基于模态逼近的EOF重构算法重建公元1250年以来北半球地表气温空间格局
摘要：随着气候场重建数据在揭示气候动力机制以及与数值模式模拟相结合等方面的应用,它在气候变化研究领域中的实用性和重要性已得到广泛认可.因此,关于空间格局重建方法的研究也就显得尤为重要.本文提出了一种新的气候场重建方法,即模态逼近的经验正交函数分解方法.该方法利用代用资料与器测资料不同空间模态之间的协调性,采用模态逐次逼近,从而实现对过去无器测资料覆盖的气候场的重建.基于该方法,本文利用549个树轮序列重建了北半球（22.5°N以北）公元1250年以来的地表气温空间场.为验证该方法的有效性,设计了多组验证试验,结果均表明该重建方法能够较好的再现器测数据的年代际尺度变率特征.最终重建结果表明,与已有研究结果相比,该方法重建出的北半球小冰期（1400～1700年）平均气候状态的空间格局特征与基于多组气候模式集合平均在该时段的模拟结果更为接近.另外,为体现重建结果对外强迫的响应特征,本文比较了在不同强度（强、中等、弱）典型火山年的空间格局差异,发现高纬度地区对火山外强迫相比于中低纬地区更加敏感,这与已有的基于数值模式模拟研究的结论基本一致.综合以上讨论,证明了该方法在气候场重建方面的有效性和应用潜力.树轮记录的青藏高原西南部过去644年的降水变化
摘要：位于青藏高原西南部的谢通门地区,是典型的高原半干旱地区之一,研究其降水变化特征具有重要意义.利用谢通门地区的大果圆柏（Sabina tibetica Kom.）树轮宽度资料,分析了树轮宽度对气候要素的响应特征.研究发现,制约树木径向生长的主要因子是年总降水.为兼顾分析气候序列在高低频域的变化特征,利用标准化年表通过方差匹配方法和采用差值年表通过线性回归方程转换,分别重建了谢通门公元1360～ 2013年间（644年）的年（上一年7月至当年6月）降水变化.基于标准化年表的重建结果表明,谢通门降水序列存在明显的年代际气候变化韵律,相对于平均值偏湿的持续时段发生在公元1360 ～ 1368年、1505 ～ 1599年、1631～ 1640年、1654～1797年、1825～1836年、1890～1901年和1975年之后;偏干的持续时段发生在公元1369～1504年、1600～1630年、1641～1653年、1798～1824年、1837～1889年和1902～ 1974年.与林周地区降水序列、高原南部区域降水序列和亚洲季风区PDSI网格重建中提取的邻近4个格点数据的平均序列对比发现,过去共同的640年内（公元1360～2000年）青藏高原南部地区经历了相同的干湿变化过程,在年代际尺度上变化一致,可能受到相同的气候驱动因子控制.空间相关性分析也表明,谢通门地区年降水变化具有一定的空间代表性,可以反映青藏高原西南部地区的降水变化.多窗谱分析（MTM）检测出该重建序列在过去644年中存在128a、3.5a、2.9a、2.5a和2.1a的显著周期.藏东南树木年轮记载的公元1560年以来的极端干旱事件
摘要：青藏高原的极端干旱事件会导致高原内部河流的水文异常,进而对流域内的农业生产和人类生活产生巨大影响.然而,干旱事件发生的时空规律及其与全球变化的关系尚不明确.气象器测资料相对较短是极端干旱事件研究中的一个重要限制因素.本文利用西藏昌都地区3个采样点（马秀、热玉和腊久）的大果圆柏（Sabina tibetica Kom.）树轮宽度数据,分析了自1560年以来该区域极端干旱事件发生的特征.分析结果表明,树轮宽度可指示5～8月标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index,简称SPEI）,3个采样点树轮年表20世纪共同的极低生长年份（1972年、1984年和1995年）与藏东南地区20世纪的区域干旱事件一致（1954～2006年）;在过去447年间（1560～2006年）,3个采样点共同的极端干旱事件发生最频繁的时期为1650～ 1700年间,多达6次/50年,发生最少的时期有1600～1650年、1800～1850年和1950～ 2000年,每50年仅有1次;在20世纪,极端干旱事件的发生频率低于历史上的平均值.极端干旱发生最频繁的1650～1700年对应于太阳活动较弱的蒙德极小期（Maunder Minimum）.研究结果有助于进一步认识青藏高原极端干旱事件的发生规律及其与全球气候变化的关系.树轮宽度记录的长江源1470～2009年4～6月最高气温
摘要：根据采集自青藏高原东部长江源区内3个采样点的大果圆柏（Sabina tibetica Kom.）树轮样本建立了3个标准化年表,并将3个年表合成为一个总年表RC以代表整个长江源.通过与气候要素间相关分析和响应分析发现,总年表对整个长江源区4～6月平均最高气温响应敏感,负相关性显著,相关系数为-0.57.在此基础上重建了长江源地区1470～2009年的4～6月平均最高气温序列,重建方程稳定可靠,方差解释量32.7％,调整自由度后为31.3％.通过低频变换分析发现,重建序列在过去540年来经历了12次较冷时期和11次暖期,与周边其他气温重建序列以及历史记载比较之后,重建序列的可靠性得到了进一步的证实.空间相关分析发现重建序列对于整个青藏高原地区4～6月平均最高气温变化特征都具有很好的代表性,通过多窗谱和小波分析发现重建序列存在显著2.3a、4.3a、25a以及准48a周期.利用树轮宽度资料重建东天山木垒地区降水量
摘要：利用树轮宽度年表重建了东天山木垒地区自公元1727年来上年8月至当年6月降水量,调整自由度后的方差解释量为36％（1962～2007年）.过去281年来,木垒地区降水量变化存在5个偏干阶段（1742～1777年、1808～1832年、1853～1876年、1908～1934年和1975～ 1992年）和4个偏湿阶段（1778～ 1807年、1833～ 1852年、1877～1907年和1935～1974年）.与代表大范围降水变化的重建序列对比表明,该降水量重建序列与北疆降水变化的3个偏湿期（1778～ 1807年、1833～1852年和1935～1974年）和2个偏干期（1808～1832年、1853～1876年）存在一致.功率谱分析显示该重建序列存在14.3年、10.9年的显著准周期（p＜0.05）.相关分析结果显示,该重建序列代表了东天山区域局地降水量变化情况,且与邻近的中天山巩乃斯地区降水变化最为相似.随着空间距离的加大,该重建序列与自东北向西南方向上天山不同区域降水变化的相关性逐渐减弱.树轮宽度指示的神农架地区过去172年的冬春季温度变化
摘要：利用神龙架林区两个样点的巴山冷杉（Abies fargesii Franch）建立了一条新的可靠的树轮年表.该年表与区域2月、3月、4月和6月的温度呈显著正相关关系（P＜0.01）,其中年表与2～6月的平均温度相关性最高达到了0.64（P＜0.01）.基于该年表重建了神农架地区过去172年来的冬春季温度变化,发现过去170多年来共有6个低温时段,分别为1848～1859年、1869～1874年、1888～1900年、1927～1932年、1938～1973年和1979～ 1994年.与研究区周边树轮记录的冬春季温度变化的对比发现,1870s之前本文树轮记录的低温事件与秦岭山脉东部地区树轮所记录的低温事件较一致,在1920s以后则与大别山地区及江西湖南地区树轮所记录的低温事件较一致.通过对比3条重建序列的趋势变化发现,神农架地区的温度开始变暖的时间要早于大别山地区与江西湖南地区,且升温的幅度也更大.最后通过对区域冷期与暖期500hPa高度场的合成分析得出,区域低温事件主要受乌拉尔高压的影响.湖南道吾山树轮记录的1815～2013年6～9月平均温度及其与PDO和ENSO的联系
摘要：树木年轮作为高分辨率气候记录代用指标,在历史时期气候变化研究中发挥着重要的作用.我国东南地区树木年轮气候重建还比较少,制约了对该地区历史气候变化的认识.本文运用树木年轮学标准方法,在湖南省道吾山建立了一条自1808年以来的马尾松树轮宽度年表,根据子样本信号强度大于0.85的标准,年表的可靠时段为1815～2013年.将年表与马坡岭和长沙气象站月平均温度、月最高温度、月最低温度和月降水量进行相关分析,发现6～9月平均温度是研究区马尾松生长的主要限制因子.据此重建了该地区过去199年的6～9月平均温度.重建序列显示,高温时段有1849～ 1889年、1924～ 1940年、1954～ 1972年和1999～ 2013年;低温时段有1815～1834年、1890～1923年、1941～1953年和1973～1998年.重建温度序列的高、低温时段与湖北麻城地区树轮重建温度序列基本一致,表明该重建序列在年代际尺度上具有较大的空间代表性.功率谱分析表明,重建序列具有与太平洋年代际振荡（PDO）相似的37～43年的年代际周期,还具有与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）有关的2～3年的年际周期,而且它们在共同时段对应较好,表明PDO和ENSO对研究区6～9月温度有较大影响.基于树木年轮重建伊春1790年以来2～3月最低温度变化
摘要：小兴安岭地区是我国最为典型的原始阔叶红松（Pinus koraiensis Sieb.et Zucc.）林分布区,也是受全球气候变化影响最为显著的区域之一.长时期高分辨率气候记录是理解该区过去气候变化规律的最基础资料,然而由于器测气候数据时间较短,亟须获得长时间尺度的气候记录.本研究用树木年轮气候学方法,分析伊春典型阔叶红松林内水曲柳（Fraxinus mandshurica Rupr.）径向生长与气候要素的关系,结果表明：水曲柳径向生长与温度相关性较好,尤其是前一年及当年冬季最低温度,与前一年及当年2～3月的最低温均达到了极显著水平（p＜0.01）,而与降水相关性较差,休眠期（冬季）温度与生长季（早春、夏秋）温度一样均对北半球高纬度地区落叶阔叶树水曲柳的径向生长有明显的促进作用,冬季水曲柳树体内各种生理生化活动及外界复杂的生物地球化学过程可能对水曲柳生长季的径向生长至关重要.基于年轮指数与前一年2～3月平均最低温度的高相关性（r=0.71,p＜0.01）,利用线性回归模型重建了伊春1790年以来2～3月最低温度变化.重建方程解释了51.0％的低温变化,经分段法、自助法（Bootstrap）和刀切法（Jackknife）检验,证明该方程稳定可靠.重建序列显示,伊春过去221年中存在7个偏冷期（1790～1791年、1795～1819年、1834～1841年、1851～1854年、t898～1899年、1901～1907年和1959～1982年）和4个偏暖期（1822～1831年、1872～ 1886年、1923 ～ 1955年和1988～2010年）,其他时段温度在均值附近波动,变化较小.伊春冷暖变化存在4.8～4.9年和18.3年的极显著周期（P＜0.01）,温度的周期变化可能与太阳活动、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、大西洋多年代际振荡（AMO）以及太平洋年代际振荡（PDO）有关.祁连山东部祁连圆柏（Sabina przewalskii）径向生长动态及其对环境因子的响应
摘要：树木年内径向生长动态监测对理解树轮-气候响应的生理机制具有重要意义.本文利用树木径向生长测量仪（Dendrometer）对祁连山东部吐鲁沟国家森林公园内3棵祁连圆柏生长季径向生长进行监测.监测结果发现祁连圆柏树干径向变化呈日周期波动,上午07：00～08：00膨胀到最大值,而在下午16：00～17：00收缩至最小值.监测显示的祁连圆柏主要生长时期为5月初到7月上旬,与早材细胞形成时期一致,在5月底到6月初达到最大生长速率.通过周期法提取日径向增长量（SRI）,并与不同阶段气象因子进行相关分析,发现SRI与收缩阶段气象条件没有显著关系,而与膨胀阶段和增长阶段气象因子显著相关,说明16：00～17：00至07：00～08：00气象条件对径向生长的重要作用.SRI与降水量和相对湿度显著正相关,与水汽压亏缺（VPD）显著负相关,表明本地区祁连圆柏生长受到水分条件限制.相关分析还表明,SRI与平均气温和最低气温负相关.多元线性模型分析显示,相对整个周期,膨胀阶段和增长阶段气象数据能解释更多的径向生长变化,解释量高达87.1％.利用生态学和树轮年代学手段试析柴达木盆地东缘山地森林年龄结构与气候变化的关系
摘要：选取柴达木盆地东缘山地尔日格为研究剖面,对坡面上的祁连圆柏（Sabina przewalskii Kom.）沿不同海拔高度进行采样.在利用交叉定年手段对所有样芯定年之后,确定了样芯的起始年和结束年（死亡年龄）,然后利用树髓心年龄估算法和研究区域胸高年龄经验值最终确定了树木活体植株开始生长的年龄（长树年龄）.根据研究坡面上树木长树或死树年份随海拔和时间变化的变化规律,探讨了它们与气候变化之间的可能关系,从而用来作为树轮宽度重建的佐证手段之一.结果表明：在森林上部和中部,随海拔的升高,树木的年龄呈递减趋势;在森林下部,随海拔的降低,树木年龄趋于年轻化;整个坡面长树峰值出现在公元1200年左右,长树主要集中在森林中部的3900～4110m之间;树木死亡的峰值出现在公元1600年之后的50年间,死树主要集中在森中上部的4100～4210m之间.同时,还发现在坡面树木死亡较集中的时期,森林树木更新数目较低,尤其是在森林上部;而通过对不同海拔高度上最老树的生长年龄分析,发现在坡面长树比较集中的时期,森林下部有往更低海拔处长树的趋势.将研究坡面长树和死树随时间变化的分布情况与研究区附近利用树轮宽度重建的乌兰过去1000年上年9月到当年4月平均温度和德令哈过去1000年上年7月至当年6月降水量进行对比,发现在40年尺度上,高温对应着树木高生长数目,低温并且降水量由多变寡则对应着树木低生长数目和高死亡数.表明：温度的升高有利于研究坡面祁连圆柏更新的发生,森林密度增大,森林中部幼树更新存活数量最多,森林下部有往更低海拔处长树的趋势,森林上限随海拔的升高密度降低、树木趋于年轻化;反之,气候干冷,树木更新条件变差,受影响的区域主要集中在森林中部-森林林线中上部范围内,死树相对比较集中.中国西部树木年轮δ^18O的气候信号
摘要：树轮稳定氧同位素比率（δ^18O）记录在区域气候重建方面具有一定优势.树轮δ^18O记录受树木生长趋势的影响较小,保留了丰富的低频信号,对区域气候变化有较一致的响应.通过对比我国西部1901～2004年树轮δ^18O平均值和降水δ^18O空间分布特征发现,两者空间分布存在一定的相似性.在青藏高原南部树轮δ^18O为低值,而青藏高原北部树轮δ^18O为高值.树轮δ^18O平均值随树轮样点纬度的向北偏移而增大.树轮δ^18O与相邻气象站记录响应分析表明,树轮δ^18O和生长季的温度呈显著正相关,与生长季降水和相对湿度呈现显著负相关关系.旋转经验正交函数分析和空间响应分析表明,树轮δ^18O在我国西风影响区的新疆北部主要反映与区域干湿变化相关的气候信号;树轮δ^18O在西南季风影响的藏东南区主要反映区域水文气候变化信息;然而,在季风和西风影响的交汇区域,树轮δ^18O的区域气候信号相对较弱.EMD方法对祁连山云杉宽度生长量的订正及多尺度分析
摘要：经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,简称EMD）是一种遵循时间序列本身所包含的不同尺度信号特征进行逐级分解,实现时间序列多分辨率分析的有效方法.本文基于EMD方法对采集于祁连山中部的青海云杉树轮宽度序列进行生长量订正,并与传统采用的线性或负指数函数及样条函数拟合法进行多序列订正结果的逐一对比,结合云杉年轮生长的生理特征,分析了EMD方法在云杉宽度生长量订正中的应用潜力.结果表明,通过EMD分解得到的趋势项不仅可以较好地反映树木年轮与年龄相关的生长趋势,还可以克服线性拟合在树木生长受到小生境干扰时因为斜率的适应性变化及方向单一导致的拟合失效及生长量被高估（或被低估）的现象,常用的替代选择样条函数步长的选取又具有一定的经验性和主观性,EMD方法作为一个新的补充,可为线性函数和样条函数不能满足需求时,提供一个新的选择.进一步考察了EMD方法和传统方法获取的两个树轮标准化年表（1845～2000年,EPS＞0.85）与气候因子在器测记录时段（1957～ 2000年）的相关关系,结果显示两者与气象因子的相关结果极为一致,与肃南气象站前年8月至当年7月降水总量呈显著的正相关（r均通过了99％的信度检验）,表明通过EMD方法对祁连山青海云杉生长量订正后得到的树轮宽度年表与传统方法得到的树轮年表反映了一致的气候信息,可用于历史气候变化分析.进一步利用EMD方法将树轮年表序列分解为不同频谱时段（年际、年代际及多年代际尺度）的子序列,其中年际的高频子序列（＜10年尺度）的主要波动发生在20世纪10～20年代,而10～ 30年尺度子序列的低值期（1925～ 1933年）与甘肃境内文献记录的大范围干旱事件极为吻合,30～60年尺度的多年代际变化显示出3次主要的干湿位相交替变化.藏东南地区树轮冰川学研究进展
摘要：树轮冰川学是一门研究过去冰川变化的学科,可为评价当前和预测未来冰川变化提供高精度、长时间的冰川变化数据,是树轮年代学的一个分支学科.本文从树轮冰川学的基本原理、藏东南地区树轮冰川学方法的发展、小冰期以来冰川进退的树轮测年结果,以及冰川进退与温度和降水量变化之间的关系这几个方面综述了青藏高原东南部地区树轮冰川学的研究现状.目前,树轮冰川学研究揭示出藏东南地区小冰期的6次冰川进退波动事件.温度对冰川进退起主要作用,降水作用较弱,主要为其提供物质积累.以后的研究中,需要进一步提高树轮测年证据的精确度、增加冰川前进和更老冰碛物的测年证据,以及测年证据的空间覆盖度,为揭示该地区小冰期以来冰川进退的时空特征及其对温度、降水量的响应关系提供翔实、可靠的数据.树轮稳定同位素记录：进展、问题及展望
摘要：树轮稳定同位素比率（δ^13C、δ^18O和δD）变化与树木生长季的气候和环境条件密切相关.控制实验表明,树轮稳定同位素比率变化可较好地记录树木叶片气孔活动、水分来源、水分利用效率等相关信息,已成为古气候和全球变化生态学研究的重要代用指标和手段之一.树轮稳定同位素记录能够较好地保留低频气候环境变化信息,与年轮宽度相结合,可有效地进行区域古气候重建和全球变化生态学方面的研究.文章综述了树轮稳定同位素的分馏机理及其发展,系统阐述和评价了利用树轮稳定同位素指标进行古气候和古环境的相关研究成果,并指出树轮稳定同位素研究在中国未来亟须着重发展的方向.树轮生理模型研究进展——以V-S,TREE-RING和MAIDENiso模型为例
摘要：树轮生理模型能够揭示树木生长与外界环境关系的内在机制.模型允许不同时期有不同的生长限制因子,避免了树木生长对气候响应的敏感性随时间变化等问题.应用模型的一个显著优点即是能够分析树木生长与气候因子的非线性关系,定量区分不同环境因子对树木生长的贡献权重,为树轮气候学和树轮生态学研究提供生理基础.本文以V-S模型、TREE-RING模型和MAIDENiso模型为例,详细评述了模型的形成背景、运行机制、应用和各自的优缺点.比较而言,V-S模型的物理过程简单,对实测数据的要求在一般的树轮研究样点就可得到满足,应用范围广泛,目前已被成功用于分析不同气候区树木生长与外界环境因子关系的研究中.结合在青藏高原东北部的实测数据,分析发现祁连圆柏生长主要受当地水分条件的限制,验证了此前基于统计结果的可靠性.TREE-RING和MAIDENiso模型的物理过程更为完善,能够分析工业革命以来大气CO2浓度增加对树木生长的影响,但对实测数据要求较高,如对日降水中δ18O值的需求,应用范围受限.整体而言,树轮生理模型已取得了长足的发展,不断深化了人们对树木生长与气候因子关系的理解.模型的进一步优化与改进有待于对全球变化背景下树木生理生态交互过程及非气候因子影响的深入研究.树木年轮密度研究进展
摘要：树木年轮（树轮）密度即木材密度,是历史气候和环境演变研究中使用的重要代用资料之一,在揭示北半球长时间尺度夏季温度变化和火山喷发的研究中发挥了不可替代的作用.近十年来,我国的树轮密度研究迅速发展,取得了长足进展.本文将对树轮密度测量技术和方法的发展历程进行概述,对国际和国内树轮密度研究取得的重要成果进行总结.通过对一些热点和争论性问题的论述,进一步明晰树轮密度的研究潜力,旨在为今后的研究提供背景参考.树轮学研究方法及其在全球变化中的应用
摘要：树轮学研究方法逐步完善,形成了特有的框架和体系,并不断应用到全球变化的不同领域,形成树轮学不同分支学科所特有的研究方法.当前树轮学研究方法,一方面关注如何更好地提取树轮中的环境和生态信息,包括去除树轮宽度生长趋势和提取树轮中与环境和生态过程密切相关的密度、稳定同位素、元素和木材解剖等指标信息;另一方面,树轮学方法又与全球变化不同领域方法的交叉,例如气候重建、森林动态（包括生物量重建和森林干扰等）和地貌改变等不同应用领域的研究方法,以建立特有的研究方法以解决不同地球科学领域的问题.目前,我国已经成为树轮学研究领域最高产的国家,然而关于树轮学方法方面的研究仍然相对较少,有待更多的关注.《第四纪研究》2016年1—6期主题建议及征稿启示
摘要：《第四纪研究》是中国科学院地质与地球物理研究所和中国第四纪科学研究会共同主办的第四纪研究综合性刊物。它的主要任务是报道国内外第四纪和全球变化研究领域的最新成果和发展趋势，促进学术交流，提高第四纪科学的基础和应用研究水平。
