论文部分内容阅读
滇西北地区位于青藏高原的东南边缘,是横断山脉的核心区域,也是印度季风湿润气团进入青藏高原的水汽通道。本文在这个关键区域进行了系统性的树木年轮气候学研究,以期阐述该地区树木生长对于气候的响应特征、重建过去数百年来的气候变化,并试图揭示区域气候变化与青藏高原的联系以及大尺度气候系统对滇西北气候的影响。
本研究主要基于滇西北地区12个样点4个树种(长苞冷杉、云南铁杉、油麦吊云杉、云南松)的25个年轮宽度数据,来探讨该地区树木生长与气候的关系以及古气候重建问题。相关和响应函数分析结果表明,虽然各树种年轮宽度年表(以下简称年表)与气候要素之间的相关结果有所不同,但总体上晚冬至春季(1-5月份)的降雨是该地区树木生长的主要限制因子之一;另外各年表还与温度大致呈正相关关系,其中与冬季和夏季关系尤为密切。基于该地区对于温度响应敏感的六个年表,重建了滇西北地区过去529年(1475-2003年)来的年际温度波动历史。重建序列表明在小冰期时期(约1450-1890年),该地区经历了数次寒冷期,分别集中在15世纪末、1550-1600、1630-1690年和1790-1810年;而主要的暖期有1550-1580、1610-1620、1740-1750、1780-1790、1830-1840年和1920-1940年。重建温度序列在20世纪后期出现了一个明显的冷期(1950-1990年),无明显的升温趋势,这是与全球变暖趋势不一致的。在过去数百年来的温度波动特征上,滇西北地区与中国东部和青藏高原东北部相关性较好,而与青藏高原的西部和南部的相关性较差。
重建温度序列的突变检验中主要存在三个显著的突变点:1527、1701和1958年,这也是滇西北地区气候冷暖波动明显转型的年份。滑动t检验揭示了重建序列的四个气温突变时段,分别为1500-1550、1650-1730、1880-1890年代和1950年代-至今。MTM功率谱分析结果表明重建序列主要周期有85.5、46.5、36.6、28.5、11.5、9.3、4.9、3.4年和2.9年;而小波分析则表明重建序列中2-8、16-32年和64-128年这三个明显的周期,其中2-8年周期出现在1510-1580、1620-1660、1730-1750、1870-1910年代和1970年代,16-32年周期出现在1490-1520年代和19世纪,而64-128年周期出现在19-20世纪。
聚类分析表明滇西北地区同一采样点不同树种的年表最为相似,相互之间距离较近的采样点年表聚类效果较好。从不同树种的年表来看,冷杉、云杉、铁杉年表较早的聚类到一起,而松树年表聚类效果较差,但是其年表最后还是能够化为一类;表明冷杉、云杉、铁杉年表间相似性较好,而松树年表与其他树种有较大差异。主成分分析表明25个年表在共同区间(1933-2003年)内的第一主成分解释方差达28.24%,而冷杉、云杉、铁杉、松树年表的第一主成分解释方差达35.09%-43.49%,绝大多数年表的载荷值均为正数,这表明该地区年表具有很大相似性,具有较大比例的共同信号。当以其第一至第四主成分做各年表的空间格局分析时,发现冷杉、云杉年表空间聚集效果最好,其次是铁杉年表,而松树年表在空间上的分布范围较大,无明显聚集效果;所有年表对于海拔和纬度均具有明显的聚集效果,体现为海拔、纬度较高的年表聚集成一类,而海拔、纬度较低的年表聚集成另一类;对于不同流域来讲,怒江流域的年表之间较为相似,自成一类,而澜沧江和金沙江流域的年表聚集在一起,两者之间在空间上不易区分。
滇西北地区的年表基本上与印度季风降雨指数有着明显的正相关性,表明印度季风系统对于该地区树木生长具有影响。从该地区树木生长与厄尔尼诺-南方涛动气候系统(ENSO)关系来看,所有树种年轮年表大致与春季(3-5月)El-Nino3.4区的热带太平洋的表温呈正相关的关系,而与同期的南方涛动指数(SOI)呈负相关的关系;另外时序叠加分析表明该地区树轮在El-Nino事件发生后1-3年内有明显的窄轮出现,生长速率明显下降。可以看出树轮数据含有可靠的ENSO信号,滇西北地区很有可能是对ENSO气候系统响应的敏感区。一般认为,El-Nino事件发生会直接导致印度季风活动强度的减弱,从而致使滇西北地区的降雨量(特别是1-5月份)偏少,进而使树木年轮在El-Nino事件发生后出现生长下降现象。相关分析还表明春季(5-6月)的太平洋年代涛动指数(PDO)与滇西北地区年表有着明显的正相关关系,这也可从PDO气候系统对印度季风活动强弱的影响得到合理的解释。
通过与热带太平洋区域的年际大洋海温(SST)和海平面大气压(SLP)空间场的NCEP/NCAR再分析资料的相关分析,发现滇西北地区年轮数据与热带太平洋的SST和SLP均呈显著的负相关关系,这进一步表明其与ENSO的密切联系。与北半球250百帕位势高度的年际大气压分析,显示滇西北地区年表与北太平洋地区、我国东北及西伯利亚地区、热带太平洋的东部以及青藏高原地区的大气压有较为明显的联系;而对于北半球表面温度而言,则表现为与热带印度洋地区和热带太平洋的东部表面温度呈显著负相关。