川西玉龍地區(qū)樹(shù)木輪種記錄的夏季溫度變化

川西玉龍地區(qū)樹(shù)木輪種記錄的夏季溫度變化

全球氣候變化對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生并繼續(xù)影響，是國(guó)家政府和科學(xué)家普遍關(guān)注的重要問(wèn)題。以往的氣候變化研究對(duì)了解現(xiàn)代氣候變化的自然背景，預(yù)測(cè)未來(lái)幾十年氣候變化的發(fā)展趨勢(shì)具有重要意義（ipcc2007）。樹(shù)木年輪以其定年的精確性、時(shí)段的近代性以及樣本分布廣泛和環(huán)境指示意義明確等優(yōu)勢(shì),在過(guò)去全球變化研究中成為首選的代用資料之一(Fritts,1976;Schweingruber,1996),并在揭示過(guò)去氣候變化規(guī)律及機(jī)理研究中發(fā)揮了重要作用(Briffaetal.,1998;Mannetal.,1998;Cooketal.,2004)。我國(guó)的年輪氣候?qū)W研究是在20世紀(jì)80年代才逐步開(kāi)展起來(lái)的(Wuetal.,1987),大部分研究主要集中在青藏高原(Yangetal.,2003;Zhangetal.,2003Br?uning&Mantwill,2004;Shaoetal.,2005;Liangetal.,2008;Liuetal.,2009;勾曉華等,2004;彭劍鋒等,2007)和新疆(袁玉江和李江風(fēng),1999;袁玉江等,2005;彭劍鋒等,2006;崔宇等,2007;范敏杰等,2008)、甘肅(邵雪梅等,2003,2007)等我國(guó)西北部干旱地區(qū)。川西高原是青藏高原東南部的主要部分,是青藏高原向我國(guó)第二級(jí)階地過(guò)渡的區(qū)域,介于青藏高原主體與四川盆地之間。川西高原主要的山脈自西向東依次為沙魯里山、大雪山、邛崍山和岷山等,其中,大雪山主峰貢嘎山海拔7556m,是四川海拔最高的山峰;境內(nèi)有長(zhǎng)江上游的金沙江及其支流雅礱江、大渡河、岷江等切割出來(lái)的高山峽谷,植被和自然景觀亦呈垂直分布(四川植被協(xié)作組,1980)。川西亞高山針葉林是我國(guó)西南林區(qū)的主體部分,是長(zhǎng)江上游的重要的生態(tài)屏障,也是全球變化的敏感地帶。大量的研究表明,川西高原氣溫和降水的歷史變化特點(diǎn),對(duì)了解全球變暖背景下青藏高原和四川省的區(qū)域氣候變化及對(duì)全球變暖區(qū)域響應(yīng)均具有重要意義(李川等,2003)。由此可見(jiàn),川西地區(qū)應(yīng)該是進(jìn)行樹(shù)木年輪氣候?qū)W及其他相關(guān)研究的理想場(chǎng)所;然而基于樹(shù)木年輪資料探討該地區(qū)的氣候變化特征的研究與毗鄰的青藏高原相比(Yangetal.2003;Br?uning&Mantwill,2004),還沒(méi)有引起足夠的重視,相關(guān)的研究較少。川西地區(qū)早期的樹(shù)輪氣候?qū)W研究是由邵雪梅和范金梅(1999)在大雪山和沙魯里山地區(qū)開(kāi)展的主要利用4個(gè)地點(diǎn)的川西云杉(Piceabatfouriana)的樹(shù)輪資料,重建了川西地區(qū)1650–1994年冬季平均最低氣溫距平序列,并分析了其高頻、低頻和周期變化的特征。吳普等(2005)發(fā)現(xiàn),川西金川地區(qū)的高山松(Pinusdensata)的樹(shù)輪寬度主要與5月份降雨相關(guān),而樹(shù)輪最大密度主要指示夏季(6–9月)溫度,并利用樹(shù)輪密度序列重建了川西高原近百年的夏季溫度波動(dòng)序列。最近,秦寧生等(2008)利用川西云杉的樹(shù)輪資料,重建了川西高原378年的初夏(6月份)最高氣溫,探討了川西高原的區(qū)域氣候變化對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)特征。由于采樣地點(diǎn)的局限性,川西高原現(xiàn)有的樹(shù)輪氣候?qū)W研究無(wú)法全面揭示該地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)于氣候的響應(yīng)特征和過(guò)去氣候變化歷史。本文利用川西臥龍地區(qū)岷江冷杉(Abiesfaxoniana)的樹(shù)輪寬度數(shù)據(jù),重建了自1850年以來(lái)的夏季(6–8月)溫度波動(dòng)序列,旨在為該地區(qū)氣候的歷史變遷研究提供高分辨資料,并為進(jìn)一步研究該區(qū)域亞高山森林對(duì)氣候的響應(yīng)提供科學(xué)基礎(chǔ)。1氣候、水文條件臥龍自然保護(hù)區(qū)位于四川省汶川縣西南部,邛崍山系的東南坡,岷江上游,102°52′–103°24′E,30°45′–31°25′N,東西橫貫60km,南北跨越63km,總面積2000km2,是我國(guó)最大的自然保護(hù)區(qū)之一(圖1)。該地區(qū)氣候?qū)偾嗖馗咴瓪夂騾^(qū)范圍,其特點(diǎn)是:氣候涼爽,年平均氣溫4–6℃;氣溫以1月份最低,為–3.9℃;以7月份最高,為14.0℃;有明顯的干濕季節(jié),降雨主要集中于4月至l0月,占全年降水的60%以上,年降水量710mm左右,降水天數(shù)長(zhǎng)達(dá)200天以上;相對(duì)濕度大,年平均相對(duì)濕度為79%;平均日照時(shí)數(shù)為l293h,年蒸發(fā)量800mm左右。從10月中旬到翌年4月為干季,降雨少、日照長(zhǎng)、蒸發(fā)大,且空氣干燥(氣候數(shù)據(jù)主要來(lái)源于臥龍森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站,海拔2730m,102°58′E,30°51′N)(鄭紹偉等,2006)。岷江冷杉林分布于海拔2700–3600m,是臥龍分布最廣的植被類型,其覆蓋面積和木材蓄積量約占森林面積的60%。岷江冷杉是喬木層的主要樹(shù)種,此外,喬木層還有紅樺(Betulaalbo-sinensis)、糙皮樺(B.utilis)和川滇長(zhǎng)尾槭(Acercaudatumvar.prattii)等樹(shù)種,灌木層主要有山光杜鵑(Rhododendrnoreodoxa)、大葉金頂杜鵑(R.faberisubsp.pratti)、高山柳(Salixdissa)、樺葉莢迷(Viburnumbetulifolium)和紅毛花楸(Sorbusrufopilosa)等,灌叢蓋度約為80%,灌木高度平均為3.5m,灌叢密度較大,林下草本不發(fā)達(dá),枯枝落葉層平均厚約30mm(鄭紹偉等,2006;黃金燕等,2007)。2材料和方法2.1樹(shù)輪樣芯的采集及預(yù)處理本文所用岷江冷杉樹(shù)輪資料是2009年9月在臥龍地區(qū)巴郎山(邛崍山南段)東南坡采集的,坡底是皮條河(岷江支流)河谷地帶;采樣點(diǎn)海拔高度為3450m,屬于森林上線,樹(shù)木受人類活動(dòng)影響較少。為獲得較長(zhǎng)的樹(shù)木年輪樣本,在樹(shù)輪樣品采集點(diǎn)選擇年齡較老的樹(shù)木個(gè)體獲取樣本。樣芯采集通常在胸高部位,在垂直于山坡方向上用生長(zhǎng)錐鉆取樹(shù)輪樣本,對(duì)于某些生長(zhǎng)在懸崖及陡坡上或已局部枯朽的樹(shù)木,限于采樣環(huán)境條件,樣芯的鉆取高度和方向有所不同。取到的樣芯放置在塑料樣管內(nèi)并在樣管上用油性筆標(biāo)注代碼。本研究每棵樹(shù)采集一根樹(shù)輪樣芯,最終獲得58根樣芯。樣品預(yù)處理基本按照Stokes和Smiley(1968)的方法進(jìn)行。首先將樣品放置于平坦處晾干,然后將其粘在特制的木槽中;將粘牢的樣芯依次用由粗到細(xì)(一般為280–600目)不同顆粒的砂紙進(jìn)行打磨。2.2定年、測(cè)量精度分析樣本經(jīng)預(yù)處理后,用骨架示意圖進(jìn)行交叉定年(Fritts,1976),然后使用LINTAB年輪分析儀對(duì)樹(shù)木年輪寬度逐年進(jìn)行測(cè)量,該測(cè)量系統(tǒng)精度可達(dá)0.001mm。利用COFECHA(Holmes,1983)程序?qū)Χ旰蜏y(cè)量結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn),保證定年與測(cè)量的準(zhǔn)確性。對(duì)于那些效果較差、與主序列之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)不到99%置信區(qū)的樣芯予以剔除,最終,47根冷杉樹(shù)芯用于年表的構(gòu)建。2.3采樣點(diǎn)東部—?dú)庀筚Y料臥龍森林生態(tài)系統(tǒng)鄧生定位研究站距離采樣點(diǎn)最近(約15km),但是該生態(tài)站建站時(shí)間較短,只有最近幾年的氣象數(shù)據(jù),因而無(wú)法與年輪數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。鑒于此,本研究的氣象數(shù)據(jù)選取離采樣地點(diǎn)最近的都江堰氣象站(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)氣象臺(tái)站,海拔698m,103°40′E,31°01′N),其位于采樣點(diǎn)東部約60km。氣候資料氣象數(shù)據(jù)由國(guó)家氣象局(/)提供,區(qū)間為1955–2008年,經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn),該站的氣象數(shù)據(jù)可靠,無(wú)明顯的突變點(diǎn)和隨機(jī)變化,氣象資料變化相對(duì)均一。由圖2可知,都江堰氣象站不同月份的降雨和溫度的波動(dòng)特征與臥龍森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站的非常一致,所以可以用其代表當(dāng)?shù)刈匀粴夂虻哪觌H變化趨勢(shì)。考慮到前一年氣候狀況對(duì)當(dāng)年樹(shù)木生長(zhǎng)的影響(Fritts,1976;Schweingruber,1996),所用氣候資料的時(shí)間跨度為前一年7月到當(dāng)年9月,氣候要素包括月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫、月降雨量和月平均相對(duì)濕度。3研究結(jié)果3.1樹(shù)輪年際生長(zhǎng)的年際年際變化經(jīng)過(guò)交叉定年的年輪序列,用ARSTAN程序(Cook&Kairiukstis,1990;Cooketal.,1994)進(jìn)行去趨勢(shì)和標(biāo)準(zhǔn)化,這一過(guò)程消除了樹(shù)木生長(zhǎng)中與年齡增長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)的生長(zhǎng)趨勢(shì)及部分樹(shù)木之間的非一致性擾動(dòng),排除了其中的非氣候信號(hào)。首先對(duì)每個(gè)年輪寬度序列進(jìn)行負(fù)指數(shù)曲線擬合,以去除與樹(shù)木年齡有關(guān)的生長(zhǎng)趨勢(shì);如果不成功,則用任意斜率的線性回歸進(jìn)行直線擬合,并以取樹(shù)輪寬序列和與其對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)趨勢(shì)擬合曲線的比值,對(duì)所得到的去趨勢(shì)進(jìn)行雙權(quán)韌性平均(biweightrobustmean),合成了平均值為l、無(wú)量綱的樹(shù)輪寬度年表(圖3)。ARSTAN程序除了可以建立常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)年表(STD)外,還可建立差值年表(RES)和自回歸年表(ARS)(Fritts,1976),對(duì)3種年表若干統(tǒng)計(jì)量參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比后,最后選擇樹(shù)輪標(biāo)準(zhǔn)年表代表本研究區(qū)域樹(shù)木年際徑向生長(zhǎng)?？紤]到年表的可信度隨著復(fù)本量的減少而下降,本研究年表的起始年份(1850年)的最低復(fù)本量為5根樣芯。構(gòu)建該年表樣芯的平均長(zhǎng)度為116年(61年–205年),其中,超過(guò)百年的樣芯達(dá)30根,所以該年表可較可靠地記錄臥龍地區(qū)過(guò)去159年(1850–2008年)的樹(shù)木年際徑向生長(zhǎng)的波動(dòng)歷史。年表的統(tǒng)計(jì)量特征可以反映樹(shù)木生長(zhǎng)的一些基本特征以及樹(shù)輪年表所含不同頻率信息量的多少(表1)。結(jié)果表明,各樹(shù)種年輪樣本間具有較好的相關(guān)性(樣芯間相關(guān)系數(shù)Rbar=0.387,p<0.01),表明不同樣芯之間的輪寬變化有很好的一致性。各年表的一階自相關(guān)系數(shù)為0.776,說(shuō)明樹(shù)木前一年的生長(zhǎng)狀況對(duì)當(dāng)年生長(zhǎng)有一定的影響(Fritts,1976)。年表的平均敏感度較低,僅為0.123,這說(shuō)明了樹(shù)輪資料具有較弱的高頻波動(dòng)信號(hào)。年表的信噪比和第一主成分解釋方差量數(shù)值分別為6.931和20.94%,均達(dá)到了較高的水平;年表具有較高的樣本群體表達(dá)信號(hào),數(shù)值為0.87,這說(shuō)明了本調(diào)查采集樣本量所含的信號(hào)是能代表總體特征的(Wigleyetal.,1984)。以上年表各種統(tǒng)計(jì)特征表明了樣本之間的樹(shù)輪寬度變化有很好的一致性,記錄了可靠區(qū)域氣候信息,所以本次調(diào)查所用的樹(shù)輪資料適于進(jìn)行年輪氣候?qū)W分析。3.2不同季節(jié)和季節(jié)生長(zhǎng)與氣候變化的關(guān)系樹(shù)木生長(zhǎng)與氣候要素變化的關(guān)系是利用樹(shù)木年輪進(jìn)行氣候研究的基礎(chǔ),主要是通過(guò)相關(guān)分析和響應(yīng)函數(shù)分析的方法進(jìn)行的,分析過(guò)程是由軟件DendroClim2002實(shí)現(xiàn)的(Biondi&Waikul,2004)。研究時(shí)段為有器測(cè)資料以來(lái)的年代(1955–2008年)。分析結(jié)果表明,樹(shù)木徑向生長(zhǎng)對(duì)溫度的響應(yīng)特征基本一致,規(guī)律性最為明顯(圖4)。其中,夏季7月份的平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫與年表均存在著明顯的正相關(guān)關(guān)系,除7月份最高氣溫與年表的響應(yīng)函數(shù)系數(shù)(r=0.22)略低外,其他相關(guān)(r=0.33–0.40)和響應(yīng)函數(shù)分析(r=0.28)均通過(guò)了95%的置信區(qū)間;夏季6月、8月的平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫與年表的相關(guān)系數(shù)雖然沒(méi)有達(dá)到顯著性水平,但是體現(xiàn)了一致的正相關(guān)關(guān)系。另外一個(gè)明顯特征是,春季3月份的平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均對(duì)樹(shù)木徑向生長(zhǎng)有著顯著的正影響作用,相關(guān)(r=0.33)和響應(yīng)函數(shù)結(jié)果(r=0.26–0.36)均達(dá)到了顯著性水平。從圖4還可以看出,冬季的溫度(特別是11月和12月)的平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫與樹(shù)輪數(shù)據(jù)存在一致的負(fù)相關(guān)關(guān)系,但相關(guān)系數(shù)未達(dá)到顯著性水平。與樹(shù)木徑向生長(zhǎng)對(duì)溫度的響應(yīng)特征相比,年表與降雨和相對(duì)濕度的關(guān)系明顯較弱,樹(shù)木徑向生長(zhǎng)僅與去年10月份的降雨存在明顯的正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)(r=0.34)和響應(yīng)分析(r=0.28)均達(dá)到了顯著性水平,而與其他月份的降雨沒(méi)有明顯的關(guān)系;從年表與相對(duì)濕度的關(guān)系來(lái)看,樹(shù)木的徑向生長(zhǎng)主要是與6–9月份的相對(duì)濕度存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系,但是相關(guān)和響應(yīng)分析均未達(dá)到顯著性水平。從相關(guān)和響應(yīng)函數(shù)分析結(jié)果看,研究區(qū)域樹(shù)木的徑向生長(zhǎng)主要受溫度的制約,而與降雨和相對(duì)濕度的關(guān)系明顯較弱。樹(shù)木生長(zhǎng)與3月份的溫度均有顯著的正相關(guān)關(guān)系,但是春季其他月份的溫度與樹(shù)輪數(shù)據(jù)沒(méi)有較好的相關(guān)性;而夏季溫度(6–8月份)對(duì)于樹(shù)木生長(zhǎng)均有一致的正相關(guān)關(guān)系,考慮到樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)于夏季平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫響應(yīng)關(guān)系的相似性以及重建要素的意義和代表性,本文最終選定夏季(6–8月)平均氣溫作為氣候指標(biāo)用于氣候重建。3.3回歸方程的可靠性檢驗(yàn)將樹(shù)輪年表定量地轉(zhuǎn)換成過(guò)去的氣候要素,需要進(jìn)行校準(zhǔn)分析,即建立轉(zhuǎn)換方程。采用回歸分析的方法來(lái)建立轉(zhuǎn)換方程。利用年表指數(shù)序列與夏季溫度建立的線性回歸方程(圖5)如下:式中,y為夏季溫度(6–8月),x為樹(shù)輪年表的指數(shù)序列。在1955–2008年校準(zhǔn)時(shí)段,此方程非常顯著。夏季溫度的方差解釋量為28.8%,調(diào)整后方差解釋量為27.3%?；貧w方程建立之后,必須對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn),由于校準(zhǔn)長(zhǎng)度僅為54年(1955–2008年),難以采用獨(dú)立檢驗(yàn)的方法,故采用年輪研究中常用的留一法(leave-one-out)對(duì)回歸方程的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)(Fritts,1976)。對(duì)于重建的校準(zhǔn)期(1955–2008年),重建方程的相關(guān)系數(shù)為0.493,方差解釋量是24.3%,調(diào)整后方差解釋量為24.1%,均達(dá)到了99%的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著水平(表2)。從重建夏季溫度序列與器測(cè)數(shù)據(jù)在最近50年來(lái)的波動(dòng)趨勢(shì)看,重建序列較好地?cái)M合了器測(cè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)規(guī)律(圖6A)。對(duì)于重建方程的符號(hào)檢驗(yàn)和乘積平均值檢驗(yàn)也通過(guò)了顯著性檢驗(yàn),縮減誤差和效率系數(shù)的數(shù)值均較高,分別為0.298和0.284,一般認(rèn)為,縮減誤差和效率系數(shù)為正值時(shí),所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)是可靠的;重建模型的Durbin-Watson檢驗(yàn)數(shù)值為1.645(1.645≈2),表明重建回歸模型中的誤差項(xiàng)是獨(dú)立的,結(jié)論是可信的。回歸模型的估計(jì)和假設(shè)所作出的重建模型的各種檢驗(yàn)參數(shù)均通過(guò)了統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),說(shuō)明該模型是較為穩(wěn)定和可靠的,可用于該地區(qū)夏季溫度(6–8月)的歷史重建。2.4期20世紀(jì)40年代中期依據(jù)轉(zhuǎn)換方程,重建了川西臥龍地區(qū)夏季(6–8月)溫度過(guò)去159年(1850–2008年)來(lái)的變化(圖6B)。從圖6可以看出,該地區(qū)溫度變化還是比較明顯的。重建溫度序列顯示在20世紀(jì)40年代以前,氣候主要是以寒冷為主,在過(guò)去159年最為明顯的寒冷期(1850–1870年和1890–1930年)均分布于這個(gè)時(shí)段。該時(shí)段也是極端寒冷年份頻繁發(fā)生的時(shí)期,如1850–1853年、1865年、1900年、1905年、1907年、1918年、1922–1924年、1931年和1937–1938年;在這個(gè)時(shí)段僅有個(gè)別年份的溫度處于平均數(shù)值(23.85℃)以上,主要分布在1861年、1871–1873年、1882–1887年、1890–1892年和1912–1913年。同時(shí),重建溫度序列顯示:臥龍地區(qū)在20世紀(jì)40年代以后,氣候明顯趨于變暖,其中1943–1977年是過(guò)去150多年來(lái)最為溫暖的時(shí)期;過(guò)去20個(gè)最為溫暖的年份中有17年都分布在這個(gè)溫暖時(shí)期,依次為1949年、1951年、1953年、1956–1957年、1959–1962年、1964–1968年、1970年、1972年、1975年和1977年。該地區(qū)氣候在20世紀(jì)70年代末和90年代初又出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)寒冷的時(shí)期,其中寒冷年份出現(xiàn)在1979年、1982年、1988–1989年和1992年。在20世紀(jì)90年代末至今,臥龍地區(qū)氣溫又呈現(xiàn)出較為明顯的升溫趨勢(shì),其中2001年和1997年均為過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)最溫暖的年份;然而這個(gè)時(shí)期溫度的年際波動(dòng)幅度也很大,溫度相對(duì)較低的年份有1995年、1998–2000年及2003年。3討論3.1夏季與多元溫度對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的影響通常認(rèn)為,森林上限樹(shù)木生長(zhǎng)主要受夏季低溫的控制(K?mer&Paulsen,2004),相關(guān)分析和響應(yīng)函數(shù)均表明,臥龍地區(qū)的樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)于夏季(6–8月)溫度的響應(yīng)要比其他因子的響應(yīng)顯著,這進(jìn)一步證明了夏季溫度對(duì)于林線位置樹(shù)木生長(zhǎng)的控制性影響。夏季溫度對(duì)于樹(shù)木生長(zhǎng)的限制性作用在川西及其附近地區(qū)均得到了驗(yàn)證,如川西高原的大雪山和沙魯里山的川西云杉(Piceabalfouriana)的樹(shù)木年輪材料被發(fā)現(xiàn)可用來(lái)指示初夏(6月份)的平均最高氣溫變化(邵雪梅和范金梅,1999;秦寧生等,2008)吳普等(2005)發(fā)現(xiàn),川西小金地區(qū)的高山松(Pinusdensata)的樹(shù)木生長(zhǎng)主要受夏季(6–9)溫度制約,并采用高山松的最大密度序列重建川西高原近百年夏季溫度;Fan等(2008)則利用滇西北橫斷山區(qū)麥吊云杉(Piceabrachytyla)的樹(shù)輪材料重建了該地區(qū)過(guò)去250年來(lái)的溫暖季節(jié)(4–9月)的溫度波動(dòng)。夏季溫度還被證明對(duì)于青海長(zhǎng)江源地區(qū)(Liangetal.,2008)和藏東南(Br?uning&Mantwill,2004)的樹(shù)木生長(zhǎng)具有顯著性的影響作用。夏季處于樹(shù)木生長(zhǎng)最為旺盛的時(shí)段,較高的氣溫有利于光合作用,生產(chǎn)出充足的光合產(chǎn)物用于樹(shù)木的生長(zhǎng);該地區(qū)夏季夜晚氣溫回落較快,晝夜溫差很大,降低了呼吸消耗,造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)凈積累的增加,從而促進(jìn)了樹(shù)木的生長(zhǎng)(Tranqulllini,1979)。與之相反,夏季低溫不僅是林線樹(shù)木畸形生長(zhǎng)的決定性因子,而且還縮短了生長(zhǎng)季節(jié)的長(zhǎng)度,限制了植物的水分吸收、樹(shù)木干物質(zhì)增長(zhǎng)以及林線處樹(shù)木的發(fā)芽力(王曉春等,2005),這些都是樹(shù)木出現(xiàn)窄輪的重要原因。而年表與6–9月份相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)的關(guān)系也間接地反映出夏季溫度對(duì)于樹(shù)木生長(zhǎng)的限制性作用,6–9月份是臥龍地區(qū)最為濕潤(rùn)的時(shí)期,陰雨天氣持續(xù)不斷,而且海拔3000m以上的山區(qū)出現(xiàn)大霧的頻率很高;這個(gè)時(shí)期濃厚的云層會(huì)減少太陽(yáng)光照強(qiáng)度,從而使得夏季溫度偏低,樹(shù)木可利用的光合有效輻射也隨之下降,進(jìn)而限制了樹(shù)木的徑向生長(zhǎng)(K?mer,1999;劉鴻雁等,2002)。臥龍地區(qū)的樹(shù)木生長(zhǎng)在很大程度上受到初春3月份溫度的影響?？傮w上講,由于該地區(qū)樹(shù)木的活躍生長(zhǎng)期大致為每年的4–9月份,生長(zhǎng)季前期溫度的高低將直接影響樹(shù)木生長(zhǎng)期開(kāi)始的早晚;早春溫度偏高可促進(jìn)形成層活動(dòng)提早和加速陰坡的積雪融化,從而相應(yīng)地延長(zhǎng)植物的生長(zhǎng)期,有利于樹(shù)木的生長(zhǎng)(李培基,1996;王婷等,2003)。另外,樹(shù)木徑向生長(zhǎng)還與冬季溫度(11月到第二年1月)存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系,這也具有一定的生理意義。本研究的采樣地區(qū)位于冷杉林線位置,海拔較高(在3000m以上),冬季漫長(zhǎng)且溫度偏低,當(dāng)冬季出現(xiàn)罕見(jiàn)的寒冷時(shí)期時(shí),會(huì)使植物葉細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)脫水,還可能因土壤凍結(jié)而導(dǎo)致樹(shù)木根系凍死,造成來(lái)年光合作用減弱,且使樹(shù)木生長(zhǎng)期縮短,從而形成窄年輪(Rolland,1993;袁玉江和李江風(fēng),1999;Pedersonetal.,2004)。在一定的高度范圍內(nèi),隨海拔的升高降水有逐步增加的趨勢(shì),降水對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的限制作用也逐步減弱;在森林上限,通常認(rèn)為降水對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的影響是不顯著的(Fritts,1976;K?mer&Paulsen,2004)。本研究中的樹(shù)輪寬度指數(shù)序列中所包含的降雨信號(hào)也較弱,僅體現(xiàn)為與去年秋季10月份的降雨有著正相關(guān)關(guān)系。去年秋季樹(shù)木各組織器官的生長(zhǎng)基本停止,但仍能進(jìn)行一定的光合作用,此時(shí)濕潤(rùn)的條件有利于積累更多的光合產(chǎn)物,為來(lái)年春季形成層活動(dòng)提供較多的養(yǎng)分;另一方面,秋季充沛的降水可以提高土壤含水量,為樹(shù)木下一年的生長(zhǎng)提供必要的水分(Thomsen,2001;Cleavelandetal.,2003)。3.2氣候變化與重建序列基于樹(shù)輪資料的重建序列反映了川西臥龍地區(qū)過(guò)去159年的夏季溫度波動(dòng)歷史,該重建序列在年際和數(shù)十年尺度上均具有較好的波動(dòng)趨勢(shì)(圖6B)。重建序列一個(gè)最為顯著的特征是自20世紀(jì)40年代以來(lái)的顯著升溫過(guò)程,雖然臥龍地區(qū)的溫度波動(dòng)在20世紀(jì)70年代之后明顯加劇,甚至在20世紀(jì)80年代和90年代初形成了一個(gè)溫度相對(duì)偏低的時(shí)期,之后的溫度又趨于明顯的上升,但是從過(guò)去百年尺度上看,20世紀(jì)中后期的升溫還是非常顯著的。這與之前近100年的溫度偏低時(shí)期形成了鮮明的對(duì)照,可能是全球變暖趨勢(shì)在該地區(qū)的具體體現(xiàn)。全球氣候變暖是20世紀(jì)末在全球環(huán)境變化方面的最為重要的事件。對(duì)于全球變化事件響應(yīng)敏感的青藏高原及其附近地區(qū)在近代的升溫過(guò)程也是很明顯的(李培基,1996);基于青藏高原及其附近山區(qū)70多個(gè)氣象站的數(shù)據(jù),Liu和Chen(2000)發(fā)現(xiàn),在1955–1996年這個(gè)時(shí)間段內(nèi),該地區(qū)的夏季和冬季溫度平均每10年上升0.09℃和0.32℃。被用來(lái)指示青藏高原地區(qū)過(guò)去千年溫度變化的冰芯氧同位素序列也顯示在大約20世紀(jì)40年代以后,氣候快速升溫至今,被認(rèn)為是過(guò)去千年來(lái)最為溫暖的時(shí)期(姚檀棟等,2006);青藏高原東南部的季風(fēng)溫冰川(玉龍雪山1號(hào)冰川、梅里雪山明永冰川、貢嘎山海螺溝冰川以及藏東南阿扎冰川)的進(jìn)退資料表明,在20世紀(jì)中后期這些冰川均出現(xiàn)了明顯的后退,這被認(rèn)為是近代全球升溫所導(dǎo)致的(何元慶等,2003)。由此可見(jiàn),臥龍地區(qū)20世紀(jì)中后期的顯著變暖趨勢(shì)與青藏高原地區(qū)的氣象、冰芯以及冰川進(jìn)退數(shù)據(jù)具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這說(shuō)明了本研究中的樹(shù)木年輪材料所指示的溫度信號(hào)具有較好的空間代表性。重建序列顯示,過(guò)去最為明顯的寒冷時(shí)期發(fā)生在19世紀(jì)90年代和20世紀(jì)初期(1890–1942年),持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)53年。這個(gè)寒冷時(shí)期在附近地區(qū)的樹(shù)輪資料中也有所體現(xiàn),如基于川西大雪山和沙魯里山區(qū)年輪材料的夏季溫度重建序列,秦寧生等(2008)發(fā)現(xiàn)重建序列在1911–1940年存在一個(gè)顯著的寒冷時(shí)期;基于橫斷山區(qū)樹(shù)輪資料的溫度重建序列,Fan等(2008)也表明氣候在20世紀(jì)初期存在兩個(gè)寒冷時(shí)期(1910–1920年和1930–1940年),但是與本序列相比,寒冷強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間都明顯較弱。另外,與臥龍地區(qū)鄰近的貢嘎山海螺溝冰川在1910–1930年表現(xiàn)為持續(xù)的推進(jìn)(何元慶等,2003),這表明當(dāng)時(shí)氣候正處于一個(gè)明顯的寒冷時(shí)期,而這也是與臥龍年表所指示的溫度信號(hào)基本吻合的。重建序列還表明,當(dāng)?shù)貧夂蛟?850–1870年也經(jīng)歷了一次較為明顯的寒冷時(shí)期,這個(gè)寒冷時(shí)期在川西高原和橫斷山區(qū)的樹(shù)輪資料中也均有相應(yīng)的體現(xiàn)(邵雪梅和范金梅,1999;Fanetal.,2008)。3.3在四川地區(qū)不同體現(xiàn)樹(shù)種生長(zhǎng)和生長(zhǎng)特性的周期特性小波分析用于確定重建氣候的周期性及周期隨時(shí)間的變化。用于本次分析的小波是Morlet6,波譜權(quán)重檢驗(yàn)用紅噪音過(guò)程,顯著水平為5%(Torrence&Compo,1998),用網(wǎng)上公開(kāi)的小波分析程序()完成。小波分析結(jié)果表明重建序列最明顯的為2–8年的周期(圖7B),處于公認(rèn)的厄爾尼諾-南方濤動(dòng)氣候系統(tǒng)(Ni?o/SouthernOscillation:ENSO)波動(dòng)周期(2–8年)范圍內(nèi)(Ropelewski&Halpert,1987;McPhadenetal.,2006)。已有研究表明,ENSO系統(tǒng)中的厄爾尼諾(ElNi?o)和拉尼娜(LaNi?a)事件對(duì)于四川的氣候特征、農(nóng)業(yè)活動(dòng),甚至社會(huì)經(jīng)濟(jì)都有一定的影響(肖天貴和諶蕓,1994),所以序列的2–8年的周期可能是ENSO對(duì)該地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)周期性影響的體現(xiàn)。重建序列的10–16年周期則很有可能是太陽(yáng)黑子11年左右的活動(dòng)周期的體現(xiàn),太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)弱的長(zhǎng)周期變化被普遍認(rèn)為對(duì)于大尺度氣候系統(tǒng)有顯著影響(Rind,2002)。小波分析結(jié)果還顯示,上述的周期信號(hào)在時(shí)間尺度上是不穩(wěn)定的,而是主要集中在某些時(shí)段上。2–8年的周期信號(hào)主要集中在1860–1870年、1900–1930年和1970年至今,而10–16年的周期信號(hào)主要集中在1900–1930年(圖7中的陰影部分)。不難發(fā)現(xiàn),周期信號(hào)較強(qiáng)的時(shí)段都是年際溫度波動(dòng)最明顯的時(shí)段,也是較為寒冷的時(shí)期,這可能是由于ENSO事件和太陽(yáng)活動(dòng)較為強(qiáng)烈的緣故;而周期信號(hào)不明顯的1880–1890年和1940–1970年,溫度的年際波動(dòng)平緩,這也是相對(duì)溫暖的時(shí)期,ENSO氣候系統(tǒng)和太陽(yáng)活動(dòng)可能在這些時(shí)期內(nèi)維持著相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。5林線的氣候變化及在夏季的市場(chǎng)四川臥龍地區(qū)林線位置的岷江冷杉的樹(shù)輪生長(zhǎng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)比較明顯,影響樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的主要限制因子是夏季(6–8月份)溫度。另外,春季3月份和冬季(11月到第二年1月)的溫度以及秋季10月份的降雨對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)也有一定的限制性影響。通過(guò)夏季溫度重建序列可以看出,該地區(qū)在過(guò)去159年來(lái)的溫度波動(dòng)比較明顯。在1940年以前,氣候以寒冷為主,主要的寒冷時(shí)期有185