建立了年轮宽度标准化年表、差值年表和自回归年表.结果表明,油松年轮宽度与5—7和9—11月温度指标的相关性较高,且与低温呈正相关,其中与7月的极端最低温、9月的平均最低温显著相关.3种年表与上年12月和当年1月的极端最低温、1月的平均最低温呈显著相关,且其与全年、上年12月、当年5月的降水量显著相关,与4月的降水量极显著相关.油松与水汽压、相对湿度的月和年指标均有较强的相关性.蒸发的年指标和绝大部分月指标对油松生长具有负效应,其中4—7月最明显.油松年表的窄化突变佐证了1800年以来的30次主要的旱灾年历史记录.千山油松的生长受全球或半球尺度气候变化的影响.年表与太阳活动存在显著的11、23和50年左右的公共周期,与地磁指标在10、20和45年左右存在共同的周期变化.     

川西米亚罗林区主要树木生长对气候响应的差异

为分析青藏高原东缘半湿润区不同树种树木生长对气候变化的响应规律,于川西米亚罗林区海拔3000 m左右(低海拔)采集铁杉、岷江冷杉、紫果云杉,海拔4000 m左右林线位置(高海拔)采集岷江冷杉、四川红杉,共计182棵树木年轮样芯,建立了不同树种的树轮宽度年表,对不同树种的年轮指数与各月气候因子进行相关分析.结果表明： 在低海拔处,树木生长与4、5月气温呈负相关,与4、5月降雨呈正相关,受到春季干旱胁迫的影响;但树种之间存在显著差异： 铁杉的生长受春季干旱胁迫影响最严重,岷江冷杉次之,紫果云杉所受影响很小.在高海拔处,树木生长主要受生长季温度的影响,岷江冷杉年轮指数与当年2、7月最低气温呈显著正相关,与上一年10月最高气温亦呈正相关;四川红杉年轮指数与5月最高气温呈显著正相关,但与2月均温、3月最低气温呈显著负相关.近几十年青藏高原东北缘气候有干暖化趋势,如果这种趋势持续发生,低海拔紫果云杉长势将超过铁杉和岷江冷杉;高海拔处的升温更有利于岷江冷杉的生长.     

海拔梯度上青海云杉径向生长与气候关系稳定性研究

以祁连山北坡海拔2 700m(分布下限)、3 000m(中部)和3 300m(分布上限)的青海云杉为研究对象,采用长短两种不同步长的样条函数去趋势对1952～1980年和1981～2009年两个时段青海云杉径向生长与气候的关系进行对比分析,以揭示青海云杉年轮中包含的不同频率生长趋势与气候之间的关系及其在海拔梯度上的差异,探讨海拔梯度上气候变化对树木径向生长的影响。结果显示:(1)随着海拔升高,限制青海云杉径向生长的气候因子从降水转变为温度,不同时期的限制因子也发生变化。(2)在海拔2 700m处,上一年12月份平均温度与青海云杉生长的关系发生了分异,小步长的样条函数得到的年表中保留了较多降水信号;海拔3 000m处青海云杉径向生长与上年9月份降水量、平均温度表现出显著正相关关系;海拔3 300m处青海云杉生长与当年夏季降水量呈显著正相关关系,而在后一时段相关关系不显著,与当年春季、夏季的平均温度相关关系不稳定,大步长的样条函数得到的年表中表现出温度与生长关系的分异,且不同海拔青海云杉径向生长的降水量制约趋势变得明显。研究表明,祁连山北坡青海云杉与气候的关系在海拔梯度上存在差异,其对气候变化的响应也存在差异,水分的限制作用随着温度的逐年升高逐渐突出;采用不同步长的样条函数去趋势可以在年表中保留不同的气候信息,从而对分异现象分析结果产生影响,选择合理步长的样条函数进行去趋势才能得到合理准确的分析结果。     

川西亚高山不同年龄紫果云杉径向生长对气候因子的响应

运用树木年轮气候学的基本方法,建立王朗自然保护区紫果云杉在集中分布上限区域的年轮宽度年表,选取差值年表分析不同年龄云杉的径向生长同逐月气候因子的相关及响应关系,结果显示:幼龄组云杉年表的敏感度高于中龄组和老龄组云杉,幼龄组云杉对生长季前及生长季的气温状况显著正相关;中龄组云杉年表仅与当年4月份和7月份的月平均最低气温显著正相关;老龄组云杉的年轮宽度指数同上年生长季(上年8月份)的月平均气温和月平均最低温显著负相关,上年生长季高温的"滞后效应"在老龄组云杉体现的更为突出;幼龄组与中龄组云杉对当年6月份降水持续增加显示出明显的负相关关系,上年12月份的降水会对幼龄组和老龄组云杉径向生长不利。研究表明幼龄组云杉包含的气候信息要优于中龄组和老龄组云杉,在该区域进行相关研究时应根据研究需要选取不同年龄跨度的云杉年表。     

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。     

祁连山中部地区树轮宽度年表特征随海拔高度的变化

利用采自祁连山中部地区不同海拔高度的四个采样点的青海云杉树轮样芯 ,分别建立了树木年轮宽度年表。发现随海拔高度的上升 ,树轮宽度指数的振幅减小 ,年表的平均敏感性降低 ,样本间的一致性也逐步减小 ,上限年表与气候因子的相关性最低 ,这与目前大家普遍认同的上限树木的生长受温度控制的概念并不一致。进一步的分析表明 ,年表的敏感性随海拔高度降低主要是由于该区域树木生长的限制因子是春季降水 ,而降水随海拔高度的升高而增加 ,从而使得春季降水对树木生长的限制作用随海拔升高而逐步减弱 ;生物学指标的测定结果表明 ,生长在高海拔的树木对环境的生态适应策略发生变化 ,其生理代谢维持在较低水平 ,以避免环境变化带来的影响 ,因此生长在高海拔的青海云杉对环境变化的敏感性较差。