祁連山地區(qū)樹輪氣候與生態(tài)學(xué)研究.pdf

1、全球氣候變化背景下，開展區(qū)域氣候變化及森林生態(tài)響應(yīng)研究十分重要。但囿于區(qū)域氣象站點和森林觀測記錄少、時間尺度短、空間分布不均勻等問題，需要借助于自然氣候載體等來開展研究。樹木年輪不僅是開展氣候變化研究的重要代用指標(biāo)，也是研究森林生態(tài)響應(yīng)的理想載體。位于我國西北干旱區(qū)的祁連山水源涵養(yǎng)林，對于維系區(qū)域生態(tài)環(huán)境平衡、水資源調(diào)節(jié)、河西走廊灌溉和延緩沙漠化進(jìn)程等都發(fā)揮著重要作用。研究祁連山地區(qū)氣候變化歷史及森林樹木生長對氣候變化的響應(yīng)，對理解當(dāng)前

2、氣候變化及指導(dǎo)未來氣候變化條件下森林管理有著十分重要的意義。本研究利用采自祁連山地區(qū)的樹木年輪資料，分別從樹輪氣候與樹輪生態(tài)學(xué)研究的角度，開展區(qū)域氣候變化和森林生態(tài)響應(yīng)研究。圍繞著這兩方面研究，本論文首先在目前樹輪記錄較少的祁連山西部和東部地區(qū)建立樹輪年表，開展氣候變化重建工作。其次，利用森林生態(tài)過程模型對祁連山東部青海云杉樹木近期出現(xiàn)的生長加快的原因和機(jī)制進(jìn)行分析探討。最后，從樹輪生態(tài)與樹輪氣候?qū)W研究結(jié)合的角度，對祁連山東部和中部三個

3、山體不同海拔、不同樹種以及不同時空和頻率的樹木徑向生長特征及樹輪-氣候響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析研究。論文的主要結(jié)論如下：
　　(1)祁連山西部過去近千年干旱變化歷史重建結(jié)果顯示，該地區(qū)在15至18世紀(jì)的小冰期為一個持續(xù)時間較長的干旱時期。而19世紀(jì)以來整體處于相對濕潤的階段。過去850年（1161-2010年)中，該地區(qū)經(jīng)歷了5個相對濕潤時期和4個相對干旱時期。小冰期時期三次持續(xù)時間較長的大干旱時期（AD1260s-1340s,AD143

4、0s-1540s,AD1640s-1740s)分別與太陽活動的Wolf。Sp?rer和 Maunder極小期對應(yīng)。與太陽活動曲線對比以及小波分析結(jié)果顯示，該區(qū)域干濕變化與太陽活動在12至17世紀(jì)之間在百年以上的頻率上存在同步變化的特征，而自AD1600年以來兩者在60-100年頻率上存在錯位相的變化關(guān)系。
　　(2)祁連山東部過去225年7月平均溫度變化歷史重建結(jié)果顯示，該地區(qū)過去兩百多年存在5個相對溫暖的時期和6個低溫時期，其中

5、1894-1916年是持續(xù)時間最長的低溫時期，1990-2009年是持續(xù)時間最長的相對溫暖時期。1900年以來該地區(qū)溫度上升顯著，升溫速率約為0.13℃/10年。對比青藏高原東北部地區(qū)其他幾條樹輪溫度記錄發(fā)現(xiàn)，基于樹輪記錄與溫度之間正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系重建的過去溫度變化之間沒有顯著差異，但正相關(guān)重建對近百年的溫度上升趨勢捕捉較好。本研究溫度重建序列與其他暖季溫度重建序列之間變化非常一致，但與冬季溫度重建序列對比卻發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)暖季溫度變化約

6、滯后冬季溫度變化20年左右。
　　(3)祁連山東部一個樣點的青海云杉樹輪記錄顯示，1980-2009年這一時期樹木徑向生長量增加了60％。同時期該地區(qū)樹木生長季（5-9月份)溫度上升了約2℃，大氣CO2濃度增加了48ppm，霜凍日數(shù)減少了18天，降水的變化幅度不大。相關(guān)統(tǒng)計分析得出降水和太陽輻射對該樣點樹木生長影響不大。3-PG模型敏感性分析結(jié)果顯示，最低溫升高導(dǎo)致的霜凍日數(shù)減少是引起該地區(qū)樹木生長加快的最主要原因，生長季霜凍日數(shù)

7、減少促使樹木光合總量增加了42%。而大氣C02濃度升高對樹木光合總量增加的貢獻(xiàn)量為20%。生長季平均溫和最高溫升高對于樹木光合總量的影響很小。
　　(4)對祁連山中部至東部三個山體坡面上不同海拔高度的祁連圓柏和青海云杉年輪生長特征和樹輪-氣候響應(yīng)關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，祁連山中部不同海拔高度的祁連圓柏年輪生長特征及樹輪-氣候響應(yīng)關(guān)系并沒有出現(xiàn)隨海拔梯度而顯著變化的特征。但隨著近幾十年溫度的升高，樹木生長對溫度的敏感性顯著降低了。對5個不同

8、海拔高度青海云杉樹輪記錄的分析顯示，森林中線海拔接近3100m位置的青海云杉樹木徑向生長敏感性最高，樹齡最大，缺輪率和平均序列間相關(guān)也最高。但不同海拔樣點間的樹輪-氣候響應(yīng)關(guān)系并沒有明顯差異，共同顯示了主要受干旱氣候的影響，并且這種影響主要體現(xiàn)在低頻變化上。祁連山東部同一山體坡面上的青海云杉和祁連圓柏樹輪記錄分析表明，單棵樹的樹木生長特征基本以樣點為單位進(jìn)行聚類。海拔變化對青海云杉樹木生長和氣候響應(yīng)特征影響不大，但高低海拔的祁連圓柏樹木