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为探究树轮密度参数用于气候重建的潜力,研究人员对中国北亚热带森林开展树轮密度研究。结果显示,最小早材密度(MND)和最大晚材密度(MXD)分别与特定时段的温度和干旱指数显著相关,成功重建温度。该研究为亚热带气候重建提供依据。
在地球的气候研究长河中,树轮就像一部部天然的 “史书”,默默记录着岁月里气候的变迁。过去,树轮研究在高纬度和高海拔地区成果颇丰,比如利用最大晚材密度(MXD)成功重建夏季温度,让人们得以窥探历史气候的模样。然而,在热带和亚热带地区,树轮研究却像是一片尚未被充分开垦的 “处女地”。这里气候复杂,树木生长受多种因素交织影响,导致树轮研究进展缓慢,气候信号的挖掘困难重重 。但热带和亚热带地区在全球气候系统中占据着重要地位,它们的气候变迁对全球生态平衡有着深远影响。因此,深入了解这些地区的气候历史,精准掌握其变化规律,成为气候研究领域亟待攻克的难题。
为了填补这一研究空白,来自国内的研究人员踏上了探索之旅。他们将目光聚焦于中国北亚热带森林,这片位于秦岭山脉南坡的区域,恰似一个气候的 “十字路口”,独特的地理位置使其气候兼具亚热带的湿润与温暖。研究人员选取中国松树(Pinus tabuliformis)作为研究对象,精心采集树轮样本,试图从这些看似普通的树轮中,解读出气候变迁的奥秘。
经过一系列严谨的研究,研究人员收获了令人瞩目的成果。该研究成果发表在《Ecological Indicators》上,为气候研究领域注入了新的活力。
在研究过程中,研究人员运用了多种关键技术方法。首先是树轮样本采集技术,他们在位于秦岭山脉南坡的 Mt. Muwang(33.39°N, 108.61°E; 2190 m.a.s.l.)采样点,使用直径 10mm 的生长锥,从 45 棵中国松上采集了 85 个树芯样本。接着,采用树轮测量与分析技术,样本带回实验室风干、固定、打磨后,利用 LINTAB 6 测量装置精确测量年轮宽度,借助 TSAP 软件和 COFECHA 程序进行交叉定年检验。然后,通过传统 X 射线密度测量法获取树轮密度数据,包括树轮宽度(TRW)、早材宽度(EWW)、晚材宽度(LWW)、平均早材密度(EWD)、平均晚材密度(LWD)、最小早材密度(MND)和最大晚材密度(MXD)。最后,运用统计分析技术,对来自 Zhen'an 气象站等气候数据进行处理,通过 Pearson 相关分析、线性回归等方法,探究树轮参数与气候因子的关系并进行气候重建。
下面来详细看看研究结果。在参数关系方面,研究发现所有宽度年表,即树轮宽度(TRW)、早材宽度(EWW)和晚材宽度(LWW)之间存在强相关性。最小早材密度(MND)与树轮宽度(TRW)和早材宽度(EWW)显著负相关,而最大晚材密度(MXD)与其他参数无关联,这与以往研究有所不同。早材宽度(EWW)和晚材宽度(LWW)呈显著正相关,最小早材密度(MND)和最大晚材密度(MXD)之间无显著相关性。
气候响应方面,树轮宽度(TRW)与 5 月的标准化降水蒸散指数(SPEI)呈显著正相关,与当年 5、6 月平均温度显著负相关。最小早材密度(MND)与 5 - 7 月的月平均温度和最高温度显著正相关,与 5、6 月的标准化降水蒸散指数(SPEI)及降水显著负相关。最大晚材密度(MXD)与 8 - 10 月的月平均温度和最高温度显著正相关,与 8、9 月的标准化降水蒸散指数(SPEI)显著负相关。
基于这些显著相关性,研究人员分别利用最小早材密度(MND)和最大晚材密度(MXD)重建了 5 - 6 月和 8 - 9 月的最高温度。通过建立的转移函数,模型能解释实际最高温度变化的 47.9%(5 - 6 月)和 49.9%(8 - 9 月)。分裂校准 - 验证方法显示模型可靠,重建温度序列与观测记录吻合良好。
空间代表性上,最小早材密度(MND)和最大晚材密度(MXD)年表能有效捕捉中国中部地区温度和干旱变化。最大晚材密度(MXD)对干旱和温度响应更强,最小早材密度(MND)在代表更大区域标准化降水蒸散指数(SPEI)变异性上有优势。且该研究的温度重建结果与周边地区相关重建结果有显著关联。
在研究结论与讨论部分,此次研究成果意义重大。最小早材密度(MND)和最大晚材密度(MXD)与生长季早期和晚期的温度及标准化降水蒸散指数(SPEI)呈现出强相关性,这表明树轮密度参数在亚热带地区气候重建方面潜力巨大,丰富了气候研究的 “工具箱”。研究发现该地区 5 - 6 月和 8 - 9 月的最高温度无明显变暖趋势,且不同季节温度和干旱变化并不同步,这为全球气候变化研究提供了区域视角,揭示了气候变化的复杂性和多样性。同时,研究中最小早材密度(MND)和最大晚材密度(MXD)与温度、标准化降水蒸散指数(SPEI)的关系,也为进一步探究树木生长与气候因子的相互作用机制提供了线索,有助于完善生态系统对气候变化响应的理论体系。