内蒙古大兴安岭地区树木年轮气候学研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuhang0211
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近年来,利用树木年轮资料在中国北方环境敏感带及其邻近地区获得了一些宝贵的研究成果,但是主要集中于重建降水,对于温度变化的研究涉及十分有限。   当前,由于温度升高致使全球变暖而引发的中纬度地区干旱化程度的加剧,已成为制约包括环境敏感带在内的我国北方广大区域可持续发展的最为严重的生态环境问题。同时,相对于环境敏感带百万平方公里的地域面积,树轮年代学在研究的范围和程度上都远远不够。   因此,在环境敏感带的北部内蒙古大兴安岭地区开展树木年代学研究不仅有利于我国树轮网的丰富与完善,延长该地区的气候要素序列,还可以为东亚季风在空间上的进退、水汽输送量的演变规律提供参考。同时,利用树轮重建高分辨率的高温干旱事件,可以对北方环境敏感带过去的干旱化历史及机理展开更加广泛而深入的研究,为未来该地区气候环境演变方向的预测提供可靠的树轮年代学依据。   本研究通过对内蒙古大兴安岭地区的樟子松树轮样本的分析,依据国际树轮年代学的标准建立了总计6个采样点的树轮宽度指数年表。基于年表宽度序列与器测气候数据的相关关系,重建了局地样点降水与温度的变化历史;同时利用主成分分析方法建立了三个区域主成分年表,并分析了它们与全球大尺度大范围的气候要素场的关系,试图了解研究区域的樟子松生长对全球气候系统变化的响应模式。初步得到以下主要结论:   1)本文利用大兴安岭地区采集的天然樟子松样本,按照树轮年代学的标准过程建立了6个采样点,呼中(HZ02),北岸(BA),莫尔道嘎(MEDG4),诺干诺尔(NGNE),巴日图(BRT02)和海拉尔(HLBE)的18个年轮宽度年表(STD,RES,ARS)。统计特征结果表明,各样点的STD年表质量可靠,适于进行树轮气候学的研究。   2)依据HLBE组STD年表与气候因子的响应分析,重建了大兴安岭南部海拉尔地区公元1865—2003年以来上年7月至当年6月年降水总量的变化历史。重建的年降水序列中出现的干旱事件和极端年份在某种程度上反映了东亚夏季风的偏弱,而湿润事件和极端年份则反映了东亚夏季风的偏强。在十年尺度上,海拉尔年降水重建与浑善达克沙地和蒙古国东部两条年树轮降水序列表现出一定的可比性。三条序列在1920s后期的干旱,1930s末至1940s前期以及1950s至1960s前期的极端湿润,还有1980s中期开始的降水增多等主要特征时段呈现明显的一致性,表明作为东亚地区影响范围最广泛的亚洲季风系统,其最北影响边界甚至到达了蒙古国东部和南部,横跨200—400mm的半湿润与半干旱区,及其向干旱区的过渡地带。   3)基于NGNE和BRT02两个STD年表重建了大兴安岭南部诺干诺尔-巴日图地区公元1868—2008年以来当年4—9月的平均最高温度。其中,连续2a以上(含2 a)的高温时段有1905—1909,1996—1997,2000—2001,2003—2005,2007—2008年;低温时段有1880—1881,1897—1900,1948—1949,1955—1960,1962—1964年。高低温异常的单年最大差值达3.03℃。重建序列11年滑动后,温度偏高的时段(高于多年均值)有1904—1913,1920—1933,1968—1975,1990—2003年;温度偏低的时段有1893—1901,1950—1963,1976—1989年,其中1950-1963年的低温强度异常显著。高低温时段(年份)与邻近的海拉尔,浑善达克和外蒙古东北部三个降水重建序列的干湿时段(年份)有着较好的对应关系,表明大兴安岭南部呼伦贝尔地区存在着“暖干”和“冷湿”的气候变化类型。值得注意的是,1955—1960年的极端多雨期/低温和2001—2005年的极端干旱期/高温与基于树轮网重建的蒙古6—8月平均PDSI结果十分一致,这表明蒙古高原的气候要素变化在大的区域和尺度上具有协同性。重建的平均最高温度序列与基于油松重建的围场5—6月平均温度有共同的变化模式,并可与陕西黄龙4—9月,山西北武当5—7月的平均温度重建进行对比,说明中国北方环境敏感带及其邻近地区的温度变化具有较为一致的同步性,在20世纪末期均表现出不同程度的增温趋势。   4)高、低频滤波序列的功率谱和小波分析显示,海拉尔和诺干诺尔-巴日图重建序列均具有分布范围在3—8年,10—20年的多个显著准周期,表明大兴安岭南部呼伦贝尔地区的温度和降水变化受到大尺度的海-气活动的作用和影响(PDO,ENSO等),具有较大尺度的气候变化研究价值和意义。   5)基于主成分分析方法,建立了大兴安岭地区两个区域主成分年表,pca1NB02H和pca1MB。响应分析表明,区域主成分年表和HZ02std年表包含显著的影响樟子松生长的气候要素信息。其中,南部呼伦贝尔地区第一主成分年表pca1NB02H反映了区域的降水信息和温度信号;北部山区第一主成分年表pca1MB主要反映了生长季4—9月(生长季前期4—7月)平均温度(最高温度)变化。而北部的HZ02std年表则反映了年尺度的平均温度(最高温度)变化。   6)与全球气候场的相关表明,主成分年表和HZ02std年表均响应了大尺度大范围的气候要素变化。其中,年表pca1NB02H与邻近的大范围区域的帕尔默干旱指数(PDSI)显著正相关;年表pca1MB与赤道太平洋中、东部海表温度显著正相关;年表HZ02std与各个大洋的海表温度均有显著响应,最为显著的区域出现在北大西洋和太平洋西北部的鄂霍茨克海及阿留申群岛地区,前者是北大西洋涛动(NAO)发生的关键区域,而后者是冬季北太平洋上与西伯利亚高压遥相呼应的阿留申低压所在区域,这表明大兴安岭北部地区的年均温度变化,显著受到这两个区域大气活动的影响。   7)主成分年表pca1MB和HZ02std年表与大气涛动(AO、NAO、PDO),太阳活动(Sunspots)指数的分析表明,研究区域大兴安岭地区樟子松树木生长对全球性大尺度的气候系统的变化具有相当大的敏感度。小波分析结果显示,樟子松区域主成分年表pca1MB和HZ02std年表很好的记录了太阳黑子11年活动的同时,也在某种程度上反映了20—60年左右的其他太阳活动周期,这与中纬度东亚地区的树轮重建的结果相近(如中国中北部地区的山西芦芽山、陕西和河南的秦岭-伏牛山),表明太阳辐射活动对大范围区域温度的影响具有某种同步性。  
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