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基于树木年轮重建大兴安岭北部过去242年4~7月降水量变化

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第四纪研究 2024年第4期44卷 895-907页

作者：于健陈佳佳孟盛旺何怀江赵业思张鹏杨保刘琪璟江苏农林职业技术学院风景园林学院江苏句容212400 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟院重点实验室北京100101 吉林省林业科学研究院吉林长春130033 南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 北京林业大学林学院北京100083

大兴安岭北部是气候变化的敏感区之一,受限于较短的器测资料,当前对该区域降水量的年际-年代际变化认识仍很薄弱。本研究利用大兴安岭北部满归地区樟子松(Pinus sylvestris ***)树轮样本,建立树木年轮宽度年表,阐明制约樟子松径向生长... 详细信息

大兴安岭北部是气候变化的敏感区之一,受限于较短的器测资料,当前对该区域降水量的年际-年代际变化认识仍很薄弱。本研究利用大兴安岭北部满归地区樟子松(Pinus sylvestris ***)树轮样本,建立树木年轮宽度年表,阐明制约樟子松径向生长的主要气候因子。结果表明:当年春季和生长季前期降水量是满归地区樟子松径向生长的主要限制因子。树木径向生长与当年4~7月降水量(r=0.549,p0.85)以来的当年4~7月降水量,方程方差解释量为30.1%。利用逐一剔除法(leave-one-out)和分段检验法(calibration-verification)对重建方程进行检验,均表明重建序列稳定可靠。过去242年间该地区存在着5个湿润期(1788~1805年、1841~1871年、1887~1899年、1926~1966年和1993~2000年)和6个干旱期(1776~1787年、1806~1840年、1872~1886年、1900~1925年、1967~1992年和2001~2017年),其中1900~1925年是最严重的干旱期。重建降水量的干湿时期与其他序列结果具有较好的一致性,进一步验证了重建结果的可靠性。空间相关分析表明重建序列对于采样点周边较大范围地区4~7月降水量变化特征均具有很好的代表性。与海温数据空间相关分析显示,降水重建序列与太平洋海温呈显著正相关。多窗谱分析和小波分析表明,重建序列存在2.1、2.5、2.8、4.1、7.0和63.7年的显著周期(p<0.01)。表明研究区域降水变化在多年代际尺度上可能受到ENSO和PDO的影响。

关键词：树木年轮气候变化降水重建大兴安岭干旱

ERA5-Land温度数据对我国树木年轮与气候关系研究的适用性评估

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第四纪研究 2024年第4期44卷 1031-1043页

作者：王泽关梦茜吴芳袁帅曹鹏鹤江源北京师范大学中药资源保护与利用北京市重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875 北京师范大学系统科学学院北京100875

树木年轮与气候关系研究中,尚未明确高空间分辨率长时间序列的ERA5-Land温度数据是否可以代替气象站点温度数据、使用两种不同来源的温度数据得出的结论是否具有可比性。本研究通过对比ERA5-Land年平均温度、月平均温度和气象站点同种... 详细信息

树木年轮与气候关系研究中,尚未明确高空间分辨率长时间序列的ERA5-Land温度数据是否可以代替气象站点温度数据、使用两种不同来源的温度数据得出的结论是否具有可比性。本研究通过对比ERA5-Land年平均温度、月平均温度和气象站点同种温度数据的相关关系及数值差异,评估ERA5-Land温度数据在我国树木年轮与气候关系研究中的适用性,使用公开发表的树轮年表进行实证分析。结果表明:1)全国范围内ERA5-Land温度数据与站点数据整体上具有极显著的正向强相关关系,相关关系弱和无显著相关关系的地点集中分布在青藏高原和云贵高原;2)全国范围内ERA5-Land年均温比站点数据年均温整体平均偏低0.82℃,偏低程度最大的点集中分布在青藏高原,偏高程度最大的地点集中分布在第二、三阶梯低海拔地区的山区;3)随着海拔高度的增加,两组数据的正相关关系减弱,ERA5-Land年均温、月均温低出站点数据的数值增大。不同区域ERA5-Land温度和气象站点温度的相关关系和数值差异具有多样性。在两种数据相关关系较弱、ERA5-Land温度高于或低于站点温度的区域中,基于ERA5-Land温度数据和树木年轮重建的历史温度也会偏高或偏低。因此,在树木年轮的研究中使用温度资料时,应综合考虑ERA5-Land温度和气象站点温度的相关关系和数值差异,根据应用需求选择适当的数据。

关键词：树木年轮 ERA5-Land 温度适用性评估实证分析

Vaganov-Shashkin(VS)和VS-Lite树木年轮宽度生理过程模型研究进展

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应用生态学报 2024年第8期35卷 2256-2266页

作者：闫绘月曾小敏薛钰刘晓宏陕西师范大学地理科学与旅游学院西安710119

Vaganov-Shashkin (VS)和VS-Lite模型是当前国际上应用最广泛的树木年轮宽度生理过程模型,它们能够揭示树轮宽度变化与外界气候要素之间的内在响应机制。VS模型主要用于气候重建、木质部物候预测和形成层细胞活动的模拟,VS-Lite模型则... 详细信息

Vaganov-Shashkin (VS)和VS-Lite模型是当前国际上应用最广泛的树木年轮宽度生理过程模型,它们能够揭示树轮宽度变化与外界气候要素之间的内在响应机制。VS模型主要用于气候重建、木质部物候预测和形成层细胞活动的模拟,VS-Lite模型则主要用于预测生长趋势。本文收集2005-2023年发表的VS和VS-Lite模型的相关文献,综述了两个模型的基本原理、参数设置和发展历史,及其在树木年轮气候学、木质部物候学和森林生态学等领域的研究进展。最后,总结了目前模型存在的问题,提出未来研究需要进一步优化模型参数调整方法,关注多种环境因素对树木生理过程的影响,并加强与其他植被生态模型的对比研究,以提高模拟结果的可信度。

关键词：树木年轮 Vaganov-Shashkin模型 VS-Lite模型径向生长

中国和阿根廷气象环境专家联合开展树木年轮与气候变化研究

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中国和阿根廷气象环境专家联合开展树木年轮与气候变化研究

中国气象报

作者：李志宏

本报讯通讯员李志宏报道近日，根据国家自然科学基金国际合作项目“树轮记录的中国北部和阿根廷巴塔哥尼亚荒漠生态系统对ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)的协同响应”实施方案，应阿根廷雪、冰川与环境科学研究所（INIGLA-CCT-Mendoza）邀... 详细信息

本报讯通讯员李志宏报道近日，根据国家自然科学基金国际合作项目“树轮记录的中国北部和阿根廷巴塔哥尼亚荒漠生态系统对ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)的协同响应”实施方案，应阿根廷雪、冰川与环境科学研究所（INIGLA-CCT-Mendoza）邀请，中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所（......

关键词：树木年轮巴塔哥尼亚阿根廷荒漠生态系统气候变化气象环境

来源： cnki报纸评论

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树木年轮信息解析系统研制与试验

农业工程学报 2023年第4期39卷 16-26页

作者：孙林豪冯仲科邵亚奎苏珏颖安佳怡张标王智超北京林业大学精准林业北京市重点实验室北京100083 海南大学热带特色林木花卉与种质创新教育部重点实验室海口570228 国家林业和草原局华东调查规划院杭州310019

树木年轮信息在树木年代学、气候学、生态学、灾害学和环境学等领域研究中有重要的作用。为准确、快速地获取树木年轮信息,降低工作强度和操作复杂度,该研究设计了一种树木年轮信息解析系统。该系统在硬件上进行了机电一体化设计,主要... 详细信息

树木年轮信息在树木年代学、气候学、生态学、灾害学和环境学等领域研究中有重要的作用。为准确、快速地获取树木年轮信息,降低工作强度和操作复杂度,该研究设计了一种树木年轮信息解析系统。该系统在硬件上进行了机电一体化设计,主要包含滑台模组、旋转编码器、步进电机、置物台、手轮、工业相机、控制箱、光学显微镜、电脑等组件,基于C#语言和OpenCvSharp工具包设计上位机,所设计的上位机软件通过与工业相机、采集器和控制器通信来实现对年轮信息采集、处理和存储,实现位置计算、电机控制和图像识别。系统设计了2种方法进行年轮信息解析:1)电子显微定位法。在常规显微定位法的基础上,基于旋转编码器和螺旋测距法感知滑台线性位移进而实现年轮宽度测量,并使用工业相机和显示器代替传统显微镜来判读年轮线,最后可生成年轮解析图表;2)图机辅助法。在电子显微法的基础上,结合图像识别与电机控制算法进行改进。为验证系统的年轮宽度测量精度、年轮线识别准确率和解析效率,以传统显微镜和光学标定板作为参照工具,采集油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的木芯样品进行试验。试验结果表明:在年轮宽度测量精度上,电子显微定位法和图机辅助法的平均绝对误差分别为5.68和7.84μm,均方根误差分别为6.31和8.62μm,满足国家标准;在年轮线识别上,油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的准确率分别为83.3%、93.7%、55.0%和68.3%,针叶树种组、阔叶树种组的平均召回率分别为96.4%和72.6%,能够辅助判读年轮线;在解析效率上,平均每个年轮采集耗时为电子显微定位法1.58s、图机辅助定位法1.24s,分别比显微定位法(1.94 s)提高了约19%和36%。综合而言,该系统实用性强、精度高、效率高,工作疲劳度低、成本低(<1万元),在多个学科领域中具有推广应用前景。

关键词：解析测量树木年轮旋转编码器上位机

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树木年轮学在考古学中的应用述评

世界林业研究 2022年第5期35卷 13-19页

作者：程雪寒王树芝中国社会科学院考古研究所北京100101

木材是人类的重要资源,作为薪材和加工材料在古人的生产与生活中发挥了关键作用。对考古遗址中出土的木炭、干木材与饱水木材等遗存进行树木年轮学研究,可为文化遗存的年代、气候环境变迁与木材利用等研究提供独特的视角。文中梳理了树... 详细信息

木材是人类的重要资源,作为薪材和加工材料在古人的生产与生活中发挥了关键作用。对考古遗址中出土的木炭、干木材与饱水木材等遗存进行树木年轮学研究,可为文化遗存的年代、气候环境变迁与木材利用等研究提供独特的视角。文中梳理了树木年轮学在考古学中应用的相关研究,从木材遗存的定年、碳十四年代校正、历史气候与环境考古、森林开发与木材利用史以及新技术发展5个方面介绍了国际上树轮考古学的研究前沿,结合国内树轮考古学的现状对其研究趋势进行预测,并提出发展建议。

关键词：树木年轮考古年代学碳十四测年环境考古森林开发木材利用

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中国东北多年冻土区树木年轮汞序列

中国科学：地球科学 2022年第7期52卷 1299-1309页

作者：康虎虎刘晓宏郭军明张秋良王雅波黄杰徐国保吴国菊葛文森康世昌中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室兰州730000 陕西师范大学地理科学与旅游学院西安710119 中国科学院大学北京100049 内蒙古农业大学林学院呼和浩特010018 中国科学院青藏高原研究所青藏高原环境变化与地表过程重点实验室北京100101 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心北京100049

多年冻土是地球上不可忽视的潜在汞库.全球气候持续变暖加速了多年冻土的融化和退化,增加冻土中汞的释放风险.树木年轮作为一种有效生物代用记录,能够记录长时间尺度环境汞的变化历史.本研究采集中国东北多年冻土区优势树种落叶松(Larix... 详细信息

多年冻土是地球上不可忽视的潜在汞库.全球气候持续变暖加速了多年冻土的融化和退化,增加冻土中汞的释放风险.树木年轮作为一种有效生物代用记录,能够记录长时间尺度环境汞的变化历史.本研究采集中国东北多年冻土区优势树种落叶松(Larix gmelinii Rupr.)和樟子松(Pinus sylvestris ***)年轮样品,建立了年分辨率的汞浓度历史记录.结果表明,过去170年树轮汞浓度平均值变化范围为0.36~3.96ng g^(−1);树轮宽度对汞浓度无显著影响.樟子松年轮汞浓度平均值显著高于落叶松,表明常绿树种在大气汞吸收累积上的优势并受到冬季汞沉降的影响.不连续冻土区落叶松年轮汞浓度在20世纪70年代呈现急剧上升趋势,90年代到达峰值后快速下降.落叶松年轮汞在20世纪70年代之后更快的上升趋势以及更高的浓度反映了浅根系落叶松对冻土融化释放汞吸收的影响.樟子松年轮汞浓度呈现“双峰曲线”,峰值分别出现在20世纪30年代和80年代.不同类型冻土区的樟子松年轮汞浓度在20世纪30年代出现共同峰值,表明该时段有着相同的汞源,而随后岛状冻土区的樟子松年轮汞浓度下降反映了局地的汞循环特征.本研究结果强调了冻土环境和树种对树轮汞记录的影响,指出在不同冻土类型区多树种采样策略有助于全面了解多年冻土区森林汞浓度变化和汞循环过程.

关键词：树木年轮汞长期变化落叶松樟子松地理环境冻土区森林

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桐柏山马尾松树木年轮与气候变化关系研究

桐柏山马尾松树木年轮与气候变化关系研究

作者：崔佳月河南大学

学位级别：硕士

为了正确评估现在气候变化状况以及准确预测未来气候变化状况,首先要先了解过去气候变化。树木年轮因定年精准、连续性强、分辨率高、易于获取和复本量大等优点,已成为研究过去气候变化的重要代用指标之一。桐柏山地处亚热带向暖温带的... 详细信息

为了正确评估现在气候变化状况以及准确预测未来气候变化状况,首先要先了解过去气候变化。树木年轮因定年精准、连续性强、分辨率高、易于获取和复本量大等优点,已成为研究过去气候变化的重要代用指标之一。桐柏山地处亚热带向暖温带的过渡地带,又为马尾松(Pinus massoniana)分布北界,是对气候变化响应比较敏感的地区,因此桐柏山地区适合进行树木年轮与气候变化关系的研究。本文根据树木年轮气候学的基本理论与方法,以桐柏山地区10个采样点的马尾松为研究对象,分别建立了桐柏山地区单个采样点以及区域的早材、晚材、全轮的树轮宽度标准年表。通过分析所有年表与信阳、南阳两气象站组成的区域月平均气温、平均最高温、平均最低温、降水量、平均相对湿度的相关性,来探究影响桐柏山地区树木年轮生长的主要气候因子,并据此建立不同区域树木生长-气候因子生态模型。基于相关分析的结果,重建桐柏山地区过去百年来5-6月平均最低温序列,为桐柏山地区气候变化的研究提供参考数据。主要结论如下:(1)桐柏山西北区域海拔较低的地区,马尾松易发生高温所造成的水分胁迫;海拔较高的地区,夏末气温越高,越有利于马尾松进行光合作用。大部分采样点的早材标准年表与春季和夏季气温、相对湿度因子显著相关,晚材标准年表与秋季、冬季气温的相关性较好。西北区域树木年轮生长与当年5-6月平均最低温呈显著负相关,相关系数为-0.577,与当年5-7月平均相对湿度呈显著正相关,相关系数为0.612。(2)桐柏山东南区域单个年表与6月和8月的气温及相对湿度相关性较好,6月份降水较少,气温较高,高温使得植物蒸腾作用强烈,产生水分胁迫,8月份经过雨季,降水充足,温度升高提供了良好的水热条件促进马尾松高生长。东南区域树木年轮生长与当年5-6月平均最低温呈显著负相关,相关系数为-0.640,与当年1-7月平均相对湿度呈显著正相关,相关系数为0.578。(3)桐柏山区域树木年轮生长与当年5-6月平均最低温呈显著负相关,相关系数为0.646,与当年3-8月平均相对湿度呈显著正相关,相关系数为0.617。近年来马尾松低生长的原因是桐柏山地区相对湿度呈下降趋势,平均最高温和平均最低温都呈上升趋势,升温进一步加强了该地区的高温胁迫作用,使得马尾松生长量一直在减少。(4)桐柏山地区5-6月平均最低温重建序列过去百年来出现了3个暖期和2个冷期,极端高温年20年,占20%,极端低温年7年,占7%。重建序列存在着与对流层准两年震荡(TBO)变化周期相似的2.17年显著周期,与太阳黑子10年活动周期相似的10.24年较显著周期,与北大西洋年代际震荡(AMO)周期相似的77.84年显著周期,其中1928年前有短周期存在,1928年后长周期(77.84年)是桐柏山地区的主要控制周期,尤其是1955年之后。重建序列能够代表华北平原地区的区域平均最低温变化;与研究区周围的重建序列的变化趋势一致性较高;与北大西洋、西太平洋以及印度洋的海温关系密切,前一年秋季北大西洋年代际振荡是导致研究区春末夏初干旱或湿润的可能因素。本研究在桐柏山这一生态过渡带研究了处在生长北界的马尾松对气候变化的响应,能更准确的了解到边缘地带在全球气候变暖的背景下生态系统的响应;树轮参数方面采用了早晚材树轮宽度指数,具有更高的时间分辨率,能显示出更精细的树轮与气候关系;弥补了桐柏山地区树轮研究的不足。研究中也存在一些问题和不足:年表长度较短,重建序列长度较短,仅有百年,为本地区过去气候变化提供的基础数据有限,对重建序列进行了空间相关分析,得到了一些结论,并进行了简单的解释,但其更深层的形成原因和机制还有待进一步探索。

关键词：生态过渡带马尾松树木年轮气候响应低温重建

基于树木年轮响应的冰川型泥石流灾害历史重建

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基于树木年轮响应的冰川型泥石流灾害历史重建

作者：孟哲北京林业大学

学位级别：硕士

雅鲁藏布江流域冰川型泥石流规模大、密度高,给交通、水利、矿产、生态等造成巨大的破坏。与降雨型泥石流相比,冰川型泥石流具有破坏力更强、流动时间更长的特征。重建冰川型泥石流事件的时空分布,可以为泥石流治理提供规模和爆发频率... 详细信息

雅鲁藏布江流域冰川型泥石流规模大、密度高,给交通、水利、矿产、生态等造成巨大的破坏。与降雨型泥石流相比,冰川型泥石流具有破坏力更强、流动时间更长的特征。重建冰川型泥石流事件的时空分布,可以为泥石流治理提供规模和爆发频率等工程治理参数。本文选取雅鲁藏布江流域巨厚冰碛物下切侵蚀型泥石流沟（古乡沟为例）、冰崩引发型泥石流沟（天摩沟为例）、滑坡体下切型泥石流沟（扎木弄沟为例）、堰塞湖溃决型泥石流沟（迫龙沟为例）作为研究对象,利用沟道和扇体树木年轮损伤组织、压缩木、生长抑制和生长释放等年轮应激反应,重建了40年来的主沟泥石流和沟道内部滑坡、支沟泥石流灾害历史;从树木生长扰动强度等方面探讨了泥石流的流动范围;并通过W指数进一步分析了没有历史记录的主沟泥石流、沟道内部滑坡、支沟泥石流发生时间和流动范围,初步得到以下结论:（1）树木年代学所反映的泥石流爆发时间的准确性与泥石流规模有关,泥石流规模太大会导致受扰动树木的灾害历史记忆消灭,不利于大规模灾害发生之前的泥石流事件的定年。（2）树木年轮生长扰动对冰川型泥石流灾害响应存在滞后效应,雅鲁藏布江流域的滞后时间为1-3年,且泥石流规模越大,滞后时间越长。（3）树木年轮的生长抑制/释放和创伤对泥石流灾害的敏感性与树龄和胸径相关,树龄在20年以下的幼树对泥石流事件更敏感,能够更敏锐的记录泥石流事件。（4）沟道内的众多支沟泥石流和主沟内的滑坡会对主沟泥石流事件的定年产生干扰,但是与主沟泥石流同一时间发生的支沟泥石流和主沟滑坡事件会增大W指数,利于主沟泥石流灾害事件的定年。（5）泥石流堵江后形成的堰塞湖内泥沙淤积,也会扰动树木年轮生长,但是扰动强度远远低于扇体泥沙淤积对树木扰动的影响,通过堰塞湖内树木年轮的扰动也可以间接反映堵江泥石流事件的发生时间和规模。

关键词：冰川型泥石流树木年代学树木年轮生长扰动灾害重建