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树木年轮因其定年准确、分辨率高、连续性强、复本易取得等优点,在高分辨率气候重建方面有独特的优势。近年来,在我国北方环境敏感带和青藏高原地区开展了一系列树轮气候学研究,取得了很多有价值的研究成果。这些研究不仅有助于加强对区域气候变化的认识,对于全球气候变化时间和空间范围演变状况及机制的研究也十分有益。相较之下,在占地面积广、人口分布密集的中国中部平原地区,树轮气候学研究成果稀少。 河南省位于中国中部平原,黄河中下游,地处沿海与中西部结合处,属北温带大陆性季风气候。河南人口众多,是重要的粮食生产区,粮食总量约占全国的十分之一。近年来,全球气候变化问题引起诸多关注,对气候变化十分敏感的粮食产量问题也引发广泛讨论。因此开展全球变化背景下该地区气候演变的研究,有助于进一步评估粮食产量可能受到的影响。树轮气候学的应用对于恢复河南地区历史气候变化至关重要,而对于历史气候的认识有助于深入理解现阶段气候变化机制,有利于及时有效的应对气候变化带来的不利影响。另外,该地区树轮气候学工作的开展对于丰富区域树轮数据、完善中国树轮网络十分重要。 基于以上认识,我们在河南尧山(YS)、神农山(SN)、秦池村(QC)三地采集样本,并进行树轮气候学初步分析,取得以下研究成果: (1)将树轮样本带回实验室后,根据树木年轮标准处理流程,对样本进行前处理、交叉定年、宽度测量,并通过COFECHA程序对测量及定年结果进行检验。我们选择负指数或线性回归去趋势方法对神农山和秦池村轮宽序列进行处理,以去除序列中包含的树木生长趋势,再使用ARSTAN程序生成这两个采样点的标准(STD)、差值(RES)和自回归(ARS)年表;对于尧山轮宽序列,我们尝试采用区域曲线标准化(RCS)方法拟合树木生长趋势,得到尧山地区RCS轮宽年表。 (2)分别计算三个采样点各自轮宽年表与附近气象站多个气象数据的相关关系,发现不同采样点树轮气候响应存在差异。尧山RCS年表对上年12月至当年6月平均最低气温响应最为明显,神农山STD年表与孟津气象站上年9月至当年6月降水量相关显著,秦池STD年表亦与降水数据相关较高,但由于相关系数未达到重建标准,未对其作进一步气候分析。 (3)基于相关结果和轮宽年表,建立回归方程,重建了尧山地区过去139年上年12月至当年6月平均最低气温,方差解释量为39.8%;周期分析表明,95%置信度水平上,尧山平均最低气温重建序列存在78.8,44.4,35.3,27.0,6.6,4.3,3.5和3.0年的准周期。重建了神农山地区1850-2011上年9月至当年6月降水量变化,方差解释量达到42.4%;95%置信度水平上,降水重建序列存在2.69,2.47,2.06年的准周期。 (4)重建序列中,尧山地区平均最低气温经历了两次持续时间较长高温时段:1932-1965和1976-2006,和两次持续时间较长的低温时段:1878-1894和1906-1931;自1910年起,研究区气温增高趋势明显。神农山地区在重建时段经历了4次持续时间超过5年的严重干旱事件:1860-1879,1888-1913,1917-1945和1992-1998,同时研究区经历了三次较为湿润的时期:1882-1893,1946-1991和1999-2006;统计发现该地区严重干旱事件多发生在1945年之前,之后降水量明显上升。 (5)尧山地区上年12月至当年6月平均最低气温重建序列与陕西镇安3-4月平均气温、河南伏牛山上年12月至当年4月平均气温及长江源头地区6-8月平均最低气温序列对比良好。神农山上年9月至当年6月降水量重建序列与洛阳和郑州旱涝指数对比良好,序列包含的干旱事件与陕西、甘肃及宁夏等地同步。空间相关分析表明,尧山和神农山气候重建结果与中国大部,尤其是东部地区,以及朝鲜半岛和日本等地气候要素相关显著,表明该区域气候重建可以反映更大空间范围内气候变化状况。 (6)综合周期分析结果及重建序列与全球气候场的相关结果,认为尧山地区平均最低气温主要受到太阳活动、西太平洋海温、印度洋和北大西洋波动及ENSO的影响。神农山地区降水变化可能受海陆耦合相关的准两年波动和ENSO的影响。