海丽其姑·阿不来海提，袁玉江，魏文寿，喻树龙，张同文，陈峰，尚华明，张瑞波

（1.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐 830054；2.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，中国气象局树木年轮理化研究重点开放实验室，新疆树木年轮生态实验室，新疆乌鲁木齐 830002）

阿勒泰中部地区树轮宽度年表特征及其对气候的响应

海丽其姑·阿不来海提1，2，袁玉江2*，魏文寿2，喻树龙2，张同文2，陈峰2，尚华明2，张瑞波2

（1.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐 830054；2.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，中国气象局树木年轮理化研究重点开放实验室，新疆树木年轮生态实验室，新疆乌鲁木齐 830002）

利用采自阿勒泰中部地区森林中下部林缘（1 354～1 970 m）5个采点的西伯利亚落叶松（Larix sibirica Ledeb.）及1个采点的西伯利亚云杉（Picea obovata Ledeb）样本，建立树轮宽度年表，分析年表特征参数的气候指示意义表明：在6个年表中，拜克托别标准化树轮宽度年表的信噪比和样本对总体的代表性最大、平均敏感度较高、一阶自相关较小，表明该标准化树轮宽度年表所包含的气候信息可能最为丰富，其次是大东沟前标准化树轮宽度年表。依据年表间的互相关系数，合成了由拜克托别和大东沟前2个采点构成的区域年表BKQ以及由拜克托别、大东沟前、二道房南和贾登屿4个采点组成的区域年表BDEJ。分析6个单点年表及2个区域年表对气候的响应发现，拜克托别年表相对于其它5个单点年表及2个区域年表，在重建阿勒泰气象站6—8月降水量方面可能具有很好的应用潜力，而区域年表（BDEJ）则在重建阿勒泰气象站4—8月降水日数方面可能具有很好的应用潜力。

阿勒泰中部；西伯利亚落叶松；西伯利亚云杉；树轮宽度年表；气候响应

树木年轮资料具有定年准确，连续性强，分辨率高，与气候要素相关度好等特点[1-3]。应用树木年轮分析，获取过去气候与环境变化的代用资料，是研究全球变化的重要手段之一。自20世纪80年代起，李江风、袁玉江等人就对新疆阿勒泰地区温度与降水进行了重建[4-5]。张同文等人建立了阿尔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月的月平均气温序列及积雪深度≥0 cm日数的长期变化，并对该地区近600 a来的夏季气候变化进行了分析。胡义成研制了阿勒泰中东部的8个树轮年表并重建了阿勒泰东部394 a来6—7月的平均气温序列[6-11]。但以前的研究存在所用气候资料年代较短、树轮年表与气候要素呈现出高相关（|r|≥0.5）的数量少。本文针对2013年在阿尔泰山中部森林中下部林缘采集的5个西伯利亚落叶松及1个西伯利亚云杉进行年表统计特征及其气候响应的分析，以便揭示这些年表在气候中的应用潜力，为以后将它们应用于气候重建提供参考依据。

1 研究区自然地理概况

研究区域位于新疆维吾尔自治区最北部的阿勒泰地区中部，包括布尔津、福海、阿勒泰和富蕴。研究区的地势沿西北部阿尔泰山山脊线向东南依次降低。该区属于北温带大陆性气候，具有春季干旱多风，夏季短而少炎、秋天气候晴朗、气爽，冬天严寒漫长、多大风的气候特点。月最大降水量和月平均最高气温都出现在7月，冬季气温低降雪量大。该地山区土壤呈明显垂直带状分布，自下而上依次为淡棕钙土、山地棕钙土、山地栗钙土、山地灰黑土、山地黑钙土、棕色针叶林土、山地草甸土、冰沼土。山区内动、植物种类丰富，其中西伯利亚落叶松、西伯利亚冷杉、西伯利亚云杉是我国的珍稀树种。该区也是我国唯一的泰加林带分布区[10]。

2 树轮样本采点特征

为了获取该地区的历史气候信息，依据树木年代学的基本原理[12]，结合以前野外工作实际情况，2013年7—8月在阿尔泰山南坡的布尔津、阿勒泰、福海和富蕴林场，进行了6个采点的树芯样本采集，其中5个采点为西伯利亚落叶松（Larix sibirica Ledeb.），1个为西伯利亚云杉（Picea obovata Ledeb），采点的地理位置如图1所示。每个采点至少采集20棵树，每棵树一般取2个树芯，共采集165棵树，330个树芯样本，采点的概况见表1。

3 气象资料

气象资料来自布尔津（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）和富蕴（89°31′E，46°59′N，810.5 m，1962—2013年）4个气象站，所用气候要素为月降水量≥0.1 mm的降水日数（以下简称降水日数）和月平均最高温度。图2为4个气象站平均的自建站以来1—12月的月降水量，降水日数和月平均最高温度。由图2可见，阿勒泰中部地区降水集中于 7月和11月，以7月为最多，1月和12月较少。降水日数以7，11和12月最多，10月最少。月平均最高温度7月最高，2月最低。

4年表研制和年表特征

4.1 年表研制

根据树木年代学的基本原理以及研究步骤[13]，将样芯固定，等样芯干燥以后，就把样芯进行磨平、打光及目测定年。用MeasureJ2X树木年轮宽度测量系统（精度为0.001 mm）测量树木年轮宽度值，实测样芯330个。交叉定年用折线图对比方法进行，并用国际年轮库COFECHA交叉定年质量控制程序进行交叉定年检验[14]。删除与主序列相关比较差的17个树芯样本，进入6个采点年表的共有313个子序列。完成交叉定年检验后，用国际年轮库ARSTAN年表研制程序进行年表研制，为了在树轮宽度年表中尽可能多地保留低频方差，使用负指数曲线或无正向坡度的直线对树轮宽度序列进行拟合，以去除树木自身的生长趋势，此外还使用2/3序列长度的样条函数进一步稳定年表的方差，最后得到6个采点的树轮宽度标准化年表（STD）、差值年表（RES）和自回归年表（ARS）。本文只对标准化树轮宽度年表进行特征分析，其主要特征参数统计见表2。图3是6个标准化树轮宽度年表的树轮宽度指数曲线。

4.2 年表特征

4.2.1 平均敏感度、标准差和信噪比

平均敏感度、标准差和信噪比是衡量年表所含气候信息多少的统计量，它们的值越大，说明样本所含有的气候信息越多[15-20]。从表2可见，阿勒泰中部6个采点标准化树轮宽度年表的平均敏感度除了塔尔恰特是0.191外，其它5个年表均超过了0.200，其中贾登屿、大东沟前采点超过了0.300；此外，大东沟前和拜克托别年表的标准差也较大；拜克托别年表的信噪比为57.80，是6个采点中最高的一个，其次为二道房南年表为（46.69）。通过对以上3个参数的对比分析可知：拜克托别、贾登屿、大东沟前3个年表所包含的信息可能会相对多于其它3个年表。

4.2.2 一阶自相关

年表的自相关系数反映了气候对树木生长的持续性作用。一阶自相关的大小，反映上一年的气候对当年轮宽的影响。如果一阶自相关大，上年气候对当年轮宽生长影响就强，反之亦然[21]。一般来说,对于高质量的年表,一阶自相关较小[22]。6个采点标准化树轮宽度年表的一阶自相关均较大，贾登屿年表最大为0.739，二道房南年表最小为0.456，石人东、拜克托别和塔尔恰特年表的一阶自相关也较小。说明二道房南、塔尔恰特和拜克托别可能含有相对较多的气候信息。此外，还计算了6个标准化树轮宽度年表的15阶自相关系数并作出其柱状图（图4）。连续显著正相关持续阶数最多的是贾登屿年表（15阶），其次为塔尔恰特年表（9阶），为3阶的有石人东、拜克托别和二道房南年表，为2阶的是大东沟前年表。因此，自相关角度看，大东沟前、石人东、拜克托别和二道房南年表可能包含的气候信息较多些。

4.2.3 树间相关系数、第一特征向量百分比、样本对总体的代表性

树木年轮学理论认为[23-24]：树间相关系数、第一特征向量百分比、样本对总体的代表性这3个统计量的值越大，说明年表中各样本序列的同步性越强。由表2可以看出石人东、拜克托别、大东沟前、二道房南这4个采点树轮年表间的树间相关系数超过了0.400。拜克托别年表的第一特征向量百分比最大，为48.8%。此外，大东沟前和二道房南年表的第一特征向量百分比也较大分别为47.8%、47.4%。6个采点样本对总体的代表性百分比平均值为95.8%，从表2可见，除塔尔恰特采点代表性较低以外，其他各个采点的代表性都高于或者接近平均水平。由以上分析可知石人东、拜克托别、大东沟前、二道房南这4个采点的样本序列共性较强，气候信息含量较大。

4.2.4 树轮年表的互相关系数

研究区域内各采点树木生长的同步性是由树轮年表的互相关系数反映[25]，6个标准化树轮宽度年表进行互相关分析，结果表明：（1）在6个年表中，除了石人东年表外，其它年表间的互相关系数都达到了0.01的显著水平。（2）2个位于阿勒泰林场的大东沟前年表和拜克托别年表的互相关最好，其相关系数达到0.693。这可能由于2个采点的空间距离近，均位于森林中下部林缘，树种相一致，从而使其具有相似的气候限制因子所导致的（表3）。

综上所述，在6个年表中，拜克托别标准化树轮宽度年表的信噪比（57.80）和样本对总体的代表性最大，平均敏感度较高、一阶自相关较小，表明该标准化树轮宽度年表所包含的气候信息最为丰富。其次是大东沟前、塔尔恰特、二道房南年表。

5 区域年表研制与相关函数分析

5.1 两个区域年表的研制

从表3可见，6个采点公共区间（1830—2013年）的拜克托别和大东沟前标准化树轮宽度年表之间的互相关系数高达0.693。此外，拜克托别、大东沟前、二道房南和贾登屿4个年表间的平均互相关系数为0.507，均远远超过了0.01的显著性水平。据此，将拜克托别和大东沟前2个采点的样本序列放在一起重新交叉定年，再将拜克托别，大东沟前，二道房南和贾登屿4个采点的样本序列放在一起重新交叉定年，用与前文相同的方法研制出阿勒泰中部地区的两个合成区域年表BKQ和BDEJ。

5.2 相关函数分析

各年表及两个区域年表与阿勒泰站气象资料的相关相对于其它3个站更好一些，这可能与阿勒泰气象站在经度上位于4个气象站的平均位置，各采点均与该站距离较近，且该站更靠近山区的森林下树线，对阿勒泰中部的气候具有较好的代表性有关。因此，这里针对阿勒泰气象站建立各采点及两个区域年表的相关函数（图5）并加以分析。

石人东年表与阿勒泰气象站上年7月至当年8月的逐月降水量均没有达到0.05的显著性水平；对于月平均最高温度而言只有上年8月达到了0.05的显著性水平，对于降水日数而言该年表上年10月和当年7月达到了0.05的负、正显著性水平。结合采点特征及与气候要素的相关系数综合考虑，该年表所具有的可能气候重建潜力为当年7月的降水日数变化和当年7月平均最高温度。

贾登屿年表和上年7月及上年8月降水的正相关系数均达到了0.05的显著性水平；与上年12月的平均月平均最高温度的正相关系数达到了0.05的显著性水平，与各月降水日数均没有达到0.05的显著性水平。综合分析，该年表所具有的可能气候重建潜力为上年7—8月的降水量变化。

拜克托别年表和上年8月，当年4、6、7、8月降水量的正相关系数均达到了0.05的显著性水平；对于月平均最高气温而言，当年7月和当年8月的月平均最高温度的负相关系数达到了0.05的显著性水平；对于降水日数而言，只有当年7月和当年8月的正相关系数达到了0.05的显著性水平。综合考虑，该年表所具有的可能气候重建潜力为当年6—8月的降水量变化。

大东沟前年表和降水的正相关系数与在当年7月和当年8月达到了0.05的显著性水平；该年表与当年5月平均月平均最高温度的负相关系数达到了0.05的显著性水平；对于降水日数而言，该年表和上年9月的负相关系数和当年4、7、8月的正相关系数达到了0.05的显著性水平。综合分析，该年表所具有的可能气候重建潜力为当年7—8月的降水日数或降水量变化。

二道房南年表与当年8月降水量的正相关系数达到了0.05的显著性水平；该年表与各月月平均最高温度均没有达到0.05的显著性水平；该年表与上年11月，当年7月和当年8月降水日数的正相关系数均达到了0.05的显著性水平。综合考虑，该年表所具有的可能气候重建潜力为当年8月的降水量或当年7—8月的降水日数变化。

塔尔恰特年表与上年8月和当年8月降水量的正相关系数均达到了0.05的显著性水平；对于月平均最高温度，该年表只与当年8月的负相关系数达到了0.05的显著性水平；该年表与上年8月，当年7月和当年8月降水日数的正相关系数达到了0.05的显著性水平。综合分析，该年表所具有的可能气候重建潜力为当年7—8月的降水日数或8月降水量变化。

由4个采点组成的区域年表BDEJ与当年4月、7月、8月的正相关系数达到了0.05的显著水平；而它和当年6、7、8月的月平均最高温度的负相关系数均达到了0.05的显著性水平；该年表与上年9月降水日数的负相关系数及与当年7月、8月降水日数的正相关系数均达到了0.05的显著性水平。综合考虑，该年表所具有的可能气候重建潜力为当年4—8月的降水量或7—8月的降水日数变化。

由两个年表构成的区域年表BKQ和当年4、6、7、8月降水量的正相关系数均超过了0.05的显著性水平，对于月平均最高温度而言，在当年7月和8月的负相关系数均达到了0.05的显著性水平，对于降水日数而言，在上年7月和8月以及当年4月的正相关系数达到了0.05的显著性水平。综合分析，该年表所具有的可能气候重建潜力为当年4—8月的降水量及7—8月的降水日数变化。

6 树轮宽度年表在季节气候变化重建方面的应用潜力

为了探讨各采点标准化树轮宽度年表所包含的气候信息，用采点附近的布尔津、阿勒泰、福海和富蕴等四个气象站自建站以来的月平均降水量、降水日数和平均最高气温，分别将它们上年1月至当年12月所有不同时段三种气候要素对应的顺序组合与阿勒泰中部6个标准化树轮宽度年表以及区域年表进行单相关普查分析，找出具有生理意义的最佳相关时段及其相关系数（表4）。

从表4可见：（1）除了位于布尔津的石人东年表外，各年表以及2个区域年表与阿勒泰气象站6—8月降水量的正相关系数都达到了0.01的显著水平，其中位于阿勒泰林场的拜克托别标准化树轮宽度年表与阿勒泰6—8月降水量相的单相关系数最高（r= 0.623），其次是区域年表BKQ，相关系数为0.593。6—8月属于西伯利亚落叶松和西伯利亚云杉生长的生长期，该时段降水偏多有利于低海拔树木的光合作用，加快形成层细胞的分裂，形成偏宽的年轮；反之，若降水不足，光合作用减弱，形成层活动受到抑制，形成偏窄轮。可见，降水是低海拔地区树木年轮宽度生长的主要气候限制因子。依据干旱半干旱区树木年轮气候学的基本原理，对与低海拔地区降水起直接的正向影响作用，温度则起到间接的反向影响。本文相关函数的分析结果符合树轮气候学的基本原理[26-28]。由此可见，拜克托别年表在重建阿勒泰气象站6—8月降水总量方面具有最好的潜力。

（2）除了石人东年表外，各年表以及2个区域年表与阿勒泰气象站4—8月降水日数的正相关系数都达到了0.01的显著水平，其中相关性最高的为区域年表BKQ（r=0.605），其次是区域年表BDEJ（r= 0.597）。由于相关系数相差很小，这表明区域年表BKQ和BDEJ在重建阿勒泰气象站4—8月降水日数方面具有大致相同的良好应用潜力。

（3）6个标准化树轮宽度年表以及2个区域年表与阿勒泰气象站6—8月平均最高温度的负相关系数均超过了0.01的显著水平。相关性最高的为区域年表BDEJ（r=-0.446），其次是区域年表BKQ（r= -0.422)。这是因为各采点位于干旱半干旱区的低海拔处，树木生长季4—8月降水少而温度高，最高温度偏高会增强土壤水分蒸发，从而使树木生长缺水，不利于其年轮生长，形成偏窄的年轮。考虑的对于森林中下部林缘的树木主要受土壤水分影响，最高温度通过蒸发使土壤水分减少，故年表与最高温度间的负相关实质上仍然反应了年表与降水的正相关关系。由于最大的单相关数绝对值小于0.5，因此这些年表在重建阿勒泰气象站6—8月平均最高温度方面可能不具多大的潜力。

6 讨论

年表特征参数进行比较分析表明：在6个单一采点中，从年表特征参数可以大致判断出拜克托别（BKL）标准化树轮宽度年表所包含的气候信息最为丰富，其次为大东沟前年表。这也被年表与阿勒泰气象站气候要素的相关分析结果所证实。相对于其它单个年表及2个区域年表，拜克托别年表在重建阿勒泰气象站6—8月降水量方面可能具有很好的应用潜力，而区域年表（BDEJ）则在重建阿勒泰气象站4—8月降水日数方面可能具有很好的应用潜力。但用本文研制的6个单点及两个区域年表重建阿勒泰气象站6—8月的平均最高温度潜力不大。

5 个单点年表及两个区域年表均与阿勒泰气象站夏季（6—8月）降水表现出显著的正相关，同时又和阿勒泰夏季（6—8月）平均最高温度表现出显著的负相关，且与降水的正相关系数明显大于和平均温度的相关系数，这符合干旱半干旱区森林中下部林缘树木生长主要受土壤水分制约实际情况。

在单个年表与气候要素的相关系数大于区域年表时，重建气候是用单个年表还是用区域年表好的问题，常常使人们面临两难的选择。一般而言，如果相关系数相差较大，可使用相关系数大的年表，如本文用拜克托别单个年表重建阿勒泰气象站6—8月降水会取得比用区域年表要好的结果。另外，当区域表与气候要素的相关系数大于或接近单个年表时，无疑应使用区域年表，以获得更好重建气候值的空间代表性及时间稳定性。但当多个单点及区域年表与同一气候要素序列相关系数接近时，应取哪一个？我们认为应该尽可能选用集成采点多且时间长的年表用于气候重建。因此，在本文中，拜克托别（BKL）、大东沟前（DDQ）及两个区域年表（BDEJ，BKQ）被发现均可用于重建阿勒泰气象站4—8月的降水日数，我们选用区域年表而非单个年表，而两个区域年表（BDEJ，BKQ）与阿勒泰气象站4—8月的降水日数的相关系数相差很小（0.597，0.605），建议在以后的气候重建工作中使用包含4个采点的区域年表（BDEJ），尽管相关系数小一些，但重建结果在空间和时间上会更稳定。

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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

海丽其姑·阿不来海提，袁玉江，魏文寿，等.阿勒泰中部地区树轮宽度年表特征及其对气候的响应[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（3）：44-51.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.03. 006

2014-12-13；

2015-01-21

国家自然科学基金（41275120）、科技部气象行业专项（GYHY201206014）、国家自然科学基金（40975056）、科技支撑项目（2012BAC23B01）及自治区重点实验室开放课题基金项目（XJDX0909-2012-04）共同资助。

海丽其姑·阿不来海提（1984-），女（维吾尔族），硕士研究生，主要从事树木年轮气候学研究。E-mail：hailiqigu2012@163.com

袁玉江（1955-），男，正研级研究员，从事树木年轮气候与水文研究。E-mail：yuanyuj5502@sin.com