海麗其姑·阿不來海提，袁玉江，魏文壽，喻樹龍，張同文，陳峰，尚華明，張瑞波

（1.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆烏魯木齊 830054；2.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開放實驗室，新疆樹木年輪生態(tài)實驗室，新疆烏魯木齊 830002）

阿勒泰中部地區(qū)樹輪寬度年表特征及其對氣候的響應

海麗其姑·阿不來海提1，2，袁玉江2*，魏文壽2，喻樹龍2，張同文2，陳峰2，尚華明2，張瑞波2

（1.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆烏魯木齊 830054；2.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開放實驗室，新疆樹木年輪生態(tài)實驗室，新疆烏魯木齊 830002）

利用采自阿勒泰中部地區(qū)森林中下部林緣（1 354～1 970 m）5個采點的西伯利亞落葉松（Larix sibirica Ledeb.）及1個采點的西伯利亞云杉（Picea obovata Ledeb）樣本，建立樹輪寬度年表，分析年表特征參數(shù)的氣候指示意義表明：在6個年表中，拜克托別標準化樹輪寬度年表的信噪比和樣本對總體的代表性最大、平均敏感度較高、一階自相關較小，表明該標準化樹輪寬度年表所包含的氣候信息可能最為豐富，其次是大東溝前標準化樹輪寬度年表。依據(jù)年表間的互相關系數(shù)，合成了由拜克托別和大東溝前2個采點構成的區(qū)域年表BKQ以及由拜克托別、大東溝前、二道房南和賈登嶼4個采點組成的區(qū)域年表BDEJ。分析6個單點年表及2個區(qū)域年表對氣候的響應發(fā)現(xiàn)，拜克托別年表相對于其它5個單點年表及2個區(qū)域年表，在重建阿勒泰氣象站6—8月降水量方面可能具有很好的應用潛力，而區(qū)域年表（BDEJ）則在重建阿勒泰氣象站4—8月降水日數(shù)方面可能具有很好的應用潛力。

阿勒泰中部；西伯利亞落葉松；西伯利亞云杉；樹輪寬度年表；氣候響應

樹木年輪資料具有定年準確，連續(xù)性強，分辨率高，與氣候要素相關度好等特點[1-3]。應用樹木年輪分析，獲取過去氣候與環(huán)境變化的代用資料，是研究全球變化的重要手段之一。自20世紀80年代起，李江風、袁玉江等人就對新疆阿勒泰地區(qū)溫度與降水進行了重建[4-5]。張同文等人建立了阿爾泰山南坡阿勒泰西部1481—2004年6—9月的降水序列、1639—2003年5—9月的月平均氣溫序列及積雪深度≥0 cm日數(shù)的長期變化，并對該地區(qū)近600 a來的夏季氣候變化進行了分析。胡義成研制了阿勒泰中東部的8個樹輪年表并重建了阿勒泰東部394 a來6—7月的平均氣溫序列[6-11]。但以前的研究存在所用氣候資料年代較短、樹輪年表與氣候要素呈現(xiàn)出高相關（|r|≥0.5）的數(shù)量少。本文針對2013年在阿爾泰山中部森林中下部林緣采集的5個西伯利亞落葉松及1個西伯利亞云杉進行年表統(tǒng)計特征及其氣候響應的分析，以便揭示這些年表在氣候中的應用潛力，為以后將它們應用于氣候重建提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)自然地理概況

研究區(qū)域位于新疆維吾爾自治區(qū)最北部的阿勒泰地區(qū)中部，包括布爾津、福海、阿勒泰和富蘊。研究區(qū)的地勢沿西北部阿爾泰山山脊線向東南依次降低。該區(qū)屬于北溫帶大陸性氣候，具有春季干旱多風，夏季短而少炎、秋天氣候晴朗、氣爽，冬天嚴寒漫長、多大風的氣候特點。月最大降水量和月平均最高氣溫都出現(xiàn)在7月，冬季氣溫低降雪量大。該地山區(qū)土壤呈明顯垂直帶狀分布，自下而上依次為淡棕鈣土、山地棕鈣土、山地栗鈣土、山地灰黑土、山地黑鈣土、棕色針葉林土、山地草甸土、冰沼土。山區(qū)內(nèi)動、植物種類豐富，其中西伯利亞落葉松、西伯利亞冷杉、西伯利亞云杉是我國的珍稀樹種。該區(qū)也是我國唯一的泰加林帶分布區(qū)[10]。

2 樹輪樣本采點特征

為了獲取該地區(qū)的歷史氣候信息，依據(jù)樹木年代學的基本原理[12]，結合以前野外工作實際情況，2013年7—8月在阿爾泰山南坡的布爾津、阿勒泰、福海和富蘊林場，進行了6個采點的樹芯樣本采集，其中5個采點為西伯利亞落葉松（Larix sibirica Ledeb.），1個為西伯利亞云杉（Picea obovata Ledeb），采點的地理位置如圖1所示。每個采點至少采集20棵樹，每棵樹一般取2個樹芯，共采集165棵樹，330個樹芯樣本，采點的概況見表1。

3 氣象資料

氣象資料來自布爾津（87°05′E，48°30′N，473.9 m，1960—2013年）、阿勒泰（88°05′E，47°44′N，737.7 m，1954—2013年）、福海（87°28′E，47°04′N，502.8 m，1958—2013年）和富蘊（89°31′E，46°59′N，810.5 m，1962—2013年）4個氣象站，所用氣候要素為月降水量≥0.1 mm的降水日數(shù)（以下簡稱降水日數(shù)）和月平均最高溫度。圖2為4個氣象站平均的自建站以來1—12月的月降水量，降水日數(shù)和月平均最高溫度。由圖2可見，阿勒泰中部地區(qū)降水集中于 7月和11月，以7月為最多，1月和12月較少。降水日數(shù)以7，11和12月最多，10月最少。月平均最高溫度7月最高，2月最低。

4年表研制和年表特征

4.1 年表研制

根據(jù)樹木年代學的基本原理以及研究步驟[13]，將樣芯固定，等樣芯干燥以后，就把樣芯進行磨平、打光及目測定年。用MeasureJ2X樹木年輪寬度測量系統(tǒng)（精度為0.001 mm）測量樹木年輪寬度值，實測樣芯330個。交叉定年用折線圖對比方法進行，并用國際年輪庫COFECHA交叉定年質量控制程序進行交叉定年檢驗[14]。刪除與主序列相關比較差的17個樹芯樣本，進入6個采點年表的共有313個子序列。完成交叉定年檢驗后，用國際年輪庫ARSTAN年表研制程序進行年表研制，為了在樹輪寬度年表中盡可能多地保留低頻方差，使用負指數(shù)曲線或無正向坡度的直線對樹輪寬度序列進行擬合，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)進一步穩(wěn)定年表的方差，最后得到6個采點的樹輪寬度標準化年表（STD）、差值年表（RES）和自回歸年表（ARS）。本文只對標準化樹輪寬度年表進行特征分析，其主要特征參數(shù)統(tǒng)計見表2。圖3是6個標準化樹輪寬度年表的樹輪寬度指數(shù)曲線。

4.2 年表特征

4.2.1 平均敏感度、標準差和信噪比

平均敏感度、標準差和信噪比是衡量年表所含氣候信息多少的統(tǒng)計量，它們的值越大，說明樣本所含有的氣候信息越多[15-20]。從表2可見，阿勒泰中部6個采點標準化樹輪寬度年表的平均敏感度除了塔爾恰特是0.191外，其它5個年表均超過了0.200，其中賈登嶼、大東溝前采點超過了0.300；此外，大東溝前和拜克托別年表的標準差也較大；拜克托別年表的信噪比為57.80，是6個采點中最高的一個，其次為二道房南年表為（46.69）。通過對以上3個參數(shù)的對比分析可知：拜克托別、賈登嶼、大東溝前3個年表所包含的信息可能會相對多于其它3個年表。

4.2.2 一階自相關

年表的自相關系數(shù)反映了氣候對樹木生長的持續(xù)性作用。一階自相關的大小，反映上一年的氣候對當年輪寬的影響。如果一階自相關大，上年氣候對當年輪寬生長影響就強，反之亦然[21]。一般來說,對于高質量的年表,一階自相關較小[22]。6個采點標準化樹輪寬度年表的一階自相關均較大，賈登嶼年表最大為0.739，二道房南年表最小為0.456，石人東、拜克托別和塔爾恰特年表的一階自相關也較小。說明二道房南、塔爾恰特和拜克托別可能含有相對較多的氣候信息。此外，還計算了6個標準化樹輪寬度年表的15階自相關系數(shù)并作出其柱狀圖（圖4）。連續(xù)顯著正相關持續(xù)階數(shù)最多的是賈登嶼年表（15階），其次為塔爾恰特年表（9階），為3階的有石人東、拜克托別和二道房南年表，為2階的是大東溝前年表。因此，自相關角度看，大東溝前、石人東、拜克托別和二道房南年表可能包含的氣候信息較多些。

4.2.3 樹間相關系數(shù)、第一特征向量百分比、樣本對總體的代表性

樹木年輪學理論認為[23-24]：樹間相關系數(shù)、第一特征向量百分比、樣本對總體的代表性這3個統(tǒng)計量的值越大，說明年表中各樣本序列的同步性越強。由表2可以看出石人東、拜克托別、大東溝前、二道房南這4個采點樹輪年表間的樹間相關系數(shù)超過了0.400。拜克托別年表的第一特征向量百分比最大，為48.8%。此外，大東溝前和二道房南年表的第一特征向量百分比也較大分別為47.8%、47.4%。6個采點樣本對總體的代表性百分比平均值為95.8%，從表2可見，除塔爾恰特采點代表性較低以外，其他各個采點的代表性都高于或者接近平均水平。由以上分析可知石人東、拜克托別、大東溝前、二道房南這4個采點的樣本序列共性較強，氣候信息含量較大。

4.2.4 樹輪年表的互相關系數(shù)

研究區(qū)域內(nèi)各采點樹木生長的同步性是由樹輪年表的互相關系數(shù)反映[25]，6個標準化樹輪寬度年表進行互相關分析，結果表明：（1）在6個年表中，除了石人東年表外，其它年表間的互相關系數(shù)都達到了0.01的顯著水平。（2）2個位于阿勒泰林場的大東溝前年表和拜克托別年表的互相關最好，其相關系數(shù)達到0.693。這可能由于2個采點的空間距離近，均位于森林中下部林緣，樹種相一致，從而使其具有相似的氣候限制因子所導致的（表3）。

綜上所述，在6個年表中，拜克托別標準化樹輪寬度年表的信噪比（57.80）和樣本對總體的代表性最大，平均敏感度較高、一階自相關較小，表明該標準化樹輪寬度年表所包含的氣候信息最為豐富。其次是大東溝前、塔爾恰特、二道房南年表。

5 區(qū)域年表研制與相關函數(shù)分析

5.1 兩個區(qū)域年表的研制

從表3可見，6個采點公共區(qū)間（1830—2013年）的拜克托別和大東溝前標準化樹輪寬度年表之間的互相關系數(shù)高達0.693。此外，拜克托別、大東溝前、二道房南和賈登嶼4個年表間的平均互相關系數(shù)為0.507，均遠遠超過了0.01的顯著性水平。據(jù)此，將拜克托別和大東溝前2個采點的樣本序列放在一起重新交叉定年，再將拜克托別，大東溝前，二道房南和賈登嶼4個采點的樣本序列放在一起重新交叉定年，用與前文相同的方法研制出阿勒泰中部地區(qū)的兩個合成區(qū)域年表BKQ和BDEJ。

5.2 相關函數(shù)分析

各年表及兩個區(qū)域年表與阿勒泰站氣象資料的相關相對于其它3個站更好一些，這可能與阿勒泰氣象站在經(jīng)度上位于4個氣象站的平均位置，各采點均與該站距離較近，且該站更靠近山區(qū)的森林下樹線，對阿勒泰中部的氣候具有較好的代表性有關。因此，這里針對阿勒泰氣象站建立各采點及兩個區(qū)域年表的相關函數(shù)（圖5）并加以分析。

石人東年表與阿勒泰氣象站上年7月至當年8月的逐月降水量均沒有達到0.05的顯著性水平；對于月平均最高溫度而言只有上年8月達到了0.05的顯著性水平，對于降水日數(shù)而言該年表上年10月和當年7月達到了0.05的負、正顯著性水平。結合采點特征及與氣候要素的相關系數(shù)綜合考慮，該年表所具有的可能氣候重建潛力為當年7月的降水日數(shù)變化和當年7月平均最高溫度。

賈登嶼年表和上年7月及上年8月降水的正相關系數(shù)均達到了0.05的顯著性水平；與上年12月的平均月平均最高溫度的正相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平，與各月降水日數(shù)均沒有達到0.05的顯著性水平。綜合分析，該年表所具有的可能氣候重建潛力為上年7—8月的降水量變化。

拜克托別年表和上年8月，當年4、6、7、8月降水量的正相關系數(shù)均達到了0.05的顯著性水平；對于月平均最高氣溫而言，當年7月和當年8月的月平均最高溫度的負相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平；對于降水日數(shù)而言，只有當年7月和當年8月的正相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平。綜合考慮，該年表所具有的可能氣候重建潛力為當年6—8月的降水量變化。

大東溝前年表和降水的正相關系數(shù)與在當年7月和當年8月達到了0.05的顯著性水平；該年表與當年5月平均月平均最高溫度的負相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平；對于降水日數(shù)而言，該年表和上年9月的負相關系數(shù)和當年4、7、8月的正相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平。綜合分析，該年表所具有的可能氣候重建潛力為當年7—8月的降水日數(shù)或降水量變化。

二道房南年表與當年8月降水量的正相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平；該年表與各月月平均最高溫度均沒有達到0.05的顯著性水平；該年表與上年11月，當年7月和當年8月降水日數(shù)的正相關系數(shù)均達到了0.05的顯著性水平。綜合考慮，該年表所具有的可能氣候重建潛力為當年8月的降水量或當年7—8月的降水日數(shù)變化。

塔爾恰特年表與上年8月和當年8月降水量的正相關系數(shù)均達到了0.05的顯著性水平；對于月平均最高溫度，該年表只與當年8月的負相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平；該年表與上年8月，當年7月和當年8月降水日數(shù)的正相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平。綜合分析，該年表所具有的可能氣候重建潛力為當年7—8月的降水日數(shù)或8月降水量變化。

由4個采點組成的區(qū)域年表BDEJ與當年4月、7月、8月的正相關系數(shù)達到了0.05的顯著水平；而它和當年6、7、8月的月平均最高溫度的負相關系數(shù)均達到了0.05的顯著性水平；該年表與上年9月降水日數(shù)的負相關系數(shù)及與當年7月、8月降水日數(shù)的正相關系數(shù)均達到了0.05的顯著性水平。綜合考慮，該年表所具有的可能氣候重建潛力為當年4—8月的降水量或7—8月的降水日數(shù)變化。

由兩個年表構成的區(qū)域年表BKQ和當年4、6、7、8月降水量的正相關系數(shù)均超過了0.05的顯著性水平，對于月平均最高溫度而言，在當年7月和8月的負相關系數(shù)均達到了0.05的顯著性水平，對于降水日數(shù)而言，在上年7月和8月以及當年4月的正相關系數(shù)達到了0.05的顯著性水平。綜合分析，該年表所具有的可能氣候重建潛力為當年4—8月的降水量及7—8月的降水日數(shù)變化。

6 樹輪寬度年表在季節(jié)氣候變化重建方面的應用潛力

為了探討各采點標準化樹輪寬度年表所包含的氣候信息，用采點附近的布爾津、阿勒泰、福海和富蘊等四個氣象站自建站以來的月平均降水量、降水日數(shù)和平均最高氣溫，分別將它們上年1月至當年12月所有不同時段三種氣候要素對應的順序組合與阿勒泰中部6個標準化樹輪寬度年表以及區(qū)域年表進行單相關普查分析，找出具有生理意義的最佳相關時段及其相關系數(shù)（表4）。

從表4可見：（1）除了位于布爾津的石人東年表外，各年表以及2個區(qū)域年表與阿勒泰氣象站6—8月降水量的正相關系數(shù)都達到了0.01的顯著水平，其中位于阿勒泰林場的拜克托別標準化樹輪寬度年表與阿勒泰6—8月降水量相的單相關系數(shù)最高（r= 0.623），其次是區(qū)域年表BKQ，相關系數(shù)為0.593。6—8月屬于西伯利亞落葉松和西伯利亞云杉生長的生長期，該時段降水偏多有利于低海拔樹木的光合作用，加快形成層細胞的分裂，形成偏寬的年輪；反之，若降水不足，光合作用減弱，形成層活動受到抑制，形成偏窄輪?？梢姡邓堑秃０蔚貐^(qū)樹木年輪寬度生長的主要氣候限制因子。依據(jù)干旱半干旱區(qū)樹木年輪氣候學的基本原理，對與低海拔地區(qū)降水起直接的正向影響作用，溫度則起到間接的反向影響。本文相關函數(shù)的分析結果符合樹輪氣候學的基本原理[26-28]。由此可見，拜克托別年表在重建阿勒泰氣象站6—8月降水總量方面具有最好的潛力。

（2）除了石人東年表外，各年表以及2個區(qū)域年表與阿勒泰氣象站4—8月降水日數(shù)的正相關系數(shù)都達到了0.01的顯著水平，其中相關性最高的為區(qū)域年表BKQ（r=0.605），其次是區(qū)域年表BDEJ（r= 0.597）。由于相關系數(shù)相差很小，這表明區(qū)域年表BKQ和BDEJ在重建阿勒泰氣象站4—8月降水日數(shù)方面具有大致相同的良好應用潛力。

（3）6個標準化樹輪寬度年表以及2個區(qū)域年表與阿勒泰氣象站6—8月平均最高溫度的負相關系數(shù)均超過了0.01的顯著水平。相關性最高的為區(qū)域年表BDEJ（r=-0.446），其次是區(qū)域年表BKQ（r= -0.422)。這是因為各采點位于干旱半干旱區(qū)的低海拔處，樹木生長季4—8月降水少而溫度高，最高溫度偏高會增強土壤水分蒸發(fā)，從而使樹木生長缺水，不利于其年輪生長，形成偏窄的年輪?？紤]的對于森林中下部林緣的樹木主要受土壤水分影響，最高溫度通過蒸發(fā)使土壤水分減少，故年表與最高溫度間的負相關實質上仍然反應了年表與降水的正相關關系。由于最大的單相關數(shù)絕對值小于0.5，因此這些年表在重建阿勒泰氣象站6—8月平均最高溫度方面可能不具多大的潛力。

6 討論

年表特征參數(shù)進行比較分析表明：在6個單一采點中，從年表特征參數(shù)可以大致判斷出拜克托別（BKL）標準化樹輪寬度年表所包含的氣候信息最為豐富，其次為大東溝前年表。這也被年表與阿勒泰氣象站氣候要素的相關分析結果所證實。相對于其它單個年表及2個區(qū)域年表，拜克托別年表在重建阿勒泰氣象站6—8月降水量方面可能具有很好的應用潛力，而區(qū)域年表（BDEJ）則在重建阿勒泰氣象站4—8月降水日數(shù)方面可能具有很好的應用潛力。但用本文研制的6個單點及兩個區(qū)域年表重建阿勒泰氣象站6—8月的平均最高溫度潛力不大。

5 個單點年表及兩個區(qū)域年表均與阿勒泰氣象站夏季（6—8月）降水表現(xiàn)出顯著的正相關，同時又和阿勒泰夏季（6—8月）平均最高溫度表現(xiàn)出顯著的負相關，且與降水的正相關系數(shù)明顯大于和平均溫度的相關系數(shù)，這符合干旱半干旱區(qū)森林中下部林緣樹木生長主要受土壤水分制約實際情況。

在單個年表與氣候要素的相關系數(shù)大于區(qū)域年表時，重建氣候是用單個年表還是用區(qū)域年表好的問題，常常使人們面臨兩難的選擇。一般而言，如果相關系數(shù)相差較大，可使用相關系數(shù)大的年表，如本文用拜克托別單個年表重建阿勒泰氣象站6—8月降水會取得比用區(qū)域年表要好的結果。另外，當區(qū)域表與氣候要素的相關系數(shù)大于或接近單個年表時，無疑應使用區(qū)域年表，以獲得更好重建氣候值的空間代表性及時間穩(wěn)定性。但當多個單點及區(qū)域年表與同一氣候要素序列相關系數(shù)接近時，應取哪一個？我們認為應該盡可能選用集成采點多且時間長的年表用于氣候重建。因此，在本文中，拜克托別（BKL）、大東溝前（DDQ）及兩個區(qū)域年表（BDEJ，BKQ）被發(fā)現(xiàn)均可用于重建阿勒泰氣象站4—8月的降水日數(shù)，我們選用區(qū)域年表而非單個年表，而兩個區(qū)域年表（BDEJ，BKQ）與阿勒泰氣象站4—8月的降水日數(shù)的相關系數(shù)相差很?。?.597，0.605），建議在以后的氣候重建工作中使用包含4個采點的區(qū)域年表（BDEJ），盡管相關系數(shù)小一些，但重建結果在空間和時間上會更穩(wěn)定。

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Characteristics of Tree-Ring Width Chronologies in the Middle of Altay Region and Their Responding to Climate Change

Hailiqigu Abulaihaiti1，2，YUAN Yujiang2，WEI Wenshou2，YU Shulong2，ZHANG Tongwen2，CHEN Feng2，SHANG Huaming2，ZHANG Ruibo2
（1.College of Geography Science and Tourism，Xinjiang Normal University,Urumqi 830054,China；2.Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Key Laboratory of Tree-ring Physical and Chemical Research of China Meteorological Administration，Xinjiang Laboratory of Tree Ring Ecology，Urumqi 830002，China）

Six tree-ring cores of Larix sibirica Ledeb and Picea obovata Ledeb were sampled from the middle of Altay at the lower elevation of 1 354～1 970 m.Six tree-ring width chronologies were developed using standard dendrochronological methods,and the features and their climatic information were analyzed in this paper.It shows that：among all the six sampling sites，the sample representative and signal-noise ratio of the standardized chronology of BKL is the highest,with the higher mean sensitivity，smaller order autocorrelation;it shows that the standardized chronology of BKL contained possibly most climate information and that of DDQ contained the second more. According to the number of mutual relations between tree-ring width chronologies,the regional chronology of BKQ was synthesized by the two Collect points from BKL and DDQ and the regional chronology of BDEJ was synthesized by the four Collect points of BKL、DDQ、EDN and JDQ. Analysis of six chronologies and two regional chronologies climate response found that compared to the other five single point chronologies and two regional chronologies,in the reconstruction of precipitation series for Altay weather stations from June to August,BKL chronology may had a very good application potential and the regional chronology of BDEJ in the reconstruction of rainy days for Altay weather stations from April to August may have a very good application potential.

the middle of Altay；Larix sibirica Ledeb；Picea obovata Ledeb；tree-ring width chronologies；the response of tree-ring width growth to the climate

P468

A

1002-0799（2015）03-0036-08

海麗其姑·阿不來海提，袁玉江，魏文壽，等.阿勒泰中部地區(qū)樹輪寬度年表特征及其對氣候的響應[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（3）：44-51.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.03. 006

2014-12-13；

2015-01-21

國家自然科學基金（41275120）、科技部氣象行業(yè)專項（GYHY201206014）、國家自然科學基金（40975056）、科技支撐項目（2012BAC23B01）及自治區(qū)重點實驗室開放課題基金項目（XJDX0909-2012-04）共同資助。

海麗其姑·阿不來海提（1984-），女（維吾爾族），碩士研究生，主要從事樹木年輪氣候學研究。E-mail：hailiqigu2012@163.com

袁玉江（1955-），男，正研級研究員，從事樹木年輪氣候與水文研究。E-mail：yuanyuj5502@sin.com