全 文 ：第 29 卷 第 11 期 干 旱 区 资 源 与 环 境 Vol． 29 No． 11
2015 年 11 月 Journal of Arid Land Ｒesources and Environment Nov． 2015
文章编号:1003 － 7578(2015)11 － 180 － 05 doi:10． 13448 / j． cnki． jalre． 2015． 383
祁连圆柏径向生长对气候要素响应的再分析
*
郑永宏，贺红，李德龙，程星会，张雨叶，祝玲，胡勇
(武汉大学资源与环境科学学院，武汉 430079)
提 要:基于国际年轮数据库中祁连圆柏树轮宽度数据建立了树轮宽度标准年表，利用相关函数检验了
年表与临近气象站月(旬)平均气温、降水量之间的关系，旨在探讨旬值气候数据在树轮气候学研究中是否更
具有优势，并从更精细时间尺度上揭示祁连圆柏径向生长与气候要素之间的关系。研究结果显示:多时段气候
累积效应对树木径向生长的影响要高于单独时段气候对树木径向生长的影响;较月值气候数据组合，树轮年表
与旬值气候数据组合之间具有更强的相关性。研究结果表明，在树轮气候学研究中，旬值气候数据的利用将有
助于更精确表达树轮 －气候间关系。研究结果有助于弥补树轮气候学研究中旬值气候数据应用的严重不足，
为树轮气候学研究提供新的思路。
关键词:祁连圆柏;树轮;旬值气候数据
中图分类号:S718． 4 文献标识码:A
在全球气候变化背景下，树轮气候学研究取得了诸多重要成果［1，2］，在树轮气候分析中月值以及季节
的气候数据得到最广泛应用。有研究表明旬气候变化对植被的生长具有重要的影响［3］，那么，在树轮气
候学研究中，旬值气候数据是否较月值气候数据具有更强的优势?此问题的解决有助于树轮 －气候之间
的精细化分析。祁连圆柏(Sabina przewalskii Kom．)是我国特有针叶树种，而且也是寿命最长的树种之一，
不论是树轮年表的长度［4 － 6］，亦或是重建的气候历史长度［7 － 10］，均遥遥领先于其它树种，且这种优势在可
图 1 树轮样点及气象站分布图
Figure 1 Tree － ring sites and the distribution of meteorological stations
预见的将来无法超越。从旬尺度上揭示
祁连圆柏生长与气候要素之间的关系，将
有助于更进一步发挥祁连圆柏在树轮气
候重建工作中的作用。
1 材料与研究方法
选择国内树轮气候学研究较为深入
的柴达木盆地东缘山地作为研究区域，该
区域属高原大陆性气候，以干旱为主要特
点。所用树轮资料和气候数据(表 1、图
1)分别来源于国际年轮数据库(http:/ /
web． utk． edu / ～ grissino / itrdb． htm)和中国
气象科学数据共享服务网(http:/ / cdc．
cma． gov． cn /home． do)，气候数据包括日
平均气温、日降水量以及月平均气温和月
降水量。
* 收稿日期:2014 － 10 － 28;修回日期:2014 － 11 － 24。
基金项目:国家自然科学基金(41101186) ;国家基础科学人才培养基金《武汉大学地理科学理科基地》科研能力训练项目
(J1103409) ;武汉大学 2013 年度国家大学生创新创业训练计划(201310486036) ;中央高校基本科研业务费专项资金项目
(2042014kf 0299)资助。
作者简介:郑永宏(1978 －) ，男，河北唐山人，副教授，主要从事树轮气候学研究。E － mail:zhengyh@ whu． edu． cn
使用 AＲSTAN树轮年表研制程序，采用负指数函数进行生长趋势拟合(个别样本采用步长为样本序
列长度 2 /3 的样条函数拟合)，以双权重平均法对各样点分别合成树轮宽度标准年表。将日值气候数据
合成为旬值气候数据。
首先分析树轮年表与上年 6 月至当年 9 月［11］月平均气温、月降水量的相关关系，并利用偏相关分析
进行检验，确定对树木生长具有重要所用的关键时段;之后，针对关键时段，在旬尺度上分析树轮 －气候之
间关系。此外，对上年 6 月至当年 9 月任意连续月(旬)气候数据进行组合，比较月组合与旬组合气候数
据在树轮 －气候分析过程中的表达能力。
表 1 树轮及气候资料信息
Table 1 Information of tree － ring data and climate data
编号 DLH1 DLH2 DLH3 DLH4 DLH5 DLH6 TJ SG WL1 WL2 WL3 WL4 DL
数据集名称
CHIN
050
CHIN
051
CHIN
052
CHIN
053
CHIN
054
CHIN
055
CHIN
060
CHIN
005
CHIN
061
CHIN
062
CHIN
063
CHIN
064
CHIN
006
树轮资料长度
843 －
2001
828 －
2001
404 －
2002
451 －
2002
711 －
2003
1237 －
2002
943 －
2003
840 －
1993
857 －
2003
845 －
2001
681 －
2001
900 －
2001
159 －
1993
气候资料来源 德令哈 茶卡 都兰
气候资料长度 1956 － 2003 1956 － 2000 1955 － 1993
2 结果与分析
图 2 结果显示，5、6 月(尤其是 6 月)降水对祁连圆柏径向生长具有重要的作用，气温对树木生长的作
用亦不容忽视。偏相关分析进一步证实了上述结果，控制 5 － 6 月气温的影响后，5 － 6 月降水对各样点
(WL2 除外)树木生长具有显著正向影响;控制 5 － 6 月降水的影响后，5 － 6 月气温仍对 DLH4、TJ、WL1 树
木生长具有显著负向影响，但对其它样点树木生长则无显著影响。这说明，即便在较为干旱的柴达木东缘
地区，控制祁连圆柏径向生长的因素也并非是单一的。
图 2 各样点标准轮宽序列与相应气象站月值气温降水相关分析结果
Figure 2 Correlation analysis between ring － width chronologies and
monthly temperature and precipitation of the nearby meteorological stations
注:第一列数字代表月份，其中 P代表生长季上年;Tem代表月均气温，Pre代表月降水量;最小圆相关系数绝对值在 0 － 0． 05，相关系数增
加 0． 05，圆增大一级;实心圆为正相关系数，空心圆为负相关系数，阴影标注的方格为大于 95%的置信区间。
·181·第 11 期 郑永宏等 祁连圆柏径向生长对气候要素响应的再分析
图 3 结果显示，总体看，虽然 5 － 6 月各旬气温(降水)仍然主要体现为对祁连圆柏径向生长的负向
(正向)作用，但年表与各旬气候要素相关显著性却有较大差异(例如:5 月上旬多不显著)。这体现出在
精细时间尺度上，虽然树轮 －气候之间的整体关系未发生大的变化，但旬尺度数据的应用有助于精细刻
画、准确表达树轮 －气候之间的关系。
图 3 树轮宽度标准年表与旬气温降水相关分析结果
Figure 3 Correlation analysis between ring － width chronologies and ten － day mean temperature and precipitation
注:a、b、c分别代表上旬、中旬、下旬，其前数字代表月份。其它同图 2。
表 2、表 3 结果显示，祁连圆柏树轮年表与旬组合气候数据相
关系数基本都大于月组合，进一步表明旬值气候数据在树轮气候
学研究中具有更为重要的价值，更利于在精细时间尺度上揭示树
木径向生长与气候要素之间的关系。此外，同一树轮年表与旬组
合、月组合气候数据相关最高的时段对应关系并不是很一致(例
如:DLH2 与月组合降水相关最高时段为上年 7 月至当年 6 月，与
旬组合降水相关最高时段则为上年 8 月中旬至当年 6 月下旬)，这
体现了旬值气候数据的优势，同时也说明如果缺乏生理学依据，在
某种情况下即使树轮 －气候之间具有最高的相关，在重建过程中
也无法充分证实重建结果的可靠性。因此，为更准确重建过去气
候，今后有必要进一步加强树木生理过程的研究。
3 讨论
与先前研究［9 － 12］相比，文中从旬尺度上进一步分析了 5 － 6
月份降水对祁连圆柏径向生长的作用，与先前笼统认为 5 － 6 月降
水对祁连圆柏的限制性作用不同，我们发现，5 月上旬降水对树木
生长的限制性并不显著。这表明更精细时间尺度气候数据的使用
能得到更为接近真实的树轮 －气候分析结果。实际上，相比5月
表 2 年表与降水累积值相关分析结果
Table 2 Correlation analysis between
chronologies and accumulated precipitation
树轮样点
最大月份组合
/相关系数
最大旬组合
/相关系数
DLH1 P6 － T6 /0． 675 P6c － T6c / 0． 677
DLH2 P7 － T6 /0． 705 P8b － T6c /0． 722
DLH3 T2 － T6 /0． 700 T2b － T6c /0． 700
DLH4 T2 － T6 /0． 665 T3c － T6c /0． 669
DLH5 T1 － T6 /0． 724 P8b － T6c /0． 751
DLH6 T5 － T6 /0． 764 P8b － T6c /0． 779
TJ T4 － T6 /0． 585 T3c － T6c /0． 598
SG P6 － T8 /0． 618 P6b － T6c /0． 636
WL1 P7 － T6 /0． 721 P6c － T6c /0． 722
WL2 P9 － T6 /0． 601 P9a － T6b /0． 616
WL3 P6 － T6 /0． 587 P6a － T6c /0． 587
WL4 P9 － T6 /0． 605 P9a － T6c /0． 605
DL P7 － T6 /0． 690 P6c － T6c /0． 715
注:P代表生长季上年，T代表生长季当年，其后数
字代表月份，a、b、c分别代表上旬、中旬、下旬，结
果均达到 0． 05 的显著性水平。下表同。
各旬，总体上 6 月各旬降水对树木径向生长的限制性更为显著，这可能缘于伴随树木生长旺季的到来，树
木对水分的需求增加而导致。难以否认，除了降水变化信号，DLH4、TJ、WL1 样点祁连圆柏中亦蕴含丰富
的生长季气温变化信号，这可能缘于研究区较为干旱，较高的生长季气温增加了蒸发量，使得干旱胁迫效
应增强［11］;此外，上年秋冬季较高的气温可以使树木免遭或少受冻害影响［13］，使得一些样点的树木保存
了秋冬季气温变化信号。
与单一时段相比，多时段降水(或气温)的累积效应对树木径向生长的影响更为显著。实际上，在诸
多树轮气候重建研究中，往往重建某个季节［14 － 16］或跨年的 12 个月组合［11，17］气候变化，其重要原因之一
即是因为树轮年表与该季节(组合)累积值或均值的相关性较之单独月份更高。形成上述现象，则是由于
树木作为一种有机体，其前期生长对后期生长具有重要的影响。较月组合气候数据，树轮年表与旬组合气
候数据往往具有更高的相关系数，这是因为旬气候变化能够对树木生长造成重要影响［3］，月组合则忽视
了这种影响。
·281· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 29 卷
表 3 年表与气温均值相关分析结果
Table 3 Correlation analysis between chronologies and average temperature
树轮样点 最大月份组合 /相关系数 最大旬组合 /相关系数
DLH1 T6 / － 0． 373 T5b － T6c / － 0． 430
DLH2 T6 / － 0． 389 T6a － T6b / － 0． 417
DLH3 T6 / － 0． 475 T5c － T6c / － 0． 513
DLH4 T6 / － 0． 550 T6a － T6b / － 0． 572
DLH5 T6 / － 0． 542 T5b － T6c / － 0． 552
DLH6 T6 / － 0． 501 T6a － T6b / － 0． 526
TJ T6 / － 0． 505 T5c － T6c / － 0． 511
SG T6 / － 0． 521 T6a － T6c / － 0． 521
WL1 T6 / － 0． 577(P10 － P11 /0． 281) T6a － T6c / － 0． 579(T3b /0． 395)
WL2 T4 － T6 / － 0． 469(P10 － P12 /0． 489) T4b － T6a / － 0． 476(P10b － P12a /0． 494)
WL3 T4 － T6 / － 0． 383(P10 － P12 /0． 485) T5c － T6c / － 0． 391(P10b － P12a /0． 524)
WL4 T4 － T6 / － 0． 499(P10 － P12 /0． 417) T4b － T6c / － 0． 500(P10b － P12a /0． 462)
DL T4 － T6 / － 0． 411(P10 － P12 /0． 485) T4b － T6c / － 0． 419(P11c /0． 506)
4 结论
(1)柴达木盆地东缘地区祁连圆柏年表主要反映 5、6 月(尤其是 5 月中旬、6 月上旬、中旬)降水的变
化，部分年表亦蕴含较强且稳定的气温变化信号。
(2)气候对树木径向生长的累积效应要高于单独时段的作用。
(3)较月值气候数据，旬值气候数据在树轮气候学研究中更具有优势。
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A re － analysis on the response of radial growth of Sabina przewalskii to the cli-
matic change
ZHENG Yonghong，HE Hong，LI Delong，CHENG Xinghui，
ZHANG Yuye，ZHU Ling，HU Yong
(School of Ｒesources and Environmental Science，Wuhan University，Wuhan 430079，China)
Abstract:Based on the tree － ring width data from the International Tree － Ｒing Data Bank，we established ring
－ width standardized chronologies． Then，we analyzed the correlation between the standardized chronologies and
historical temperature and precipitation in month and ten － day obtained from nearby meteorological stations． In
order to discover whether ten － day temperature and precipitation data could draw a better conclusion than month-
ly data in dendroclimatology study or not，we compared the two correlation results and studied the tree radial
growth in a more precise time － scale． The results show that multi － period climate had a cumulative effect on sa-
bina przewalskii radial growth and a stronger impact than a single period climate． Compared with monthly data，
the relationship between ten － day climatic data and ring － width chronologies was stronger． What＇s more，in the
dendroclimatology research，ten － day climate data contributed to the more precise to express the relationship be-
tween tree － ring and climate，enabling our research to compensate for dendroclimatology study and to provide
fresh ideas in this area．
Key words:Sabina przewalskii;tree ring;ten － day climate data
·481· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 29 卷