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。     

树轮灰度与树轮密度的对比分析及其对气候要素的响应

通过对比新疆巩乃斯地区艾肯达坂采样点雪岭云杉5种树轮灰度年表与其对应4种密度年表的特征参数、年表曲线及其在全频域、高频域及低频域上的相关系数,发现早材平均灰度和晚材平均灰度的变化能够较好的反映早材平均密度和晚材平均密度的变化,而年轮最大灰度和年轮最小灰度的变化对年轮最小密度和年轮最大密度的变化则反映较差.与这一地区气象资料的相关分析结果表明,当年5月至8月平均最高气温与年轮平均灰度年表的相关性最好且具有明确的树木生理学意义,最高单相关系数为-0.542 (P＜0.0001,n=51).证明了树轮灰度在历史时期气候变化研究中的应用潜力,同时也为将来在这一地区开展利用树轮灰度重建历史时期气候变化打下了基础.     

天山中西段不同地区雪岭云杉径向生长对气候变暖的响应差异

为研究乌苏和石河子地区雪岭云杉（Picea schrenkiana）径向生长对气候变暖的响应差异状况,利用响应函数及滑动相关分析等树轮气候学方法,研究了2个地区森林下限雪岭云杉径向生长与气候因子的响应关系。结果表明：乌苏和石河子地区雪岭云杉生长均与生长季的气候因子呈显著相关关系。但乌苏和石河子地区雪岭云杉生长对当地气候因子的响应也存在差异,乌苏地区雪岭云杉径向生长与上一年7、9月平均气温呈显著负相关,与当年8月降水、上一年9月及当年8月平均相对湿度和上一年7~10月的scPDSI呈显著正相关。石河子地区雪岭云杉径向生长与当年1月平均湿度和当年1、2月的scPDSI呈显著正相关。此外,乌苏地区树轮宽度指数具有与温度升高而下降的“分离现象”,而石河子地区树轮宽度指数具有与温度升高相一致的趋势。升温导致的水分胁迫是造成乌苏地区雪岭云杉径向生长与温度变化趋势相反的重要因素。生长季的温度和降水的增加对石河子地区雪岭云杉径向生长有促进作用。乌苏地区雪岭云杉径向生长对5~7月平均气温和降水量变化敏感性上升;石河子地区雪岭云杉径向生长对5~7月降水量变化敏感性上升,而对5~7月平均气温变化敏感性下降。结果显示,气候变化的区域差异是造成乌苏和石河子地区雪岭云杉径向生长趋势不同以及各年表序列对温度和降水变化敏感性变化的主要气候因素。     

柴达木盆地东缘青海云杉树轮细胞结构变化特征及其对气候的指示

基于青海柴达木盆地东缘山地青海云杉生长上限的树轮样本,在获取树轮宽度数据的同时,获取了细胞特征指标,包括细胞个数和细胞大小,建立了树轮早材、晚材、整轮的细胞个数标准年表和细胞大小的最大值、最小值年表,并通过与附近茶卡气象站过去31年（1970—2000年）逐月降水量和温度的相关分析和响应函数分析,从细胞尺度探讨了青海云杉生长与外界气候要素的关系.结果表明：早材细胞个数与冬半年（上年10月至当年3月）温度之间呈正相关关系;晚材细胞个数除了与11月和12月最低温度呈显著正相关外,还与生长季中7月和8月平均温度呈显著相关关系;早、晚材细胞个数同时与7月的降水量呈显著负相关.早材细胞个数与5月的降水量呈正相关关系.对于早材最大细胞大小的年表来说,其变化与2月的降水量变化有很好的一致性,而晚材最小细胞的大小与8月降水量的变化同步.细胞个数和细胞大小不仅记录了树轮宽度所记录的温度变化信息,还额外记录了一定的降水信息,说明不同的树木生长指标能够记录不同的气候信息.利用同一地点同一树种不同类型的树轮指标,能够提取多种气候要素的变化信息,这对将来从同一样点的树轮资料中提取更丰富的气候信息以及发掘树轮气候学的潜力具有一定意义.     

柴达木盆地东缘青海云杉树轮细胞结构变化特征及其对气候的指示

基于青海柴达木盆地东缘山地青海云杉生长上限的树轮样本,在获取树轮宽度数据的同时,获取了细胞特征指标,包括细胞个数和细胞大小,建立了树轮早材、晚材、整轮的细胞个数标准年表和细胞大小的最大值、最小值年表,并通过与附近茶卡气象站过去31年（1970—2000年）逐月降水量和温度的相关分析和响应函数分析,从细胞尺度探讨了青海云杉生长与外界气候要素的关系.结果表明：早材细胞个数与冬半年（上年10月至当年3月）温度之间呈正相关关系;晚材细胞个数除了与11月和12月最低温度呈显著正相关外,还与生长季中7月和8月平均温度呈显著相关关系;早、晚材细胞个数同时与7月的降水量呈显著负相关.早材细胞个数与5月的降水量呈正相关关系.对于早材最大细胞大小的年表来说,其变化与2月的降水量变化有很好的一致性,而晚材最小细胞的大小与8月降水量的变化同步.细胞个数和细胞大小不仅记录了树轮宽度所记录的温度变化信息,还额外记录了一定的降水信息,说明不同的树木生长指标能够记录不同的气候信息.利用同一地点同一树种不同类型的树轮指标,能够提取多种气候要素的变化信息,这对将来从同一样点的树轮资料中提取更丰富的气候信息以及发掘树轮气候学的潜力具有一定意义.     

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。     

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。     

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。     

吉林老白山鱼鳞云杉树轮蓝光强度和轮宽指数与气候响应关系随海拔变化的对比

树轮数据是晚全新世古气候研究中最重要的代用指标。树轮参数各具优缺点,蓝光强度(BI)是一种获取成本低廉的最大晚材密度(MXD)的光学替代参数,其蓝色光反射率或强度最小值(256-BI)与相应的MXD值高度相关,被很多的学者认为是树轮气候学研究中一个具有重要潜能的新兴参数。该研究以吉林老白山3个海拔(900、1 200和1 500m)的鱼鳞云杉(Picea jezoensis)为例,分析鱼鳞云杉的BI及轮宽指数(RWI)与气候因子的响应差异,以期为BI参数在树轮气候学的进一步应用提供参考。结果表明:不同海拔鱼鳞云杉BI或RWI对气候的响应趋势基本一致。BI与温度主要呈正相关关系,而RWI与温度主要呈负相关关系,其中BI与当年夏季及生长季最高温度显著正相关,而RWI(低、中海拔)与全年平均气温、当年生长季和全年最低温度显著负相关。BI与当年夏季标准化降水蒸散指数(SPEI)显著负相关, RWI与夏季SPEI负相关关系较弱或为正相关; BI和RWI几乎相反的生长-气候关系可能是早、晚材权衡关系的体现。研究区域鱼鳞云杉的BI参数可能与年轮宽度记录不同的气候信号,在空间尺度上对于当年夏季降水、最高温度以及SPEI的响应好于传统宽度指标。BI与主要气候因子相关关系的时间稳定性好于RWI,因此, BI在树轮气候学的研究中具有一定的应用潜能。     

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。     

Separating the climatic signal from tree-ring width and maximum latewood density records

We propose a technique for separating the climatic signal which is contained in two tree-ring parameters widely used in dendroclimatology. The method is based on the removal of the relationship between tree-ring width (TRW) and maximum latewood density (MXD) observed for narrow tree rings from high latitudes. The new technique is tested on data from three larch stands located along the northern timberline in Eurasia. Correlations were calculated between the temperatures of pentads (five consecutive days), TRW chronologies and MXD chronologies calculated according to the standard and proposed methods. The analysis confirms the great importance of summer temperature for tree radial growth and tree-ring formation. TRW is positively correlated with the temperature of four to eight pentads (depending on the region) at the beginning of the growth season, but MXD as obtained by the standard technique is correlated with temperature over a much longer period. For maximum density series from which the relationship between MXD and TRW has been removed (MXD′), there is a clear correlation with temperatures in the second part of the growing season. These results are consistent with the known dynamics of tree-ring growth in high latitudes and mechanisms of tree-ring formation.     

用西伯利亚落叶松年轮最大密度重建和布克赛尔5—8月份平均最高温度

利用采自和布克塞尔铁布克山二号沟的西伯利亚落叶松树轮样本,研制出树轮最大密度年表(MXD)和年轮宽度年表(TRW),分析了其年表特征和气候响应特点。结果表明,该样点的落叶松树轮最大密度年表与和布克塞尔气象站5-8月份平均温度和平均最高温度度均具有很好的正相关关系,最高单相关系数为0.660。用铁布克山二号沟的最大密度差值年表序列,可较好地重建和布克塞尔地区1795-2007年来春夏季平均最高温度距平,47 a重建值对实测值的解释方差达43.5%,且方程稳定。重建结果揭示,在和布克赛尔地区,20世纪平均最高温度距平要高于20世纪以前的平均最高温度距平,20世纪前中期平均最高温度距平出现了明显的上升,并且在重建的时段的末期,5-8月份平均最高温度距平表现出上升趋势。     

A Pinus cembra L. tree-ring record for late spring to late summer temperature in the Rhaetian Alps,Italy

Ongoing climate change strongly affects high-elevation environments in the European Alps, influencing the cryosphere and the biosphere and causing widespread retreat of glaciers and changes in biomes. Nevertheless, high-elevation areas often lack long meteorological series, and global datasets cannot represent local variations well. Thus, proxy data, such as tree rings, provide information on past climatic variations from these remote sites. Although maximum latewood density (MXD) chronologies provide better temperature information than those based on tree-ring width (TRW), MXD series from the European Alps are lacking. To derive high-quality temperature information for the Rhaetian Alps, Pinus cembra L. trees sampled at approximately 2000 m a.s.l. were used to build one MXD chronology spanning from 1647 to 2015. The MXD data were significantly and highly correlated with seasonal May-September mean temperatures. The MXD chronology showed a generally positive trend since the middle of the 19^th century, interrupted by short phases of climatic deterioration in the beginning of the 20^th century and in the 1970s, conforming with the temperature trends. Our results underline the potential for using Pinus cembra L. MXD to reconstruct mean temperature variations, especially during the onset and latter part of the growing season, providing additional information on parts of the growing season not inferred from TRW. Future studies on MXD for this species will increase the availability of temporal and spatial data, allowing detailed climate reconstructions.     

The effect of sampling height on dendroclimatic analysis

The radial growth response to climate of white spruce in open grown conditions was examined at two measurement heights [breast height (1.3 m aboveground) versus stump height (0.3 m aboveground)] in order to examine the role of sampling height in dendroclimatic analysis. Twenty-four white spruce [Picea glauca (Moench) Voss] islands were sampled within Epinette prairie in the Spruce Woods Provincial Park (SWPP) located in south-western Manitoba. The structure of breast height and stump height residual chronologies were essentially the same after standardization and autoregressive (AR) modeling to stabilize growth variability, and AR modeling to remove temporal autocorrelation and thereby reduce low-frequency variation and enhance high-frequency variation. Correlation and response function analysis indicated that white spruce at the two sampling heights responded similarly to total precipitation, moisture index (precipitation subtract potential evapotranspiration), and minimum, mean, and maximum temperature. Both sampling heights also responded strongly to the cumulative effects of precipitation during the period of August of the previous year (t−1) to July of the current year (t). Regardless of the sampling heights considered, the results indicate that white spruce at its southern distribution limit responded strongly to moisture stress intensified by high temperatures. The results support the recommendation, at least for samples of white spruce at its southern distribution limit, that samples taken at stump height can be safely incorporated into tree-ring chronologies without the risk of diminishing the strength of chronologies in detecting climatic signals.     

Diverse climate sensitivity of Mediterranean tree-ring width and density

Understanding long-term environmental controls on the formation of tree-ring width (TRW) and maximum latewood density (MXD) is fundamental for evaluating parameter-specific growth characteristics and climate reconstruction skills. This is of particular interest for mid-latitudinal environments where future rates of climate change are expected to be most rapid. Here we present a network of 28 TRW and 21 MXD chronologies from living and relict conifers. Data cover an area from the Atlantic Ocean in the west to the Mediterranean Sea in the east and an altitudinal gradient from 1,000 to 2,500 m asl. Age trends, spatial autocorrelation functions, carry-over effects, variance changes, and climate responses were analyzed for the individual sites and two parameter-specific regional means. Variations in warm season (May–September) temperature mainly control MXD formation (r = 0.58 to 0.87 from inter-annual to decadal time-scales), whereas lower TRW sensitivity to temperature remains unstable over space and time.     

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。     

芦芽山阳坡不同海拔华北落叶松径向生长对气候变化的响应

为研究树木生长对气候变化的响应状况,选取芦芽山阳坡的3个海拔高度建立了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树轮宽度年表。年表的统计参数表明,3条年表均为研究气候信息的可靠资料。结果表明,芦芽山阳坡华北落叶松的径向生长和生长与气候的关系均具有海拔差异,中海拔(2440 m)和高海拔(2540 m)的华北落叶松具有相似年际生长变化,而二者均与低海拔(2330 m)华北落叶松的年际生长不同。低海拔华北落叶松的生长与4月平均气温和上一年11月降水量显著负相关,而中海拔和高海拔的生长均与上一年10月平均气温和6月降水量显著负相关。通过年表与气候因子之间的滑动相关分析发现,3个海拔高度华北落叶松生长与气候因子的关系均不稳定,生长与气温条件之间的显著相关关系是随着气温升高而出现的。气温的升高引起了华北落叶松生长与气温因子关系的海拔差异,以及径向生长的海拔差异。这一结果对于气候变化对植被垂直梯度影响的研究具有一定参考价值。     

The temperature sensitivity along elevational gradients is more stable in maximum latewood density than tree-ring width

Tree ring-based temperature reconstructions are preferably derived from maximum latewood density (MXD) compared to tree-ring width (TRW). Although temperature signals in MXD are less dependent on site ecology, systematic analyses of the effects of elevation and slope aspect on ring formation are still lacking. Here, we assess the climate sensitivity of MXD and TRW chronologies from six larch (Larix decidua Mill.) sites across the Simplon valley in the southwestern Swiss Alps, representing elevations from 1400 to 2150 m asl on both north- and south-facing slopes. We find decreasing temperature signals with decreasing elevation in MXD and TRW, though correlation coefficients are generally higher for MXD and on the warmer and dryer south exposed slopes. While the greatest temperature signals are found for MJJA at highest elevations with r = 0.71 for MXD and r = 0.57 for TRW (both p < 0.05 and for the 1928–2009 common period), MXD still correlates significantly positive at the lowest elevation site that is ~750 m below the treeline. Our findings indicate the suitability of MXD over TRW for temperature reconstructions when using historical wood sources of unknown origin.