全 文 ：地 理 学 报
ACTAGEOGRAPHICASINICA
第60卷第6期
2005年11月
Vol.60,No.6
Nov.,2005
采用高山松最大密度重建
川西高原近百年夏季气温
吴 普 1,3,王丽丽 1,2,邵雪梅 1,2
(1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；2.中国科学院青藏高原研究所，北京 100085；
3.中国科学院研究生院，北京 100039)
摘要：川西高原高山松树轮宽度及最大密度分析结果表明，最大密度年表和宽度年表中可提
取的气候信息是不同的，在温暖、水分条件适中的地区，采用树木密度指标分析气候要素的
变化是有效的途径。树轮宽度主要受5月降水影响，和西南季风活动有关；而最大密度主要
指示了夏季 (6~9月)温度。利用转换函数重建了川西高原近百年来夏季 (6~9月)温度，重建序
列的方差解释量为51%，(F=52.099，p<0.0001)。重建序列显示川西高原，30年代之前为
偏冷期，30年代到60年代为偏暖期，与四川地区近百年的冷暖时期比较一致。与平原地区的
成都相比，高原的升温转折点提前3年，表明高原地区对气温变化的响应更为敏感，川西高
原地区可能是四川省气候变化的先兆地区。1983年以后川西高原地区夏季温度呈明显的上升
趋势，20世纪90年代夏季温度的滑动平均为近百年的最大值，但在90年代初期仍处于均值
线以下，表现为凉夏；90年代后半期表现为夏旱。
关键词：川西高原；树轮；夏季气温
1 引言
川西高原是青藏高原东南部的主要部分，是青藏高原向我国第二阶地过渡的区域，
介于青藏高原主体与四川盆地之间，占四川省近2/3的面积。20世纪80年代末到90年
代初的研究发现，在全球变暖背景下，四川盆地气候变化与全球变暖的趋势并不同步，
80年代反而有降温趋势。因此，四川省区域气候变化的研究得到广泛关注。学者们普遍
认为研究川西气温、降水变化特点，对了解全球变暖背景下青藏高原及四川省的区域气
候变化及对全球变暖区域响应差异具有重要意义[1]。
树木年轮由于具有定年准确、连续性强、分辨率高、变量 (即轮宽、密度等)量测精
度高、与气候要素相关度高、地域分布广泛、易于采样和复本量好等特点，有着其他代
用指标难以达到的优越性，因而成为研究过去气候变化的首选代用资料之一，是当今过
去全球变化研究 (PAGES)的重要技术途径之一[2,3]。
我国的树木年轮气候学研究始于20世纪30年代，主要基于年轮宽度的研究，年轮
密度的研究较少。20世纪90年代以来我国的树木年轮气候学取得了长足进步，但区域发
展显著不平衡，主要集中在青藏高原和中国西北典型干旱、半干旱地区[4-8]，而在热带、
亚热带地区，树木生长条件优越、相互之间扰动较大、年轮宽度年际变化不明显，树轮
研究工作开展较少[9-14]。国际上热带、亚热带树木年轮气候学的工作主要在印度尼西亚和
南美洲等具有明显干湿季变化的地区[15-17]。
收稿日期：2005-03-22;修订日期：2005-07-06
基金项目：国家自然科学基金项目 (30270227);国家自然科学基金重点项目 (90211018)[!#$%&’()* NationalNatural ScienceFoundationofChina,No.30270227;KeyProjectofNationalNaturalScienceFoundationofChina,No. 90211018] 作者简介：吴普 (1979-),安徽全椒人,博士研究生,主要研究方向为全球变化。E-mail:wup@igsnr.ac.cn 998-1006页 6期 吴 普等：采用高山松最大密度重建川西高原近百年的夏季气温 木材密度作为树轮细胞直径及木质部细胞壁厚度和细胞腔大小等结构的间接反映， 它包含了从年轮宽度中无法提取的环境信息，尤其是在森林上限和高纬地区，最大密度 对气温的变化相当敏感，可用于进行温度重建[18-24]。 高山松 (!#$% &’#%()* +*%) 为耐寒、耐旱、耐贫瘠、喜光的阳性树种，占据着四川
西部亚高山常绿针叶林下限的重要地位，能在阳坡贫瘠的地段形成优势群落，是我国横
断山区中部的地带性植被类型之一[25]。高山松稳定群落的形成与分布本身即指示着一定的
气候信息。
本研究在我国亚高山常绿针叶林现代分布中心[25]的四川西部采集了高山松树芯样本，
分析了其树轮宽度及最大密度变化及其与气候要素之间的关系，并利用高山松树木年轮
最大密度重建川西高原地区近百年来的夏季 (6~9月)温度，并对其变化特征进行分析，
有助于了解青藏高原及四川省的区域气候变化和全球变暖区域响应的差异。
2 材料与方法
!# 样地环境及采样
本文所用树轮资料采自四川西部金川县独松乡色思满 (31.32oN，101.99oE，海拔2805
m)和万林乡线碉沟 (31.5oN，102oE，海拔3234m)两个样地 (图1)。在高山松林线的中、
上部用口径5.14mm生长锥分别采集了28棵树的49个样芯及20棵树的35个样芯。
样地位居青藏高原东南边缘，山体受河流强烈切割，地势起伏大，最高峰海拔5300
m以上，河谷最低海拔1500m，相对高差达2000~2500m。地形为东南低、西北高。受
西风南支急流、东南季风和西南季风的影响，冬季晴日多，日照强，日较差大，夏季雨
图1采样点位置示意图
Fig.1Thelocationofsamplingsitesandmeteorologicalstation
999
60卷地 理 学 报
日多，气温不高，形成本区冬寒夏凉的山地气候，年均温 10oC以下，无霜期不足 170
天，年降水量可达700mm以上，雨量较充足，但热量条件差，冬季干寒而漫长。
在植被区划上，属亚热带常绿阔叶林区川西高山山原峡谷针叶林地带大渡河中、上
游植被小区。以鳞皮冷杉、川西云杉以及它们的混交林和高山松林的广泛分布为其特征。
!! 气象资料
由于金川县没有气象数据，气候资料来自采样点附近的小金县气象站 (31oN，102oE，
海拔2369.2m)。所选季节是从上一年10月到当年的9月。当年9月之后高山松的径向
生长完成[26]，此时树木进入了休眠期，因此9月之后的资料没有选用。所用气候要素为月
平均气温和月降水量。从小金气象台站多年逐月平均气温与降水量变化看出 (图2)：气温
年较差不大，气温年变化曲线比较平缓，夏凉冬不严寒。最低温出现在一月，均温1.5oC
以上；最高温出现在七月，均温为20~22oC。虽偏居内陆，但受西南季风影响，降水丰
富，年平均降水量700mm左右。年内变化呈现双峰型，分别在6月和9月达到降水的
峰值，5月至9月是雨季，4月及10月是过渡时期，11月至次年3月为干季。雨季之中，
8月雨水又稍有减少，这可能是由于高空低槽线向北移动的缘故[27]。
!# 交叉定年及年表的建立
依照树轮样本处理的基本程序，对所采样芯进行干燥、固定、磨光和交叉定年，以
0.01mm精度的轮宽量测仪进行轮宽测量。利用COFECHA程序对定年和量测结果进行
了检验。其具体步骤为：首先以步长为32年的样条函数滤掉各宽度序列的低频变化，由
于所用样本树轮平均序列长度不足百年，选择约等于序列平均长度的一半为基本时段来
检验，相应地滑动间距取基本时段的一半[28]。完成宽度定年后，对样本进行分段、固定、
切片等密度数据的常规处理，最后在加拿大Laval大学树轮实验室用Dendro2003获得逐
年树轮宽度 (TRW)、早材宽度(EWW)、晚材宽度 (LWW)、早材平均密度(EWD)、晚材平
均密度 (LWD)、最小密度 (MID)和最大密度 (MXD)共7种树轮指数。
树轮年表的建立，是利用ARSTAN程序完成的。通过对原始树轮宽度及密度曲线的
观察，发现高山松轮宽曲线的变化并未呈现通常的负指数变化，而密度曲线围绕着均值
波动平缓，几乎没有表现出与树龄相关的生长趋势，因此对宽度和密度分别采用30年步
长的样条函数和 horizontalline进行了生长趋势的拟合，以双权重平均法 (Robust
图2小金平均气温及降水量的逐月分布
Fig.2MonthlymeantemperatureandtotalprecipitationatXiaojinmeteorologicalstation
温度
降水
月
温
度
(o C
)
降
水
(m
m
)
1000
6期 吴 普等：采用高山松最大密度重建川西高原近百年的夏季气温
¡¢ Mean M.S. S.D. a.c.
STD 1.017 0.062 0.091 0.347
RES 1.005 0.080 0.073 -0.061
GSxd
ARS 1.005 0.062 0.078 0.345
STD 0.989 0.051 0.055 0.306
RES 0.998 0.053 0.046 -0.146
GSsm
ARS 0.997 0.047 0.050 0.254
Note: Mean ¡¢£M.S. ¡¢£¤¥¦S.D. ¡¢£¤a.c. ¡¢¡.
表 ! 高山松三种密度年轮年表的统计量
#$% ! &’()*)+),-./ /0#0-/0-1/ 2)( 3456 #*6 34/7 图3树轮最大密度指数序列与气候要素响应关系 其中，*表示在95%的置信水平上相关达显著；**表示在99%的置信水平上相关达显著 Fig. 3 The response function analyses of MXD residual chronologies and climatic factors Note: * Shown the significance at 95% level; ** Shown the significance at 99% level Biweight)[29]将去除生长趋势后的序列合并 成均值为 1、最小值为 0的无量纲的树轮 宽度及密度指数序列。参照以往在湿润半 湿润地区建立年表的经验，除了常规的标 准年表 (STD)外，还建立了差值年表 (RES)和自回归年表 (ARS)。并对三种年 表若干统计量参数进行了对比 (表 1)，最 后选择了树轮差值年表代表树木径向生长。 3 树木径向生长和气候要素的关系 利用响应函数、相关函数等方法分析了树轮宽度、最大密度指数序列与小金气象站 上一年10月至当年9月月平均温度及降水量的关系。响应分析结果表明，当年5月的降 水对树轮宽度影响较大，而上一年10月的温度、当年6~9月的温度及7~9月的降水对树 轮最大密度影响较大。从树轮最大密度指数序列与气候要素的相关分析结果可看出 (图 3)，树轮最大密度指数序列与生长季6~9温度正相关，而与上一年10月及当年7~9降水 负相关；其中色思满高山松 (简称：GSsm)和线碉沟高山松 (简称：GSxd)的最大密度与 生长季7~9月温度及7~8月降水在99%的置信水平上相关显著，GSsm最大密度与上一年 10月的温度在95%的置信水平上也显著相关。生长季7~9月正是树木生长旺盛的阶段， 较高的气温有助于光合作用、细胞分裂及细胞壁的加厚，从而导致较高的最大密度。偏 相关结果显示，固定温度之后，最大密度与降水的关系不显著，这是由于在研究区域， 7~8月降水与气温之间存在着显著的负相关关系，降水是通过与气温的负相关关系而与最 大密度的关系表现为负相关关系。最大密度与上一年10月温度显著负相关的生理机理尚 不清楚，有待于进一步的研究。 1001 60卷地 理 学 报 4 转换方程的建立 依据树轮最大密度指数序列与气候要素间的相关及偏相关分析结果，选择了月平均 温度作为重建要素，并将对树木生长影响一致的月份进行了组合和两个样点的树轮最大 密度指数序列分别进行了回归分析。结果显示，夏季 (6~9月)温度与高山松最大密度指 数序列相关最高，是最佳的重建对象，这与DArrigo等[30]研究得出的最大密度最能揭示夏 季温度的结论一致。两个样点树轮最大密度年表在99%的置信水平上相关达0.508，不适 合用合并的平均序列来代表区域最大密度变化。因此，对两个样点最大密度差值年表采 用了主成分分析方法。主成分分析结果显示，第一主成分解释了总方差的75.4%，第二主 成分解释了总方差的24.6%，因此最终选择了第一主成分作为自变量，重建夏季6~9月 的温度。转换方程为： ! = 1.834PCA1 + 73.409 式中：!为夏季温度，PCA1为第一主成分。 从方程的统计量来看，此方程可解释夏季温度方差的52%，去除自由度的影响还可 解释51%，其用于F检验的F值为52.099，远超过了99.99%的信度区间，交叉检验的统 计量也均超过了99%的信度区间 (表2)，说明建立的方程稳定，可作为转换方程。 用第一主成分重建的夏季温度和器测的夏季温度的比较 (图4)，可以看出两者在高频 和低频变化上较为一致，且没有个别的奇异点出现，说明重建的结果应较为理想。 5 重建的气候变化 依据转换方程对小金地区夏 季 (6~9月)温度进行了重建 (图 5)，重建的时段是1917~2002年。 选定 1917年作为重建的初始年 是因为此时已有足够的样本量， 能保证样本量的变化对树轮最大 密度指数序列方差的影响不大。 之所以选择 15年作为滑动平均 的尺度是因为经过比较发现，在 该尺度下，重建值与器测值的对 应关系最好，其相关系数高达 0.766，说明重建的低频变化比较 可靠。 小金地区夏季气温过去近百 年来，存在多次明显的年际和年 代际的波动。重建的序列表现出 20世纪初，夏季气温呈上升趋 ¡¢£¤¥/% ¡¢£¤¥¦§¨/% F ¡¢£¤¥¦§ ¡¢£¤ ¡¢£¤¥ ¡¢£¤¥ ¡¢£¤ 52 51 52.099 34** 34** 3.9304 0.4629 0.6814 **¡¢£¤ 99%¡¢£¤¥ 表 ! 转换方程的统计量和交叉检验的统计量 #$% ! &#’()*& )+’,-./’ #’0 ,&/((12*&.).,#-./’ (-#-.(-.,(
温
度
(o
C
)
器测资料
重建
年
图4重建与器测的川西高原夏季 (6~9月)温度比较
Fig. 4 The comparison between the reconstructed summer (June-September)
temperature and the actual instrumental data in west Sichuan
1002
6期 吴 普等：采用高山松最大密度重建川西高原近百年的夏季气温
势，在 20年代中期达到
一个峰值，比我国夏季温
度 (6~8月)在 30年代达
到峰值略有提前[31]，总体
来看，30年代之前为偏
冷期，30年代到 60年代
为偏暖期，这与四川地区
近百年的冷暖时期比较一
致[32]。由于小金地区夏季
温度与年均温在99%置信
水平上相关达显著 (r=
0.571)，因此重建的夏季
温度的变化与四川地区年
平均气温比较是有意义
的。20世纪 70年代开始
降温，1983年是升温的
转 折 点 ， 经 采 用
yamamoto法 [33-34]检 验 ，
1983年并非真正的气候
突变点 (表3)，但就升温的发生时间来看，比平原
地区的成都夏季增温突变提前了 3年[32]，表明高
原地区对气温变化的响应比平原更为敏感，川西
高原地区可能是四川省气候变化的先兆地区[32]。
1983年以后小金地区夏季温度呈明显的上升趋
势，20世纪 90年代夏季温度的滑动平均为近百
年的最大值，但在90年代初期仍处于均值线以下，表现为凉夏，和李国平[35]预测的结果
相符；而90年代后半期表现为夏旱[36]。
6 讨论
通常，森林上限树木生长主要受温度控制[37]。在该研究区域，气候条件对树木生长而
言，是相对的满足序列 (complacency)，树轮最大密度还是主要表现受夏季温度控制。与
宽度相比，密度不仅能反映逐年的气候变化对树木生长的影响，还能反映一年内气候要
素变化对树木生长的影响。高山松最大密度差值年表中可提取的气候信息高于宽度年表。
尽管在森林上限，通常认为降水对树木生长影响是不显著的[38]。然而在本文的研究
中，5月的降水对轮宽生长表现为显著的正相关关系。研究区降水的主要来源是夏季的西
南季风，5、6月间季风顺青藏高原东南坡北上，在高原的东缘作气旋性的旋转，并与北
方气流间有辐合线，带来大量降水。因此，在高山松进入生长旺季时，树木生长对季风
降雨来临的早晚相当敏感，在统计上表现为显著的正相关关系，具有生物学意义。
高山松的高生长于6月结束[26]，当年7~9月总叶的光合作用最充分，北半球高纬地
区，晚材细胞壁的加厚不至影响细胞原生质的空间[39-41]，因此可以认为最大晚材密度主要
反映了净光合作用。较长的生长季和较高的生长季积温，使得细胞壁获得更多的时间完
成加厚的过程，从而形成较大的最大晚材密度。因而在统计上，表现为最大晚材密度和
夏季 (6~9月)温度总和显著正相关。7~8月较多的降水对应较低的最大密度，这种影响
图5重建的小金近百年夏季温度及其15年滑动平均曲线 (粗实线)，
细直线为多年平均值
Fig.5ThetemperaturereconstructionbasedontheMXDfromJunetoSeptember
1917-2002forthewestSichuanPlateau.Thethicklineisthe15-amovingaverage
表 ! #$!年真假突变点检验表 %&’( ! )*+*,+-./ .0 &’123+ ,4-5&+* ,6&/7* -/ #$!
a ¡ 10 a = 15 a = 16
s/n 0.094 0.034 0.07
¡¢£ ¡ ¡ ¡

1003
60卷地 理 学 报
可能是非直接的。7~8月小金地区降水变化和相对湿度的变化是一致的，与温度之间有较
强的负相关，过多的降水对应较高的相对湿度和较少的日照时数，间接降低了净光合作
用产物的累积，导致较低的最大密度。
7 结论
通过对采自小金地区线碉沟和色思满两个样地的高山松树木年轮宽度及最大密度的
分析以及它们和气候要素相关分析，得出如下主要结论：
(1)树木年轮宽度年表和最大密度年表中，可提取的气候信息是不同的；在温暖、水
分条件适中的地区，采用密度指标分析气候要素的变化是有效的途径；在川西地区，用
树轮密度进行气候重建的潜力很大。
(2)当年5月降水对高山松树轮宽度影响显著，而最大密度则指示了夏季(6~9)温度的
变化。
(3)采用转换函数对小金地区近百年来的夏季 (6~9月)温度进行了模拟重建，重建序
列的方差解释量为51%(F=52.099，p<0.0001)。重建序列显示小金地区20世纪初，夏
季气温呈上升趋势，在20年代中期达到一个峰值，比我国夏季温度 (6~8月)在30年代
达到峰值略有提前，但总体来看，30年代之前为偏冷期，30年代到60年代为偏暖期。
70年代开始降温，升温的转折点在1983年，比成都地区夏季增温突变提前了3年，表明
高原地区对气温变化的响应更为敏感，川西高原地区可能是四川省气候变化的先兆地
区。1983年以后小金地区夏季温度呈明显的上升趋势，20世纪90年代夏季温度的滑动
平均为近百年的最大值，但在90年代初期仍处于均值线以下，表现为凉夏；90年代后半
期表现为夏旱。
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3.A-.3&.$+ @10((5 () 70%+#+ 81.3+BC () @1%+#+#,9+%:%, 100049,70%.) <=&’(1*’> Havinganalyzedthetreeringwidthandmaximum latewooddensityofD%&# 3+#.$. fromwestSichuan,weobtainedthediferentclimateinformationfromtree-ringwidth
andmaximumlatewooddensitychronology.Thegrowthoftreeringwidthwasresponded
principalytotheprecipitationinMay,whichmightbeinfluencedbytheactivityofsouthwest
monsoon,whereasthemaximum latewood density reflected thesummertemperature
(June-September).Accordingtothecorelationrelationship,atransferfunctionhadbeenused
to reconstructsummertemperature forthe study area.The explained variance of
reconstructionis51%(F=52.099,p<0.0001).Inthereconstructionseries:beforethe1930s,
theclimatewasrelativelycold,andrelativelywarmfrom1930to1960,andthistrendwasin
accordwiththecold-warm periodofthelast100years,westSichuan.Comparedwith
Chengdu,thewarmingbreakpointinwestSichuanis3yearsaheadwhichshowsTibetan
Plateauwasmoresensitivetotemperaturechange.Therewasanevidentsummerwarming
signalafter1983.Althoughthelast-100runningaverageofsummer-temperatureinthe1990s
wasthemaximum,therunningaverageoftheearly1990sisbelowtheaveragelineandit
wascold-summer;summer-droughtpresentedinthelate1990s.
?9 6$(7&> westSichuan;tree-ring;thesummertemperature
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