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.     

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。     

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。     

广东阳春现代樟树树轮宽度变化及其对气候因子的响应

树木年轮方法定年准确、连续性强、分辨率高和易于获取复本等 ,成为全球气候变化研究的重要手段之一。在热带、亚热带地区 ,受树木生理特性的影响 ,树轮研究工作开展较少。通过广东阳春过渡热带现代樟树树木年轮宽度的变化 ,发现秋季降水是影响研究区樟树生长的重要因子。树轮记录的准 4～ 4 .92 a周期的树轮指数变化可能与厄尔尼诺的周期有关 ,即厄尔尼诺引起气候变化对树木生长产生影响。尽管樟树生长快 ,树轮不清晰 ,交叉定年困难 ,但由于研究区存在明显的旱季 ,樟树树轮仍然能够在一定程度上反映气候条件的影响。     

油松(Pinus tabulaeformis)树轮宽度与气候因子统计相关的生理机制——以贺兰山地区为例

通过分析贺兰山地区气候因子的变化特征,并且参考北美、俄罗斯的研究结果,确定了Vaganov-Shashkin生理响应模型的参数,并根据研究区的实际情况对参数作了相应修正,得出两组不同的参数,两组参数拟合出相同的结果,说明模型内在的机理是稳定的,更能反映出它的生理学特性。对树轮宽度序列和气候因子进行相关分析,发现比较明显的相关有与5～8月份降水的正相关,与5～8月份温度的负相关,与9、10月份温度的正相关。模型分析结果认为,从5月中旬到8月底,降水不能满足树木生长的需要,故形成树轮宽度与该时段降水的正相关,而在这个时段,由于温度和降水呈负相关,表现为树轮宽度与温度的负相关,其实这在很大程度上是一种间接的相关。到9月份,由于温度下降比较明显,这时树木生长的主要控制因素已转化为温度,所以形成了与9、10月份温度的正相关。模型分析还发现,树轮宽度的形成与生长结束时间相关性强,而与生长开始时间的关系不明显。     

油松(Pinus tabulaeformis)树轮宽度与气候因子统计相关的生理机制--以贺兰山地区为例

通过分析贺兰山地区气候因子的变化特征,并且参考北美、俄罗斯的研究结果,确定了Vaganov-Shashkin生理响应模型的参数,并根据研究区的实际情况对参数作了相应修正,得出两组不同的参数,两组参数拟合出相同的结果,说明模型内在的机理是稳定的,更能反映出它的生理学特性.对树轮宽度序列和气候因子进行相关分析,发现比较明显的相关有与5～8月份降水的正相关,与5～8月份温度的负相关,与9、10月份温度的正相关.模型分析结果认为,从5月中旬到8月底,降水不能满足树木生长的需要,故形成树轮宽度与该时段降水的正相关,而在这个时段,由于温度和降水呈负相关,表现为树轮宽度与温度的负相关,其实这在很大程度上是一种间接的相关.到9月份,由于温度下降比较明显,这时树木生长的主要控制因素已转化为温度,所以形成了与9、10月份温度的正相关.模型分析还发现,树轮宽度的形成与生长结束时间相关性强,而与生长开始时间的关系不明显.     

玉龙雪山不同海拔丽江云杉径向生长对气候变异的响应

为研究滇西北高原树木径向生长与气候关系随海拔的变化规律, 分别在玉龙雪山低、中、高海拔采集丽江云杉(Picea likiangensis)年轮样本, 建立了不同海拔丽江云杉树轮宽度残差年表, 将年轮指数与气候因子进行响应分析、冗余分析以及滑动响应分析。结果表明: 玉龙雪山丽江云杉径向生长受气温和降水共同影响, 但不同海拔径向生长响应模式存在差异。其中当年1-3月降水与不同海拔丽江云杉径向生长均呈显著正相关关系; 当年生长季后期降水与中、低海拔树木生长呈显著负相关关系, 与高海拔树木生长呈显著正相关关系; 中、低海拔树木生长还受当年春季干旱胁迫; 而当年7月气温升高促进高海拔丽江云杉生长。冗余分析与响应分析结果基本一致, 说明冗余分析能够有效量化树轮宽度指数与气候因子的关系。滑动响应分析显示气温和降水在小时间尺度上的变化也会影响树木生长。结合不同海拔丽江云杉生长对气候因子的响应模式及未来气候预测, 玉龙雪山高海拔丽江云杉生长将得到加强, 而中、低海拔丽江云杉生长则表现出不确定性。     

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。     

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。     

Radial growth responses of Picea likiangensis to climate variabilities at different altitudes in Yulong Snow Mountain,southwest China

为研究滇西北高原树木径向生长与气候关系随海拔的变化规律, 分别在玉龙雪山低、中、高海拔采集丽江云杉(Picea likiangensis)年轮样本, 建立了不同海拔丽江云杉树轮宽度残差年表, 将年轮指数与气候因子进行响应分析、冗余分析以及滑动响应分析。结果表明: 玉龙雪山丽江云杉径向生长受气温和降水共同影响, 但不同海拔径向生长响应模式存在差异。其中当年1-3月降水与不同海拔丽江云杉径向生长均呈显著正相关关系; 当年生长季后期降水与中、低海拔树木生长呈显著负相关关系, 与高海拔树木生长呈显著正相关关系; 中、低海拔树木生长还受当年春季干旱胁迫; 而当年7月气温升高促进高海拔丽江云杉生长。冗余分析与响应分析结果基本一致, 说明冗余分析能够有效量化树轮宽度指数与气候因子的关系。滑动响应分析显示气温和降水在小时间尺度上的变化也会影响树木生长。结合不同海拔丽江云杉生长对气候因子的响应模式及未来气候预测, 玉龙雪山高海拔丽江云杉生长将得到加强, 而中、低海拔丽江云杉生长则表现出不确定性。     

Recent decline of high altitude coniferous growth due to thermo-hydraulic constrains: evidence from the Miyaluo Forest Reserve,Western Sichuan Plateau of China

Tree growth decline has been reported in many places around the globe under the context of increasingly warming climate, and strengthening drought intensity is detected to be the primary factor for such decline, particularly in northern forest sites, as well as arid and semi-arid areas. Yet, the forest growth decline in high altitude, high mountain sites certainly merits investigation. Here, we reported faxon fir (Abies fargesii var. faxoniana) forest growth decline (slope = -0.64) at the tree line (4150 m above sea level) in Miyaluo Forest Reserve (MFR) at the Western Sichuan Plateau, southwestern China since 2000. We investigated the cause of tree growth decline by applying dendrochronological approaches. We took tree-ring samples from fir trees at the tree line and developed tree-ring width (TRW) chronology. The tree growth – climate relationship analysis showed that maximum temperature (Tmax) was the primary factor limiting the radial growth of fir trees in the investigated area. The moving correlation analysis indicated the strengthening positive influence of Tmax, spring precipitation, and cloud cover during winter and monsoon period on radial growth since 2000s. Our results have shown that both thermal and hydraulic constrains accounted for the radial growth decline of fir trees at the tree line of MFR in the western Sichuan Plateau.     

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。     

Responses of tree-ring growth and crop yield to drought indices in the Shanxi province,North China

In this paper, we analyze the relationships among the tree-ring chronology, meteorological drought (precipitation), agricultural drought (Palmer Drought Severity Index PDSI), hydrological drought (runoff), and agricultural data in the Shanxi province of North China. Correlation analyses indicate that the tree-ring chronology is significantly correlated with all of the drought indices during the main growing season from March to July. Sign test analyses further indicate that the tree-ring chronology shows variation similar to that of the drought indices in both high and low frequencies. Comparisons of the years with narrow tree rings to the severe droughts reflected in all three indices from 1957 to 2008 reveal that the radial growth of the trees in the study region can accurately record the severe drought for which all three indices were in agreement (1972, 1999, 2000, and 2001). Comparisons with the dryness/wetness index indicate that tree-ring growth can properly record the severe droughts in the history. Correlation analyses among agricultural data, tree-ring chronology, and drought indices indicate that the per-unit yield of summer crops is relatively well correlated with the agricultural drought, as indicated by the PDSI. The PDSI is the climatic factor that significantly influences both tree growth and per-unit yield of summer crops in the study region. These results indicate that the PDSI and tree-ring chronology have the potential to be used to monitor and predict the yield of summer crops. Tree-ring chronology is an important tool for drought research and for wider applications in agricultural and hydrological research.     

树木年轮宽度与气候变化关系研究进展

 树木的生长和立地环境密切相关并受多种气候因子的影响。树木年轮宽度的增加与温度、降水、太阳辐射、CO2浓度等气候因子有着复杂的相关关系。在干旱或半干旱地区,温度是限制树木生长的重要气候因子。生长季开始时最低温度的升高有利于延长生长季,与年轮宽度正相关;但是当生长季温度过高时,即使降水非常充裕,当年也只能形成窄年轮。生长季的温度过高则会加快土壤蒸发失水量并提高蒸汽压差,使土壤水分不足而不利于树木生长,因而生长季的高温多表现为与年轮宽度的负相关。生长期内降水量与树木的径向生长也成正相关,但当生长季的降水量充足或过多时,降水对树木径向生长不相关或负相关。受温度和降水共同调控的土壤湿度是树木径向生长的主要限制因子,良好的水分状况对树木生长起决定性作用。某一地区的太阳辐射能量高常会导致高温少雨,故高强度的太阳辐射使表土的湿度降低而不利于树木的径向生长。而在受季风影响的地区,树木年轮宽度的增加与当年雨季的气候变化关系不大。当年季风到来之前的气候（温度和降水）是树木生长的主要限制因子。有关CO2浓度的升高对树木生长的影响,研究的结果很不一致。一些温室实验及田间控制实验证明,CO2浓度的升高能对短命的一年生草本植物和植物幼苗产生“施肥效应”,并有利于其生长;还有些研究证明CO2浓度的升高能使高海拔地带的树木年轮宽度增加;但也有些研究认为CO2浓度的升高对生长在自然条件下的自然植被影响不大。近年来,有关树木径向生长和气候变化的研究越来越引起人们的关注,相关研究也取得了较大的进展。这些研究在帮助人们了解和研究古气候变化对森林植被的影响,以及预测未来全球变化对陆地生态系统的影响等方面有重要的理论和现实意义。综述了气候变化对树木年轮宽度影响的研究进展和应用,并概述了研究方法和发展前景,希望能加快和拓宽这一领域的发展。     

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。     

Teleconnection between tree growth in the Amazonian floodplains and the El Niño–Southern Oscillation effect

There is a limited knowledge about the El Niño–Southern Oscillation (ENSO) effects on the Amazon basin, the world's largest tropical rain forest and a major factor in the global carbon cycle. Seasonal precipitation in the Andean watershed annually causes a several month‐long inundation of the floodplains along the Amazon River that induces the formation of annual rings in trees of the flooded forests. Radial growth of trees is mainly restricted to the nonflooded period and thus the ring width corresponds to its duration. This allows the construction of a tree‐ring chronology of the long‐living hardwood species Piranhea trifoliata Baill. (Euphorbiaceae). El Niño causes anomalously low precipitation in the catchment that results in a significantly lower water discharge of the Amazon River and consequently in an extension of the vegetation period. In those years tree rings are significantly wider. Thus the tree‐ring record can be considered as a robust indicator reflecting the mean climate conditions of the whole Western Amazon basin. We present a more than 200‐year long chronology, which is the first ENSO‐sensitive dendroclimatic proxy of the Amazon basin and permits the dating of preinstrumental El Niño events. Time series analyses of our data indicate that during the last two centuries the severity of El Niño increased significantly.     

中国北方气候干湿变化及干旱演变特征

利用中国北方15个省(区、市)320个气象站1960—2014年逐月降水量资料,运用标准化降水指数(SPI)、标准差和相关分析等方法,基于不同时间尺度,对近55年来中国北方及不同干湿区气候干湿时空变化特征进行分析,并从干旱站次比、干旱强度等方面分析了年际干旱的时空变化特征。结果表明:(1)1960—2014年中国北方地区整体呈变干趋势,年际干旱站次比和干旱强度在同步波动中均呈下降趋势。(2)1960—2014年北方地区春季和冬季呈湿润化趋势,冬季湿润化趋势最明显,夏季和秋季呈干旱化趋势,夏季干旱化趋势最显著,夏季降水对年干湿状况的变化起决定性作用。(3)湿润区和半湿润区有干旱化趋势,而干旱区和半干旱区均呈湿润化趋势发展;湿润区和半湿润区年际干旱站次比、干旱强度呈上升趋势,而干旱区和半干旱区则相反。(4)中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区以及处于季风区和非季风区分界线两侧的半湿润区和半干旱区气候干湿变化均呈显著同步波动变化趋势,而中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区与中国北方西部非季风区的干旱区气候干湿变化呈显著反向波动变化趋势,夏季具有同样的规律,而冬季和春季四大干湿区干湿变化具有较好的同步一致性。     

A millennium-long tree-ring chronology of Sabina przewalskii on northeastern Qinghai-Tibetan Plateau

Long tree-ring records on the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) are important for understanding better the Asian monsoon variability and its linkage with other global climate systems such as El Niño/Southern Oscillation activities. Here we report a 1017-year tree-ring chronology of Sabina przewalskii Kom. from the northeastern QTP. Climate–growth response function and correlation analyses show that radial growth of Sabina trees is positively associated with total precipitation in May and June of the growth year. Multidecadal variation in Delingha tree-ring chronology exhibits similar pattern with those of Dulan and Wulan chronologies of the nearby areas, suggesting that spring precipitation is a major factor limiting the growth of Sabina trees over a large spatial scale. Corresponding to the Little Ice Age, the three chronologies indicate spring droughts during 1440s to mid-1510s, mid-1640s to 1720s, late 1780s to late 1820s, and around mid-1870s. Examination of the tree-ring record in two largest historically documented El Niño events of 1789–93 and 1877–79 reveals that these very strong El Niño events were associated with conditions of spring droughts, and weakening of pre-monsoon circulation may precede occurrence of El Niño in some cases. The relationship between reduced monsoonal precipitation and very strong El Niño activity is, however, much complex and worth further study by spatio-temporal expansion of data coverage in the future.     

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。     

Moisture changes over the past 467 years in the central Hexi Corridor,northwestern China

The long-term characteristics of precipitation in arid and semi-arid areas are of great interest because these areas are very sensitive to climate change and human activities. The Hexi Corridor is an arid and semi-arid region in northwestern China that also is an important sector of the Silk Road Economic Belt; despite the region’s dependence on precipitation, annually resolved, long-term moisture records are still lacking for this region. Here, a standard tree-ring width chronology spanning 1484–2015 AD is developed for the Hexi Corridor using Qilian juniper (S. przewalskii Kom.). The chronology is used to reconstruct moisture changes in the region over the past 467 years. Correlation analyses indicate that the tree-ring width index has a significant positive correlation with the June SPEI (standardized precipitation evapotranspiration index) on a twelve-month time scale (r=0.73, n=65, p<0.001). We used this information to build a transfer function that explains 52.5% of the variance in the SPEI reconstructed for the period from 1549 CE to 2015 CE. Our study area experienced clear alternations between dry and wet periods. Especially long wet periods include 1600–1650 AD and 1762–1804 AD; long dry periods include 1670–1693 AD, 1917–1970 AD, and 1990–2015 AD. The 1920s was the most severe period of drought in the last 467 years. The results of wavelet analysis and running correlation analysis indicate that the atmospheric circulation system experienced a notable shift around the 1800s, after which point the role of the westerly system grew more pronounced.