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近年来,由于气候变化导致灾害性气候事件频发,致使人类与生态环境系统之间业已建立起来的相互适应关系受到显著影响和扰动。气候变化,尤其是20世纪后期全球变暖问题已日益引起各国政府和社会公众的普遍重视。这次变暖的时间和空间尺度问题都是目前全球变化研究中亟待解决的。
中国山东地区由于地处季风区东部,深受季风及海洋的影响。该区温性针叶树木的年轮资料是记录该区气候变化良好的天然载体。因而,在全球变暖的背景下,于这一典型的气候敏感区域开展以往鲜有的以树轮宽度为代用指标的气候变化研究,在为当地历史时期区域气候变化研究提供基础数据与参考依据的同时,进行中国东部地区树轮气候学系统研究。这对认知气候系统中海洋与大气环流对我国气候环境的影响是很有意义的。
鉴于以上情况,本论文选取具有树轮气候研究潜力的山东于林、蒙山及沂山地区,采集了多组树轮样品,重建了这一地区的气候变化序列,分析验证了其区域尺度的气候变化代表性,并在全球变化的框架下探讨了大尺度海陆气变化对该地温度变化的影响。目前所做工作及得出的主要结论如下:
1.基于国际树木年轮库(ITRDB)的标准在山东于林、蒙山及沂山地区采集树轮样本,其中在于林采得白皮松17棵,在蒙山采得油松51棵,在沂山采得油松39棵。经过对样本进行前处理、交叉定年、宽度测量,以ARSTAN程序对每条序列进行生长趋势的拟合及标准化,分别建立了三个采样点的STD、RES和ARS树轮宽度年表。
2.通过STD年表与气象观测记录进行相关分析,发现研究区的树木生长总体上对平均最低气温响应较强。其中,于林地区的树轮宽度变化对全年(上年10月至当年9月)平均最低气温响应最为显著;蒙山树轮宽度变化对冬半年(上年11月至当年4月)平均最低气温响应最为显著;沂山树轮宽度变化也是对冬半年(上年11月至当年4月)平均最低气温响应最为显著,只是达不到气候重建的要求。
3.基于树轮宽度标准年表,分别重建了于林地区过去392年来上年10月到当年9月的平均最低气温变化和蒙山地区过去365年来上年11月-当年4月的平均最低气温变化。功率谱分析得出,在99%置信度上,于林过去392年来全年平均最低气温序列显示出2.28、2.30、3.16、3.40年的准周期:而蒙山重建冬半年平均最低气温变化具有2.42、2.87、3.39年的准周期。这几个2-3年的周期与气象学上的“准两年波动”十分一致。
4.于林重建曲线在1960年代末期表现出明显的升温现象,这与当地气象观测记录及青岛冬季温度变化曲线吻合较好,反映山东地区升温现象的普遍性。与其它地区对比发现,于林的增温时段与青海、北京的增温时段也相吻合。于林的增温速率明显高于全国水平,反映中国在20世纪后期增温的大背景下,东部地区表现更为明显。此外,1998年后的全球轻微降温,在于林重建气温序列中也有表现。
5.蒙山地区过去365年来冬半年平均最低温度和平均温度均大致经历了4个偏暖阶段(温度高于平均值)和4个偏冷阶段(温度低于平均值)。其中偏暖阶段为:1643-1663年,1795-1860年,1942-1957年,1985-2007年;偏冷时段为:1681-1760年,1768-1794,1907-1941年,1958-1984年。蒙山冬半年最低气温的变化可与同时段青岛、济南及北京的最低气温变化进行良好的对比,在99%置信度上,蒙山与这几个地区的冬半年平均最低气温均达显著正相关。反映温度变化在一定范围内的一致性,也暗示出几地气温变化可能具有相似的驱动机制。
6.综合考虑研究区于林、蒙山与沂山三地树轮年表之间的相关关系,分析了三地树轮宽度标准年表气候意义代表性的区别和联系,并对三者所共同反映出的区域信号进行了研究。结果表明,研究区三地的树轮年表共同反映出,在一定空间范围内存在较为一致的限制性因子。空间方位上,三地树木对气候信号响应的敏感程度由西向东有减弱的趋势。对比于林与蒙山两地的重建最低气温序列发现,两地气温相对变化趋势较为一致,但在温度极值年份出现的时间上却有差异。其中,两地高温极值年份出现时间不一致,而低温极值年份却相吻合,均出现在1780年前后。
7.通过分析研究区气候变化与全球大尺度海陆温度之间的联系,发现于林、蒙山与沂山三地的树轮年表与全球范围的海陆温变化均具有较高的相关,重建的研究区气温所表现出的20世纪中后期增温的幅度显著大于全球性平均温度的变化状况,且冬季升温表现更为显著。值得注意的是,蒙山地区的温度变化滞后于全球海表年平均温度变化,暗示海温变化可能是蒙山地区温度变化的驱动因子之-。
8.在探讨了研究区温度变化与大尺度大气环流之间的联系后发现,山东地区重建气温序列与北极涛动指数、北大西洋涛动指数以及亚洲-太平洋涛动指数均有较好的相关性,其中,于林较之于蒙山相关更高。而重建温度序列与太阳黑子数没有明显的相关。总体上表明,于林和蒙山(或山东地区)的重建温度序列不仅反映了区域的气候变化,在一定程度上也能够反映大范围的海陆气相互耦合过程,说明山东地区是对全球变化响应的敏感地区。