斯堪的纳维亚树木径生长与气候变化的响应研究

【摘要】：在全球气候变化的背景下,了解和掌握地球过去的气候变化和大尺度大气环流状况有助于我们对目前的气候状况及其影响因素做出正确评估,也能为气候模型的建立提供数据支持。理解斯堪地那维亚地区气候的时空特征及其与夏季北大西洋涛动的联系对了解高纬度地区过去的气候变化和夏季北大西洋涛动的历史演变具有重要意义。本文主要利用欧洲赤松(Pinus sylvestris)树木年轮宽度指标探讨斯堪地那维亚中西部地区沿东-西横断面树木径生长与温度和降水的响应关系,重建Storlien地区夏季平均温度,增加斯堪地那维亚地区温度重建网络节点,利用斯堪地那维亚地区欧洲赤松、欧洲冷杉(Picea abies)和欧洲桦(Betula pubescens)组成的树木年轮网络,探讨该地区树木年轮生长类型的时空分布及其与夏季北大西洋涛动的联系。 以斯堪的纳维亚中西部地区沿东-西横断面五个样点的树木年轮宽度序列和五个气象站的温度和降水数据为基础,对树木年轮气候响应关系进行分析得出,斯堪的纳维亚中西部地区气候整体受海洋影响较大,温度和降水沿东-西方向呈明显的梯度分布。该地区树木年轮样本的序列间相关系数和敏感度较高,树木生长受前一年的气候状况影响较大。各序列的平均轮宽、一阶自相关系数和序列内相关系数均呈现随地理位置由西至东逐渐增大的变化趋势,体现了海洋气候对各样点序列特征的影响。生长季温度是该地区树木生长的主要限制因子,五个样点轮宽年表均能够较好地反映当地七月平均温度变化情况。年表与气候因子的响应关系呈现在内陆地区较强,在临海地区较弱的特点。在过去250年时间里,位于内陆四个样点的树木生长具有较高的相似性,临近海洋的Nonshaugen样点树木生长与其它地区树木相关性表现出随时间变化的规律。五个样点树木年轮年表与七月平均温度的相关关系在20世纪下半段较20世纪上半段有明显的减弱,相关范围缩小,并且相关中心有从北向南移动的迹象。 利用Storlien地区的树木年轮宽度指标对该地区夏季温度进行重建,基于ARSTAN年表和差值年表的Storlien地区夏季温度重建分别解释了该地区夏季平均温度变化的30%和28%。该重建与Jamtland树木年轮最大晚材密度暖季温度重建在20世纪以前拟合程度较高,在20世纪后Storlien地区重建温度没有如Jamtland树木年轮最大晚材密度暖季重建温度一样骤然升高人。分析认为,这是由于Storlien样点距离海洋较近,海洋对气候的调节作用,使该地区树木年轮生长增量没有位于内陆的样点显著。内陆样点温度重建包含了更多的周期信号,而且存在两个较长的周期,而距海洋较近的Storlien样点所具有的周期信号较少,基本集中在3-5年和11-12年左右。Storlien地区距离海洋较近,整个地区的气候特点相对内陆更加单一,所以反映的信号也更少且更强。 利用旋转主成分分析方法将斯堪的纳维亚地区树木年轮生长类型分为西北和东南两个区域。1860年至1978年的公共时段各样点按照空间位置相近程度聚合。树种因素没有影响该地区树木生长的分区状况,表明斯堪的纳维亚地区的区域气候因子差异决定了该地区树木年轮的生长类型。温度和降水分别为西北和东南两分区树木年轮生长的主要限制因素。随着时间变化,树木年轮生长类型,平均敏感度和树木年轮生长的一致性均发生改变。分析认为,夏季北大西洋涛动和20世纪全球温度升高均对该地区树木年轮生长变化产生影响。树木年轮生长类型的变化可以从一定程度上反映气候变化信息和大尺度气候环流状况。其中斯堪的纳维亚中西部地区树木年轮生长类型对气候变化反应最为敏感。