西北干旱区山地不同生境下树轮气候响应研究

摘要

树木年轮是古气候重建中的重要代用资料，被广泛应用于全球变化研究，而对不同生境下树轮对气候响应差异的研究是气候重建的必要前提。目前我国树轮气候重建集中于西北干旱区，因此本研究的主要目的就是探讨不同生境下西北干旱区树轮气候响应规律，据此进行气候重建并探讨其相关机制。
　　本文所指的“西北干旱区”仅指位于季风边缘地区的甘宁青三省从柴达木盆地东北部沿黄河至宁夏平原一带。这也是中国开展树轮气候学研究最早、最成熟的区域之一。所采10个点386树773根样芯来自贺兰山、哈思山的油松和德令哈附近宗务隆山的祁连圆柏。经过室内实验、交叉定年和去趋势过程后得到每个点的三种树轮宽度年表。通过比较各年表自身统计参数、对年表进行相关和聚类分析等方法考察了各年表之间的差异；之后，通过对各年表与气候因子之间作相关、一阶差相关和趋势面等分析，比较了不同生境下树轮对气候因子的响应，并结合生境分析了其原因。初步结论如下：
　　1）总体上油松树轮比祁连圆柏树轮对气候的响应更加敏感，但也与采样点海拔高度有关。祁连圆柏分布下限的样点敏感度已达到或超过油松样点（本研究中油松采自其自身分布上限）。所有样点均以响应降水为主，油松与气温的相关限于与夏季气温的负相关，5个祁连圆柏样点中有4个亦具有此特点，只有位于海拔上限的祁连圆柏样点除主要响应降水外也与气温存在微弱的正相关。总的来说，在年际尺度上，5个点都与当年5月和6月降水正相关，与当年6月气温和上年11月降水负相关。
　　2）就不同海拔的祁连圆柏来说，随着海拔高度从高到低，轮宽自身和对降水的敏感度增大。在降水不足时，较低海拔处轮宽与气温有负相关；在降水充足时，高度上限处轮宽与气温有不太显著的正相关。
　　3）就不同生境的油松来说，两座山5个点对气候的响应均为明显响应降水，但具体响应的年内时段和对降水、气温的敏感度有差异。贺兰山的三个点均主要响应当年3-6月降水，且与当年3月和7月气温成负相关。但其中东坡两点（SYK01,02）对3-6月降水和当年7月气温的敏感度均高于西坡（BS）。哈思山的两个点对上年7-9月降水和当年3-6月降水相关最高，且上年7-9月的相关高于当年3-6月。作一阶差相关后与3-6月降水的相关增大。这说明哈思山的油松上一年的累积作用比贺兰山的大。
　　4）就不同频率上的响应来说，油松年表与气候因子的相关和一阶差相关差别不大，说明它们在低频和高频上对气候信号的响应都比较一致。祁连圆柏年表与气候因子的相关结果显示，位于林带中部偏上的DLH02与03点各月均与平均气温和平均最低温有很高的正相关；而一阶差相关结果则与此相差很大，与气温之间的正相关显著降低。经检验，这是轮宽与气温序列在器测时段均呈迅速上升趋势造成的，由于轮宽与气温序列均具有高度自相关性，因此若不剔除低频趋势，相关分析结果便不能很好地反映两者的真实关系。
　　5）根据以上分析，分别重建了甘宁季风边缘区（1761-2012）和德令哈附近（1357-2013）降水。重建序列与器测数据的空间代表性基本一致。通过经验模态分解（EMD）方法，将两个重建降水序列分解成从高频到低频的8个分量，每个分量显示了不同频率上的周期变化。两个降水序列均有大致2-4年，6年，11年，23年和46年的周期，此外甘宁季风边缘区另有92年周期，德令哈附近区域另有138年周期。
　　6）通过对研究区降水变化与近年重建的大尺度气候指标的对比发现，德令哈重建降水序列在低频上与北半球气温变化趋势大体一致。贺兰山、哈思山一带季风边缘区降水在1960年之前也有这一特征，但近50年来处于减少趋势，与德令哈地区具有明显差异。
　　7）对两条重建降水序列分别与重建的冬季NAO指数作30年窗口相关分析，发现相关系数与重建的中国气温，尤其是中国东部气温之间存在正相关关系。同样，本文通过分析大气环流初步探讨了其机制。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 树轮气候学研究进展

1.3 研究区概况

第二章 树轮样本采集与年表建立

2.1 树木年轮学基本原理

2.2 野外采样与室内实验

2.3 交叉定年

2.4去趋势及建立年表

第三章 不同生长环境下树轮宽度对气候要素的相关与响应

3.1 器测气候资料概况

3.2 贺兰山、哈思山山脉两侧油松轮宽指数与气候要素的相关分析

3.3 德令哈宗务隆山不同海拔梯度祁连圆柏树轮宽度对气候要素的相关分析

3.4 轮宽对降水和温度的敏感度：趋势面分析

第四章 气候要素重建及其揭示的气候信息

4.1 甘宁季风边缘区域降水变化重建及检验

4.2 德令哈附近降水重建及检验

4.3 重建降水序列的区域代表性

4.4 重建降水序列的多尺度分析

4.5 研究区降水变化特征与机制探讨

第五章 结论与展望

5.1 主要研究结论

5.2 存在的问题及展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢