青藏高原东南部怒江流域树木年轮多指标的气候信号

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青藏高原作为对气候变化最为敏感的地区之一,其本身也会反过来影响周边甚至全球范围内的气候变化。所以对该地区的气候变化研究显得极为重要。但是青藏高原上的气象站普遍建站时间较短,器测数据的起始时间不超过1950年,且地广人稀,气象观测站较少,难以从时间和空间上全面观测气候的变化。所以需要高分辨率的气候代用资料进行气候学研究。目前利用较广的是树木年轮。但是目前树轮气候学的研究对象主要是树轮宽度,其次是晚材最大密度,而对于早晚材的宽度密度分别进行研究还很少,有相关研究表明早晚材中也包含有明确的气候信号。所以研究青藏高原的树木早晚材宽度密度变化可以通过更多角度来认识该地区的气候变化。  本研究以青藏高原东南部的昌都市八宿县三个地方(北查、穰东、色巴)的川西云杉(Picea likiangensis var.balfouriana)作为研究样本,测量后得到了树轮宽度(TRW)、早材宽度(EWW)、晚材宽度(LWW)、树轮平均密度(TRD)、早材平均密度(EWD)、早材最小密度(MID)、晚材平均密度(LWD)和晚材最大密度(MXD)等八个指标。对树轮宽度交叉定年后,建立各个指标的标准年表。通过研究各个标准年表之间以及年表与气候因子(月平均最低温、月平均温、月平均最高温、月降水量)之间的相互关系确立影响树轮生长不同时期的限制因子,之后通过树轮年表重建对应的气候变化。分析重建气候的变化幅度、空间代表性、波动周期等特征,并联系相关的气候事件分析引起该地区气候变化的驱动因素。所得研究结果如下:  1、获得了8个树轮指标的交叉定年数据。最长序列延伸至1424年,三个点的缺轮率分别为0.015%(北查)、0.036%(穰东)、0.016%(色巴)。定年后的树轮样本来自84棵树,共112个序列。COFECHA检验结果显示树轮宽度与主序列的平均相关系数都在0.6以上,达到了99%的显著水平,定年结果准确可靠。  2、建立了八个树轮指标的区域年表。年表有效时段为1630-2011,达到有效时段的样本总体代表性(EPS)除晚材宽度为0.81以外,其他七个年表均达到0.85以上。八个区域年表在有效时段的相关分析结果显示八个指标可以划分为四类独立的数据类型:1)早材宽度和树轮宽度;2)晚材宽度;3)早材平均密度、早材最小密度以及树轮平均密度;4)晚材平均密度和晚材最大密度。其中树轮宽度(早材宽度)和树轮平均密度(早材平均密度、早材最小密度)之间存在显著的负相关关系。而晚材宽度与晚材平均密度(晚材最大密度)之间存在显著的正相关关系。  3、确定了树轮年表与气候因子的统计关系。四个类型的年表数据与气候因子间的相关系数显示树轮宽度与7-8月的降水之间有显著的正相关关系,与冬半年(前一年11月到当年2月)的三个温度序列之间也有正相关关系。而晚材宽度主要与当年8月的平均最低温之间显著正相关。早材最小密度和冬半年的温度也表现出较为明显的相关关系,但是相关系数为负,与5-9月的降水也出现了显著的负相关关系。晚材最大密度与晚材宽度类似,也与8月的平均最低温之间显著正相关。  4、重建了过去382年来的8月平均最低温度变化。各个年表与气候因子之间的相关系数最高出现在晚材最大密度和8月平均最低温之间,因此重建了过去382年来的8月平均最低温度变化。重建方程的方差解释量为36.8%,并通过交叉检验验证了重建方程准确可靠。重建结果与器测资料对比显示树轮晚材最大密度准确反映了该时段的温度变化。两者一阶差的方差解释量为31.8%,说明晚材最大密度也准确反映了气候变化率。  5、阐明了青藏高原东南部8月平均最低温度在过去近四个世纪以来的变化特征。重建时间内平均8月最低温为9.4℃,共有13个极冷年份(1701、1817、1835、1843、1857、1904、1910、1911、1914、1915、1918、1983和1984)和9个极暖年份(1760、1786、1788、1847、1892、1934、1966、2003和2005)。过去温度低于平均值的时期主要在1630-1671、1691-1712、1803-1840、1894-1929和1976-1992期间。相对较为温暖的时期主要是1672-1686、1744-1802、1930-1975以及1993-2011。尽管近几十年的温度是历史最高的,但是相对来讲并没有明显的异常。与器测资料以及周围其他古气候的研究相比都有很好的一致性,可以代表周围较大范围内的温度变化趋势。重建的温度序列存在60年左右以及2-3年的周期变化。该地区的温度变化与北大西洋的海温之间相关性很高,与北大西洋数十年涛动(AMO)的变化非常一致。  通过以上研究发现该地区云杉树龄较大,最大的一棵年龄达到584年,具有重要的保护意义。结果说明青藏高原东南部川西云杉树轮的不同指标存在一定的内在关系,早晚材之间相对较为独立,并发现早材的宽度和密度都反映生长季前期的温度变化,晚材的宽度和密度与生长季末期的温度和降水都有一定的关系,主要反应的是8月温度变化。该结果为进一步研究青藏高原的古气候以及大范围气候事件的特征提供了参考,并对该地区的树轮密度数据进行补充,为以后树轮密度网格数据分析提供基础支持。
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