近2ka来高分辨的连续气候环境变化记录——古里雅冰芯近2ka记录初步研究

作为全球变化研究中核心项目之一的PAGES(过去全球变化),把过去2ka以来的全球气候环境变化研究作为一个极为重要的时段,运用多种研究手段,集中进行攻关。在中国东部,从竺可桢通过物候资料和历史资料所恢复的过去5ka来的温度变化曲线,可以大致判断过去2ka来的气候变化。在青藏高原,吴祥定等曾在拉萨根据不同树木年轮资料衔接的办法,恢复了过去2ka来该地区气候变化历史。本文根据古里雅冰芯的记录,恢复了这一时期气候和环境变化的历史。这一记录不但分辨率高(以年计)、记录连续(是一整根冰芯上的连续记录),而且同时提供多种参数(气候和环境),便于进行气候和环境变化的综合研究。     

利用树木年轮资料恢复祁连山地区近700年来气候变化

祁连山位于我国西北部,气候较为干旱,海拔3200m以上出现林带,海拔4000m以上存在有永久性冰雪覆盖.自70年代起,在祁连山发现有树龄较长的老树,有的近千年,且与气候要素有较好关系,是我国利用树木年轮研究气候变化规律极有潜力的地区之一.同时,应该指出的是,早期在祁连山的树木年轮工作,由于样本量不足,达不到“复本”的基本要求,也因为量测与定年的误差,所建成的年表远不符国际树木年轮数据库(ITRDB)的规定.本文则按照树木年轮气候学的基本原理与概念,采用最新的分析程序,在该地区进行取样、建立年表,并通过研究年轮指数和温度降水的关系,重建了一条祁连山地区过去湿润指数变化序列,进而探讨该地区过去气候变化特征.     

利用树木年轮资料恢复祁连山地区近700年来气候变化

<正>祁连山位于我国西北部,气候较为干旱,海拔3200m以上出现林带,海拔4000m以上存在有永久性冰雪覆盖.自70年代起,在祁连山发现有树龄较长的老树,有的近千年,且与气候要素有较好关系,是我国利用树木年轮研究气候变化规律极有潜力的地区之一.同时,应该指出的是,早期在祁连山的树木年轮工作,由于样本量不足,达不到“复本”的基本要求,也因为量测与定年的误差,所建成的年表远不符国际树木年轮数据库(ITRDB)的规定.本文则按照树木年轮气候学的基本原理与概念,采用最新的分析程序,在该地区进行取样、建立年表,并通过研究年轮指数和温度降水的关系,重建了一条祁连山地区过去湿润指数变化序列,进而探讨该地区过去气候变化特征.     

青藏高原中东部2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势

分析了根据树木年轮资料重建的青藏高原中东部过去2485 年来温度变化幅度、速率、周期、原因及未来趋势, 发现研究区极端气候事件与全球同步出现, 如中世纪暖期、小冰期和20 世纪增温等. 历史上最大的温度变幅和速率都发生在“东晋事件”(343~425 AD)期间, 而非20 世纪后半期. 过去青藏高原中东部地区温度序列存在显著的1324, 800, 199, 110,2~3 a 的准周期 (P < 0.01), 其中, 1324, 199 和110 a 周期与太阳活动有关. 温度变化在很大程度上受控于太阳活动: 千年尺度周期决定了温度变化趋势长期走向, 百年尺度周期控制了温度变化幅度, 而太阳活动极小期对应冷期出现. 预估结果显示未来这一地区温度将下降, 到2068 AD 前后温度下降到谷底, 2068 AD 后再次升温.     

树轮所记录的公元1842年以来内蒙古东部浑善达克沙地PDSI的变化

利用浑善达克沙地东部新建立的4条油松和白扦年轮宽度序列, 重建了过去163 a来干旱变化的历史. 结果表明, 该区树轮序列具有明显的年际变化和较强的公共信号, 且树轮序列之间的变化比较一致, 是很好的区域气候代用资料. 通过对4个树轮宽度标准年表的平均而建立了一个区域年表 (RC), 并用其进行分析与气候重建. 树木的生长主要受2~3与6~7月份的低降雨量和5~7月份高温的限制. 由于PDSI考虑了前期干旱的积累效应, 因此RC与生长季及生长季之前的PDSI之间均存在显著的正相关关系; 响应函数的分析揭示, RC仅与6, 7月份(5月份也接近95%的置信水平)的PDSI之间存在显著的关系. 5~7月份是浑善达克沙地树木生长的关键时期, 因此我们采用RC重建了过去163 a来5~7月份平均PDSI的变化, 重建方程的方差解释量高达52%, 且方程稳定. 重建的5~7月份的平均PDSI序列与周边城市的平均旱涝指数的变化趋势比较一致, 并捕捉到了20世纪60年代中期以来东亚夏季风的明显减弱过程. 值得提出的是, 近40 a是过去163 a来浑善达克沙地比较干旱的时期. 与华北夏季降雨变化周期相同的是重建的5~7月份的平均PDSI序列也具有20 a的显著变化周期.     

太阳活动的甚长周期性变化

近期Solanki等利用树木年轮中¹⁴C含量变化的测算资料, 重建了过去10000多年间采样间隔为10 a的太阳黑子数序列, Usoskin等则利用地磁变化资料重建了过去近7000年间采样间隔也为10 a的太阳黑子数序列. 本文采用Lomb-Scargle谱分析方法研究了这两个序列, 得到了太阳活动的百年至千年时间尺度的周期和准周期, 它们大约为225, 352, 441, 522和561 a以及近1000 a和略大于2000 a的准周期. 同时采用小波变换方法对它们的进一步分析表明, 这些长和甚长的准周期性分量均具有较明显的时变特征, 即它们的周期长度和波动的幅度是随着时间的推移发生变化的, 并在某些时段出现较大的波动, 显示了太阳活动长期变化的复杂性.     

西藏近代气候变化及其趋势的探证

1974—1976年,我们在西藏进行了实地考察。本文系根据树木年轮资料和若干自然迹象的变化等,对西藏地区历史时期,着重最近数百年来的气候变迁进行了分析,并对未来可能趋势作出推断。     

用天山雪岭云杉年轮最大密度重建新疆伊犁地区春夏季平均最高温度变化

为了研究新疆伊犁地区过去温度变化, 利用该区雪岭云杉6个样点的年轮最大密度年表(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, 该地区不同样点的雪岭云杉树轮最大密度年表对气候变化有较为一致的响应, 与4~8月平均温度和平均最高温度均具有很好的正相关关系. 利用逐步回归分析方法筛选出的3个样点的树轮最大密度序列重建了该地区1848~2000年春夏季平均最高温度距平, 重建方程方差解释量达到56.2%, 且方程稳定. 重建结果揭示, 在伊犁地区, 20世纪50年代初到70年代初存在近153 a春夏季最显著的冷期, 并且在重建的时段内, 4~8月平均最高温度距平并没有表现出明显的上升趋势.     

天山云杉树轮宽度对梯度水分因子的响应

长时间序列的树木年轮在空间尺度上的比较可以更好地反映自然条件下环境变化对树木生长的影响, 对于认识未来全球气候变化对森林生态系统产生的影响具有重要意义. 为了研究梯度气象因子条件下树木生长与环境条件的对应关系, 选取天山山脉中国境内自西向东沿降水逐渐减少的3个地区的天山云杉树木年轮样本, 利用COFECHA程序交叉定年, 运用ARSTAN程序建立了3个地区的树轮差值年表, 并用PRECON程序进行响应函数分析, 探讨了树木生长与降水、温度两个气候因子之间的关系. 结果表明: (ⅰ) 3个样地差值年表各项统计量均有很高的值, 并且从西到东, 依次增大, 年表中含有较大的信息量; (ⅱ) 3个地区年表的年轮指数变化各不相同, 但总体均呈增加趋势, 其中昭苏与小渠子及小渠子与伊吾的年表显著相关; (ⅲ) 3个地区树木生长受降水与温度的综合影响, 但仍以降水为主(从西部到东部随着水分的递减, 树木生长与温度的响应由正相关变为负相关, 对降水的响应以正相关为主). 为此, 在全球气候变化条件下, 随着降水的减少和温度的升高, 天山云杉的生长将减少, 但降水对生长的影响仍然最大. 这一结论为研究未来气候变化对天山云杉林生长的影响提供了依据.     

利用花粉资料重建加拿大1 ka来气温变化序列

植物花粉资料用来恢复千年-万年尺度的气候变化是一种比较成熟的方法，并取得了大量的成果，但应用于十年至百年尺度的气候序列重建仍属探讨性研究，本文采用花粉资料，以50a为时间尺度单元，对加拿大过去1ka的温度进行了历史重建，近千年来北美地区气候环境受人为干扰甚少，1～0.1ka尺度的气侯变化主要受自然因子控制，因此可为认识和鉴定中国千年来气候变化序列中人为影响程度提供有价值的参照系，此外，本文所采用的花粉-气候转换法可以为中国的千年尺度的气候重建提供实用技术。     

树木年轮δ~(13)C季节性变化及其气候意义

树木年轮稳定同位素组成作为一种高分辨率(年)的气候代用记录在重建几千年来的气候环境方面发挥着重要的作用.近年来,树轮稳定同位素研究向着更高分辨率的方向深入,即树轮稳定同位素季节性变化的研究.有关这方面的研究国外尚处在起步阶段,但已有的研究显示了可喜的前景.我国作为典型的季风气候国家,开展树轮稳定同位素季节性变化的研究结果具有特别重要的意义.为此,我们对生长于黄土高原的油松年轮做了季节性稳定碳同位素组成分析,获得了可喜的结果.     

中国陆域近地层风能资源的气候变异和下垫面人为改变的影响

研究在全球变暖的气候背景下, 我国近地层风能蕴藏的气候变化以及下垫面人为改变对其气候变化的影响, 将有助于我国风电发展的长期规划和风能资源的合理开发. 利用代表性较好的全国600多个地面站的40 a的常规风速观测资料, 以及NCEP/NCAR 1960~1999年的10 m高程的40 a的再分析资料, 根据Kalnay和Cai在诊断和估算下垫面人为改变对地面气温变化贡献的研究方法, 通过分析比较由地面器测观测资料和NCEP/NCAR再分析资料风能密度十年变化趋势之差异, 提出了由于下垫面的人为改变所引起的我国陆域风能蕴藏长期变化的量级估计. 分析结果表明: 近40 a来, 我国年平均风速序列保持整体上减弱的气候变化趋势, 并且逐年降低的现象在中国陆域普遍存在; 由于下垫面人为改变的影响, 导致了我国近地层风能密度以减弱的十年变化趋势为主, 并且使得我国区域平均的风能密度的十年变化趋势值达-3.84 W·m^-2/10 a, 接近人为因素与自然因素共同影响引起的风能密度的十年减弱趋势值(-4.51 W·m^-2/10 a).     

中国南部近500年冬季温度变化的若干特征

本文根据我国秦岭淮河以南的八个区域近500年的冬季温度指数序列或寒冬序列,讨论了冬温变化的特征。一、资料处理基本上按照“中国气候区划图”将该地区分成八个区域,并算得各区域内主要站点间冬温值呈显著相关,再利用史料中的冬季冷暖记载来重建历史气候序列。过去的工作~*已对Ⅰ—Ⅴ     

树木年轮记录的青海乌兰地区近千年温度变化

过去1000 a气候变化历史是评价当今气候变暖的重要背景资料. 作为全球变化的敏感地区, 青藏高原过去千年高分辨率气候变化重建还很少. 对采集于青海省乌兰地区祁连圆柏林上限的树轮样本进行了气候响应分析, 揭示了上限祁连圆柏生长主要受温度变化限制, 即与上年9, 11月和当年2, 7月的平均温度相关显著(P<0.05), 而与降水量之间不存在显著的相关关系. 基于以上分析, 重建了过去1000 a来上年9月至当年4月平均温度的变化, 转换方程的方差解释量为40.8%. 重建结果显示, 20世纪是过去千年中最暖的百年, 20世纪90年代是最暖的10 a. 重建与邻近地区的树轮、湖泊沉积记录的温度变化具有较好的一致性, 表明该重建是可靠的. 与北半球千年温度变化对比表明, 中世纪暖期时该地区的气候变化存在明显的区域特殊性, 最近400 a来, 该地区对北半球气候变化有较好的响应.     

若干西藏高原上树木年轮年表的建立

近年来,随着对树木年轮分析的逐步深入,年轮宽度变异对生态环境的响应已经成为重要构研究内容。经合适的取样和严格的定年的年轮年表,不仅是树木生长特性的依据,而且也是再现过去气候、水文、污染或其它环境因子变化的“代用资料”。     

祁连山园柏年轮与我国近千年气候变化和冰川进退的关系

冰川附近与高寒山地林带上限的单棵树木年轮能反映冰川进退和气候的变化。因此,我们将1976—1978年在祁连山林带上下限采集的四棵园柏(Sabina przewalskii Kom.)的年轮资料(其中最长的935年是我国目前所采集到的最长的年轮)作了全面分析,研究了我国近     

利用树轮宽度重建过去238 年来内蒙古喀喇沁年降水量

根据树轮气候学实验步骤, 经过精确交叉定年, 建立了内蒙古喀喇沁地区油松树木年轮宽度年表. 相关函数分析表明, 树轮宽度年表与上年8 月至当年7 月的降水总量显著相关,在此基础上设计转换方程, 重建了该地区1771~2008 AD 之间上年8 月至当年7 月的降水总量, 方差解释量达49.3% (调整自由度后为47.1%). 重建序列可与邻近赤峰-围场地区已有的树轮降水序列进行良好对比. 在1771~2008 AD 期间有8 个降水量较多的时期(高于多年平均值)和7 个降水量较少的时期(低于多年平均值), 分别反映了东亚夏季风较强和较弱的时期.功率谱分析检测出重建降水序列含有120, 80, 8 和2 a 左右的准周期.     

树木年轮δ~(18)O记录的中国西北阿尔泰山区相对湿度变化

<正>相对湿度是影响水汽反馈和大气系统能量平衡的一个重要因子,它影响到植物光合作用过程中的水分-气体平衡,在生态学和气候学的研究中具有重要的作用.在我国西北大部分地区,相对湿度的连续观测资料大多始于19世纪50年代以后,然而相对湿度的长时间序列资料对于干旱半干旱区区域气候,水文和生态系统的研究具有重要的意义.树木年轮稳定氧同位素(δ18O)主要受控于水源氧同位素(δ18O)以及树木生长时相对湿度的变     

西藏喜马拉雅冷杉年轮δ13C与气候意义

对采自青藏高原东南部林芝地区的喜马拉雅冷杉进行交叉定年后,分析了喜马拉雅冷杉年轮δ13C序列与气候要素之间的关系.去除大气CO2浓度升高导致大气CO2中δ13C下降和生长趋势的影响后,建立树轮δ13C值的残差序列△13C.利用附近林芝气象站的气象资料,分析了树轮△13C序列对气候要素的响应.结果表明: 冷杉δ13C的高频振荡与该地区前一年的9～11月降水和相对湿度存在较好的相关性,并存在强的滞后效应.通过建立回归方程重建了该区域的秋季(9～11)月相对湿度序列,解释方差达37.9%.重建相对湿度序列表明1800年前相对湿度变化周期较短、变幅较小,1800～2000年则相反.     

中国的小冰河期

许多无可怀疑的事实证明,大约在十六世纪到十九世纪之间,地球上广大地区出现了寒冷气候,人们称为小冰河期(Little Ice Age)。竺可桢首先证明,这段时期内我国也出现了寒冷的气候。但具体冷期可能与世界上其它地区有所不同。张家诚等支持了竺可桢的观点,后来,张德二等根据冷暖冬出现频率,定出冬温指数,然后用统计方法计算了10年平均气温距平。近来,作者对应用史料恢复历史时期气温序列进行了系统的研究,主要做了两个方面的改进:(1)不仅考虑了寒冷事件的频率,也考虑了强度;(2)分四季建立了华东与华北10年平均气温距平序列。因此,现在有可能对我国的小冰河期做进一步的研究。