全球气候变化背景下,开展区域气候变化及森林生态响应研究十分重要。但囿于区域气象站点和森林观测记录少、时间尺度短、空间分布不均匀等问题,需要借助于自然气候载体等来开展研究。树木年轮不仅是开展气候变化研究的重要代用指标,也是研究森林生态响应的理想载体。位于我国西北干旱区的祁连山水源涵养林,对于维系区域生态环境平衡、水资源调节、河西走廊灌溉和延缓沙漠化进程等都发挥着重要作用。研究祁连山地区气候变化历史及森林树木生长对气候变化的响应,对理解当前气候变化及指导未来气候变化条件下森林管理有着十分重要的意义。本研究利用采自祁连山地区的树木年轮资料,分别从树轮气候与树轮生态学研究的角度,开展区域气候变化和森林生态响应研究。围绕着这两方面研究,本论文首先在目前树轮记录较少的祁连山西部和东部地区建立树轮年表,开展气候变化重建工作。其次,利用森林生态过程模型对祁连山东部青海云杉树木近期出现的生长加快的原因和机制进行分析探讨。最后,从树轮生态与树轮气候学研究结合的角度,对祁连山东部和中部三个山体不同海拔、不同树种以及不同时空和频率的树木径向生长特征及树轮-气候响应关系进行分析研究。论文的主要结论如下：(1)祁连山西部过去近千年干旱变化历史重建结果显示,该地区在15至18世纪的小冰期为一个持续时间较长的干旱时期。而19世纪以来整体处于相对湿润的阶段。过去850年(1161-2010年)中,该地区经历了5个相对湿润时期和4个相对干旱时期。小冰期时期三次持续时间较长的大干旱时期(AD1260s-1340s, AD1430s-1540s, AD 1640s-1740s)分别与太阳活动的Wolf, Sporer和Maunder极小期对应。与太阳活动曲线对比以及小波分析结果显示,该区域干湿变化与太阳活动在12至17世纪之间在百年以上的频率上存在同步变化的特征,而自AD1600年以来两者在60-100年频率上存在错位相的变化关系。(2)祁连山东部过去225年7月平均温度变化历史重建结果显示,该地区过去两百多年存在5个相对温暖的时期和6个低温时期,其中1894-1916年是持续时间最长的低温时期,1990-2009年是持续时间最长的相对温暖时期。1900年以来该地区温度上升显著,升温速率约为0.13℃C/10年。对比青藏高原东北部地区其他几条树轮温度记录发现,基于树轮记录与温度之间正相关和负相关关系重建的过去温度变化之间没有显著差异,但正相关重建对近百年的温度上升趋势捕捉较好。本研究温度重建序列与其他暖季温度重建序列之间变化非常一致,但与冬季温度重建序列对比却发现,该地区暖季温度变化约滞后冬季温度变化20年左右。(3)祁连山东部一个样点的青海云杉树轮记录显示,1980-2009年这一时期树木径向生长量增加了60%。同时期该地区树木生长季(5-9月份)温度上升了约2℃,大气CO2浓度增加了48ppm,霜冻日数减少了18天,降水的变化幅度不大。相关统计分析得出降水和太阳辐射对该样点树木生长影响不大。3-PG模型敏感性分析结果显示,最低温升高导致的霜冻日数减少是引起该地区树木生长加快的最主要原因,生长季霜冻日数减少促使树木光合总量增加了42%。而大气CO2浓度升高对树木光合总量增加的贡献量为20%。生长季平均温和最高温升高对于树木光合总量的影响很小(4)对祁连山中部至东部三个山体坡面上不同海拔高度的祁连圆柏和青海云杉年轮生长特征和树轮-气候响应关系的研究发现,祁连山中部不同海拔高度的祁连圆柏年轮生长特征及树轮-气候响应关系并没有出现随海拔梯度而显著变化的特征。但随着近几十年温度的升高,树木生长对温度的敏感性显著降低了。对5个不同海拔高度青海云杉树轮记录的分析显示,森林中线海拔接近3100m位置的青海云杉树木径向生长敏感性最高,树龄最大,缺轮率和平均序列间相关也最高。但不同海拔样点间的树轮-气候响应关系并没有明显差异,共同显示了主要受干旱气候的影响,并且这种影响主要体现在低频变化上。祁连山东部同一山体坡面上的青海云杉和祁连圆柏树轮记录分析表明,单棵树的树木生长特征基本以样点为单位进行聚类。海拔变化对青海云杉树木生长和气候响应特征影响不大,但高低海拔的祁连圆柏树木生长和气候响应却有一定差异。同一海拔两个不同树种之间的年轮生长特征和气候响应关系差异较大。