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由于器测资料长度限制了人们对气候内在变化机制的进一步了解,借助各种代用资料就成了气候变化研究的一个重要手段。树轮资料以其高分辨率、分布广泛、易于获取副本以及可以用线性关系拟合等优势在重建过去气候变化中取得众多成果。树轮与气候要素之间存在的稳定的响应关系,是使用树轮资料进行气候变化研究的基础,也是树轮气候学研究的前提。20世纪后期的全球快速升温,造成了多种环境问题和气候问题。近期,越来越多的研究发现,生长在北半球高纬度以及中纬度山地的森林,原本其生长受温度限制,但在近半个世纪里,它们对温度的敏感性降低了,甚至树木与气候要素的响应关系也发生了转变。在中国树轮资料在研究过去气候历史变化中起着不可或缺的作用。为了探究区域树轮资料对20世纪末的气候变化作何响应,本研究选取了青藏高原东北部对气候变化非常敏感的祁连山区作为研究区,借助了该区域内广泛分布的建群树种——青海云杉,分析了近半个世纪以来青海云杉与主要气候要素之间的响应关系及其变化特征。
本文在研究区内选取了11个空间上的上限样点和两个坡面的7个垂直梯度的总共16个点的三百多株青海云杉,讨论了自有器测纪录以来的时段树木生长与气候因子之间的响应。结果显示,近三十年来各样点内单株树木与气候要素之间的响应关系发生了显著变化。即随着时间的变化,单株树木与降水存在的一致相关出现了减弱的趋势。而树木与温度之间则出现了明显的响应分异现象。换句话说,样点内树木原本与温度的相关一致性较好,但在近三十年里二者的联系却出现了明显的分异。尤其在生长季内,它们的相关关系呈现出明显的向正、负方向分异的现象。
依据同一样点的单株树木在20世纪末的最后三十年与温度的相互关系,笔者可以将各样点内的树木聚类成不同的响应组:偏正响应、偏负响应两个小组。用不同响应组树木所建立的年表与月均温(特别是生长季内的温度)进行相关分析表明,在近半个世纪内二者存在明显的响应分异,且这种分异在统计上非常显著。此外,这种响应分异多出现在包含低频信号的标准年表里,而在高频信号上几乎没有。在空间上各样点树木的响应分异偏正的组所占总样本量的百分比主要表现为东部高,西部低。垂直高度上,海拔越高树木出现响应分异的也相应越强。
本文得到了与大部分关于分异问题研究相反的结论:在全球变暖的背景下,祁连山青海云杉对温度的敏感性,不但没有减弱反而是增强了。即随着温度的升高,树木生长与温度的联系更加密切。同时,不同响应组的树木与温度之间不论是负相关还是正相关,在时间上都呈增强的趋势。结果还显示,若在研究中忽略了样点内树木与温度的响应分异,那么树木对气候要素的敏感性将会被低估。
对区域内各样点树木的生长分异现象进行比较,结果表明随着温度升高,在近三十年里约有71%的树木生长趋势变缓,仅29%的树木生长速度加快。结合研究区水热分布特征,以及垂直梯度上树木与气候要素的关系可知:随着全区气温变暖,在水分较充沛地区的树木更多会表现出与温度的正相关关系;而对于生长在偏干旱区域的树木,则更多的表现为负相关,这就意味着温度升高引起的干旱胁迫对这些树木的影响会日趋严重。因此,20世纪后期的升温对祁连山上限和近上限的青海云杉之生长可能会带来不利的影响。
青海云杉对近期温度变化的响应不稳定和响应分异在祁连山多数样点均有发现。区域树木的响应变化和响应分异主要发生在20世纪80年代以后。其地域分布特点表现为:东部样点树木与温度的正相关关系不断增强,样点内出现响应分异的树木所占比例较高;而西部样点的树木与温度存在负相关关系,且不断增强,发生响应分异的树木在样点内的比例不高。在垂直高度上,海拔越高的树木受温度限制越强,响应分异就越明显。因此,在以后的树轮气候学研究中,笔者必须考虑所选样点的树木在20世纪末期是否出现了分异问题,否则研究结果很有可能会不准确或出现明显错误。
干旱胁迫可能是近半个世纪以来影响祁连山青海云杉响应不稳定的一个重要因素。分析表明,去趋势方法、树龄等因素对于祁连山各样点内的响应分异影响不大。而立地条件的变化、森林干扰等对区域树木的响应变化却有很大影响。树木与温度之间的阈值效应可能会是解释区域树木响应分异现象的潜在原因之一。