樹輪寬度記錄的額爾齊斯河上游地區(qū)過去291年的降水變化

姜盛夏，袁玉江，陳　峰，尚華明，張同文，喻樹龍，秦　莉，張瑞波

1 中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，中國氣象局樹木年輪理化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆樹木年輪生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊　830002 2 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊　830046

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樹輪寬度記錄的額爾齊斯河上游地區(qū)過去291年的降水變化

姜盛夏1,2，袁玉江1,*，陳峰1，尚華明1，張同文1，喻樹龍1，秦莉1，張瑞波1

1 中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，中國氣象局樹木年輪理化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆樹木年輪生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830002 2 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830046

摘要:利用采自額爾齊斯河上游6個(gè)采點(diǎn)的西伯利亞云杉(Picea obovata Ledeb)樹輪樣本建立了區(qū)域樹輪寬度年表。與氣候要素的相關(guān)分析表明，該地區(qū)樹木徑向生長主要受降水制約，區(qū)域樹輪寬度年表與富蘊(yùn)氣象站上年7月至當(dāng)年6月的降水總量相關(guān)顯著。在此基礎(chǔ)上建立了轉(zhuǎn)換方程，重建了額爾齊斯河上游地區(qū)1722—2012年上年7月至當(dāng)年6月的降水總量，方差解釋量高達(dá)55.1%(調(diào)整自由度后為54.2%)。重建結(jié)果顯示，該地區(qū)過去291年間存在9個(gè)降水偏多的時(shí)期和8個(gè)降水偏少的時(shí)期。降水重建序列還存在2.1a和3.2a的顯著周期及2.3、21.6、24.3a的較顯著周期，并且在1876—1877年及1983年前后發(fā)生了降水突變。空間相關(guān)分析表明，重建的上年7月至當(dāng)年6月降水量對額爾齊斯河上游阿勒泰地區(qū)的降水量具有很好的空間代表性。此外，重建結(jié)果還與周邊地區(qū)其他基于樹輪資料重建的降水序列的干濕變化有較好的一致性。

關(guān)鍵詞：額爾齊斯河上游；西伯利亞云杉；樹輪寬度；降水重建

在中國西北地區(qū)，大部分氣象站的記錄均不超過70a，這對研究降水的變化特征而言太短，因此利用樹木年輪作為代用資料來延長氣象記錄已被廣泛應(yīng)用。自20世紀(jì)80年代起，一些學(xué)者就在中國境內(nèi)額爾齊斯河周邊地區(qū)開展了樹輪研究工作。李江風(fēng)、袁玉江等人對新疆阿爾泰山南坡氣溫、降水及額爾齊斯河徑流量進(jìn)行了重建[1- 3]。張同文等人利用樹輪寬度重建了阿勒泰西部的降水、氣溫及積雪深度[4- 6]。陳峰等人利用阿爾泰山西伯利亞落葉松的樹輪寬度和最大晚材密度來揭示了氣候變暖的趨勢并進(jìn)行了降水重建[7- 8]。張瑞波和徐國保等人分別利用樹輪中的δ13C和δ18O同位素重建了阿勒泰地區(qū)的夏季氣溫和相對濕度[9- 10]。尚華明等人對位于哈薩克斯坦境內(nèi)的阿爾泰山進(jìn)行了樹輪研究，重建了當(dāng)?shù)?10年來的初夏氣溫[11- 12]。此外，也有一些俄羅斯學(xué)者對阿爾泰山進(jìn)行了樹輪氣候?qū)W研究[13- 15]。

前人對該地區(qū)的樹輪研究幾乎都是采用西伯利亞落葉松(LarixsibiricaLedeb)進(jìn)行的，而本文利用采自阿爾泰山南坡額爾齊斯河上游的西伯利亞云杉(PiceaobovataLedeb)，分析其樹木年輪徑向生長對區(qū)域氣候的響應(yīng)，進(jìn)而重建了當(dāng)?shù)?722—2012年上年7月至當(dāng)年6月的降水量，并分析其變化特點(diǎn)。本文有助于加深對額爾齊斯河上游地區(qū)歷史氣候的認(rèn)識，幫助人們了解該地區(qū)對全球氣候變化的響應(yīng)，還對完善阿爾泰山的樹輪資料和氣候預(yù)測有重要意義。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況

額爾齊斯河發(fā)源于阿爾泰山東段南麓即富蘊(yùn)縣東北部，在我國自東南向西北流淌，于哈巴河縣北灣地區(qū)流出國界，流經(jīng)哈薩克斯坦和俄羅斯，最終注入北冰洋。在我國境內(nèi)干流總長593km，干流流域面積5萬km2[16]。額爾齊斯河上游的阿爾泰山區(qū)受來自大西洋的西風(fēng)氣流的影響，并因?yàn)樯降氐淖钃跆饔茫邓渥?，山區(qū)森林資源豐富。西伯利亞云杉主要分布在海拔1200—1800m，其耐陰、耐寒，多生長于溝谷和多石頭的地方。

1.2樣本采集及年表的建立

中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所于2010年7月下旬及2013年8月上旬，在額爾齊斯河上游的福海和富蘊(yùn)林場選取了6個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行樹芯樣本采集(圖1)，共采集了179棵西伯利亞云杉，318個(gè)樣芯。表1為額爾齊斯河上游樹輪采樣點(diǎn)概況。這些采樣點(diǎn)都位于森林中下部，海拔較低，其中大部分采樣點(diǎn)石頭多，土層薄。

圖1　額爾齊斯河上游樹輪采樣點(diǎn)及氣象站分布圖Fig.1　Location of sampling sites and meteorological stations in the upper stream section of the Irtysh River

采樣點(diǎn)Samplingsites代碼Code緯度NLatitude經(jīng)度ELongitude海拔/mAltitude樣本量/(株/芯)Samplesize夏什克XSK47°42'07″88°59'06″121626/47塔里德薩依TLD47°48'38″88°59'47″127231/58協(xié)特克闊依汗XTK47°40'52″89°06'10″168129/52喀依爾特站南KYS47°30'51″89°38'47″162527/53大橋東北DEN47°25'17″89°38'49″144534/62可可托海北KKT47°16'49″89°47'39″166332/46

將樣芯帶回實(shí)驗(yàn)室后，按照樹木年輪學(xué)的基本原理和研究步驟[17]，對其進(jìn)行固定、打磨、在顯微鏡下目測定年，用精度為0.001mm的MeasureJ2X樹輪寬度測量系統(tǒng)測量樹輪寬度，采用折線圖對比法進(jìn)行交叉定年，并用COFECHA[18]程序進(jìn)行交叉定年質(zhì)量控制。采用ARSTAN年表研制程序建立年表，在建立年表的過程中，為了在樹輪寬度年表中盡可能多的保留低頻方差，使用負(fù)指數(shù)曲線或無正向坡度的直線對樹輪寬度序列進(jìn)行擬合，以去除樹木自身的生長趨勢，此外還使用2/3序列長度的樣條函數(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定年表的方差，最后得到標(biāo)準(zhǔn)化年表、差值年表和自回歸年表共3種類型的樹輪寬度年表。本文選用標(biāo)準(zhǔn)化年表進(jìn)行分析，因?yàn)槠浼劝藲夂蜃兓母哳l信息又包含了氣候變化的低頻信息，是目前樹輪氣候研究中應(yīng)用最廣的一種年表。

通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，本文6個(gè)樹輪寬度標(biāo)準(zhǔn)化年表在公共區(qū)間(1799—2010年)內(nèi)的互相關(guān)系數(shù)均很高(表2)，且平均互相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.643，因此有必要建立研究區(qū)的區(qū)域年表(代碼RTC)。將6個(gè)采樣點(diǎn)的樹輪樣本序列放在一起重新交叉定年，用與上文相同的去趨勢方法去除與樹齡有關(guān)的生長趨勢(負(fù)指數(shù)曲線或無正向坡度的直線對樹輪寬度序列進(jìn)行擬合，使用2/3序列長度的樣條函數(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定年表的方差)，建立低海拔西伯利亞云杉的區(qū)域年表，期間剔除了4個(gè)與主序列相關(guān)差的序列，最后進(jìn)入年表的有314個(gè)序列。

表2　標(biāo)準(zhǔn)化年表間的相關(guān)系數(shù)

**相關(guān)系數(shù)超過0.01的顯著性水平

表3列出了區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化樹輪寬度年表的統(tǒng)計(jì)特征，可以看出，區(qū)域樹輪序列具有較高的平均敏感度和標(biāo)準(zhǔn)差，表明該地區(qū)西伯利亞云杉樹輪寬度生長受氣候因子的限制作用較強(qiáng)。較高的樣本總體代表性，說明不同樹木之間的樹輪寬度變化具有較好的一致性。若以子樣本信號強(qiáng)度0.85為標(biāo)準(zhǔn)，該序列從1722年起可用于氣候重建。

表3額爾齊斯河上游西伯利亞云杉區(qū)域樹輪寬度標(biāo)準(zhǔn)化年表的統(tǒng)計(jì)特征

Table 3Statistical features of regional tree-ring width standardized chronologies ofPiceaobovataLedeb in the upper stream section of the Irtysh River

統(tǒng)計(jì)量Statistic統(tǒng)計(jì)值Value平均敏感度Meansensitivity0.34標(biāo)準(zhǔn)差Standarddeviation0.39一階自相關(guān)First-orderautocorrelation0.50樹間平均相關(guān)系數(shù)Meancorrelationbetweentrees0.34第一主成分方差解釋量%Varianceinfirsteigenvector36.9信噪比Signal-to-noiseratio15.8樣本總體代表性Expressedpopulationsignal0.94SSS>0.85的起始年FirstyearofSSS>0.851722

1.3氣象資料

圖2　富蘊(yùn)氣象站多年月平均溫度和降水分布　Fig.2　Mean monthly temperature and precipitation of Fuyun station

本文所用的氣象資料來自研究區(qū)附近的富蘊(yùn)氣象站(89°31′E，46°59′N，海拔810.5m，1962—2012年)，氣象要素包括月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫和月降水量，資料時(shí)段為1962—2012年。從該站多年月平均氣溫和降水分布圖(圖2)可以看出，降水呈雙峰型，主要集中在7月和11月，其中7月最多；高溫期為6—8月，其中7月氣溫最高。

2結(jié)果與分析

2.1樹輪徑向生長與氣候要素的關(guān)系

本文采用相關(guān)函數(shù)的方法，分析額爾齊斯河上游西伯利亞云杉徑向生長對氣候因子的響應(yīng)(圖3)。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)樹木徑向生長對降水量的響應(yīng)較強(qiáng)，樹輪寬度與上年7、8、12月及當(dāng)年5、6月的降水量的相關(guān)系數(shù)超過了0.05的顯著性水平。上年7、8月即上年生長季中后期降水充沛，有利于樹木積累較多的營養(yǎng)物質(zhì)及土壤保持較高的濕度，為來年樹木生長提供良好的條件[19]。上年12月較多的降雪，在來年春季融化時(shí)會使地表徑流增加，有利于春材的生長，形成偏寬年輪[20]。5和6月是春材形成的關(guān)鍵時(shí)期，年輪生長較快，會形成大約一半年輪[21]，該時(shí)期降水豐富時(shí)，能促進(jìn)植物光合作用，加快形成層細(xì)胞分裂，形成較寬年輪[19]。從圖3還可以看出，樹木輪寬生長對上年7月至當(dāng)年9月的單月溫度響應(yīng)較弱，只與當(dāng)年8月平均溫度達(dá)到了0.05的顯著性水平。

將區(qū)域年表與富蘊(yùn)氣象站上年1月至當(dāng)年12月所有順序組合的氣象資料做單相關(guān)普查，發(fā)現(xiàn)RTC與當(dāng)年5—6月降水總量(P56)及上年7月至當(dāng)年6月的降水總量(P76)比單月的相關(guān)要好，其相關(guān)系數(shù)分別為0.616和0.742，都超過了0.001的顯著性水平。盡管上年9月至當(dāng)年4月的單月降水量與樹輪徑向生長的相關(guān)性大都不顯著，但在阿勒泰地區(qū)，由于緯度較高，從10月起就會出現(xiàn)積雪，到來年5月才能融化，這期間的固態(tài)降水，樹木不能吸收，與單月相關(guān)性的生理意義不大，其累積降雪量融化后對來年春材生長影響較大，因此上年7月至當(dāng)年6月降水量與樹輪寬度生長的高相關(guān)是合理的。這也與美國樹輪學(xué)家Schulman的“干旱和半干旱區(qū)針葉樹年輪寬度與生長季以前的春季、冬季、秋季和夏季的氣候狀況有密切關(guān)系”[22]這一觀點(diǎn)相符。上年7月至當(dāng)年6月的降水總量與樹輪寬度生長的相關(guān)性要好于當(dāng)年5—6月的降水總量與樹輪寬度生長的相關(guān)性，因此，本文選擇對上年7月至當(dāng)年6月的降水量進(jìn)行重建，以恢復(fù)該地區(qū)過去291a的降水變化。

圖3　區(qū)域年表(RTC)與富蘊(yùn)站氣象數(shù)據(jù)的相關(guān)分析Fig.3　The correlated analysis of the regional chronology and meteorology dataP表示上年，C表示當(dāng)年，虛線表示顯著性水平超過0.05

2.2重建方程的建立和檢驗(yàn)

圖4　額爾齊斯河上游地區(qū)上年7月至當(dāng)年6月降水量實(shí)測值與重建值對比Fig.4　Observed (fixed line) and reconstructed (dashed line) precipitation in the upper stream section of the Irtysh River from previous July to current June

根據(jù)上文的相關(guān)分析，以RTC年表為自變量，以上年7月至當(dāng)年6月降水總量為因變量，利用一元線性回歸模型建立了轉(zhuǎn)換方程：

P76=63.111+125.162RTCt

式中，P76為額爾齊斯河上游地區(qū)富蘊(yùn)氣象站上年7月至當(dāng)年6月降水總量的重建值，RTCt為區(qū)域樹輪寬度標(biāo)準(zhǔn)化年表當(dāng)年的樹輪寬度指數(shù)。該轉(zhuǎn)換方程的相關(guān)系數(shù)r=0.742，方差解釋量為55.1%(調(diào)整自由度后方差解釋量為54.2%)，F(xiàn)1,48=58.91，超過了0.001的顯著性水平，表明該方程有很高的可信度。圖4顯示，上年7月至當(dāng)年6月降水量的重建值與實(shí)測值的變化趨勢和幅度有較好的一致性，可用該方程重建額爾齊斯河上游富蘊(yùn)氣象站1722—2012年上年7月至當(dāng)年6月的降水量。

本文采用逐一剔除法，通過符號檢驗(yàn)、誤差縮減值(RE)、乘積平均數(shù)(t)等檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量對重建方程的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。表4列出了額爾齊斯河上游地區(qū)上年7月至當(dāng)年6月降水量重建的一些檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。其中，S1為原始值符號檢驗(yàn)，其超過了0.01的顯著性水平，S2為一階差符號檢驗(yàn)，其達(dá)到了0.05的顯著性水平，說明降水重建序列與實(shí)測序列在高低頻變化上均有較好的一致性，特別是低頻變化上的一致性更好一些。RE為誤差縮減值，取值范圍為-∞—1.0，其值越大越好，本文中RE為0.515。t表示乘積平均數(shù)，本文t為5.29，超過了0.01的顯著性水平。這些檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量均表明利用上述重建方程重建的降水量具有較高的可信性。

表4　上年7月至當(dāng)年6月降水量重建值的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量

*超過0.05的顯著性水平，**超過0.01的顯著性水平

2.3降水重建序列的變化特征

根據(jù)轉(zhuǎn)換方程，重建了1722—2012年額爾齊斯河上游地區(qū)富蘊(yùn)氣象站上年7月至當(dāng)年6月降水量長序列(圖5)，這條曲線反映了該地區(qū)291年來的干濕波動情況。本文選用新疆氣象局劃分年降水量的距平標(biāo)準(zhǔn)[23]：降水距平百分率>30%為濕潤年，<-30%為干旱年。故在過去291a干旱年份共有37a，濕潤年份39a。

圖5　額爾齊斯河上游地區(qū)1722—2012年上年7月至當(dāng)年6月降水量重建序列(細(xì)線)、11年滑動平均曲線(粗線)和均值線(橫線)Fig.5　Precipitation reconstruction from previous July to current June (thin line) for the upper stream section of the Irtysh River,11-year moving average (thick line),the long-term mean of 1722—2012AD (horizontal solid line)

有研究表明，在干旱、半干旱地區(qū)，樹輪重建在10年際尺度上比年際間更為可靠[24]。為了更直觀地觀察干濕區(qū)間，對降水重建序列進(jìn)行了11a的滑動平均。從圖5可以看出，1722—2012年的降水重建序列經(jīng)歷了9個(gè)濕潤期和8個(gè)干旱期，其中最濕潤的時(shí)期出現(xiàn)在1984—2008年，其降水最大距平百分率為23.5%；最干旱的時(shí)期出現(xiàn)在1877—1891年，其降水最大距平百分率也為-29.9%；最長的濕潤期為1829—1876年，持續(xù)了48a；最長的干旱期出現(xiàn)在1807—1828年，持續(xù)了22a(表5)。

功率譜分析表明，本文重建的額爾齊斯河上游地區(qū)過去291a降水序列中包含多個(gè)周期。顯著的(P<0.05)高頻變化周期有2.1a和3.2a的周期，此外，還有2.3、21.6、24.3a的周期超過了0.10的顯著性水平。其中，2a左右的周期反映了與海氣間相互耦合振蕩有關(guān)的“準(zhǔn)兩年脈動”[25]，3.2a周期可能與ENSO的2.5—7a周期有關(guān)[26- 27]，21.6a的周期可能與太陽黑子的活動有關(guān)[28]。

本文利用滑動T檢驗(yàn)法[29]對降水重建序列進(jìn)行突變檢驗(yàn)。取滑動步長M=10，15，20，25，30a，將突變點(diǎn)出現(xiàn)次數(shù)≥4次的年份作為突變年份，以顯著性水平0.01來判別突變,其檢驗(yàn)結(jié)果見表6。由表可知，額爾齊斯河上游地區(qū)上年7月至當(dāng)年6月的降水量在1876—1877年發(fā)生了由多向少的突變，在1983年前后發(fā)生了由少向多的突變。

表5　額爾齊斯河上游地區(qū)過去291a降水量的干濕變化階段

表6額爾齊斯河上游地區(qū)上年7月至當(dāng)年6月降水量重建序列中的突變年份

Table 6The abrupt years of the reconstructed precipitation series in the upper stream section of the Irtysh River from previous July to current June

滑動步長Slidestep10a15a20a25a30a突變方向Abruptchangedirection突變年份1876—18771876—18771876—18771876—18771876—1877由多向少Abruptchangeyears19831983198319831983由少向多

3討論

3.1空間代表性分析

為探索本文重建結(jié)果對較大范圍降水變化的區(qū)域代表性，利用Climate Research Unite(CRU TS3.22，0.5°×0.5°)格點(diǎn)數(shù)據(jù)中1963—2012年P(guān)7C6降水量數(shù)據(jù)與同時(shí)期富蘊(yùn)氣象站觀測資料以及重建結(jié)果分別進(jìn)行了空間相關(guān)分析。結(jié)果表明，器測降水(圖6a)和重建降水(圖6b)與CRU數(shù)據(jù)空間相關(guān)場的分布比較一致，相關(guān)最好的區(qū)域(r>0.6)主要集中在我國阿勒泰地區(qū)，此外，天山山區(qū)的相關(guān)系數(shù)也超過了0.3。這一結(jié)果說明本文重建的富蘊(yùn)站上年7月至當(dāng)年6月的降水量對整個(gè)阿勒泰地區(qū)的降水變化具有很好的代表性，對天山山區(qū)降水變化的代表性也較好。

圖6　器測降水(a)與重建降水序列(b)與CRU格點(diǎn)P7C6降水?dāng)?shù)據(jù)(1963—2012年)空間相關(guān)分析結(jié)果Fig.6　Spatial correlations from previous July to current June for instrumental precipitation (a),reconstructed precipitation (b) and CRU precipitation data (1963—2012)

圖7　本文重建的降水序列與研究區(qū)周邊其他降水重建序列的對比Fig.7　Comparison between the reconstructed precipitation and other tree-ring based precipitation change records(a)—(d)為各序列經(jīng)11a滑動平均后的低頻變化序列;(a)陳峰[8]等人重建的中國阿爾泰山南坡P7C6降水變化； (b)本文重建的額爾齊斯河上游地區(qū)P7C6降水變化；(c)魏文壽[30]等人重建的天山山區(qū)P7C5降水變化；(d)高衛(wèi)東[31]等人重建的天山北坡中部P8C7降水變化

3.2與其它記錄對比

為驗(yàn)證降水重建序列的可靠性，將北疆地區(qū)利用樹輪進(jìn)行降水重建的結(jié)果與本文的降水重建序列進(jìn)行了對比分析，所有序列均為經(jīng)過11a滑動平均計(jì)算后的低頻變化序列(圖7)。與本文重建結(jié)果(圖7b)進(jìn)行對比的3條降水重建序列分別是陳峰等人[8]利用樹輪寬度重建的中國阿爾泰山南坡上年7月至當(dāng)年6月的降水序列(圖7a)；魏文壽[30]等人利用樹輪寬度重建的天山山區(qū)上年7月至當(dāng)年5月的降水序列(圖7c)；高衛(wèi)東[31]等人利用樹輪寬度重建的天山北坡中部上年8月至當(dāng)年7月的降水序列(圖7d)。對比結(jié)果顯示，本文重建的降水量與其它3條降水序列的干濕階段具有較好的一致性，尤其是本文重建與陳峰[8]等人重建序列的一致性非常好。在重建結(jié)果中，4條序列均體現(xiàn)了20世紀(jì)90年代以來的顯著變濕趨勢、20世紀(jì)70—80年代的干旱時(shí)期、20世紀(jì)50年代的濕潤期、20世紀(jì)40年代的干旱期、20世紀(jì)20—30年代的濕潤期和19世紀(jì)30年代的濕潤期。其中3條序列(包含本文的重建序列)表現(xiàn)出了20世紀(jì)初的干旱期、19世紀(jì)70年代的濕潤期、18世紀(jì)末的干旱期和18世紀(jì)80年代的濕潤期。同時(shí)，4條重建序列之間還存在一些干濕階段差異，這可能是由于重建時(shí)段、重建所用年表不同或采樣點(diǎn)小生境差異產(chǎn)生的區(qū)域性氣候特征造成的偏差[32]。

4結(jié)論

(1)額爾齊斯河上游地區(qū)西伯利亞云杉樹輪寬度生長與富蘊(yùn)氣象站上年7月至當(dāng)年6月的降水量呈正相關(guān)，且相關(guān)顯著，利用采自額爾齊斯河上游的西伯利亞云杉樹輪寬度區(qū)域年表，重建了富蘊(yùn)氣象站1722—2012年共291a的上年7月至當(dāng)年6月的降水歷史變化。

(2)重建的過去291年的降水序列經(jīng)歷了9個(gè)濕潤期和8個(gè)干旱期，其中降水最多的時(shí)期出現(xiàn)在1984—2008年，降水最少的時(shí)期出現(xiàn)在1877—1891年；最長的濕潤期出現(xiàn)在1829—1876年，持續(xù)了48a；最長的干旱期出現(xiàn)在1807—1828年，持續(xù)了22a。

(3)額爾齊斯河上游地區(qū)的降水重建序列存在2.1a和3.2a的顯著周期及2.3、21.6、24.3a的較顯著周期，并且在1876—1877年及1983年前后降水發(fā)生過突變。

(4)空間相關(guān)分析表明富蘊(yùn)氣象站1722—2012年上年7月至當(dāng)年6月的降水量重建值對額爾齊斯河上游整個(gè)阿勒泰地區(qū)降水量具有很好的代表性。本文重建序列的干濕階段與周邊其他幾條降水記錄的結(jié)果較為一致，表明了重建結(jié)果的可靠性。

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A 291 year precipitation reconstruction in the Upper Irtysh river basin based on tree-ring width

JIANG Shengxia1,2, YUAN Yujiang1,*, CHEN Feng1, SHANG Huaming1, ZHANG Tongwen1, YU Shulong1, QIN Li1, ZHANG Ruibo1

1InstituteofDesertMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,KeyLaboratoryofTree-ringPhysicalandChemicalResearchofChinaMeteorologicalAdministration,XinjiangLaboratoryofTreeRingEcology,Urumqi830002,China2CollegeofResourceandEnvironmentSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China

Abstract：Dendroclimatology is one of the most important methods for reconstructing past climate change. Owing to the characteristics of precise dating, annual resolution, and comparability with meteorological observational data, tree-ring data have been widely used as important archival material in paleoclimatic research. We selected Siberian spruce (Picea obovata Ledeb) trees with little or no apparent evidence of human or other disturbances for sampling. Tree-ring chronologies at six individual sites were developed for Siberian spruce from the Upper Irtysh River, and then a regional tree-ring chronology (RTC) was established based on all of the detrended data obtained from individual tree cores of the six sites. We analyzed the correlations between the RTC chronology and the meteorological data of the Fuyun weather station. The results showed that precipitation was the main factor limiting the radial growth of spruce trees in this region. The RTC chronology showed the highest correlation with precipitation from the previous July to June of the current year. Based on the results of correlation analysis, we reconstructed annual precipitation patterns (July—June) of the Upper Irtysh River basin from 1722 to 2012. The precipitation reconstruction explained 55.1% of the instrumental precipitation variance during the period of 1963—2012. During the past 291 years, there were nine wet periods and eight dry periods. The wettest period occurred from 1984 to 2008, and the driest period occurred from 1877 to 1891. The period 1829—1876 was the most extended wet period, while the period 1807—1828 was the most prolonged dry period. Power spectrum analysis indicated the existence of some decadal (21.6 and 24.3 year) and interannual (2.1, 2.3 and 3.2 year) cycles. A moving t-test indicated that an abrupt change of precipitation occurred in 1876—1877 and 1983 in this region. The results of spatial correlation analysis indicated that our precipitation reconstruction correlated well (r>0.6) with the July—June precipitation gridded data over a large area of the Altay region, with the highest correlations occurring in the Southern Altay Mountains. When compared with other tree ring based precipitation reconstructions from the surrounding area, our results showed a similar trend in the variation of drought and precipitation.

Key Words:Upper Irtysh River; Picea obovata Ledeb; tree-ring width; precipitation reconstruction

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41275120, 40975056)；科技部氣象行業(yè)專項(xiàng)資助項(xiàng)目(GYHY201206014)；科技支撐資助項(xiàng)目(2012BAC23B01)；自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金項(xiàng)目(XJDX0909-2012-04)

收稿日期:2014- 10- 20; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 09- 28

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: yuanyuj5502@sina.com

DOI:10.5846/stxb201410202060

姜盛夏，袁玉江，陳峰，尚華明，張同文，喻樹龍，秦莉，張瑞波.樹輪寬度記錄的額爾齊斯河上游地區(qū)過去291年的降水變化.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(10):2866- 2875.

Jiang S X, Yuan Y J, Chen F, Shang H M, Zhang T W, Yu S L, Qin L, Zhang R B.A 291 year precipitation reconstruction in the upper Irtysh river basin based on tree-ring width.Acta Ecologica Sinica,2016,36(10):2866- 2875.