基于树轮宽度数据重建的阴山东部过去399年降水变化

基于阴山东部油松树轮样芯,建立采样区域树轮宽度年表,并计算器测时期(AD 1952—2007)月均温和月降水量与树轮宽度年表的相关系数。结果表明: 树轮宽度年表与上一年9月至当年6月降水量变化的相关性最高(r=0.73,n=56,P<0.01),基于此重建了阴山东部过去399年(AD 1619—2017)上一年9月至当年6月的降水量变化历史。该重建解释了器测时期上一年9月至当年6月降水量54.9%的方差,经“留一法”交叉验证和分段独立检验证明,重建方程稳定可靠。在年代际尺度上,过去399年存在4个湿润时期(AD 1619—1663、AD 1705—1711、AD 1945—1963和AD 1979—2017)和4个干旱时期(AD 1734—1767、AD 1786—1814、AD 1839—1867和AD 1888—1942)。其中,AD 1979—2017是最湿润的时期,而AD 1888—1942是干旱持续最长的时段,包含最干旱时期1920s晚期。功率谱分析显示,过去399年该区降水具有2～7年和125年准周期变化。通过与邻近区域重建对比及空间相关分析表明,本降水重建序列可以较好地代表研究区域的降水变化。     

夏干萨特树轮年表中降水信息的探讨与326年降水重建

夏干萨特位于新疆天山中段乌鲁木齐河山区,在此干旱,半干旱地区的森林下限所采集的天山云杉（Picca schrenkinna var.tianschanica)树轮样本建立的树轮宽度年表具有最大的平均敏感度和最大的标准关蓄意助记词件表可能含有最多的降水信息,利用相关分析的方法计算了年轮宽度指数和气候要素间的相关关系,发现5月份的降水与年表的相关最好,进一步计算了旬降水量与年表的相关关系,发现5月下旬的降水与年表的单相关系灵敏最高,5月下旬的降水是森林下限云杉生长的主要限制因子,这一结果具有明确的树木生理学意义,云杉直径生长主要在5-8月份,其中5-6月份形成大约一半的年轮,5月下旬位于年轮形成关键时段的中部,为轮宽形成的最活跃期,同时5月下旬降水的大变率与夏干萨特年表的高敏感度相一致,从另一角度说明了5月下旬降水作为森林下限天山云杉生长关键限制因子的适当性,重建了大西沟气象站5月下旬326a的降水并分析了其长期变化特征,发现320多年来的5月下旬降水分为8个完整的干湿变化阶段,其中最干期出现在1701-1722年,最湿期出现在1961-1981年,降水序列具有显著的64,32,22,14,5和11a变化周期,其中的22a及11a周期与太阳黑子的活动周期相一致,利用方差分析方法进行了未来干湿变化趋势的预测,发现2001-2007年以降水偏少为主,而2008-2015年以偏多为主,这对于北疆重要粮食作物冬小麦的长期产量预报及种植规划具有重要意义。     

新疆赛里木湖流域过去373年降水变化的树轮记录

利用采自天山西部赛里木湖流域的树木年轮标准化宽度年表,重建了赛里木湖流域过去373年上年8月到当年7月的降水变化,重建序列的解释方差达到39.8%,多方验证表明,重建结果是稳定可靠的。分析历史降水变化特征表明,赛里木湖流域过去373年的降水经历了6干7湿的阶段变化,其中,持续最长的干旱阶段为1762—1791年,而最为干旱的阶段为1841—1865年;持续最长的湿润阶段为1794—1840年,而最为湿润的阶段为1734—1761年间;赛里木流域历史降水存在3个极端湿润年(1749,1876和1924年)和4个极端干旱年(1714,1775,1847和1917年),1910年代为最干旱的十年;降水变化存在11—12a、3.0a、2.5a、2.1a和2.0a的变化准周期;赛里木湖流域过去373年的降水的阶段变化、周期变化和极端降水年份均与天山北坡中西部和中亚天山山区降水变化具有很好的一致性,本研究的降水重建序列能较好的代表天山北坡中西部和中亚大部分区域历史降水变化。     

基于树轮记录的阿尔泰山中段1798年以来6-7月平均最低气温变化研究

通过分析新疆阿尔泰山中段西伯利亚落叶松树轮宽度年表与气候因子的相关关系证明6-7月平均最低气温是研究区树木径向生长的主控气候因子（r=0.649,P<0.001）。利用线性回归方法构建了阿尔泰山中段1798-2017年6-7月平均最低气温方程,通过计算重建方程方差解释量（41.1%）和利用逐一剔除法对重建方程各项参数进行了稳定性检验,证明了重建方程是稳定可靠的。分析重建的平均最低气温年际变化表明,研究区经历了4个暖期（1906-1919年、1922-1935年、1945-1960年和1997-2017年）和4个冷期（1816-1831年、1840-1867年、1869-1886年和1888-1905年）,并且与相邻地区平均气温重建序列冷暖变化阶段一致。基于多窗谱分析结果发现重建6-7月平均最低气温序列存在2a、2.4a、2.8-3a、11a、20-22a左右的变化周期,表明研究区气候变化主要受厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、太阳黑子活动和全球海温变化（SST）驱动。本研究为系统掌握阿尔泰山气候变化规律和科学预测未来气候变化提供了依据。     

基于雪岭云杉树轮宽度重建过去339年天山中部巴音布鲁克地区夏季NDVI

归一化差异植被指数(NDVI)被广泛应用于植被研究的各个领域,但由于观测时长较短,难以满足长时间尺度的研究需要。基于巴音布鲁克地区雪岭云杉建立了树轮宽度年表(STD),计算年表和NDVI同气象观测数据的相关系数。结果表明:树轮宽度指数和NDVI均与同时段的气象数据具有显著相关。结合宽度年表与6—8月NDVI间的显著正相关(r=0.7,P＜0.01,n=38),使用回归模型重建了研究区过去339年的夏季(6—8月)NDVI变化序列,在1680—2018年,重建序列有4个高植被覆盖时段(1738—1765、1786—1798、1964—1973和2000—2018年)和5个低植被覆盖时段(1690—1714、1825—1834、1850—1880、1895—1920和1945—1955年)。重建结果也反映了天山中部水文气候。与周边重建的对比显示,当开都河径流量增加,且研究区处于较为潮湿的环境时,植被覆盖相对较高,反之植被覆盖偏低。重建序列的极值也捕捉了历史文献中一系列自然灾害。混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型(HYSPLT)后向轨迹模型和风场分析表明,NDVI异常受到西风带来的降水影响。     

利用树木年轮宽度资料重建长白山地区过去240年秋季气温的变化

分析了长白山地区水曲柳年轮宽度变化与气候要素的关系,重建了该地区过去240年来的秋季平均气温。结果表明,当年秋季平均气温与树轮宽度显著正相关(P<0.01);重建方程为Tavg=6.001+6.316XRES,方差解释量为38.6%,调整后方差解释量为35.8%。该地区近240年来秋季气温波动明显,有8个较寒冷时期和6个较温暖时期,其中,1816、1817、1818年的温度低于总体平均值的差值超过1℃,6个较温暖时期中,1794、1795、1796、1797年的温度高出平均温度的差值超过1℃,其他时段的温度变化均在总体平均值上下1℃范围以内。周期分析结果表明,近240多年以来长白山地区秋季平均气温具有显著(P<0.05)的3～5年及较显著(P<0.1)的8～16年的周期。     

嵩山地区油松人工林树轮宽度对气候因子的响应

以河南登封嵩山地区不同坡向的油松人工林为对象,分别建立了跑马岭、峻极峰及区域油松差值年表。结果表明: 跑马岭油松年表的质量高于峻极峰油松年表;跑马岭油松年表和峻极峰油松年表都包含较高的气候信息,都与当年2月平均气温、生长季末期(9—10月)平均气温和平均最高温呈显著正相关,与当年5月的平均最高温呈显著负相关;跑马岭和峻极峰油松径向生长对气候响应有一定的差异,跑马岭油松径向生长主要与3月平均最低温和9月降水量呈显著正相关,而峻极峰与5月降水量和9月平均最低温呈显著正相关;区域油松年表包含了更多的气候信息。利用多元回归分析方法能较好地模拟出油松树轮宽度生长的限制因素是多个月的温度,尤其是当年9月平均气温,这与相关分析结果一致。本研究可以为本地区森林保护和生态建设提供基础服务。     

基于祁连山树轮宽度指数的区域NDVI重建

利用祁连山自东向西5条树轮宽度年表序列和1986-2003年间的归一化植被指数(NDVI), 分析了NDVI的时空变化及其与树轮宽度年表之间的关联。结果表明, 祁连山地区植被的生长主要集中在6-8月。空间上, NDVI值从祁连山东段向西段逐渐减小; 在1986-2003时段内, 东、中和西段生长季的NDVI值分别增长了3.28%、4.82%和7.75%。整个祁连山地区的NDVI变化与5个宽度年表的第一主成分相关性较高(r = 0.74, p < 0.01)。基于此, 利用树轮宽度RES年表的第一主成分重建了1843-2003年间祁连山地区生长季的NDVI变化曲线。重建的NDVI曲线表现出6个高值期和6个低值期, 其中1923-1932的10年间植被生长状况最差。另外, 在1989-2003时段内NDVI年际波动较大, 总体上表现为NDVI低于平均值, 但是从1991年开始, NDVI有上升的趋势。     

川西雅江地区过去567年3—8月干旱变化的树轮重建

使用零信号去趋势法建立了四川甘孜州拉日玛采点川西云杉标准化树轮宽度年表。结果表明: 云杉树轮年表与雅江3—8月一个月时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI1)间存在显著正相关。由树轮年表当年与次年序列重建了雅江地区1442—2008年3—8月SPEI1指数变化,方差解释量达42.8%。重建序列主要揭示了历史时期SPEI1的低频变化。川西雅江地区3—8月SPEI1在过去567年中存在1442—1465年、1516—1601年和1836—2008年3个偏湿阶段,位于其间的为2个偏干阶段;重建序列在1455—1762年间存在显著变干趋势,而1833—1950年具有显著变湿趋势,1959—2008年的变湿趋势最为明显;3—8月SPEI1重建值在1512、1733、1767、1831、1941、1957和1975年发生了从干旱向湿润的突变,而在1684年与1961年则相反。与周边气候重建序列的对比显示,川西雅江地区3—8月SPEI1重建序列的低频变化与青藏高原东北部年降水量和祁连山东段北坡SPEI05指数的变化具有一定相似性。该重建序列对青藏高原东部及青海南部的3—8月SPEI1变化具有较好的代表性。     

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.
     

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。     

Tree-ring width based streamflow reconstruction for the Kaidu River originating from the central Tianshan Mountains since A.D. 1700

In this study, a 310-year pSeptember–August record of streamflow (where p denotes a month from the previous year) for the Kaidu River was reconstructed based on tree-ring-width from 137 Schrenk spruces (Picea schrenkiana). Spatial correlation showed that this streamflow reconstruction contains local hydroclimatic signals that approximately overlap the Kaidu River watershed. A comparison between the streamflow reconstruction for the Kaidu River and five tree-ring-based hydrological reconstructions for the surrounding areas revealed similar variations in the low-frequency domain. The results of comparison analyses between this reconstruction and other hydrological reconstructions indicated that the hydrological characteristics of the Kaidu River in the 1910s (the driest decade for the Kaidu River in the last 310 years), and the increasing trend of streamflow that began in the 1980s, might have occurred in other areas of the Tianshan Mountains and covered an even larger area. Furthermore, the highest and lowest values of this reconstructed streamflow series capture five flood or snowfall events (1803, 1804, 1836, 1923, and 1959) and six drought events (1894, 1916, 1917, 1918, 1931, and 1944) that were noted in historical documents. The 10.8- and 3.5–5.4-year cycles of this reconstruction coincided with the observed data and other tree-ring based hydrometeorological reconstructions, and revealed the possible influences of solar activity and the atmosphere–ocean system.     

利用树木年轮宽度资料重建长白山地区240年来降水量的变化

根据长白山地区水曲柳年轮宽度资料,分析了树木年轮宽度与气候要素的关系,重建了1765年来该地区的降水变化。结果表明:长白山地区近240年降水波动明显,1850年以前降水波动幅度较大,1850—1900年波动比较平稳,并且降水量偏低,1900年以后降水的波动幅度明显增大,且湿润和干旱的持续时间增长,特别是1920年以后,降水波动剧烈;降水减少幅度最大的干旱期是1816—1820年,湿润期是1975—1979年;而1925—1936年和1947—1957年的2个干旱期在持续时间上最为显著。周期分析结果表明,长白山地区降水具有显著的2.64～3.03年、5.28～6.96年以及12.13～22.63年的周期。     

Exploring the potential for a multi-decadal midsummer streamflow reconstruction of the upper Samalá river basin in Guatemala using an Abies guatemalensis tree-ring chronology

The Samalá River in western Guatemala is critical for sustaining diverse agricultural production systems, from staple crop production in the upper basin to sugar cane in the lowlands. The streamflow from the Samalá River also supports hydroelectric power generation within the basin. The watershed is home to more than a hundred settlements including cities, towns, and villages, some of which have experienced extreme hydrological events, including destructive flooding from the river. However, the Samalá River streamflow record, only 38 years in length (1979–2016), is too short to assess the full range of hydrological variability for this economically important region, including Guatemala’s second largest city –Quetzaltenango. This paper presents a tree-ring based reconstruction of mean August streamflow for 125 years (1889–2013). Our results suggest that annual tree-ring width measurements from Abies guatemalensis are correlated with monthly mean streamflow records in the upper Samalá River basin. This association seems to be modulated in part by variability in the ENSO 3.4 region in the Pacific Ocean, suggesting decreased streamflow during the warm events of the sea surface temperature in the Pacific Ocean. The record indicates that single year events of low streamflow dominate the record. Nevertheless, a period of up to 8 consecutive years below-average streamflow is shown in the record between 1905 and 1912. Overall, this extended record of streamflow suggests that tree-ring studies in the area have the potential to provide useful inputs in the future that can be utilized by stakeholders and decision-makers within the Samalá watershed involving the management of discharge for crop irrigation, hydropower production, and disaster mitigation.     

树轮分析用于森林干扰强度推测的实例研究

树木年轮生长释放一直广泛应用于重建森林干扰,但没有直接的研究证明利用树木年轮分析建立的干扰强度的可靠程度,本文试图通过一个取自青海省互助国家森林公园(1987年经历过择伐)的样方进行验证.在40m×50m的青扦林样方内取胸径≥5cm的树木(124株)树轮芯样并测定胸径、树高和择伐后山杨(PopulusdavilianaDode)树桩(55个)的基径以及树木与树桩的距离.分析结果表明1987和1988年树木生长释放百分率为38.7%,与该林分的准确干扰强度37.7%(树桩基部断面积与该断面积加树木胸高断面积之和的比值)相接近.1980～1989年10a间树木生长释放百分率为62.9%,该10a间的平均干扰强度为37.0%(生长释放百分率62.9%/生长释放平均次数1.7),也接近于该林分的准确干扰强度,因而用树轮资料重建森林干扰强度是可行和可靠的.     

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。     

树木年轮宽度与气候因子的关系研究进展

树木的生长与立地环境密切相关并受气候变化的影响,树木年轮宽度作为反映气候与环境变化的一个重要参数,已被广大生态学家所重视并应用。本文综述了树木年轮宽度与温度(当年初春温度、前一年的夏季高温和冬季低温)、降水(生长季的降水和生长季前的降水)、太阳辐射、CO2浓度等气候因子的关系及其在古气候环境研究、环境预测等领域中的应用,并对该研究的量测方法和数据处理分析方法的进展作了概述。针对我国树木年轮宽度研究的现状,提出了扩大取样范围、拓宽研究领域、改善取样和分析方法、建立完善的树轮年表体系、加强与国外树轮研究工作者的信息交流等建议,为我国树木年轮宽度研究的进一步发展提供了理论参考。     

塔里木河源流和干流胡杨年轮生长的差异性

借助树木年轮学的方法和技术手段,通过对阿克苏河、叶尔羌河和塔里木河干流不同河段胡杨年轮样本采集,分析了塔里木河两源流与干流不同河段胡杨年轮生长特征;采用单因素方差分析方法和Kendall协同系数(W)研究了塔里木河两源流和干流不同河段胡杨年轮指数的差异性;利用突变检验和小波分析方法探讨了塔河两源流、塔河干流不同河段胡杨径向生长的周期和突变性。研究结果表明:(1)1980—2010年期间,塔里木河两源流和干流不同河段年轮宽度和年轮指数均呈下降趋势。在阿克苏河、肖夹克、沙子河口3个断面胡杨年轮宽度和年轮指数下降趋势明显,而叶尔羌河和新渠满断面的胡杨年轮宽度和年轮指数下降趋势不明显。(2)塔里木河两源流和干流不同河段的胡杨年轮生长在空间上不具有一致性(W0.5),阿克苏河断面与肖夹克、沙子河口断面,叶尔羌河与肖夹克、沙子河口断面,肖夹克与新渠满断面,新渠满与沙子河口断面之间胡杨年轮指数均具有显著的差异性(P0.05)。(3)塔里木河两源流胡杨年轮指数的突变时间与河道径流量突变时间相同或者滞后,这可能与地表水转化为地下水过程有关。(4)塔里木河两源流和干流不同河段的胡杨年轮指数变化的周期均小于其地表径流变化的周期,这可能与胡杨自身的生理特点和当地气温、水分对胡杨生长综合影响有关。本研究有助于深入了解干旱区内陆河流域胡杨生长特征变化规律,同时可为该流域胡杨资源生态保育提供参考。