新疆樹(shù)木年輪水文研究對(duì)比分析

劉 蕊 ，姜盛夏 ，張同文 ，陳 峰 ，尚華明 ，喻樹(shù)龍 ，張瑞波 ，王勇輝

（1.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所；新疆樹(shù)木年輪生態(tài)實(shí)驗(yàn)室；中國(guó)氣象局樹(shù)木年輪理化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊830002；2.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊830054；3.云南大學(xué)國(guó)際河流與生態(tài)安全研究院，云南 昆明650500）

新疆位于 73°40′~96°18′E，34°25′~48°10′N(xiāo)，深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋。四周由于高山的阻隔，使得水汽難以抵達(dá)，形成了溫帶大陸性氣候。該地區(qū)是干旱半干旱區(qū)的典型代表，生態(tài)環(huán)境脆弱，降水稀少，水資源分布不均且嚴(yán)重缺乏。多樣和異常的氣候變化，更使得其自然災(zāi)害較為頻繁，對(duì)新疆地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等也易造成較大的損失[1-3]。因此，掌握可靠的水文變化數(shù)據(jù)，認(rèn)清其變化規(guī)律和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，從而科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)水文變化趨勢(shì)及其影響，是合理規(guī)劃和利用水資源，降低自然災(zāi)害造成的損失，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。然而，新疆氣象站和水文站的建立大多起始于20 世紀(jì)50 年代之后，氣象和水文觀測(cè)資料時(shí)長(zhǎng)的不足限制了人們對(duì)該地區(qū)長(zhǎng)期水文變化規(guī)律和機(jī)制的認(rèn)識(shí)。這就急需尋找記錄過(guò)去水文變化的代用資料，為該地區(qū)水資源合理開(kāi)發(fā)利用等提供可靠的參考資料。

樹(shù)木年輪作為研究過(guò)去水文變化的重要代用資料之一，在國(guó)內(nèi)外重建歷史時(shí)期水文變化研究中取得了較多的成果[4-10]。20 世紀(jì) 30 年代，Hardman 和Reil 較早地利用樹(shù)木年輪在美國(guó)西部地區(qū)開(kāi)展了水文問(wèn)題的研究工作[11]。到了20 世紀(jì)70 年代，Stockton等[12-16]在美國(guó)西部地區(qū)利用樹(shù)輪資料延長(zhǎng)了徑流量序列和水文記錄，建立了該地區(qū)地表水長(zhǎng)期供給和流量水位間的關(guān)系，為該地區(qū)合理管理和規(guī)劃水資源提供了可靠的參考資料。此后，南美[17]、歐洲[18]、澳大利亞[19]以及亞洲[1，5，20-30]等地區(qū)也涌現(xiàn)出大量基于樹(shù)輪資料的水文重建成果，揭示了樹(shù)輪資料能夠記錄長(zhǎng)時(shí)間水文變化的潛力。新疆復(fù)雜的地形，眾多高大的山脈，各山脈的積雪、冰川孕育的500 多條河流，以及山區(qū)和大多數(shù)河流處均分布著大量的原始森林（如雪嶺云杉（Picea schrenkiana）、西伯利亞云杉（Picea obovata Ledeb.）、西伯利亞冷杉（Abies sibirica）和西伯利亞落葉松（Larix sibirica）等），為該地區(qū)開(kāi)展樹(shù)輪水文學(xué)研究工作提供了有利條件。新疆地區(qū)的樹(shù)輪水文學(xué)工作開(kāi)始于20 世紀(jì)70 年代初[3]，《利用樹(shù)木年輪重建額爾齊斯河年徑流量》[20]一文是國(guó)內(nèi)較早利用樹(shù)木年輪重建歷史時(shí)期水文變化的嘗試。此后的30 多年，袁玉江等[1]、張同文等[21]、尚華明等[28]又利用樹(shù)木年輪在新疆的天山、阿爾泰山和昆侖山等地區(qū)完成了烏魯木齊河、哈巴河和提孜那甫河等多條河流的水文重建工作。這時(shí)新疆樹(shù)輪水文學(xué)工作進(jìn)入了較為成熟的時(shí)期[1，5，20-33]。新疆地區(qū)樹(shù)輪水文學(xué)的相關(guān)研究主要為基于樹(shù)輪寬度開(kāi)展的河流徑流量[1，5，20-30]及地下水水位[31-33]重建研究，而對(duì)極端水文事件（干旱和洪水）[34-35]以及其它水文氣候要素（湖泊鹽度[36]、沼澤與湖泊歷史水位[37]、大尺度水文變化[29]等）的相關(guān)研究工作則涉及較少。

本文在總結(jié)分析近幾十年新疆地區(qū)已取得的樹(shù)輪水文學(xué)研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)前人重建的14 條河流徑流量序列歷史變化特征進(jìn)行綜合對(duì)比分析，加深對(duì)研究區(qū)歷史時(shí)期水文變化規(guī)律的理解和認(rèn)識(shí)，并為該地區(qū)水資源合理規(guī)劃提供指導(dǎo)意見(jiàn)和建議。

1 資料與方法

近幾十年國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的關(guān)于新疆地區(qū)樹(shù)輪水文學(xué)研究方面的文獻(xiàn)，研究區(qū)域主要集中在新疆地區(qū)的天山、阿爾泰山、昆侖山和塔里木河流域，采樣點(diǎn)空間位置分布如圖1，其中，天山山區(qū)樹(shù)輪水文學(xué)研究工作較多，阿爾泰山山區(qū)次之，塔里木河流域和昆侖山地區(qū)最少。研究樹(shù)種主要有雪嶺云杉、西伯利亞落葉松和胡楊（Populus euphratica Oliv.）等，所用樹(shù)輪參數(shù)多為樹(shù)輪寬度。新疆三大山脈巨大的山體、復(fù)雜的地形、不同的水汽來(lái)源以及差異明顯的局地氣候，使得三大山脈的氣候水文變化存在一定的空間差異性[38-40]。因此，為了更清楚地描述新疆歷史時(shí)期的水文變化特征，本文依據(jù)采樣點(diǎn)所在位置，分成阿爾泰山山區(qū)、天山北坡山區(qū)、天山南坡山區(qū)、昆侖山山區(qū)和塔里木河流域等5 個(gè)區(qū)域進(jìn)行論述。

圖1 新疆地區(qū)樹(shù)輪水文學(xué)研究成果采樣點(diǎn)空間分布

2 樹(shù)輪寬度與水文要素的相關(guān)分析

樹(shù)輪寬度是重建極端水文事件、地下水埋深以及河流徑流量歷史變化等水文研究的重要代用資料之一。有研究表明[28-30，41]，樹(shù)木徑向生長(zhǎng)對(duì)水分有效性變化的響應(yīng)可通過(guò)樹(shù)木在不同水文條件下產(chǎn)生的不同樹(shù)輪寬度反映出來(lái)。因此，認(rèn)識(shí)樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的水文意義，對(duì)于利用樹(shù)輪寬度進(jìn)行水文歷史變化重建工作有著重要作用。到目前為止，新疆地區(qū)已經(jīng)開(kāi)展了較多的基于樹(shù)輪寬度對(duì)水文要素的響應(yīng)研究。大部分研究顯示[23，27-29]，樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與河流徑流量之間存在正相關(guān)關(guān)系。

2.1 阿爾泰山山區(qū)

中國(guó)新疆境內(nèi)的阿爾泰山脈分布于準(zhǔn)噶爾盆地以北[42-44]，屬中段南坡，山體長(zhǎng)約500 km，山脊線(xiàn)海拔約3000 m。阿爾泰山山區(qū)屬溫帶大陸性氣候，夏暖冬寒，雨雪豐富。其山區(qū)徑流較為豐富，主要發(fā)育了額爾齊斯河、烏倫古河、哈巴河和布爾津河等多條河流。山區(qū)森林繁茂，分布著由西伯利亞落葉松、西伯利亞云杉和西伯利亞冷杉等多種針葉樹(shù)種構(gòu)成的泰加林。李江風(fēng)等[20]研究認(rèn)為，額爾齊斯河流域的樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與年徑流量的關(guān)系較差，有的呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。其原因可能是樹(shù)木生長(zhǎng)既受降水影響，也會(huì)受到溫度的影響。而年徑流量主要受降水影響。其次，夏季暴雨對(duì)樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的影響遠(yuǎn)比對(duì)徑流的影響小。為進(jìn)一步了解樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與河流徑流量的相關(guān)關(guān)系，陳峰等[23]在阿爾泰山低海拔林區(qū)的研究指出，額爾齊斯河上游的西伯利亞落葉松徑向生長(zhǎng)與整個(gè)生長(zhǎng)季的PDSI 指數(shù)顯著正相關(guān)，PDSI 指數(shù)變化又與該區(qū)域河流徑流變化顯著正相關(guān)。這說(shuō)明了樹(shù)木徑向生長(zhǎng)主要受水分條件限制，樹(shù)輪寬度與河流徑流量存在正相關(guān)關(guān)系。還有研究發(fā)現(xiàn)[29]，阿爾泰山低海拔林區(qū)的樹(shù)輪寬度與生長(zhǎng)季的降水顯著正相關(guān)，與前一年9 月和當(dāng)年5—6 月的氣溫顯著負(fù)相關(guān)，與前一年8 月到當(dāng)年7 月的河流徑流量相關(guān)性最好（r=0.696，p<0.001），且額爾齊斯河前一年 8 月到當(dāng)年7 月的年徑流量與年降水量存在顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.73，p<0.001）。這也說(shuō)明，阿爾泰山低海拔山區(qū)的樹(shù)木生長(zhǎng)主要受水分條件的影響，且氣候要素對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)存在滯后效應(yīng)。此外，樹(shù)輪寬度和河流徑流量同時(shí)與降水存在顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明了樹(shù)輪寬度與徑流量存在的正相關(guān)關(guān)系是通過(guò)氣候要素對(duì)樹(shù)輪寬度的直接影響建立的間接關(guān)系。這一結(jié)果與Zhang 等[21]在哈巴河流域?qū)ξ鞑麃喡淙~松和西伯利亞云杉的研究結(jié)果類(lèi)似。

2.2 天山山區(qū)

中國(guó)境內(nèi)的天山山脈橫亙于新疆中部，山勢(shì)西高東低，全長(zhǎng)約1700 km，南北平均寬約250~350 km，總面積約為25 萬(wàn)km2，山脊線(xiàn)海拔超過(guò)4000 m，是準(zhǔn)噶爾盆地和塔里木盆地的天然分界線(xiàn)。其山區(qū)高山地帶分布著的較為豐富的現(xiàn)代冰川[45]和永久性積雪[46]是眾多河流的發(fā)源地與河流徑流量基本補(bǔ)給來(lái)源。除此之外，天山山區(qū)由于其高大的山脈對(duì)大西洋、北冰洋氣流的攔截和抬升作用使得山區(qū)降水較為豐沛[47-48]。山區(qū)豐富的冰川積雪融水和大量的降水形成了主要包括伊犁河、烏魯木齊河、頭屯河、瑪納斯河、呼圖壁河、奎屯河、塔里木河、阿克蘇河以及清水河等二百多條河流。根據(jù)河流出山口處的年徑流量統(tǒng)計(jì)[49]，新疆天山山區(qū)各河流年徑流總量約有416×108m3。其中，天山北坡占天山總徑流量的63.7%，約為265×108m3，天山南坡占天山總徑流量的 36.3%，約為 151×108m3。

2.2.1 天山北坡

天山北坡地區(qū)降水差異較大，在250~1000 mm[50]之間，大多數(shù)河流主要為降水和冰川融水補(bǔ)給型河流，其河流徑流量同時(shí)受到降水、冰川融水和積雪融水的影響[47-51]。李江風(fēng)等[50]在伊犁地區(qū)的研究結(jié)果揭示了，氣候因素對(duì)徑流場(chǎng)與樹(shù)輪場(chǎng)存在共同的制約作用。樹(shù)輪場(chǎng)與徑流場(chǎng)之間具有較好的相關(guān)性。尚華明等[30]研究發(fā)現(xiàn)，精河流域雪嶺云杉樹(shù)輪寬度與上年7 月到當(dāng)年6 月的降水存在顯著相關(guān)，與上年和當(dāng)年生長(zhǎng)季早期最高溫度均以負(fù)相關(guān)為主，與上年秋冬季和當(dāng)年生長(zhǎng)季末期的最低溫度呈正相關(guān)關(guān)系，與上年9 月至當(dāng)年8 月徑流量相關(guān)最高，相關(guān)系數(shù)為0.612。這說(shuō)明了該流域氣候要素對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)具有一定的滯后作用，樹(shù)木徑向生長(zhǎng)主要受到水分條件的影響，且與徑流量存在較好的相關(guān)性。喻樹(shù)龍等[22]和袁玉江等[1]基于雪嶺云杉開(kāi)展的奎屯河和烏魯木齊河流域徑流量重建的研究結(jié)果也與之相似。這可能是由于天山北坡山區(qū)大多數(shù)的河流徑流量同時(shí)受到降水和冰川、積雪融水的補(bǔ)給，樹(shù)木生長(zhǎng)季的降水多以降雨的形式出現(xiàn)，直接補(bǔ)給河流并影響當(dāng)年樹(shù)輪寬度的形成。而前一年冬季至當(dāng)年春季的高山冰川和積雪也會(huì)在當(dāng)年生長(zhǎng)季前期隨溫度的升高而融化，從而補(bǔ)給河流并影響當(dāng)年樹(shù)輪寬度的形成。此外，袁玉江等[1]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年的樹(shù)輪寬度包含了3 a前的水文氣候信息。這可能與高山降水緩慢通過(guò)土壤和巖石縫隙，以地下基流及夏季高山冰川融水的形式共同補(bǔ)給河流徑流量，從而導(dǎo)致河水補(bǔ)給時(shí)間滯后較長(zhǎng)有關(guān)。袁玉江等[5]對(duì)天山北坡瑪納斯河的徑流量重建研究中也發(fā)現(xiàn)這種“滯后效應(yīng)”[14]，表現(xiàn)為當(dāng)年的徑流量與3 a 前的年輪寬度存在關(guān)聯(lián)性。

2.2.2 天山南坡

天山南坡豐富的高山冰川和積雪形成了較多以冰川、積雪融水為基礎(chǔ)補(bǔ)給的河流。在故鄉(xiāng)河和清水河流域的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，樹(shù)輪寬度大多與上年生長(zhǎng)季末期和當(dāng)年生長(zhǎng)季的降水量呈顯著正相關(guān)，而與同時(shí)期的氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)。這主要是因?yàn)檩^高的氣溫和較少的降水加劇了水分脅迫，從而限制了流域內(nèi)樹(shù)木的徑向生長(zhǎng)[24-25]。樹(shù)輪寬度與以上流域年徑流量的相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.64，這可能是因?yàn)樯絽^(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)主要受水分條件限制，而徑流量記錄能夠反映降水量和蒸發(fā)共同作用下的流域內(nèi)水分變化。此外，天山南坡樹(shù)輪寬度對(duì)氣候水文要素的響應(yīng)也表現(xiàn)出一定的滯后效應(yīng)。這一結(jié)果與相鄰的開(kāi)都河流域[52]和阿克蘇河流域[27，53-54]雪嶺云杉樹(shù)木徑向生長(zhǎng)對(duì)氣候水文要素的響應(yīng)結(jié)果基本一致。

2.3 昆侖山山區(qū)

西昆侖山位于昆侖山西部，新疆西南部[55]。山體呈西北—東南走向，主脊山峰多超過(guò)海拔6000 m，冰川面積占山地總面積的40%左右，是玉龍喀什河、葉爾羌河、提孜那甫河和車(chē)爾臣河等眾多河流的主要補(bǔ)給來(lái)源之一[56]。山區(qū)森林資源豐富，分布著大量的針葉樹(shù)種原始林，且該區(qū)域氣候干旱，降雨較少，樹(shù)木生長(zhǎng)限制因子顯著，樹(shù)輪研究條件得天獨(dú)厚。新疆克里雅河末端的胡楊徑向生長(zhǎng)與洪汛期洪水密切相關(guān)。洪水較大的年份，由于水量輸入較多，洪水能夠較多地流入下游尾閭地帶，從而促進(jìn)了胡楊的生長(zhǎng)[35]?？死镅藕幽┒撕鷹顦?shù)輪寬度的變化與歷史記錄中的幾次大洪水年份有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明了胡楊輪寬具有記錄克里雅河洪泛事件的潛力。尚華明等[28，57]對(duì)提孜那甫河和葉爾羌河流域雪嶺云杉的研究也發(fā)現(xiàn)，樹(shù)木徑向生長(zhǎng)主要受到水分狀況的影響。且提孜那甫河雪嶺云杉徑向生長(zhǎng)與各月的河流徑流量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與上年8 月至當(dāng)年6 月的河流徑流量相關(guān)最好，相關(guān)系數(shù)為0.841。這也表明了該區(qū)域雪嶺云杉樹(shù)輪寬度能較好地反映提孜那甫河河流徑流量的變化。

2.4 塔里木河流域

塔里木河屬于大陸性暖溫帶荒漠干旱氣候，全長(zhǎng)1321 km，主要由阿克蘇河、和田河、葉爾羌河和開(kāi)都河匯流而成，是典型的內(nèi)陸河。胡楊是該流域唯一的建群?jiǎn)棠綶32-33，58]，其對(duì)溫度的適應(yīng)范圍較寬，能夠生長(zhǎng)在極端最高溫度40~45 ℃、極端最低溫度-40 ℃的環(huán)境下[59]。周洪華等[32]在塔里木河下游開(kāi)展的基于胡楊樹(shù)輪寬度的地下水水位變化研究發(fā)現(xiàn)，胡楊樹(shù)輪寬度與河流年徑流量和生長(zhǎng)季徑流量均存在顯著正相關(guān)關(guān)系，與年均地下水埋深顯著負(fù)相關(guān)，而與降水和溫度相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。這表明塔里木河下游水量的增加有利于胡楊的生長(zhǎng)，而氣候要素對(duì)胡楊徑向生長(zhǎng)的影響并不顯著。以上結(jié)果說(shuō)明，水分是樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的限制因子，胡楊樹(shù)輪寬度具有塔里木河下游地下水埋深變化研究的潛力。涂文霞[60]在塔里木河流域?qū)鷹顦?shù)木徑向生長(zhǎng)研究發(fā)現(xiàn)，塔里木河上游和中游的樹(shù)輪寬度與干流徑流的運(yùn)動(dòng)變化有關(guān)，樹(shù)輪寬度對(duì)地表徑流的反映有一定的滯后效應(yīng)。這一結(jié)果與張蕓等[61]、李江風(fēng)等[3]和申瑞新等[62]在塔里木河流域開(kāi)展的胡楊徑向生長(zhǎng)與水文要素的響應(yīng)研究結(jié)果一致，當(dāng)年的年徑流量與之后1~3 a 的樹(shù)輪寬度均有著較為密切的關(guān)系。這說(shuō)明當(dāng)年的河流徑流量信息不僅可能反映在當(dāng)年的樹(shù)輪寬度中，也可能反映在其后2~3 a 的樹(shù)輪寬度中。

綜上所述，文中5 個(gè)區(qū)域不同樹(shù)種的樹(shù)木徑向生長(zhǎng)一般與生長(zhǎng)季的降水顯著正相關(guān)，與各月河流徑流量存在正相關(guān)關(guān)系。水分是各流域樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的主要限制因子，且氣候水文要素對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)存在一定的滯后效應(yīng)，樹(shù)木徑向生長(zhǎng)可能與當(dāng)年及上一年徑流量存在間接相關(guān)關(guān)系。

3 樹(shù)輪水文學(xué)重建序列綜合對(duì)比分析

重建河流徑流量變化是樹(shù)輪水文學(xué)研究最重要的內(nèi)容之一。近幾十年來(lái)，新疆地區(qū)基于樹(shù)輪資料展開(kāi)的河流徑流量重建工作取得了較多的研究成果[20-30]。本文選取了目前已在新疆地區(qū)開(kāi)展的14條河流徑流量重建序列進(jìn)行了各序列的綜合對(duì)比分析。采樣點(diǎn)空間位置和相關(guān)信息分別如圖1 和表1所示。

表1 新疆河流徑流量重建序列相關(guān)信息

對(duì)上述5 個(gè)區(qū)域的12 條河流徑流量重建序列做Pearson 相關(guān)分析（EQ2 和YLH 缺少具體的重建數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)其做Pearson 相關(guān)分析）（表2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，阿爾泰山區(qū)域序列間的相關(guān)性較高，天山北坡區(qū)域的次之，天山南坡區(qū)域的最低（昆侖山區(qū)域和塔里木河區(qū)域的重建序列僅1 條，無(wú)法對(duì)比分析）。阿爾泰山 2 條序列（EQ1、HBH）間相關(guān)系數(shù)為 0.594，達(dá)到0.01 的顯著性水平；天山北坡4 條序列（WLM、MNS、JIH、KTH）間的相關(guān)較為復(fù)雜，其中，WLM 和MNS、MNS 和 JIH、JIH 和 KTH 的相關(guān)性較高，通過(guò)0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)，而其它序列間的相關(guān)性則較低；天山南坡的 4 條序列（GXH、QSH、TSG、AKS）間的相關(guān)性較弱，僅有較少數(shù)序列間相關(guān)顯著（QSH和 GXH（p<0.05）、QSH 和 AKS（p<0.01）），其它序列間相關(guān)均不顯著。各區(qū)域之間，阿爾泰山徑流量重建序列與天山北坡的序列相關(guān)性較好；天山南坡的AKS 與昆侖山的TZN 相關(guān)系數(shù)最高，為0.622（p<0.01），天山南坡的QSH 與天山北坡的WLM 相關(guān)性次之（r=0.484，p<0.01）。

表2 新疆地區(qū)各河流徑流量重建序列在公共區(qū)間（1900—1980 年）內(nèi)的互相關(guān)系數(shù)

將新疆阿爾泰山、天山北坡、天山南坡、昆侖山和塔里木河流域等5 個(gè)區(qū)域的14 條河流徑流量重建序列分別進(jìn)行31 a 滑動(dòng)平均和標(biāo)準(zhǔn)化處理后，對(duì)比分析了其豐枯變化階段（圖2）。

從圖2 可以看出，新疆地區(qū)14 條重建序列的豐枯變化階段一致性較差，很難找出各條河流徑流量豐枯變化統(tǒng)一的時(shí)段，這反映出新疆三大山系間的河流徑流量變化差異性較大。但是，區(qū)域內(nèi)部河流徑流量的豐枯變化存在一些較為一致的時(shí)段。其中，阿爾泰山區(qū)域樹(shù)輪記錄的較為一致的河流徑流量豐枯變化時(shí)段有：18 世紀(jì) 60 年代（枯）、19 世紀(jì) 30—60年代（豐）、19 世紀(jì) 70 年代—20 世紀(jì)前十年（枯）、20世紀(jì) 20—50 年代（豐）、20 世紀(jì) 60—70 年代（枯）和20 世紀(jì)80—90 年代（豐）；天山北坡較為一致的豐枯變化時(shí)段有：17 世紀(jì) 50—90 年代（豐）、17 世紀(jì)90 年代—18 世紀(jì) 20 年代（枯）、18 世紀(jì) 40—50 年代（豐）、19 世紀(jì) 10—20 年代（枯）、19 世紀(jì) 80—90年代（豐）、20 世紀(jì) 10 年代（枯）和 20 世紀(jì) 70—90年代（枯）；天山南坡較為一致豐枯變化時(shí)段有：18世紀(jì)前十年—18 世紀(jì) 10 年代（枯）、18 世紀(jì) 80 年代—19 世紀(jì) 50 年代（豐）、20 世紀(jì)前十年（豐）和 20世紀(jì)30—70 年代（枯），而天山南坡的GXH 與其他3 條序列在 18 世紀(jì) 20—50 年代、20 世紀(jì) 50—80 年代河流徑流量豐枯變化有較大差異。此外，昆侖山區(qū)域提孜那甫河重建序列TZN 的豐枯低頻階段變化與AKS 的一致性最高，這也與上文相關(guān)分析結(jié)果相符。塔里木河流域TLM 低頻變化序列存在2 個(gè)豐水期（1836—1882 年，1930—1949 年）和兩個(gè)枯水期（1883—1929 年，1950—1965 年）。該序列所用樹(shù)輪樣本與天山南坡的TSG 同為闊葉樹(shù)，主要位于河流兩岸，樹(shù)木生長(zhǎng)與河流徑流量存在直接關(guān)系。而其它河流流域的樹(shù)木均為山區(qū)針葉樹(shù)種，樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與河流徑流量之間存在的是間接關(guān)系。

選取10 條河流徑流量的重建序列將其在公共區(qū)間1714—1989 年內(nèi)的極值年份進(jìn)行比較（序列EQ2、YLH 缺少具體的重建數(shù)據(jù)，TSG、TLM 公共區(qū)間較短，故未在表3 中列出）。由表3 可知，在阿爾泰山區(qū)域，EQ1 和HBH 均指示1777 年為極端豐水年，1812 年和1900 年為極端枯水年；在天山北坡區(qū)域，有 4 條序列（WLM、MNS、JIH、KTH）指示 1942 年為極端豐水年，有 3 條序列（WLM、MNS、KTH）指示1917 年為極端枯水年，有2 條序列指示1784 年（WLM、MNS）、1840 年 （WLM、MNS） 和 1876 年（MNS、KTH）為極端豐水年，1778 年（WLM、MNS）、1884 年（WLM、JIH）、1918 年（WLM、MNS）、1977 年（MNS、JIH）為極端枯水年；在天山南坡區(qū)域，有2 條序列指示 1860 年 （GXH、AKS）、1804 年（QSH、AKS）、1901 年（QSH、AKS）為極端豐水年，1918 年（QSH、AKS）、1957 年（GXH、QSH）為極端枯水年。通過(guò)對(duì)比新疆地區(qū)各河流徑流量重建序列極端年與歷史記錄的氣候水文事件[64]，發(fā)現(xiàn)各序列的極端年與研究區(qū)歷史上記錄干旱和洪澇事件的時(shí)間較為吻合（表4）。這表明上述河流徑流量重建序列能夠較好地捕捉到歷史時(shí)期發(fā)生的部分極端氣候水文事件。

圖2 新疆地區(qū)河流徑流量重建序列豐枯變化階段的對(duì)比

表3 10 條徑流量重建序列的10 個(gè)最高/最低值（公共區(qū)間：1714—1989 年）

對(duì)上述14 條河流徑流量重建序列進(jìn)行周期分析[65]發(fā)現(xiàn)，5 個(gè)區(qū)域的徑流量重建序列均存在2~7 a的變化周期，這與厄爾尼諾—南方濤動(dòng)（ENSO）事件的變化周期一致[66-68]，說(shuō)明新疆地區(qū)河流徑流量變化可能與ENSO 事件存在聯(lián)系。阿爾泰山區(qū)域的EQ1、HBH，天山北坡的YLH 和天山南坡的AKS、TSG 共5 條序列存在11 a 或22 a 左右的周期，表明其徑流量變化可能受到太陽(yáng)黑子11 a、22 a 活動(dòng)周期的影響。阿爾泰山區(qū)域的EQ2，天山北坡的WLM、MNS、JIH、KTH 和塔里木河流域的 TLM 等 6 條序列存在50~60 a 和80~100 a 的低頻變化周期，說(shuō)明徑流量變化還可能與百年尺度的Gleissberg 周期[69]有關(guān)。此外，5 個(gè)區(qū)域中亦有多條徑流量重建序列存在15~18 a 或25 a 左右的變化周期。綜上所述，新疆地區(qū)河流徑流量重建序列的周期變化在高頻上較為一致，徑流量變化可能受到海陸大尺度氣候振蕩的影響。

表4 新疆地區(qū)各河流徑流量重建序列氣候水文事件與歷史記錄的對(duì)比（公共區(qū)間：1714—1989 年）

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本文通過(guò)總結(jié)分析新疆地區(qū)已開(kāi)展的樹(shù)輪水文學(xué)研究結(jié)果，得出以下結(jié)論：

（1）新疆5 個(gè)區(qū)域的樹(shù)木徑向生長(zhǎng)一般與生長(zhǎng)季的降水顯著正相關(guān)，與各月河流徑流量存在正相關(guān)關(guān)系。水分是各流域樹(shù)木徑向生長(zhǎng)的主要限制因子，且氣候水文要素對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)存在一定的滯后效應(yīng)。

（2）新疆不同區(qū)域徑流量重建序列的相關(guān)分析結(jié)果顯示，阿爾泰山區(qū)域重建序列間的相關(guān)性較高，天山北坡次之，天山南坡最低，阿爾泰山與天山北坡徑流量重建序列間亦存在較好的相關(guān)性。

（3）新疆5 個(gè)區(qū)域河流徑流量低頻變化存在較大的空間差異性，很難找出各條河流徑流量豐枯低頻變化統(tǒng)一的時(shí)段。但區(qū)域內(nèi)部河流徑流量序列的豐枯變化的一致性相對(duì)較好。其中，阿爾泰山區(qū)域樹(shù)輪記錄的較為一致的河流徑流量豐枯低頻變化時(shí)段有：18 世紀(jì) 60 年代、19 世紀(jì) 30—60 年代、19 世紀(jì)70 年代—20 世紀(jì)前十年、20 世紀(jì) 20—50 年代、20世紀(jì)60—70 年代和20 世紀(jì)80—90 年代；天山北坡區(qū)域樹(shù)輪記錄的較為一致的河流徑流量豐枯低頻變化時(shí)段有：17 世紀(jì) 50—90 年代、17 世紀(jì) 90 年代—18 世紀(jì) 20 年代、18 世紀(jì) 40—50 年代、19 世紀(jì) 10年代—20 年代、19 世紀(jì) 80—90 年代、20 世紀(jì) 10 年代和20 世紀(jì)70—90 年代；天山南坡區(qū)域樹(shù)輪記錄的較為一致的河流徑流量豐枯低頻變化時(shí)段有：18世紀(jì)前十年—18 世紀(jì)10 年代、18 世紀(jì)80 年代—19世紀(jì) 50 年代、20 世紀(jì)前十年和 20 世紀(jì) 30—70 年代。

（4）徑流量重建序列的部分極值年份與歷史記錄的氣候水文災(zāi)害相吻合，表明重建序列能夠捕捉到流域內(nèi)重要的干旱和洪澇事件。

（5）周期結(jié)果顯示，新疆地區(qū)的14 條河流徑流量重建序列均存在2~7 a 的變化周期，也有多條徑流量序列分別存在 11 a、15~18 a、22 a、25 a 左右、50~60 a 和80~100 a 的變化周期，說(shuō)明了新疆地區(qū)徑流量變化可能受到海陸大尺度氣候振蕩的影響。

4.2 展望

新疆河流徑流量重建序列多是基于樹(shù)輪寬度完成的，灰度、密度、細(xì)胞、同位素等其它樹(shù)輪參數(shù)的研究還相對(duì)有限。樹(shù)輪水文學(xué)研究也多是針對(duì)河流徑流量的響應(yīng)和重建，對(duì)于其它水文參數(shù)，如湖泊鹽度、沼澤與湖泊歷史水位以及大尺度水文變化等涉及較少。此外，河流徑流量的重建多為小流域范圍重建，針對(duì)大流域開(kāi)展的重建工作也相對(duì)偏少。對(duì)于新疆地區(qū)水文變化的時(shí)空差異、不同水文模式對(duì)新疆地區(qū)水文變化的適應(yīng)性和模擬能力、河流徑流量重建序列和大氣環(huán)流之間相關(guān)關(guān)系的研究也相對(duì)有限。由于新疆昆侖山交通不便等原因，也限制了該區(qū)域樹(shù)輪水文學(xué)研究的開(kāi)展。因此，未來(lái)研究應(yīng)在采樣點(diǎn)空間加密、綜合利用多種樹(shù)輪參數(shù)，并通過(guò)結(jié)合山區(qū)氣象水文觀測(cè)、樹(shù)木徑向生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)和木材解剖等技術(shù)方法深入探討新疆地區(qū)樹(shù)木年輪對(duì)氣候水文要素的響應(yīng)機(jī)理，更加精確地分析樹(shù)輪記錄中的氣候水文信號(hào)[70]，從而重建大范圍的、長(zhǎng)時(shí)間尺度的、可靠的河流徑流量和湖泊水位歷史變化等水文要素序列，完善新疆主要河流徑流量歷史變化情況，對(duì)進(jìn)一步理解新疆歷史氣候水文變化規(guī)律及其影響機(jī)制有重要意義。