树轮记录的青藏高原东北部地区过去千年来的气候变化

来源 :中国科学院地球环境研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xieym28
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过去100-2000年的高分辨率气候变化是目前全球变化研究的一个热点。树木年轮以定年准确、分辨率高、复本量大、广泛分布于大陆不同地理环境等特点,成为研究过去千年来气候环境变化的良好自然载体。   青藏高原以其特殊的地理位置及海拔高度,在气候变化中起着重要作用,是全球变化的敏感区。祁连圆柏(Sabina przewalskii)是中国圆柏之中的一个特有种,在中国青藏高原地区广泛分布,具有耐高寒、耐干旱、耐贫瘠等特性,是青藏高原地区重要的水源涵养林和水土保持林。祁连圆柏的生长特性和所生长的高海拔,贫瘠的生境使其成为树轮气候学研究的良好材料。从20世纪七十年代树轮学者就陆续开始在青藏高原地区开展树轮气候学研究工作。近10年青藏高原气候变化更成为树轮研究的热点之一,吸引了大批中外学者,但是相对于高原庞大的地理面积来说,该地区的树轮研究密度很低,重建资料仍然很少。   高原东北部干旱半干旱地区是中国自然灾害,尤其是雪灾和旱灾发生频率较高的地区,并且每一次灾害都给这一地区带来巨大的损失。因此,研究和掌握这一地区过去千年来高分辨率的气候变化以及自然灾害发生的频率,对于了解该区域的历史气候,现今气候在历史框架中的位置,以及未来的气候变化都有重要意义,并且能够为政府制定相应的决策,以减少灾害带来的损失提供可靠的基础科学数据。本论文选择柴达木盆地东缘山地—德令哈、都兰、乌兰地区的祁连圆柏作为研究对象,通过树轮宽度、稳定C、O同位素几种树轮指标的综合运用,尝试研究了青藏高原东北部地区过去近千年来的气候环境变化历史,得出了以下初步结论:   1)树轮宽度指数与气候要素的统计分析研究表明,在都兰和德令哈地区,5、6月降水是祁连圆柏树轮径向生长的主要限制因子,树轮宽度与全年降水量(上年7月至当年6月)存在显著的线性相关关系,相关系数在所有降水时段组合中最高(r=0.73),因此,这两个地点树轮年表主要反映的是年降水信息。尽管如此,德令哈上年7至9月平均最低气温、都兰上年秋冬季平均气温升高,对来年树轮宽度生长有明显的促进作用;   2)而在乌兰地区,5、6月降水和秋冬季平均气温对祁连圆柏的径向生长都有显著的影响。其中乌兰树轮宽度年表与生长季前期冬半年(上年9月至当年3月)不同时段平均气温、平均最低气温都显著正相关,相关系数为0.65-0.68,偏相关分析表明,秋冬季气温(平均最低气温)是树轮径向生长的的主要气候限制因子,该树轮年表主要反映的是秋冬季的气温变化信息;   3)在统计分析的基础上,分别重建了都兰地区1429-2000年的全年降水量和乌兰地区1280-2000年的冬半年平均最低气温变化。重建降水序列的最近几十年属于降水较多的时期,但并非降水最大时期,历史上1935-1955年和1506-1544年的降水都多于现在。重建中降水较多的时期为1506-1579、1725-1759、1827-1841、1892-1916、1938-1964、1976年-今;降水较少的时期为1450-1503、1584-1602、1615-1718、1770-1797、1811-1824、1852-1885、1918-1932年。这些重建降水高低时段大部分与刘禹等重建的都兰地区、邵雪梅等重建的青海德令哈地区的年降水高低时段一致。从乌兰气温重建曲线的低频变化来看,在整个重建时段中暖冬的年份主要有:1310-1343,1424-1451,1542-1576,1733-1748,1827-1870,1888-1917和1967-2000年;寒冬的年份有:1359-1370,1588-1734,1815-1827,1872-1889和1928-1947年。其中长达一个多世纪(1588-1734)的降温与小冰期时段一致,而20世纪50年代以来青藏高原乌兰地区冬半年气温的增温现象非常明显,而且是过去700多年来气温的最高时段。该气温重建曲线和敦德冰芯δ18O记录、祁连山中部冬半年平均气温以及中国东部地区冬半年气温变化曲线均有较好的可比性;   4)重建降水和气温的40年滑动平均序列变化比较同步,并且与北半球气温重建曲线有很好的可比性和统计相关意义。说明了都兰地区的树轮宽度年际间高频变化反映的是当地降水变化,但是在十年至百年尺度的低频变化在反映降水的低频变化的同时,也响应大范围气温信号,因此也可以认为40年滑动平均之后的降水距平序列可以作为青藏高原东北部地区的气温曲线。由于在降水偏多的时候,降水变率大,那么如果20世纪以来的全球增温持续下去,青海都兰地区的降水变率将继续加大,旱涝频繁;   5)统计分析表明,都兰树轮纤维素δ13C、δ18O的形成都与干燥指数有关,不同的是δ13C响应上年生长季6-8月的干燥指数,而δ18O反映了当年生长季6-9月的干燥指数,该统计分析有可靠的稳定同位素分馏和树木生理学意义。树轮δ13C和δ18O序列在1800年之前,无论是年际高频(r=0.29,N=715,p<0.001)还是十年际低频(r=0.71,p<0.001)上都显著相关,说明了δ13C和δ18O记录比较一致的反映了过去千年来研究区的干燥指数变化情况;1800年之后二者相关降低可能跟δ13C的大气二氧化碳效应校正程度有关。   6)都兰树轮δ13C序列和青藏高原东南部昌都地区祁连圆柏树轮纤维素δ13C序列在低频变化趋势上非常相似,如1300-1500年两地树轮δ13C均呈下降趋势,而1501-1650年树轮δ13C都处于千年来最低值,1850年以后两地δ13C序列都显著下降2.5‰左右。由于二者反映与气温有关的气候环境信息,因此可以说青藏高原东部地区过去千年来气温变化的近似一致性;   7)树轮宽度重建的降水和气温低频序列(40年滑动平均)与δ13C和δ18O记录的生长季干燥指数有一定的可比性,但是在一些时段上也存在显著差别,可能是与树轮宽度记录的是全年气候变化,而δ13C和δ18O只记录了热月6-9(8)月的干燥指数变化有关。   8)功率谱分析表明,在降水和气温重建序列中均存在百年左右的准周期和2-3年的准周期,其中百年左右的周期与Glessberg太阳黑子活动周期相近,而2-3年的周期与气象学上的准两年脉动(QBO-Quasi Biennial Oscillation)变化有关。
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