青海杂多大果圆柏年轮指示的公元1360~2005年5~6月最高气温变化

根据采自青海南部高原杂多地区的树木年轮样本, 建立了该地公元1360~2005年标准树轮宽度年表. 通过相关函数、响应函数和偏相关分析发现, 该年表对杂多气象站点5~6月的平均最高气温响应敏感, 呈显著负相关关系. 因此利用该年表重建了杂多地区1360年以来春末夏初的平均最高气温序列, 并应用交叉检验方法对1961~2005年重建的校准方程进行了检验. 该重建校准方程的方差解释量达59.8%. 由于高温会使树木蒸腾作用加强, 从而造成水分胁迫, 所以在重建序列中, 高温的可靠性和准确性比低温的要高. 通过对重建序列的进一步分析得出, 1360年以来在年代际的时间尺度上, 气温显著偏高且持续时间较长的时段有6个, 即1438~1455, 1572~1612, 1684~1700, 1730~1754, 1812~1829和1853~1886年; 气温显著偏低且持续时间较长的时期有5个, 即1547~1571, 1701~1729, 1755~1777, 1830~1852和1887~1910年. 通过与邻近地区反映平均最高气温的标准树轮宽度年表以及与利用树轮重建的平均最高气温的序列的对比, 发现一些年代际尺度的变化在区域上比较一致.     

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.     

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.     

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.     

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.     

树轮宽度记录的松潘地区年平均气温变化

利用采自四川省松潘县境内3个样本点的冷杉树轮样本建立了树轮宽度标准年表(STD),并合并成了区域年表(RC).与气候要素进行相关分析发现,该地区树木径向生长主要受到温度的限制,树轮年表与多个月份的气温相关显著,其中,区域年表与前一年9月至当年8月(P9C8)平均气温的相关最高(r=0.576,P0.0001).在此基础上,利用区域年表重建了松潘地区1701年以来的年平均气温变化,重建方程稳定,其方差解释量达33.2%(R2adj=32%,N=59,F=28.33).重建结果显示,在过去310年间,该地区先后经历了8个偏暖阶段和7个偏冷阶段.通过时空相关分析,表明重建序列具有较好的时空代表性.此外,重建结果不仅通过了统计检验,还得到了海螺沟冰川末端变化、周边地区其他树轮资料重建的温度结果以及气象灾害历史记录的验证,证实了重建序列的可靠性.多窗谱分析结果显示该地区气温变化存在显著的2~3 a,26 a,准33 a和准40 a周期变化.     

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.     

树轮最大密度记录的贡嘎山区公元1837 年以来的温度变化

利用采自青藏高原东部贡嘎山东坡两个海拔高度的冷杉树轮样本建立了树轮最大晚材密度(MXD)年表, 并合成了区域年表(RC). 经MXD 年表与气候要素的相关分析发现, 各MXD 年表均与8~9 月份温度显著相关. 其中, 区域年表(RC)与8~9 月平均温(1960~2007 年)的相关最高(r=0.733, P<0.001). 在此基础上, 利用区域年表(RC)重建了贡嘎山区过去171 年来的8~9 月温度变化, 重建方程稳定, 重建方程的方差解释量高达53.5%(R² _adj=52.4%, N=48, F=52.8). 重建结果显示, 在过去的171 年中贡嘎山区8~9 月平均温的异常高温年份为22 年, 异常低温年份为23 年, 且存在4 个明显的低温时段(1837~1842, 1884~1891, 1899~1905, 1984~1989 年)和3 个明显的高温时段(1966~1973, 1916~1924, 1876~1881 年). 重建结果除通过统计检验外, 还得到了气象灾害历史记录和研究区周围其他树轮资料重建的温度结果的验证, 证实了重建结果的可靠性.     

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.     

内蒙古锡林浩特白音敖包1838年以来树轮降水记录

相关函数分析表明, 生长季当年4 ~ 7月上旬的降水总量对内蒙古锡林浩特白音敖包地区的红皮云杉(Picea Koraiensis)宽度的形成具有显著的制约作用, 在此基础上, 设计转换方程, 对这一地区过去160余年以来4 ~ 7月上旬的降水总量进行模拟重建, 重建序列的解释方差达到49.3%(调整自由度后为45.7%, N = 31, r = 0.702, F=13.608, p < 0.0001). 重建序列表现出3个降水较多时期: 1869~1875, 1886 ~ 1921和1943 ~ 1968年; 4个降水较少时期: 1851~1868, 1876~1885, 1922~1943和1969~1999年. 降水较多的1886~1921和1943~1968年以及降水较少的1922~1943年时期与祁连山地区的湿期和干期几乎同时出现, 而1922~1943年的干期和1943~1968年的湿期, 与我国西北、华北和长江流域20世纪20年代的升温少雨和40年代以后的降温多雨非常吻合. 计算表明, 重建序列与旱涝等级序列显著相关(r = -0.234, p < 0.007, N ₁ = 143). 子波分析表明, 1838 ~ 1920年期间, 白音敖包地区4 ~ 7月上旬的降水主要存在22年的周期, 1920 ~ 1952年主要表现为11年的周期. 1953年之后, 周期成分比较复杂, 未检测到信度达95%的周期成分. 1920年代该地区4~7月上旬降水由多向少出现快速转变, 1950年代以后降水持续减少. 20世纪90年代后期, 降水增加的趋势十分明显.     

黄河上游过去1234年流量的树轮重建与变化特征分析

利用青海省阿尼玛卿山地区祁连圆柏树轮宽度年表资料, 分析树木生长与黄河上游唐乃亥水文站平均流量的关系, 结果表明前一年8月到当年7月的平均流量与当年轮宽密切相关, 相关系数为0.656, 在此相关关系的基础上, 重建了黄河上游过去1234年以来的流量变化. 经11年滑动平均后曲线, 定义流量低于均值1个标准差的时段为枯水期, 流量高于均值1个标准差的时段为丰水期. 在重建的黄河上游过去1234年流量变化中存在18个丰水期和12个枯水期, 丰水期主要分布时段为: 846~873年、1375~1400年, 枯水期主要分布时段为: 1140~1156年、1295~1309年、1473~1500年、1820~1847年. 其中15世纪末是过去1234年以来黄河上游流量最低的时段, 该时期青藏高原东北部发生了大范围的干旱现象. 重建的流量变化包含较多的低频信息, 枯水期与都兰、乌兰、德令哈等地树轮资料和其他代用指标记录的干旱期一致. 多窗谱分析表明黄河流量变化存在2~5年, 22年, 35~38年, 55~62年和114~227年左右的周期, 其中最显著的是159和36年的周期.     

内蒙古呼伦贝尔地区伊敏河过去135年以来年径流总量的树轮重建

依据内蒙古呼伦贝尔地区湿度敏感的樟子松树轮宽度年表与区域平均最高温度、降水量和年径流总量的相关分析结果,重建了该区域公元1868～2002年伊敏河年径流总量.统计检验表明模型稳定可靠,其方差解释量达52.2%.在135年的径流重建序列中,极端干湿年份相当,分别占总年份的15.6%(21/135)和14.1%(19/135).连续2年以上的极端干旱时段出现在1950～1951,1986～1987,1905～1909,1926～1928,1968～1969,1919～1920年;湿润时段为1954～1959,1932～1934,1939～1940,1990～1991年.区域水文序列对比显示,伊敏河年径流总量与蒙古高原中、东部树轮径流或年表序列具有同步变化趋势.周期分析结果表明,呼伦贝尔及其邻近地区水文气候要素变化与大尺度的气候驱动(PDO,ENSO及北大西洋海表温度变化)和太阳活动有一定联系.     

树轮记录的吕梁山地区公元1836年以来5~7月平均气温变化

随着全球气温的升高, 气候变化越来越受到人类的重视, 同时区域性气候也引起人们的普遍关注. 利用采自吕梁山中部的油松树轮样本, 重建了该地区1836年以来5~7月平均气温的变化, 重建方程对观测时段1955~2003年平均温度的方差解释量为45% (F=38.474). 该重建气温序列指示的5个偏暖时期和4个偏冷时期与我国北方中部其他几条树轮重建温度序列所指示的冷暖时段基本一致. 20世纪50年代以来气温呈缓慢上升趋势, 但是这种上升趋势并不是平稳的, 90年代初的升温更强烈一些, 并且1994~2002年是整个重建序列中温度最高的时段; 同时, 重建气温与研究区周边更大范围内各气象站点5~7月平均气温之间的显著相关分析也表明, 本文重建的过去近170年来的温度变化不仅反映了吕梁山地区、似乎也可以反映我国北方中部地区较大范围的同期气温变化.     

青海都兰地区1835a年轮序列的建立和初步分析

历史时期气候变化研究的一个重要方面,是获取高分辨率的古气候数据资料,弄清气候变化的事实,并建立历史气候的长序列.在我国,竺可桢利用物候资料和历史资料恢复了过去5000a来我国东部地区的温度变化曲线.吴祥定等在拉萨利用不同时期树木年轮资料衔接的方法,恢复过该地区2000a来的气候变化历史.姚檀栋等根据古里亚冰芯资料,给出了青藏高原近2000a来气候和环境变化的证据.本文将根据青海都兰地区树木年轮资料来讨论这一地区1835a间的气候变化趋势.本研究是我国目前在树木年轮气候研究方面资料较为完整和时间序列最长的一个.     

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.     

利用兴安落叶松树轮最大晚材密度重建大兴安岭北部5～8月气温变化

对大兴安岭北部3个样点的兴安落叶松(Larix gmelinii)树轮样本进行树轮密度的分析,相关分析结果显示,树轮最大晚材密度年表与夏季气温变化有显著正相关关系,利用其中两个样点的树轮最大晚材密度对研究区1855年以来5～8月的平均最高气温变化进行了重建,重建值的解释方差量为39.5%.在大兴安岭北部过去的154年里,存在4个冷期:1874～1893,1927～1948,1951～1960和1992～2002年;以及4个暖期:1855～1873,1894～1916,1961～1991和2003～2008年.该地区20世纪末冬季气温的变暖现象比夏季更为明显.重建结果与研究区周边的气温序列均有较好的一致性,可以指示较大区域的气候特征.     

华北地区对流层臭氧长期变化趋势及影响因子分析

利用1979~2013年卫星对流层臭氧遥感数据序列,分析华北地区对流层臭氧的长期变化趋势,考察各主要影响因子和对流层顶高度变化对臭氧变化的影响作用.过去30多年来,华北地区对流层臭氧长期变化趋势在不同季节差异很大:夏季对流层臭氧呈现快速增长趋势,增长率为1.28 DU/10 a;冬季表现出下降趋势,下降率为1.46 DU/10 a;在春季和秋季表现出波动性下降趋势.对流层臭氧夏季含量最高,一般在50 DU上下,春季平均值大约40 DU,秋季平均值35 DU左右,冬季含量最小一般在26 DU左右.对华北地区对流层臭氧分布变化产生显著影响的因子主要有太阳周期(Solar),厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和准两年振荡(QBO).其中,Solar的影响幅度可达到5~6 DU,ENSO影响作用1~2 DU,QBO影响一般小于1 DU.对流层顶高度在年内不同季节存在显著周期变化,与对流层臭氧变化紧密相关,相关系数R=0.826,表明对流层顶高度年周期变化对对流层臭氧产生重要影响.从年代际时间尺度上,对流层顶高度不存在显著性变化趋势,对对流层臭氧变化趋势影响不大.     

以树轮晚材宽度重建公元1726年以来贺兰山北部5~7月降水量

通过分析早材宽度(EWW)、晚材宽度(LWW)、整轮宽度(TRW)、最小密度(D_min)和最大密度(D_max)共计5个树轮标准年表的统计特征及其各自气候响应, 最终以晚材宽度对贺兰山北部公元1726年以来5~7月的降水进行了重建, 方差解释量42%(R²_adj=0.41, F = 31.46, P < 0.000001). 11年滑动平均后, 方差解释量达82%(F=156.9, P<0.05). 重建降水序列在10年际尺度上与内蒙古东部白音敖包地区4~7月上旬降水具有相当好的一致性, 在一定程度上反映了东亚夏季风锋面强弱的变化. 谱分析检测出贺兰山北部5~7月降水序列主要存在11和22年的波动周期.