大氣環(huán)流和海溫變化對興安落葉松生長的氣候影響——以根河地區(qū)為例.pdf

1、本研究的目的是分析氣候條件對大興安嶺北部根河地區(qū)興安落葉松生長的影響，探索根河地區(qū)小氣候與北半球主要大氣環(huán)流系統(tǒng)之間的關(guān)系，以及大尺度海-氣相互作用對當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，利用年輪與氣候因子的密切關(guān)系重建氣候要素序列，進(jìn)而通過周期分析獲得氣候預(yù)測背景信息，用數(shù)值模擬手段預(yù)測未來根河地區(qū)氣候變化趨勢以及氣候變化興安落葉松長勢的影響等。本研究包含樹木年輪學(xué)、氣候?qū)W、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)值模擬技術(shù)等多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，具有一定的科學(xué)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值，對預(yù)

2、測研究區(qū)域未來氣候變化趨勢、當(dāng)?shù)貞?yīng)對氣候變化、制定林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略具有參考價(jià)值。
　　研究采集了根河地區(qū)興安落葉松(Larix gmelinii(Rupr.) Rupr.)樹盤和鉆芯樣本，經(jīng)過處理應(yīng)用WinDENDRO軟件完成了交叉定年和COFECHA質(zhì)量控制，并應(yīng)用ARSTAN軟件建立了根河地區(qū)興安落葉松標(biāo)準(zhǔn)化年輪寬度、早材和晚材寬度年表。分析了年輪寬度對根河當(dāng)?shù)丶捌渲苓叺貐^(qū)氣候條件變化的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)年輪寬度與前期和同期不同時(shí)段氣溫、

3、表層和深層地溫、積雪深度、蒸發(fā)量等氣候要素之間存在密切關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)北半球主要的大氣環(huán)流系統(tǒng)從前期到同期的演變對根河及其附近地區(qū)小氣候的影響顯著，前期印度洋海溫是影響這些主要環(huán)流系統(tǒng)的主要因素之一。利用標(biāo)準(zhǔn)化年表和氣溫要素重建了根河年氣溫和深層地溫序列，功率譜周期分析發(fā)現(xiàn)根河年氣溫和深層地溫都存在大約百年、20年、16年和7年左右的變化周期。此外，氣候數(shù)值模式對根河及其附近地區(qū)未來30年(2011-2040年)氣溫變化的模擬結(jié)果顯示該地

4、區(qū)氣溫呈上升趨勢，增溫可能對根河地區(qū)興安落葉松的生長產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。
　　主要結(jié)論如下:
　　1.建成的標(biāo)準(zhǔn)化年表(STD)包括年輪、早材和晚材寬度，年表長度135年(1876-2010年)。COFECHA測試結(jié)果顯示各樣本年輪寬度序列與主序列之間的平均相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.626，平均敏感度0.235，一階自相關(guān)系數(shù)0.695，樣本總代表性0.951。
　　2.研究發(fā)現(xiàn)興安落葉松標(biāo)準(zhǔn)化年輪寬度對根河當(dāng)?shù)睾推涓浇貐^(qū)當(dāng)年氣溫、生

5、長季開始前的2-3月和生長季末期9-10月氣溫表現(xiàn)為明顯的負(fù)響應(yīng)，與同年生長季80cm深層地溫之間存在顯著的正關(guān)聯(lián)，與開春前2-3月蒸發(fā)量和水汽壓之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明年輪寬度對當(dāng)年氣溫和生長季開始前和末期氣溫反應(yīng)敏感，當(dāng)這些時(shí)間段溫度偏低時(shí)有利于形成較寬年輪。研究還發(fā)現(xiàn)前一年生長季深層地溫是影響年輪寬度的重要因素之一，年輪寬度表現(xiàn)為正響應(yīng)。
　　3.根河及其附近地區(qū)過去50年降水量未顯示明顯趨勢，冬半年降水量稍呈上升趨勢。年平

6、均氣溫、2-3月和9-10月氣溫均呈明顯的上升趨勢，根河2001-2010年10年平均氣溫比1961-1970年平均氣溫升高了1.74℃，特別是開春前的2-3月增溫更明顯，幅度達(dá)到2.46℃。與增溫相反，9-10月最低地表氣溫低于零度日數(shù)在過去50年中減少了6-7天。根河與其周邊地區(qū)40cm和80cm地溫在上世紀(jì)70年代后半葉偏高，80年代偏低，隨后1991-2010年呈上升趨勢。蒸發(fā)量和水汽壓略呈上升趨勢。冬半年最大積雪深度呈上升趨勢

7、，上世紀(jì)90年代比60年代加大了6.88cm，2001-2010年比60年代加大了5.57cm，與同期降水量的變化基本一致。
　　4.研究發(fā)現(xiàn)根河地區(qū)氣溫與北半球大氣環(huán)流系統(tǒng)之間存在密切關(guān)系。從前期到同期，當(dāng)副熱帶高壓擴(kuò)張，面積偏大、強(qiáng)度偏強(qiáng)，北半球極渦收縮，面積偏小、強(qiáng)度偏弱，冬季東亞大槽偏淺、強(qiáng)度偏弱，西藏高原位勢高度偏高、高原熱源偏強(qiáng)，印緬槽強(qiáng)度偏弱時(shí)的大氣環(huán)流形勢，帶來根河及其附近地區(qū)氣溫偏高，否則，相反。此外，根河及其附

8、近地區(qū)氣溫偏高、偏低年的2-3月500hPa位勢高度場平均場顯示亞太地區(qū)大氣環(huán)流形勢截然相反，氣溫偏高年西伯利亞上空被一個(gè)巨大的負(fù)距平區(qū)域覆蓋，表明冷空氣偏弱，西太平洋副熱帶高壓偏大、偏強(qiáng)，北半球極渦收縮。氣溫偏低年大氣環(huán)流形勢正相反。海平面氣壓場環(huán)流形勢也呈現(xiàn)相反特征。
　　5.研究發(fā)現(xiàn)根河及其附近地區(qū)氣溫與前期西北印度洋海域以及其他部分海域存在顯著的正相關(guān)區(qū)域。西北印瘦洋海溫(SSTA)的經(jīng)驗(yàn)正交分解(EOF)結(jié)果顯示:第一主

9、成分(EOF-PC1)不但與亞太地區(qū)主要大氣環(huán)流系統(tǒng)關(guān)系密切，而且與根河地區(qū)氣溫顯著相關(guān)，由此推斷西北印度洋海濕的變化影響了亞太大氣環(huán)流從前期到同期的演變，導(dǎo)致根河地區(qū)氣溫的波動(dòng)。
　　6.重建了1913-1960年根河年氣溫序列和1913-1974年6-8月80cm地溫序列，重建序列通過了符號檢驗(yàn)、誤差縮減值檢驗(yàn)和參數(shù)檢驗(yàn)。對兩個(gè)重建序列功率譜周期分析找到了溫度變化的幾個(gè)明顯周期。
　　7.英國Hadley中心和國家氣候中