西北北美地区树轮温度重建差异的驱动因素探究：基于最大晚材密度与晚材蓝光强度的对比分析

本研究针对西北北美地区树轮气候重建中存在的"分歧问题"(DP)，通过对比分析最大晚材密度(MXD)和晚材蓝光强度(LWBI)两种树轮参数，系统评估了不同去趋势方法、仪器数据集和昼夜温度变量对温度信号的影响。研究发现信号自由年龄依赖样条(SF ADS)去趋势的MXD数据与伯克利地球(BEST)最高温度(Tmax)数据集具有最优相关性，揭示了该地区温度重建差异主要由趋势而非高频问题导致，为改进树轮气候重建方法提供了重要依据。

　　

在气候变化研究领域，树木年轮作为自然档案发挥着不可替代的作用。然而，一个被称为"分歧问题"(Divergence Problem, DP)的现象长期困扰着研究者——20世纪后期，北半球多地树木生长与气温的相关性出现减弱甚至反转。这种现象在西北北美地区尤为显著，直接挑战了"均变说"这一树轮气候学基本原则，也使得基于树轮的气候重建可靠性受到质疑。

传统树轮宽度(TRW)对气候响应复杂，而最大晚材密度(MXD)虽能更好反映温度变化，但测量成本高昂。近年来出现的晚材蓝光强度(LWBI)技术作为MXD的替代方案，其可靠性仍需验证。此外，去趋势方法选择、仪器数据差异以及昼夜温度变化等因素都可能影响DP评估。育空地区(YT)作为早期发现DP现象的关键区域，其南部与北部站点表现出不同的气候响应模式，但原因尚不明确。

为系统解析这些科学问题，由Marcel Kunz领衔的国际团队在《Dendrochronologia》发表重要研究。团队在育空地区南北部各选取一个站点——北克朗代克河(NKL)和峡谷湖(CNY)，采集了白杉样本，创新性地同步测量TRW、MXD和LWBI三种参数。研究采用五种去趋势方法处理数据，对比伯克利地球(BEST)和气候研究单元(CRU)两种温度数据集，并分析最高(T_max)、最低(T_min)和平均温度(T_mean)的不同影响。

关键技术方法包括：1)在育空地区南北部两个站点(NKL和CNY)采集100棵白杉的树轮样本；2)使用LINTAB 6测量TRW，X射线微密度仪测量MXD，高分辨率扫描获取LWBI数据；3)应用五种去趋势方法(包括SF ADS和RCS等)处理数据；4)采用BEST和CRU两种温度数据集进行校准；5)通过31年滑动窗口相关分析等方法评估气候响应稳定性。

研究结果部分：

1. 1.

   树轮参数比较

   MXD在捕获温度信号方面显著优于LWBI和TRW。NKL站点的MXD与7月温度相关性最高(r=0.57)，CNY站点与8月温度相关性最强(r=0.57)。LWBI虽也能反映温度变化，但其相关性较弱且不稳定，特别是在1950年代后与MXD的差距明显扩大。

2. 2.

   去趋势方法比较

   信号自由年龄依赖样条(SF ADS)去趋势法表现最优，能最好地保留中低频气候信号。相比传统负指数曲线(NegEx)方法，SF ADS处理的数据与温度趋势更为吻合，且相关性更高。

3. 3.

   仪器目标比较

   BEST数据集比CRU更适用于该地区，与MXD的相关性更高且更稳定。值得注意的是，1959年的异常低温事件在BEST数据中表现更为明显，反映了其对局部站点数据的更好整合。

4. 4.

   昼夜温度影响

   T_max与MXD的相关性最强，T_min最弱。研究发现1940-1980年代"全球变暗"期间，T_max与T_min的差异扩大，这可能影响了树木的生长响应。

5. 5.

   干旱与太平洋年代际振荡(PDO)影响

   CNY站点在极端干旱年(如1958和1998年)出现明显的生长抑制，导致温度信号减弱。PDO相位转变也可能通过改变降水模式影响树木生长。

研究结论与讨论指出，育空地区的DP主要表现为趋势差异而非高频信号问题，且在LWBI数据中比MXD更为显著。选择适当的去趋势方法(SF ADS)和温度变量(T_max)比选择不同仪器数据集更重要。该研究创新性地通过多参数对比，系统评估了影响树轮气候重建的各种因素，为改进温度重建方法提供了重要依据。特别值得注意的是，MXD在反映温度变化方面展现出明显优势，这对未来树轮研究的技术选择具有指导意义。

研究发现干旱事件会暂时削弱树木的温度响应，这在气候变暖背景下尤其值得关注。虽然研究未能完全解决DP问题，但建立的分析框架可推广应用于其他地区，为理解非平稳生长响应机制提供了新思路。随着气候变化加剧，这项研究对准确重建过去温度变化、预测未来气候趋势具有重要科学价值。