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众所周知,中国是一个深受亚洲季风影响的国家,亚洲季风的强弱变化带来的洪涝及干旱深刻影响了人类生存和自然生态系统。而中国中部平原地区作为中国一个重要的地理分区,其气候变化,尤其是极端气候灾害事件的发生必然会对这一地区的经济发展和社会秩序产生严重的影响。因此了解该地区的气候演变历史,增加对现阶段气候状况的认知,对预测未来气候演变对人类生产生活的影响有着极为重要的意义。 树轮稳定同位素作为近年来树轮学领域的一个新兴分支,因其自身的生理机制及控制因素,成为了解年代际、年际甚至季节时间尺度上古代和现代环境气候变迁的有力工具之一。加之近年来国内开展的树轮同位素研究工作多是在北方干旱半干旱区及青藏高原地区,针对中部平原地区开展的树轮同位素研究则相对较少。 基于以上的研究背景,我们在位于中国中东部的河南省鲁山县尧山地区开展了油松树轮的样本采集工作。在精确定年的基础上,我们选取了五棵合适的样芯分别建立了树轮稳定碳、氧同位素年表,对年表进行气候响应分析,讨论影响树轮同位素变化的外界环境因子(包括平均气温、平均最高气温、平均最低气温、降水量、相对湿度、人类活动干扰等),分析极端灾害事件(旱涝灾害等)和ENSO事件等的响应情况,深入了解这些变化背后的动力学机制,探讨亚洲夏季风在该地区的变化状况及大范围影响。同时讨论环境因子对树轮同位素的影响机理和影响程度,从而为更好地利用树轮稳定同位素恢复历史气候环境变化提供良好的依据。具体研究成果如下: 1、按照树轮纤维素提取程序对所选样芯进行化学处理、上机测试,分别建立了尧山地区1835-2008年的树轮氧同位素年表及1901-2008年的树轮碳同位素年表,描述了它们各自的变化特征。 2、设计合理的实验对树轮气候学研究领域中的“幼龄效应”进行了初步探讨,发现研究地区树轮氧同位素并不存在“幼龄效应”,而碳同位素则表现出明显的“幼龄效应”。 3、利用周边气象站数据与同位素年表作响应分析,发现树轮氧同位素与当地4-9月平均相对湿度相关显著(N=52,r-=-0.638,p<0.0001),设计线性回归方程重建了该地区自1835以来的水分状况变化历史。树轮碳同位素与当地2-5月平均最高气温相关显著(N=51,r=-0.645,p<0.0001),设计线性回归方程重建了该地区自1901年以来的气温变化历史。 4、探讨了研究区树轮同位素与大空间尺度气候要素的联系,发现研究区树轮氧同位素在一定程度上继承了大气降水氧同位素,并与亚洲夏季风、ENSO等多种海气指标有着紧密的联系。树轮碳同位素与太阳活动及ENSO事件有着一定的联系,在年际尺度上与总太阳辐照度、太阳黑子数显著相关。碳同位素曲线的部分波峰俗对应于ENSO的冷暖事件。 5、尧山地区相对湿度的变化大多很好地对应了历史变化时期的极干/湿年。自1930年以后有一个明显的下降趋势,这一趋势与过去60余年黄土高原其它地区季风降水减少的趋势是相吻合的。结合功率谱分析、小波分析、EEMD分析及空间相关分析,认为尧山地区相对湿度变化背后的驱动机制可能是ENSO通过影响亚洲夏季风,进而影响了季风带来的降水,从而影响了该地区的水分变化状况,而这一系列的变化很好地被记录在了树轮δ18O中。相对湿度与CRU数据集的空间相关表明研究区在一定程度上可以代表中国中北部大多地区的水文变化。 6、尧山地区最高气温的重建序列很好地捕捉到了20世纪的一个增温趋势,尤其是最近60年以来的增温。最高温与CRU数据集的空间相关显著,证明该地区的最高气温变化具有一定的区域代表性。通过重建最高温与SST的空间分析,发现与西太平洋、印度洋及北大西洋等区域的海表温度相关显著,其中与西太平洋海表温度相关最为显著,表明这一区域气温可能主要受西太平洋海温控制。此外,将过去100年间强的厄尔尼诺事件发生的年份与重建曲线对比,发现大多厄尔尼诺事件发生于重建曲线的高温区域。