《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》:Tree-ring reconstruction of June–July sc-PDSI in Northwestern Yunnan, China, since 1724
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•基于油杉树年轮,为滇西北地区建立了300年6—7月的标准化帕尔默干旱指数(sc-PDSI)序列。•重建的十年级干湿期与清代官方水文气候档案高度吻合。•大西洋多年代际振荡(AMO)与干旱的遥相关在2009年后解耦,这一转变可能由升温放大后的水分亏缺所驱动。引言陆地生态系统吸收
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基于油杉树年轮,为滇西北地区建立了300年6—7月的标准化帕尔默干旱指数(sc-PDSI)序列。
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重建的十年级干湿期与清代官方水文气候档案高度吻合。
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大西洋多年代际振荡(AMO)与干旱的遥相关在2009年后解耦,这一转变可能由升温放大后的水分亏缺所驱动。
引言
陆地生态系统吸收了化石燃料燃烧所排放的约三分之一的二氧化碳,构成全球碳循环的关键组成部分。这些生态系统受到气候异常的显著影响(Reichstein等,2013)。近几十年来,云量减少和太阳辐射增强导致气温急剧上升(Zhong等,2023;Huang等,2023)。此外,预计未来二十年内全球升温将达到或超过1.5 °C(IPCC,2021)。这一现象加速了全球水循环并改变了水分可利用性的时空分布,可能损害森林碳汇能力(Lyu等,2019;Liu等,2020;Rai等,2024;Liu等,2025)。
升温会显著影响树木径向生长,主要通过加剧干旱胁迫来实现(Seneviratne等,2010;Dai,2011;Cook等,2014;Huang等,2025)。较高温度降低土壤含水量(SM)并提高水汽压亏缺(VPD)(Ahlstr?m等,2015;Green等,2019;Humphrey等,2021)。这两个因素是树木干旱胁迫的主要驱动因素,可能威胁森林作为碳汇的能力。蒸腾作用即通过叶片从土壤水分中散失水分的过程,受土壤—植物—大气系统中水汽压亏缺的调控(Manzoni等,2013)。持续的高温使水汽压亏缺迅速升高,加剧蒸腾作用。当水分散失超过木质部的供应时,树木会通过关闭气孔来保水,这种响应可维持较高的水分势并有助于防止木质部栓塞(Grossiord等,2020)。然而,这种气孔调控会损害碳吸收和光合作用,导致碳储量和树木年轮宽度减少(Bernacchi等,2001;Gauthey和Gardner,2024;Yu等,2022)。
滇西北位于青藏高原东南边缘及横断山脉腹地,是连接青藏高原与东亚季风区的关键气候过渡带。该区域的气候变异不仅威胁当地的生态安全,还对全球碳循环和气候系统产生关键反馈作用。该地区以极端的气候敏感性和生态脆弱性为特征(Wang等,2025),极易受到气象灾害的影响,气象灾害占当地自然灾害损失的比重最大(Tan等,2026)。在全球气候变化的驱动下,滇西北在过去50年间经历了显著的增温和干燥,春夏热旱事件的频率明显增加。例如,2005年云南遭受了有气象记录以来最严重的连续春夏干旱之一,造成的直接农林损失超过53亿元人民币(Liu等,2007)。这种日益频繁的复合热旱事件对这些脆弱生态系统的碳储存能力以及当地社会经济可持续性构成了严峻挑战(Anderegg等,2020)。然而,仪器气候记录通常过短,难以完整捕捉区域干旱的百年尺度变异。
凭借精确的交叉定年和数百至数千年的时间跨度,树年轮是古气候重建不可或缺的代理指标(Fritts,1976)。过去十年间,滇西北地区开展了大量年轮气候学研究,致力于重建历史干旱变异(Yin等,2023)。然而,复杂的地形和异质性的区域气候格局使得树木径向生长对水分的响应存在显著的空间差异。例如,部分研究将春季水分识别为径向生长的主要限制因子(Bi等,2015;Zhao等,2019;Li等,2026),而另一些研究则强调春季和夏季的水分约束(Tang等,2023;Zhou等,2025)。在高海拔季风边缘区,仲夏(6—7月)是亚高山针叶树种形成层细胞分裂和扩大的年度高峰,这一生理过程高度依赖细胞膨压(Li等,2021;Zhang等,2021;Peters等,2021)。与此同时,这一关键窗口期与印度夏季季风的起始和推进相吻合。然而,以往的干旱重建大多未能捕捉到这一至关重要的仲夏生长窗口期的干旱动态。
在半球尺度上,现有研究表明区域气候受大西洋多年代际振荡(AMO)的调制(Shi等,2017;Tang等,2023;Wu等,2025)。在AMO正相位期间,中国40°N以南大部分地区以正位势高度异常为主,源自副热带北大西洋的向东传播的罗斯贝波列在冬季使研究区增暖(Zhou等,2015;Han等,2016;Sun等,2017)。在研究区高海拔地区,这种冬季增暖延续至早春,加速积雪融化并增加土壤含水量,导致次年区域水文气候更加湿润(Li等,2017)。与此同时,AMO正相位升高了欧亚大陆对流层温度,放大了海陆热力对比,增强了南亚夏季季风(Goswami等,2006;Wang等,2009),这造就了暖湿的夏季条件。然而,这种预期的暖湿格局与近几十年滇西北所观察到的升温导致干燥的趋势形成鲜明对比。这种差异表明,区域水文气候与AMO之间的遥相关可能存在时间非平稳性。尽管如此,对这种非平稳耦合的长期评估仍然有限。
因此,本研究的目标是:(1)利用野外采集的增量芯,为滇西北地区建立油杉的标准年轮宽度(TRW)序列;(2)评估油杉径向生长对区域气候变量的响应;(3)重建过去几个世纪的区域6—7月干旱序列,以考察其与AMO的非平稳遥相关关系。
各章节摘要
研究区
采样点位于滇西北的梅里雪山国家级自然保护区,其地理坐标为北纬28.30°,东经98.65°。该保护区地处青藏高原东南边缘和横断山脉南部。该地区具有南北纵向山脉和深切峡谷的特征。陡峭的垂直高程梯度塑造了该区域独特的生态环境。油杉是该地区的主导树种。
结果
年轮宽度与气候变量之间的相关性分析表明,水分而非温度是该地区径向生长的主要限制因子(图2)。尽管降水量、土壤含水量和标准化帕尔默干旱指数均与年轮宽度呈正相关,但它们的相关强度不同。年轮宽度与降水量之间的弱相关表明,直接降水量并非主要的限制因子。相反,土壤含水量和标准化帕尔默干旱指数与径向生长表现出更强、更稳定的正相关,
树木径向生长中记录的6—7月标准化帕尔默干旱指数信号
径向生长对仲夏(6—7月)标准化帕尔默干旱指数的显著敏感性(而非对降水或温度的直接敏感性),是由当地地形和水文气候限制条件所塑造的。在海拔3400—3600米的陡峭深切亚高山河谷中,土壤以骨架型砾石质为主,以快速排水为特征(Gao和Li,1994)。在这样的崎岖地形上,早期季风雨水通过快速地表径流和茂密冠层迅速流失,
结论
本研究利用油杉的年轮宽度成功重建了滇西北300年(1724—2023年)的6—7月标准化帕尔默干旱指数序列。这一重建解释了校准期(1950—2023年)仪器数据变异的46.5%,校准和验证统计指标证实了模型的统计稳健性。重建结果显示,过去三个世纪的区域气候以持续的干旱为主,
作者贡献声明
郭奇飞:论文写作—审阅与编辑,论文写作—初稿,方法学,概念构思。马龙:资金获取,形式分析,数据整理。袁家美:论文写作—审阅与编辑,项目管理,方法学。黄兴:可视化,验证,软件。刘庭喜:监督,调查研究,资金获取。尹欢:验证。田海美:监督。张硕:形式分析,数据整理。
作者声明
郭奇飞:主导了研究的概念构思,管理数据,执行形式分析,并撰写了初稿。马龙:在资金获取、调查过程和研究方法方面提供指导,并协助审阅和编辑论文。袁家美、黄兴和刘庭喜:协助进行了调查研究和使用研究中的软件。尹欢、田海美、张硕:通过提供资源和收集……
利益冲突声明
所有署名作者均已批准修改后的论文,并声明不存在利益冲突。
致谢
中国国家自然科学基金(面上项目,项目编号:52379015)。
郭奇飞|马龙|袁家美|黄兴|刘庭喜|尹欢|田海美|张硕