大气环流和海温变化对兴安落叶松生长的气候影响

【摘要】本研究的目的是分析气候条件对大兴安岭北部根河地区兴安落叶松生长的影响,探索根河地区小气候与北半球主要大气环流系统之间的关系,以及大尺度海-气相互作用对当地气候的影响,利用年轮与气候因子的密切关系重建气候要素序列,进而通过周期分析获得气候预测背景信息,用数值模拟手段预测未来根河地区气候变化趋势以及气候变化兴安落叶松长势的影响等。本研究包含树木年轮学、气候学、统计学、数值模拟技术等多学科交叉的前沿研究领域,具有一定的科学意义和学术价值,对预测研究区域未来气候变化趋势、当地应对气候变化、制定林业发展战略具有参考价值。研究采集了根河地区兴安落叶松(Larixgmelinii(Rupr.)Rupr.)树盘和钻芯样本,经过处理应用WinDENDRO软件完成了交叉定年和COFECHA质量控制,并应用ARSTAN软件建立了根河地区兴安落叶松标准化年轮宽度、早材和晚材宽度年表。分析了年轮宽度对根河当地及其周边地区气候条件变化的响应,发现年轮宽度与前期和同期不同时段气温、表层和深层地温、积雪深度、蒸发量等气候要素之间存在密切关联。研究发现北半球主要的大气环流系统从前期到同期的演变对根河及其附近地区小气候的影响显著,前期印度洋海温是影响这些主要环流系统的主要因素之一。利用标准化年表和气温要素重建了根河年气温和深层地温序列,功率谱周期分析发现根河年气温和深层地温都存在大约百年、20年、16年和7年左右的变化周期。此外,气候数值模式对根河及其附近地区未来30年(2011一2040年)气温变化的模拟结果显示该地区气温呈上升趋势,增温可能对根河地区兴安落叶松的生长产生负效应。主要结论如下：1.建成的标准化年表(STD)包括年轮、早材和晚材宽度,年表长度135年(1876-2010年)。COFECHA测试结果显示各样本年轮宽度序列与主序列之间的平均相关系数达到0.626,平均敏感度0.235,一阶自相关系数0.695,样本总代表性0.951。2.研究发现兴安落叶松标准化年轮宽度对根河当地和其附近地区当年气温、生长季开始前的2-3月和生长季末期9-10月气温表现为明显的负响应,与同年生长季80cm深层地温之间存在显著的正关联,与开春前2-3月蒸发量和水汽压之间存在负相关关系,表明年轮宽度对当年气温和生长季开始前和末期气温反应敏感,当这些时间段温度偏低时有利于形成较宽年轮。研究还发现前一年生长季深层地温是影响年轮宽度的重要因素之一,年轮宽度表现为正响应。3.根河及其附近地区过去50年降水量未显示明显趋势,冬半年降水量稍呈上升趋势。年平均气温、2-3月和9-10月气温均呈明显的上升趋势,根河2001-2010年10年平均气温比1961-1970年平均气温升高了1.74℃,特别是开春前的2-3月增温更明显,幅度达到2.46℃。与增温相反,9-10月最低地表气温低于零度日数在过去50年中减少了6-7天。根河与其周边地区40cm和80cm地温在上世纪70年代后半叶偏高,80年代偏低,随后1991-2010年呈上升趋势。蒸发量和水汽压略呈上升趋势。冬半年最大积雪深度呈上升趋势,上世纪90年代比60年代加大了6.88cm,2001-2010年比60年代加大了5.57cm,与同期降水量的变化基本一致。4.研究发现根河地区气温与北半球大气环流系统之间存在密切关系。从前期到同期,当副热带高压扩张,面积偏大、强度偏强,北半球极涡收缩,面积偏小、强度偏弱,冬季东亚大槽偏浅、强度偏弱,西藏高原位势高度偏高、高原热源偏强,印缅槽强度偏弱时的大气环流形势,带来根河及其附近地区气温偏高,否则,相反。此外,根河及其附近地区气温偏高、偏低年的2-3月500hPa位势高度场平均场显示亚太地区大气环流形势截然相反,气温偏高年西伯利亚上空被一个巨大的负距平区域覆盖,表明冷空气偏弱,西太平洋副热带高压偏大、偏强,北半球极涡收缩。气温偏低年大气环流形势正相反。海平面气压场环流形势也呈现相反特征。5.研究发现根河及其附近地区气温与前期西北印度洋海域以及其他部分海域存在显著的正相关区域。西北印度洋海温(SSTA)的经验正交分解(EOF)结果显示：第一主成分(EOF-PC1)不但与亚太地区主要大气环流系统关系密切,而且与根河地区气温显著相关,由此推断西北印度洋海温的变化影响了亚太大气环流从前期到同期的演变,导致根河地区气温的波动。6.重建了1913-1960年根河年气温序列和1913-1974年6-8月80cm地温序列,重建序列通过了符号检验、误差缩减值检验和参数检验。对两个重建序列功率谱周期分析找到了温度变化的几个明显周期。7.英国Hadley中心和国家气候中心CMIP5气候数值模式对根河及其附近地区未来30a(2011-2040年)气温的模拟预估结果显示未来根河地区气温呈上升趋势,2030年代年预计比2000年代升高1.01℃,增温可能对根河地区兴安落叶松的生长不利。
【作者】高涛；
【导师】闫伟；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，森林培育，2013，博士
【副题名】以根河地区为例
【关键词】根河；兴安落叶松；交叉定年；气候影响；大气环流；海气相互作用；气候重建；周期分析；数值气候模式；树木生长趋势预估；

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