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树木年轮实验室
树木年轮实验室代表性论文
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2017/4/28 16:21:00

   1.基于树轮的西北干寒区温度重建研究

1)基于新疆和布克赛尔地区西伯利亚落叶松树轮密度,我们重建了哈萨克斯坦东部地区斋桑湖地区近4006-8月温度变化(1600-2002年)。重建值对实测值(1901-2002年)的解释方差达39.1%,经检验方程稳定可靠。重建序列揭示斋桑湖地区在17世纪后期到18世纪初期为低温阶段,之后温度有所回升,在18世纪中期到19世纪初温度再次下降。重建结果还揭示了多个凉夏与大规模火山喷发有着显著关联,同时,斋桑湖温度变化也与太阳活动有着紧密联系。与青河地区晚材平均密度年表的高相关揭示在中亚地区可能存在某种大范围气候驱动力(1-3-5)。该温度重建序列在低频变化上与北半球气温具有显著正相关,说明中亚地区温度变化与北半球整体温度变化具有良好的一致性。该研究结果显示树轮密度在干旱区温度重建中具有很大的应用价值。

 

斋桑湖和阿勒泰青河地区树轮密度对比

2)利用采自青藏高原东部昌都地区的树轮样本重建了昌都气象站过去413a冬半年平均最低气温。分析表明,过去400a中,西藏东部昌都地区秋冬季节平均最低气温经历了六个偏暖和六个偏冷的变化阶段(图1-3-6),并有明显的六个持续变暖和五个持续变冷阶段,变暖缓慢,而变冷迅速。变冷、变暖阶段中以本世纪60年代的迅速降温和70-80年代的升温最为典型。昌都地区秋冬季节平均最低气温以5 a11 a102-103a的变化准周期最为显著;比较发现,近百年青藏高原东部地区秋冬季节平均最低气温与北半球平均气温具有较好的一致性:20世纪初到30年代,青藏高原东部地区秋冬季节平均最低气温缓慢上升,40年代急剧下降,50年代气温回升,60年代初期,气温再次下降,60年代末以后气温逐步升高。进一步分析表明,青藏高原东南部历史冬半年平均最低气温变化受西南季风影响显著。该研究成果发表在Dendrochronologia上。

 

 

青藏高原东南部过去400年冬半年平均最低气温变化

 

3)利用树轮晚材最大密度重建了藏东北玛曲地区过去284年来的5-8月平均最高温度变化。通过对比分析,发现玛曲温度重建序列与昌都温度重建序列具有良好的同步性,他们之间的第一主成分序列能够准确指示公元1725年以来青藏高原东部大范围暖季温度变化(1-3-8)。在与海温数据的公共时段内 (1854-2000年),青藏高原东部两个温度序列的第一主成分序列和海温场的分析显示,北印度洋孟加拉湾和西太平洋中低纬度的海温对于青藏高原东部暖季温度变化影响显著。同时,青藏高原东部地区暖季温度与中东太平洋海温的负相关说明其变化还可能受到ENSO影响。这一研究为进行青藏高原暖期温度大范围重建奠定基础,并能够为相关研究提供温度场长期变化信息。

 

 

青藏高原东部玛曲和昌都温度重建序列对比(a)和青藏高原东部两个温度序列的第一主成分(PC1)及其21年低通滤波曲线(b)

 

2.基于树轮的中国区域干湿重建研究

1)通过树木年轮重建,揭示了西北干寒区典型过去200-500多年来气温、降水的历史气候序列,并且与历史文档记载资料进行了对比验证,分析认为这些重建的气候序列可信度高,在空间上具有更大范围的代表性,尤其重建了兰州、西安、西宁、乌鲁木齐等西北干旱区特大城市的干湿变化,为应对区域气候变化提供了良好的数据支持。在基础较好的甘肃和新疆地区进行了大范围干湿场的重建工作,并以此绘制出新疆地区近200年极端干旱事件等级图。

 

 

西北干旱区降水重建序列对比

 

 

新疆北部降水/干湿变化重建序列对比(灰色阴影为乌鲁木齐地区的干旱期)(a)乌鲁木齐地区上年7月至当年6月降水量重建序列(本研究);(b)天山西部干湿变化重建; (c)呼图壁干湿变化重建序列;(d) 阿尔泰山上年7月至当年6月降水量重建序列; (e)天山东部干湿变化重建序列

 

 

新疆北部8个极端干旱年份干湿变化空间分布

2)在中国东南地区重建了一条长达160年的干湿变化序列,揭示了季风与ENSO活动对于中国东南部干湿变化的长期影响,扩展了中国树轮研究的区域研究发现季风干旱季节的干湿变化对于中国东南部福建中部柳杉树轮宽度变化具有显著限制作用,这使得在中国季风湿润区重建过去干湿变化成为可能,扩张了中国树轮研究南界。因此,我们利用福建地区两个采样点的柳杉树轮宽度年表重建了福建中部1855年以来上年7月至当年2月干湿变化。研究揭示了在低纬度亚洲树轮可能存在大范围的干旱信号,其变化并受到了ENSO和亚洲夏季风活动影响。相关文章在TreeBoreasSCI杂志发表。

 

 

福建与越南干湿变化敏感的树轮序列对比

3)利用大兴安岭北部樟子松的树轮宽度年表重建了中国最北部的城市漠河的上年8月至当年7月的干湿变化,方差解释量达到了39%。重建序列揭示1786-1786年,1831-1862年, 1880-1921年, 1962-1982年偏干。功率谱和小波分析揭示重建序列存在24年,12年和2年的周期变化。对比研究发现其与内蒙古呼伦贝尔地区干湿变化存在很强的一致性,共同受到了东亚夏季的影响。

 

 

漠河实测(a)与重建(b)降水序列的空间代表性

4)利用华山地区的油松和华山松树轮样本,研究重建了过去5314-6月降水量。重建序列具有较强空间相关性,能够有效表征大范围区域干湿变化。结合多个中国北方多个重建干湿变化序列和历史文献,发现了多个中国北方大范围的干旱事件与ENSO事件的发生有着很强的关联,并影响了中国北方人民的生产生活。

 

 

华山降水序列中所指示干旱年份(a)和湿润年份(b)的海温合成图

 

3.树轮水文学研究

1)利用石羊河流域的青海云杉树轮宽度年表重建了上年9月至当年8月径流量变化,方差解释量为41.5%。与周边地区干湿变化重建序列对比证实了本重建序列的可靠性。石羊河径流量变化与赤道东太平洋和北大西洋海温存在很强关联。我们进一步分析发现其变化受到了NAOENSO的影响,并揭示在亚洲中纬度地区区域径流量变化存在明显差异,并可能受到西风强度的影响。

 

 

石羊河径流量变化与NINO3.4指数、NAO指数对比

2)利用天山雪岭云杉树轮宽度年表,重建了南疆塔里木盆地重要的水源阿克苏河自1692年以来的径流量变化,方差解释量为61%。该重建序列揭示了20世纪20年代的显著低径流阶段。研究显示自20世纪60年代以来,阿克苏河径流量一直呈现快速增加的趋势,这可能与全球变暖及其所带来的大气环流异常变化有关。研究还发现了NAO对于区域径流变化影响。

 

 

阿克苏河自1692年以来的重建径流量变化

 

3)利用雪岭云杉树轮样本重建了新疆首府主要水源——乌鲁木齐河过去300多年的径流总量变化和精河径流量变化。研究表明:(1)树轮宽度与精河水文站上年9月至当年8月的径流量相关系数达到0.612,重建了精河水文站公元1615年以来的径流量变化历史。(2)过去393年来来的精河出山口径流量序列了7次丰水年和11次枯水年,且发生了13次持续丰水期和10次持续枯水期。(3)建径流量序列的周期变化与天山山区的降水和径流量序列的周期基本一致,其中天山山区和北疆普遍存在的6.9 a的周期与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件的周期一致,重建序列与南方涛动指数的显著负相关也证明了二者的遥相关关系。

 

 

精河水文站径流量重建序列

4)在阿赖山-帕米尔高原地区建立了一个长294年的树轮宽度年表,并以此重建了Kurshab River 上游年径流量变化。该径流重建序列与巴基斯坦北部、西天山干湿变化序列在低频变化上具有良好一致性,并同时显示最近30年持续变湿的趋势。小波分析也显示NAO和太阳活动对区域径流的影响。

 

5)基于中亚伊塞克湖流域区域树轮宽度年表重建了伊塞克湖355年来的入湖径流量变化历史。研究表明枯水阶段变化特征与天山北坡的玛纳斯河、乌鲁木齐河径流量的枯水期一致,但与天山南坡的阿克苏河流域的径流量的低频变化特征不一致,在1850年前的变化趋势相反。伊塞克湖径流量与北大西洋长周期年代际震荡的年代际变化趋势是一致的,相关系数为0.431

伊塞克湖入湖径流量与新疆其它河流径流量对比

 

 

4.树轮生态学研究

利用白杨沟森林生态气象站Dendrometer实时监测数据,分析了雪岭云杉树木径向生长的日变化、年变化规律;结合气象观测实时数据,分析了雪岭云杉径向生长对气候的年内响应规律,揭示了雪岭云杉年内径向生长的限制性因子。研究结果表明:雪岭云杉主要的生长季为5月下旬到7月下旬,而快速生长阶段为6月中旬到7月初。在生长季,树木径向生长与日平均气温,蒸发量、日照时数和水分亏缺显著负相关,与日降水和平均相对湿度显著正相关。树轮-气候响应结果显示,水分变化在雪岭云杉径向生长中扮演者重要的角色,5月下旬到6月下旬的降水可能是天山北坡雪岭云杉树木径向生长的主要限制性因子。该研究成果发表在Dendrochronologia上。

雪岭云杉年径向生长变化与降水变化

雪岭云杉茎干生长日变化与主要气象因子的关系

5.树木年轮与大气理化环境研究

1)基于树轮中记录重金属含量分析了乌鲁木齐河流域重金属污染特征:研究表明,乌鲁木齐河山区流域环境中重金属时间分布规律为乌鲁木齐河山区流域土壤和树轮中的重金属含量均为重污染区>轻污染区>非污染区,这与各个区域距离污染源的距离有关。在过去三个时段中,重污染区和轻污染区的五种重金属总含量随时间的临近呈不断增加的趋势,这说明在污染区随着工业的发展污染在加剧,非污染区变化不大。

 

乌鲁木齐河流域树轮重金属含量变化及与污染的关系

2)利用树轮δ13C重建阿尔泰山南坡过去160年夏季降水变化:利用分别采自阿尔泰山南坡东、中、西部3个采点的西伯利亚落叶松树轮样本,建立树轮宽度年表,并提取树轮δ13C序列。结合阿勒泰地区7个气象站降水资料分析表明,树轮δ13C序列对阿尔泰山南坡夏季降水有较好的响应,最高相关可达到0.682p<0.0001)。利用回归方法重建了过去160年来阿尔泰山南坡夏季降水量,并进行了树木生理学意义分析、数学检验和历史资料验证,证明了重建序列的可靠性。基于该序列分析阿尔泰山南坡过去160年降水变化表明:阿尔泰山南坡过去160年夏季降水在1850s-1860s偏多,1870s-1950s偏少,1960s至今,阿尔泰山南坡经历了较长的湿润期。1984年是近160年中最为湿润的一年,1893年是最为干旱的一年;重建的过去160年夏季降水可较好的代表较大范围区域降水变化,北极涛动(AO)可能对阿尔泰山南坡降水变化有较大影响。

基于树轮稳定碳同位素的阿勒泰过去160年降水变化

 

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