中纬度中国—塔吉克斯坦东西向树轮气候研究

发布时间：2017-06-26 13:22

  本文关键词：中纬度中国—塔吉克斯坦东西向树轮气候研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：亚洲中纬度干旱半干旱区的自然生态景观以荒漠(沙漠、戈壁)为主,主要受控于西风环流的影响,在现代间冰期及近千年来其温湿配置主要表现出“暖干-冷湿”的气候组合特征,而过去几十年该气候组合发生变化,更多呈现出“暖湿”的气候特点。但就总体而言,亚洲中纬度干旱半干旱区在过去千年-百年-年代际时间尺度气候(尤其是湿度／降水)都表现出与中纬度东亚季风区显著差异的空间格局,称之为全新世气候变化的“西风模态”。由于目前重建的亚洲中纬度干旱半干旱区近千年来的气候变化的时空分辨率仍然较低,而现代观测资料时间有限,因此亟需高分辨率的温度-湿度重建序列以便更清晰的认识年代际-百年时间尺度上温湿组合的空间格局特征。另一方面,伴随着全球变暖的影响,亚洲中纬度干旱半干旱区的气温在过去一个世纪经历了快速上升的一个过程,这导致了影响亚洲中纬度干旱半干旱区的大气环流发生变化,从而使得区域气候的温湿组合产生了显著差异。因此,系统地重建过去数百年亚洲中纬度干旱半干旱区高分辨率的温度、湿度序列,分析其变化规律,并与中纬度东亚季风区的温湿特征进行对比研究,无论是对认识年代际-百年时间尺度上中纬度亚洲气候变化的空间格局差异还是对预测全球变暖背景下未来一段时间的干旱半干旱区气候变化以及可持续发展都具有重要的科学意义和参考价值。本文利用来自亚洲中纬度干旱半干旱区的树轮宽度和树轮密度资料,分别重建了过去数百年亚洲中纬度干旱半干旱区典型地区(中国、塔吉克斯坦与吉尔吉斯斯坦)的湿度(降水)和温度的代用指标,深入分析不同区域的温湿组合配置特征和干湿变化的空间格局,并结合现代气候数据集对不同地区气候变化机制进行探讨。主要得到了以下结论1.区域温湿组合配置特征首先利用树轮宽度和树轮密度分别重建区域降水／干旱指数和温度序列,对比分析区域温湿组合特征：(1)位于季风区西部的甘肃东部黄土高原区近380年的暖季在年际和年代际尺度上都表现出暖干-冷湿的温湿组合,并受到了东亚夏季风活动的影响,即当东亚夏季风增强,水汽输送增强,降水增加,温度偏低,反之亦然。(2)位于西风季风过渡区的河西走廊近193年的暖季在年际变化上表现出暖湿-冷干的温湿组合,但受东亚大陆大气环流场和太平洋海温场变化的影响,在年代际变化上很多时段表现出不同的温湿组合,尤其以现代暖期和20世纪40-50年暖期最为明显。(3)新疆北部最近221年的暖季在年际和年代际尺度上都表现出暖干-冷湿的温湿组合,但自20世纪80年代以来出现了暖湿化趋势。总体而言,亚洲中纬度干旱半干旱区的暖季温湿组合在近200年来在年代际尺度上是以暖干-冷湿为主。2.中吉塔三国东西向干湿变化空间格局(1)对比位于季风区西部的河西走廊和黄土高原区干湿变化序列与季风区东部的山东油松树轮宽度序列,发现它们在年际变化上表现弱正相关,但在年代际变化上表现出较强一致性。因此,季风区东部和西部干湿变化是以同位相变化为主。(2)河西走廊和甘肃东部黄土高原区的近两个世纪的干湿变化在年际变化上具有良好一致性,并对于中国西北干旱区极端干旱事件有着良好响应,但同时在年代际尺度上一些时段存在差异,产生差异的重要原因可能是西风夏季风交互作用影响。(3)新疆北部不同地区既有很强公共干湿变化信号,也存在区域差异,最为明显的是天山东端和天山中西部,近30年来,在天山中西部和阿尔泰山出现变湿趋势的同时,天山东端却出现出现了变干趋势,同时天山东端干湿变化也与季风区干湿变化的关联更为紧密,天山东端很可能是中纬度亚洲干旱半干旱区的一个重要地理分界线。 (4)吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦的阿赖山脉干湿变化与天山中部的干湿变化在年代际上存在较强一致性,都共同指示了20世纪中亚变湿趋势的存在,而与蒙古国干湿变化更多地表现出了反位相变化,特别是1211-1225年,伴随着蒙古国中部相对湿润的气候,成吉思汗的蒙古帝国开始崛起,但在中亚地区这一时段却呈现出变干的趋势,恶劣的气候使得农业歉收,削弱了西辽和花剌子模对蒙古帝国入侵的抵抗能力。3.区域干湿变化驱动机理由于地理位置的差异,中纬度亚洲干旱半干旱区不同区域干湿变化驱动机理存在一定差异：(1)天山西部干湿变化与北大西洋、印度洋海温变化存在显著正相关,进一步分析发现天山西部的干湿变化与受北大西洋涛动所驱动的西风环流在长期变化上存在显著关联,即当北大西洋海温偏高,NAO处于负相位,中纬度西风得到增强,与此同时,整个西伯利亚地区高度场负异常、青藏高原出现正异常,造成气压梯度增大,将来自阿拉伯海和地中海的水汽更多地向中亚地区输送,反之亦然。天山中西部最近30年暖湿化趋势很有可能受这种机制和全球变暖的双重影响。(2)包括阿尔泰山在内北亚森林南缘的干湿变化具有很强一致性,而空间相关分析发现阿尔泰山降水变化与太平洋热带海区海温存在显著正相关。研究发现,在偏湿年份,盛行西风和东北风,来自北半球高纬度海区和太平洋的水汽能够深入内陆,随之而来的冷暖气团交汇能够带来更多的降水,从而有利于树木生长,形成较宽的树轮,反之亦然。(3)塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦交界的阿赖山脉干湿变化与热带印度洋海区海温存在显著正相关,这说明热带印度洋可能是阿赖山脉水汽来源,而20世纪的阿赖山脉变湿趋势也可能与海温异常上升有关。相关分析发现阿赖山脉PDSI重建序列与南亚夏季风指数在年代际变化上存在显著正相关,进一步研究表明在偏湿年份,增强的南亚夏季风气流越过阿拉伯半岛和伊朗高原,在盛行西风的作用夏,更多来自印度洋水汽进入中亚内陆地区,大气中的可降水量增加,降水增多,改善研究区土壤湿度,促进树木生长,反之亦然。4.中国西北干旱区温度变化的因子研究发现新疆北部与吉尔吉斯斯坦、河西走廊的温度重建序列存在显著相关,这为中纬度亚洲干旱半干旱区大范围温度重建奠定了基础。同时,研究还表明在西风环流作用下,太阳黑子活动、火山喷发、北大西洋海温对于中纬度亚洲干旱半干旱区温度变化具有显著影响。在有大规模火山喷发的年份,中纬度亚洲干旱半干旱区温度平均下降0.4-0.6℃,同时在西风环流作用下,来自西风带的火山喷发影响要大于热带的火山喷发影响,特别是1783年冰岛Laki火山喷发,为最近三个世纪以来最冷的年份。空间相关发现新疆北部地区温度变化与中高纬北大西洋和太平洋海温存在显著正相关,当中纬度西风输送能力增强,更多湿润云和水汽的东移,使得中亚西风区上游欧洲北大西洋沿岸地区云量减少,使得新疆北部地区云量增加,导致大气可降水量增加,降水增多,温度下降,反之亦然。5.中国东部季风区干湿变化的空间格局结合树轮资料和器测资料证实中国东部季风区在年代际变化上存在南北向三极型分布格局。同时,相关分发现华南地区干湿变化与东亚夏季风存在显著正相关,并受到了ENSO活动影响,即在偏湿年份,海温分布型表现出典型的拉尼娜现象,即太平洋海温的东低西高,东亚夏季风较强,西太平洋副高的位置偏北,来自低纬西太平洋的水汽输送增强,缓解了季风旱季的干旱胁迫加剧,有利于树木生长；在偏干年份,海温分布型表现出典型的厄尔尼诺现象,即太平洋海温的东高西低,东亚夏季风偏弱,来自来自低纬西太平洋的水汽输送减少,导致降水量减少,使得季风旱季的干旱胁迫加剧,不利于树木生长。这一研究证实了在中国东部地区进行树轮干湿气候重建研究是可行的,并具有很大研究潜力。
【关键词】：亚洲中纬度干旱半干旱区 树轮 气候重建 时空变化 气候机制
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P467
【目录】：

• 中文摘要5-9
• Abstract9-16
• 第一章 绪论16-26
• 第一节 中东亚树轮气候研究进展17-22
• 1.1.1 亚洲大陆东半部气候区划17-18
• 1.1.2 “季风亚洲”树轮气候研究进展18-21
• 1.1.3 “西风亚洲”树轮气候研究进展21-22
• 1.1.4 东北亚树轮气候研究进展22
• 第二节 中国树轮密度研究进展22-23
• 第三节 选题依据和论文结构23-26
• 1.3.1 选题依据23-24
• 1.3.2 论文结构24-26
• 第二章 研究区概况与研究方法26-37
• 第一节 研究区自然地理概况26-28
• 第二节 树轮资料28-32
• 2.2.1 甘肃树轮资料28-29
• 2.2.2 新疆北部树轮资料29-30
• 2.2.3 吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦树轮资料30-32
• 2.2.4 中国季风区东南部树轮资料32
• 第三节 气象数据与研究方法32-37
• 2.3.1 树轮实验方法和树轮年表的建立32-35
• 2.3.2 气象数据和分析方法35-37
• 第三章 树轮气候重建结果37-74
• 第一节 甘肃树轮气候序列的建立37-48
• 3.1.1 河西走廊树轮气候序列的建立及其变化特征37-44
• 3.1.2 甘肃黄土高原区树轮气候序列的建立及其变化特征44-48
• 第二节 新疆北部树轮气候重建48-62
• 3.2.1 新疆北部干湿变化序列的建立及其变化特征48-58
• 3.2.2 新疆北部暖季温度重建及其变化特征58-62
• 第三节 吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦树轮气候重建62-68
• 3.3.1 吉尔吉斯斯坦夏季温度序列的建立及其变化特征62-65
• 3.3.2 吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦干湿变化序列的建立65-68
• 第四节 福建中部干湿变化重建68-72
• 第五节 小结72-74
• 第四章 讨论74-98
• 第一节 区域温湿组合特征变化74-79
• 4.1.1 甘肃河西走廊温湿组合变化74-76
• 4.1.2 甘肃东部黄土高原区温湿组合变化76-78
• 4.1.3 中亚温湿组合变化78-79
• 第二节 中吉塔东西向干湿变化空间格局及区域干湿变化驱动机制79-90
• 4.2.1 中吉塔东西向干湿变化空间格局79-84
• 4.2.2 中亚干旱区区域干湿变化驱动机制84-90
• 第三节 中国西北干旱区温度变化的影响因子90-93
• 第四节 中国东部季风区干湿变化南北向空间分布93-96
• 第五节 小结96-98
• 第五章 结论与展望98-101
• 第一节 主要结论98-99
• 第二节 问题与展望99-101
• 参考文献101-114
• 在学期间的研究成果114-119
• 个人简历119-121
• 致谢121-122

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：486319