太白山树木年轮宽度资料对过去生态气候要素的重建.docx

第23卷第4期2003年7月第 四 纪 研 究QUATERNARYSCIENCES,,20033太白山树木年轮宽度资料对过去生态气候要素的重建戴君虎①② 邵雪梅① 崔海亭② 葛全胜①刘鸿雁② 唐志尧②(①中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;②北京大学城市与环境学系,北京100871)摘要采用太白山高山林线附近的太白落叶松树木年轮资料,按照树木年轮学要求和方法进行前期处理、交叉定年,建立树轮宽度指数序列。基于气候要素影响当年和次年树木生长的原理,利用多元回归技术探讨了树轮宽度指数与生态气候要素———温暖指数之间的相关关系,重建了太白山地区近300年的温暖指数。结果表明:1745~1765年、1845~1855年、1880~1900年以及1905~1915年为几个较为明显的冷期;1725~1745年、1765~1775年、1800~1810年、1865~1875年和1890~1905年相对而言属暖期。太白山地区气候的冷暖变化有大约30~40年的变化周期。将本项研究结果与国外相关研究对比还说明,太白山地区的气候变化可能具有一定的全球性特征。主题词树轮宽度指数温暖指数气候变化太白山作为一种代用资料,树木年轮有分辨率高、记录连续性好和重建精度较高等特点,是全球变化研究中获取过去气候变化信息的重要方法之一[1~3]。本文通过对秦岭主峰太白山高山林线附近的树木年轮学分析,重建了该地区过去近300年间的生态气候指标———温暖指数,并用该指标指示区域气候变化。由于该时段覆盖小冰期的较大部分,因此对于说明我国北方小冰期的气候变化有比较重要的参考价值。1 采样点基本情况本研究共154个树木年轮样本均取自秦岭主峰太白山玉皇池西侧和跑马梁附近。采样点位于高山林线附近,海拔3400~3500m之间,属暖温带与北亚热带的交界处,也是湿润区和半湿润区的过渡带。太白山基带的地带性植被为暖温带南部落叶栎林亚地带,取样树种为太白落叶松(Larixchinensis),也是太白山高山林线的优势树种。取样环境和取样树种均符合树木年轮学的要求,是理想的取样点和树木年轮样本种类[4]。其中,玉皇3第一作者简介:戴君虎男35岁副研究员自然地理学专业E2mail:******@(批准号:KZCX2-314)、中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程前沿项目(批准号:CXIOG-A01-002)和国家自然科学基金项目(批准号:49871080)资助2002-05-23收稿,2003-04-20收修改稿4期 戴君虎等:太白山树木年轮宽度资料对过去生态气候要素的重建429池附近年降水量和年平均气温分别是160mm和-℃,℃。 树轮资料处理对野外取得的样本进行凉干、固定和打磨等处理,并用骨架示意图进行交叉定年[4]。为保证建立准确的树木年轮年表,利用COFECHA计算机程序进行交叉定年的质量控制[5]。首先采用样条函数(spline)对于每个数据序列进行滤波,以减少低频振荡的影响,保证所有序列数值的一致性。使用样条函数进行滤波时,样条函数的步长为32年1)。对于滤波后仍然保留低频振荡的样本,再利用自回归模型去除其短波干扰。与此同时,为突出窄轮在整个序列中的作用,分析过程中对于样本序列进行了对数转换,再取距平。以距平序列平均值代表采样点树轮宽度总体变化的主序列(masterseries),主序列覆盖了所有样本的时间区间。将单个样本序列同主序列比较,以50年为一时间段落,每隔25年求该时段样本宽度序列同主序列的相关系数,,。并且将该样本序列区间在主序列前后各10年的时段上逐步移动计算相关系数,用这些相关系数来检验每个年轮序列是否与主序列在对应年份具有最大的相关性程度。若最大的相关系数没有出现在对应的年份上,就需检查样本、找出问题,并修改出现问题的年代。因此,交叉定年过程可纠正定年错误,也可以对于问题较大的样本予以剔除。,说明所建树轮年表定年准确、具有代表性。2 树轮年表的建立建立树轮年表是整个树木年轮学分析的关键。年表的建立和分析由计算机程序ARSTAN(forAutoRegressiveSTANdardization)来完成,即通过对样本序列的树轮宽度量测值进行去生长趋势(detrending)和标准化(standardization)处理过程来实现。本文采用步长为128年的样条函数来拟合树木生长趋势;采用商去除树木生长趋势,并以加权平均法将去生长趋势的序列合成无量纲