中亚树木年轮研究

前言

第1章综述

1.1中亚树木年轮研究历程1.2中亚树木年轮气候研究

1.2.1树木年轮气候响应研究1.2.2树木年轮气候重建研究1.3中亚树木年轮水文研究1.4中亚树木年轮生态学研究1.5展望

第2章中亚树木年轮气候研究

2.1哈萨克斯坦

2.1.1哈萨克斯坦东北部初夏气温变化

2.1.2哈萨克斯坦东部准噶尔阿拉套地区干旱指数重建2.1.3哈萨克斯坦南部阿拉木图降水蒸散指数变化

2.1.4哈萨克斯坦阿拉木图南部高山降雪重建

2.2吉尔吉斯斯坦

2.2.1吉尔吉斯斯坦天山山区气温重建・

2.2.2吉尔吉斯斯坦北部降水变化・

2.2.3楚河流域降水蒸散指数变化

2.2.4伊塞克湖干湿变化重建

2.3塔吉克斯坦

2.3.1塔吉克斯坦北部夏季干旱变化研究

2.3.2中亚(塔吉克斯坦)与西亚(约旦)干旱信号对比研究

第3章中亚树木年轮水文研究...

3.1额尔齐斯河流域・

3.1.1额尔齐斯河上游径流量重建・

3.1.2额尔齐斯河支流哈巴河径流量重建，

3.1.3额尔齐斯河支流伊希姆一托博尔河径流量重建.3.2楚河流域..

3.2.1伊塞克湖入湖径流量重建

3.2.2楚河径流量重建

3.3锡尔河流域

3.3.1锡尔河上游纳伦河径流量重建

3.3.2锡尔河流域支流库尔沙布河径流量重建

3.3.3锡尔河流域支流卡拉河径流量重建

第4章中亚树木年轮生态研究

4.1气候变化对不同树种径向生长的影响

4.1.1气侯变化对雪岭云杉生长的影响

4.1.2雪岭云杉年内径向生长及其对气侯的响应

4.1.3气候变化对泽拉夫尚圆柏径向生长的影响

4.1.4气侯变化对哈萨克斯坦西伯利亚云杉和落叶松径向生长的影响4.1.5气侯变化对西伯利亚云杉早晚材生长的影响

4.2不同树高雪岭云杉生长对气候的响应

4.2.1不同树高处树木径向生长对气候的响应

4.2.2不同树高处树轮密度变化对气侯的响应

4.3不同海拔雪岭云杉生长对气候的响应

4.3.1不同海拔梯度树木生长对气侯的响应

4.3.2不同海拔梯度树轮密度对气侯的响应

4.4稳定同位素在树轮生态学中的应用

4.4.1天山南北坡树轮稳定碳同位素对气候的响应对比

4.4.2西伯利亚落叶松树轮稳定碳同位素对气候的响应

4.4.3塔吉克斯坦圆柏树轮稳定碳同位素对气侯的响应

4.5树轮的生态指标重建研究

4.5.1中亚阿拉套山归一化植被指数重建

4.5.2中亚天山Tuyuksu冰川物质平衡重建

参考文献

附录中亚地区气候水文重建序列.

第1章综述

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告第一工作组报道,全球大气平均温度和海洋温度均在增加，导致大范围的冰雪融化和全球海平面升高(IPCC,2021)。在大陆、区域和海盆尺度上，已经观察到了大量增暖事实。中亚地处亚欧板块腹地,属于典型寒旱区,同时也是影响我国天气的上游关键区，与我国西北地区气候联系密切(何清等，2016)。在全球气候系统剧烈变化过程中,北半球中纬度地区变暖最快,而中亚地区20世纪以来气候变暖幅度是北半球的两倍多,对气候系统变化的响应更为敏感(Chen et al.,2009)。因此，研究中亚气候变化特征和未来趋势,理解其长时间尺度干旱模态及其影响机制,对应对极端气候事件和开展区域气候适应规划具有重要意义。尽管中亚建有多个百年气象站(哈萨克斯坦14个,吉尔吉斯斯坦2个，塔吉克斯坦2个,乌兹别克斯坦3个),但从地域面积和空间分布来看,其站点布局相对稀疏且分布不均匀。这就意味着需要寻找记录着过去气候变化信息的代用资料,开展该区域历史时期气候变化事实和规律的相关研究，

树木年轮因其定年准确、连续性强、分布广泛、便于获取、可供复本和便于比对等特点被广泛应用于科学研究当中,是获取区域过去百年至千年气候演变数据的重要方法之一(Yang etal.，2017)。除此以外,不同生境下树木的年轮还能够记录下丰富的环境信息,可以反映树木所在区域径流、积雪、植被等要素的历史时期变化情况。因此,由于域内山区和高原上分布有多种长龄针叶树种,所以中亚被认为是开展树木年轮研究的理想区域,图1.1是中亚区域树轮研究的分布图。通过对前期相关研究成果的整理和分析,本章回顾了中亚区域(中亚五国)树木年轮研究的历史和现状,并对未来发展方向进行了展望,期望为将来研究工作提供参考和借鉴，

1.1中亚树木年轮研究历程

中亚树木年轮(简称树轮)研究开始于20世纪60-70年代。研究人员通过调查研究哈萨克斯坦北部科斯塔奈(Kostanay)地区樟子松(Pinus sylvestris L.)的年增长率，揭示了树木生长的周期性变化，并发现树木径向生长受太阳活动和降水状况的影响(Komin,1969)。Grigorieva等(1979)利用取自哈萨克斯坦北部的树木年轮样本进行干旱指数变化分析，这也是基于树轮资料开展中亚区域历史时期气候变化研究的首次尝试。进人20世纪90年代，中亚树木年轮研究工作取得较大进展。研究人员利用雪岭云杉(Picea schrenkiana Fischet Mey.)、西伯利亚落叶松(Larix sibirica Ledeb.)、西伯利亚云杉(Picea obovata Ledeb.)、樟子松、圆柏(Juniperus)等长龄针叶树种的树轮数据在气候变化、径流演变、生态环境等领城开展了系列研究，城内树轮年表长度也得以不断延长。Esper等(2002)利用20个采样点的圆柏样本建立了中亚西部1300 a树轮宽度年表。Opala等(2017)对获取自帕米尔一阿赖(Pamir- Alay)山脉的圆柏树轮宽度数据进行处理,并研制出该区域首条1010 a(公元1005-2014年)圆柏树轮年表。另外,将已有树轮年表与取自古建筑物中的树轮样本相结合，研制出帕米尔一阿赖山脉的干年树轮序列(Opala-Owczarek et al..2018)。随着技术手段的进步和分析方法的发展，密度、稳定同位素等树轮参数也开始在中亚树木年轮研究中得以应用。Chen等(2012b)利用哈萨克斯坦东部斋桑湖(Zajsan Lake)地区的西伯利亚落叶松树轮样本建立了该区域近403年来的树轮晚材平均密度年表。利用吉尔吉斯斯坦天山区域雪岭云杉研制出346 a的最大密度年表(陈峰等，2014)。Fan等(2021)研制了第一条塔吉克斯坦帕米尔一阿赖山脉圆柏树轮稳定碳同位素年表。Qin等(2022a)建立了哈萨克斯坦首条树轮稳定氧同位素序列,并率先论证了利用这一参数研究高山降雪长期变化的可行性。在以往的研究中,树木年轮研究大多在高山森林地区开展，而研究对象也以针叶树种为主。近年来，人们对灌木和矮灌木物种的树木年轮年代学研究产生更多的兴趣。Opala等(2013)将生长于塔吉克斯坦泽拉夫尚山区(Zeravshan)常见灌木物种麻黄(Ephedra equisetina Bunge)作为研究对象,测定其树轮样本的实际树龄。通过分析其径向生长对极端环境的响应，证实了麻黄开展树木年轮年代学的研究潜力。此项研究的意义在于为利用灌木物种开展树木年轮研究提供了依据,进一步丰富了树轮研究对象,开辟了新的研究方向与内容,并使得以往因树种限制而难以进行树轮研究的区域可以借助灌木物种开展相关研究。此外，除针叶树种和灌木物种外,还有学者将树木年轮分析方法用于野苹果(Malus sieversii)、核桃(Juglans regia L.)等阔叶树种的研究中,分析果实产量与树木径向生长的联系以及同树种间生长变异性的时空模式(Winter et al.,2009;Panyushkina et al.,2017)。

本书对中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所树木年轮研究团队近年来围绕中亚区域获得的主要成果进行了梳理和总结。回顾了中亚区域树木年轮研究的历史 ; 总结了中亚哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦树木年轮气候研究成果, 从更长时间跨度上去揭示中亚过去气候要素 (气温、降水、干旱指数等) 变化事实、规律和机制 ; 基于树轮资料重建了额尔齐斯河流域、楚河流域和锡尔河流域主要河流径流量长期变化历史, 探讨其影响机制及其对流域水资源管理的意义 ; 总结了中亚不同生境、不同树种的多种树轮参数的气候与环境响应特征。