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树轮如何破解气候密码

应用气象 hjmeteor 1587浏览 0评论

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历时5年,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员杨保和合作者建立了青藏高原东北部自公元前2637年至2011年间的树轮宽度年表,这份长达4649年的年表是我国目前最长的树轮宽度年表。

树轮研究优势何在?

所谓树轮气候学,就是根据树轮的变化推论过去气候、研究气候变化的方法性科学。在四季变化明显的地区,树木一般每年形成一个生长轮,即年轮。年轮的宽窄和当年的降水或温度密切相关,因此可以用于恢复古气候,是一种定年最简便、参数最客观的代用资料。

“高分辨率、长时间尺度的古气候代用资料对于恢复仪器测量记录之前的气候变化史实具有得天独厚的优势,尤其是根据其可靠的时间序列,可辨识自然变化基础之上的人为因素影响。如果代用资料还能够反映年际、年代际、百年尺度以及百年尺度以上的气候变化波动规律,就更是独一无二的宝贵资源了。这样的资料在自然界非常稀缺,而树轮就是其中之一。”谈到树轮气候研究的优势,杨保打开了话匣子,“在一般情况下,在高纬度地区的森林分布北界,树轮资料能够提供历史时期温暖季节的温度变化规律;而典型干旱或半干旱地区的树轮记录更多反映了湿度或降水的波动信息。”

结合他们此次的研究情况,杨保说:“青藏高原对亚洲大气环流和南亚季风有重大的影响,它的气候变化历史是重建和理解地球气候历史的一个重要组成部分。我们小组和英国气候研究组相关学者合作,主要利用树轮宽度等,解密隐藏在其中的气候密码,提高对区域不同时间尺度干湿变化规律的认识水平。”

树轮研究去哪采样?

“我们主要从青藏高原东北部寒冷干旱区采样。采样点有21个,以祁连山圆柏树作为采样对象。”杨保告诉记者,“我们建立了目前中国样本量最大、年代最长的树轮年表,这同时也是世界上最长的树轮年表之一。”

之所以将圆柏树作为采样对象,杨保这样解释:“圆柏树生长较慢,不容易腐朽,对气候敏感度高,一年树轮宽度也就增加零点几毫米。降水量少的话,一年增加0.2毫米至0.3毫米;降水量多的话,一年增加0.5毫米至0.6毫米。这就说明圆柏树轮宽度增长的年际波动较大。”

采样点的选择也很有讲究。杨保他们选择的区域基本没有受到人为干扰。“如果有人为干扰,树木的长势就会发生变化,这样便会给我们的研究带来困扰。为保存尽可能多的气候信息,减少非气候因子的干扰,我们采样选择远离人为活动的地方。”

此次长达4649年的树轮宽度年表刷新了我国的历史纪录。据杨保介绍,之前有影响力的我国树轮宽度年表主要包括2003年的一项长达2300年的研究以及2010年长达3585年的研究。“我们此次研究范围又扩展了1000多年,这对古气候研究非常有利。”

“通过与附近6个气象站气候因子的相关和响应分析发现,该年表序列是降水的代用指标,与区域年降水量在仪器测量记录时段1956年至2011年的相关系数非常高。”杨保说。

如气温升高青藏高原东北部是否将更湿润?

“对青藏高原东北部树轮宽度年表的研究显示,如果未来北半球温度持续上升,该区域降水将更加丰沛,气候将会变得更加湿润。”杨保介绍说,“相关研究成果已经在《美国科学院院报》上发表。”

长达4649年的树轮宽度年表证明青藏高原东北部降水变化在最近10年、25年和50年都是过去3500年历史背景下最湿润的时段,而显著的干旱阶段主要发生在公元前4世纪和15世纪的后半叶。

研究发现,重建的降水序列与亚洲夏季风关系不大。“这表明研究区域的水汽可能主要来源于大陆气团的夏季对流过程。另外,本重建结果与古气候网站美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发布的长逾千年的11条北半球温度序列在年代际至百年尺度上都存在着显著的相关关系。与‘中世纪暖期’(公元9至11世纪)和‘小冰期’(公元14至19世纪)相对应。中世纪表现为持续的湿润状况,而小冰期则呈现为明显的年代际干湿波动过程。”杨保说。

据了解,在此项研究中,与以往树轮气候学所遵循的标准化去除树木生长趋势方法不同。“该方法往往在消除生长趋势的同时,也将部分低频的气候信号一同消除,使其难以真实反映百年尺度以上的气候变化特征。”杨保解释道,“我们按不同的生长速率去除生长趋势后分别建立了数个树轮宽度子年表,而后将这些子年表进行平均,客观真实地保留了树轮记录的低频气候信号。”

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