全 文 ：武汉植物学研究 2001, 19( 5) : 397～402
Journal of Wuhan Botanical Research
江垭水库树木年轮与氵娄水河
近百年间气候变化

杨建明　陈　建
(湖北大学生命科学学院, 武汉　430062)
摘　要: 论述了湖南省桑植县氵娄水河地区的柏木生长年轮特点。根据柏木年轮资料分析得
知, 氵娄水河近百年间曾有过 19 次冷期阶段和 19 次暖期阶段, 文中表 2 显示了近百年氵娄水河
地区气候冷、暖阶段 2～3 年循环变化的周期规律; 通过年轮宽度指数与气候因子的相关性分
析, 为氵娄水河地区柏木生长的历史气候变化及环境变化提供了基础研究资料。
关键词: 树木年轮; 气候变化; 江垭水库
　　中图分类号: Q948. 112+ . 4; S791. 41　文献标识码: A　文章编号: 1000-470X( 2001) 05-0397-06
Tree Rings of the Jiangya Reservoir and Changes
of the Climate during the Recent
Hundred Years( 1902～1996) in Lou River
YANG Jian-Ming , CHEN Jian
( F aculty of L if e S ci ence, H ubei Univ ersity , Wuhan　430062, China)
Abstract: This paper dealt w ith the t ree-ring grow th characteristics o f Cup res-
sues f unebr is o f the Lou River , Sangzhi County, Hunan Province. A cco rding
to the data analysis on the tr ee-ring o f Cup ressues f unebr is, it has been shown
that 19 cold periods separated by 19 w arm periods occurred in the Lou River
during the recent hundred years . The climat ic pulsat ions of cold and w arm pe-
riods in the Lou River are tabulated in table 2. It has also been shown that 2～
3 years o f climat ic cyclic variat ions occurred in the Lou River during the recent
hundred years. Co rrelation funct ions of ring-w idth index w ith climat ic facto rs
are obtained by analysis, w hich pro vides a basic studying the g row th of Cu-
p ressues f unebris and forming the histo rical changes of the climate and environ-
ment in the Lou River region.
Key words : T ree-rings; Climate changes; Jiangya Reserv oir

收稿日期: 2001-01-20,修回日期: 2001-08-29。基金项目:本项研究得到长江水利委员会和长江流域水资源保护局资助。
作者简介:杨建明( 1957- ) ,男,副教授,从事植物解剖学、系统学教学及研究。
树木年轮是自然界环境变化信息的客观载体,历史时期的气候变化,可以通过对树木
年轮的生长数据分析而获知一些事实。在我国,竺可桢[ 1]曾利用物候资料和历史资料恢复
了过去 5千年来我国东部地区的温度变化曲线;姚擅栋等 [ 2]则利用古里雅冰芯资料探讨
了青藏高原近 2千年来的气候与环境变化;而吴祥定等[ 3]则利用西藏拉萨的树木年轮衔
接资料阐述了当地 2千年间的历史气候变化情况;康兴成等[ 4]利用青海都兰地区的树木
年轮资料,重建了当地 1835年间的历史气候变化。笔者采取类似的方法,根据湖南省桑植
县与湖北省鹤峰县交界处的江垭水库地区的树木年轮资料,初探该地区近百年间的气候
变化情况及未来趋势。
1　树木年轮样品的采集和读数
1. 1　采样
样品均采自江垭水库氵娄水河中游地区( 29°55′～30°09′N , 109°08′～110°02′E)当地沿
氵娄水河两岸坡地平均海拔 190 m , 全库区周围峰峦叠嶂、沟壑纵横, 最高山峰海拔达
1 681. 5 m , 氵娄水河是湘鄂界河;库区地处亚热带大陆性季风温湿气候区, 局部具河谷小气
候,四季分明,雨量充沛, 氵娄水河年径流丰富, 区域内年平均降水量达 1 950 mm, 年光照时
数 1 300 h 以上, 无霜期约 300 d, 年均气温 17℃, 极端最高气温 39℃, 极端最低气温
- 3℃。该区地带性植被为亚热带常绿-落叶阔叶混交林, 森林覆盖率为 46. 8%。海拔
800 m以下低山区,自然植被以香樟、楠木、杉木、马尾松为主, 800 m～1 500 m 地区分布
有水青冈、大叶杨、鹅掌楸为代表的落叶阔叶林。研究材料是柏木( Cup ressues f unebris
Endl. )的钻芯和圆盘样品,采自湖南省桑植县人潮溪乡氵娄水河西向坡地(海拔 190 m 上
下) ,此处生长着分散的柏木大树,为了达到年轮研究的复本原理要求,年轮样品取自 9株
大树共 18个钻芯 (树干距地面 1 m 处, 向阳面和背阴面各一钻芯) , 并取圆盘(距地面
35 cm处截取) 1个,样品年轮数最长达 95年, 样条经过打磨后使用精度为 1/ 100的测量
显微镜读数。
1. 2　读数及技术处理
依据树木年轮分析的基本程序 [ 5, 6] , 首先对样本进行预处理和读数定年及交叉定年,
最后确定最终年表序列。本文柏木最终序列为 1902～1996年, 共95年时间段。继而进行
生长量订正,以去除树木自身生长趋势, 并将部分样芯之间非一致性扰动滤除, 采用样芯
函数对各个标本序列进行曲线拟合(圆盘样本分别从 6个方向读数) , 最后确定结果。该种
树木在当地年轮宽度变化范围一般在 0. 2～8. 9 mm 之间,平均轮宽 2. 52 mm, 平均敏感
度 MS= 0. 319。
2　年轮序列的订正
研究树木年轮宽窄与气候变化的关系,必须把支配树木生长的遗传因素去除,即必须
进行生长量的订正,订正后的新序列才可以认为它的变化主要是受外界气候等因子所控
制。我们对柏木 95年的年轮数据进行分析比较,发现年轮宽度实际生长量与树龄的关系
可分为两个阶段处理(图 1)。
( 1)从幼年到 16年内, 生长速度大体按线性速度上升, 可以用逻辑曲线作其生长曲
线,形式为:
398 武汉 植 物学 研究　　　　　　　　　　　　　　　　第 19卷　　
横坐标: 1= 1902, 2= 1903,⋯95= 1996(年)
Ab scis sa : 1= 1902, 2= 1903,⋯95= 1996 ( year )
图 1　年轮宽度观测值
Fig . 1　T ree ring-w idth observat ion value
　
　
　
Y = W I / ( I + eaI- bI t) ,
t= 1, 2,⋯16。
其中: Y 表示第一阶段树
木生长量值; t 表示年轮序列;
W I , aI , bI 均为参数。
( 2)从 17 年后直到 95 年,
生长速度可以用二次曲线表示,
其函数形式为:
Y = W 2+ a2t+ b2 t2,
t= 17, 18⋯95。
其中: Y 表示第二阶段树
木生长量值; t表示年轮序列, t= 17, 18⋯95;W 2, a2, b2均为参数。
分别通过一元非线性回归, 求得:
Y= 798. 489 8/ ( 1+ e
1. 8035- 0. 3744t ) , 　　t= 1, 2,⋯16。
Y= 1 010. 901 0+ 25. 881 4t+ 0. 173 1t
2 ,　　 t= 17, 18⋯95。
横坐标: 1= 1902, 2= 1903,⋯95= 1996(年)
Abscis sa: 1= 1902, 2= 1903,⋯95= 1996 ( year)
图 2　年轮指数( 1902～1996年)
Fig. 2　Tr ee-ring index ( 1902～1996 year)
　
　
　
( 3)年轮指数的计算。
年轮指数定义为:
I ( t ) = Y ( t) / Y ( t) ,
t= 1, 2,⋯95。
其中: Y ( t )为年轮宽度观测
值,利用所得回归式求得 Y ( t )
后,计算 I ( t )。将 I ( t )绘于图 2,
并用 I ( t)进行分析(图 2)。
3　年轮与气候因子的相关性
我们得到了距取材地点较
近的氵娄水中上游位置的鹤峰县
气象站 36年的连续气象记录资
料( 1961～1996年) ,其中包括 4 个气象因子,即年平均气温、年均降水量、年均相对温度
和年均日照小时。对年轮指数及 4个气象因子进行了线性相关分析(表 1)。
结果表明年轮指数与年均气温的相关性达到显著程度。相关系数为 0. 344( P =
0. 040) ;与其它 3个气象因子的相关性不显著, 通过分析证明这一年轮宽度指数是能够用
来表征氵娄水河中游地区的温度要素的。
通过年均气温对年轮指数的回归分析,得下列关系式:
年均气温= 15. 141 8+ 0. 215 9×年轮指数
根据这个关系式, 可以计算出 1961～1996年年均气温 (图 3) , 并可进一步计算出
1902～1996年的年平均气温延伸预测值(图 4)。
如果我们以年轮指数平均值1. 00 (图 2)作为区分气候冷暖的数值界线, 那么年轮指
399　第 5期　　　　　　　　　　杨建明等: 江垭水库树木年轮与氵娄水河近百年间气候变化
表 1　年轮宽度观测值、年轮指数与气象因子的相关性( 1961～1996 年)
T able 1　T he co rr elation analysis o f between the tr ee r ing-width obser vat ion
value and tr ee-r ing index and met eo r olog ical fa ct or s( 1961～1996 year )
项目
Item
年轮宽度观测值
Tree ring -w idth
observat ion value
年轮指数
T ree-ring
ind ex
气　温
Air
temperatu re
降水
Precipita-
t ion
相对湿度
Relat ive
humidity
日照小时
Sunshin e
hours
年轮宽度观测值
T ree ring-w idth
observat ion valu e
1 0. 812 8
P = 0. 000
0. 401 6
P = 0. 015
0. 090 3
P = 0. 600
- 0. 054 6
P= 0. 752
0. 061 2
P = 0. 723
年轮指数
Tree-rin g ind ex
0. 812 8
P = 0. 000
1 0. 344
P = 0. 040
0. 096 8
P = 0. 576
- 0. 064 6
P= 0. 708
0. 271 4
P = 0. 203
气　温
Air temperatur e
0. 401 6
P = 0. 015
0. 344
P = 0. 040
1 - 0. 330 6
P = 0. 049
- 0. 426 5
P= 0. 009
0. 582 9
P = 0. 000
降　水
Precipitat ion
- 0. 090 3
P = 0. 600
0. 098 6
P = 0. 576
- 0. 330 6
P = 0. 049
1 0. 699 2
P= 0. 000
- 0. 371 8
P = 0. 026
相对湿度
Relat ive hum idity
- 0. 054 6
P = 0. 752
- 0. 064 6
P = 0. 708
- 0. 426 5
P = 0. 009
0. 699 2
P = 0. 000
1 - 0. 670 6
P = 0. 000
日照小时
Sunshine hours
0. 061 2
P = 0. 723
0. 217 4
P = 0. 203
0. 582 9
P = 0. 000
- 0. 371 8
P = 0. 026
- 0. 670 6
P= 0. 000
1
数的演变,就可以大致反映出从 20世纪初以来的冷暖期变化(见表 2)。
实线为观测值,虚线为预测值。横坐标: 1= 1961, 2= 1962,⋯36= 1996(年)
L ines show the ob ser vat ion valu e, dotted l ines show th e calcu lat ion value.
Abscissa: 1= 1961, 2= 1962,⋯36= 1996 ( year)
图 3　年均气温观测值与预测值拟合比较( 1961～1996年)
Fig . 3　T he comparat ive value of annu al average temp erature
ob servat ion and calculat ion( 1961～1996 year)　
　
　
从表 2 中我们可以看
到, 在这 95年中, 冷暖期各
出现了 19 次, 其中暖期共有
40年, 冷期 45 年, 冷期时间
较长, 反映近百年该地区气
候以偏冷为主; 特别是在 20
世纪 50年代的一个冷期, 持
续时间 11 年, 是近百年时间
里最长的一个冷期阶段。从
年轮指数(图 2)中可以看到,
在这段冷期中, 有 4 个最冷
年 份, 分别 出现 在 1951、
1953、1955、1957年,其中 1953年是该地区近百年来气温最低的年份。
横坐标: 1= 1902, 2= 1903,⋯95= 1996(年)
Absciss a: 1= 1902, 2= 1903,⋯95= 1996 ( year)
图 4　年均气温延伸预测值( 1902～1996年)
Fig. 4　Annual average temperature exten ding and
calculat ion value( 1902～1996 year)
如果以 1950 年为中线,
从图 4 和表 2 中可以看到,
20 世纪后 50年冷期持续时
间有 27 年, 前 50 年仅为 18
年,明显可见 20世纪后期比
前期冷, 这与多数学者研究
的结果一致[ 7]。且 20世纪后
期 80 年代出现的暖期小循
环又是该世纪最暖的年代。
该序列还明显地显示了冷暖
变化 2～3年的短周期性循环
400 武汉 植 物学 研究　　　　　　　　　　　　　　　　第 19卷　　
表 2　20世纪冷暖期变化年份及持续时间
T able 2　The var iable cold and warm yea rs and
thelasting per iod o f times in 20th centur y
冷 　期
Cold year s
年份
Year s
持续时间(年)
Keepin g
t imes (a)
暖 　期
Warm years
年份
Years
持续时间(年)
Keeping
t imes ( a)
1902～1903 1 1903～1905 2
1905～1906 1 1908～1910 2
1910～1912 2 1912～1913 1
1913～1915 2 1916～1918 2
1918～1921 3 1924～1926 2
1923～1924 1 1929～1931 2
1927～1929 2 1934～1935 1
1932～1934 2 1936～1941 5
1941～1943 2 1943～1948 5
1948～1959 11 1959～1961 2
1961～1962 1 1962～1963 1
1963～1964 1 1964～1965 1
1965～1967 2 1967～1968 1
1968～1969 1 1969～1972 3
1972～1977 5 1977～1979 2
1979～1980 1 1980～1983 3
1983～1985 2 1985～1988 3
1990～1993 3 1989～1990 1
1994～1996 2 1993～1994 1
与理论准二年振荡现象非常吻合,这
种周期性现象及变化规律, 给我们提
供了预测的可能,根据年均气温延伸
预测值我们可以较清楚的看到: 从
1994年以来的冷期低值波动线已经
接近了谷底, 预测从 1997年后应该是
回复上升的暖期到来, 然后 21世纪初
进入下一个冷期循环。上述该地区年
均气温的振幅测算不过±0. 2℃,而绝
对温差可达± 1. 5℃。
4　结果与讨论
利用树木年轮宽度推断以往的气
候变化情况,是研究历史气候变迁的
一种有效途径,特别是它能较客观地
反映当地天气变化及异常气象因子对
植物生长所造成的影响。通过对江垭
水库库区柏木年轮生长宽度变化的研
究,我们可以得到以下几点认识:
( 1) 树木生长的环境近百年来处
于较稳定的状态, 生长条件优越,有充
沛的雨水、湿热条件和其一定的光照
条件,年轮宽度变化较均一,没有特别异常现象出现, 春、秋材变化及比率变化也较稳定,
发育良好属满足型系列。
( 2) 树木生长的环境偏湿润,不缺乏水份供应, 空气湿度大。相对而言,树木生长发育
更需要温度和阳光,这从当地 36年来的气象记录实测值与年轮指数值拟合比较中可以看
到,年轮指数与年均温的相关系数为 0 . 344( P= 0. 040) ,而年日照小时、年降水、相对湿
度均不显著, 证明树木的生长发育中,当地温度的变化是至关重要的。
( 3) 树木年轮指数序列所表征的该地区近百年的年均气温变化证明, 20世纪最冷阶
段,持续时间最长阶段为 50年代, 前后持续约 11年,最冷年份为 1953年; 20世纪前半期
比后半期要暖, 而后半期 80年代出现的暖期循环又是近百年来最暖的年代,这与一些学
者研究的结果是一致的 [ 8 11]。
根据该序列周期性循环变化规律,可知当地 20世纪末较暖和,进入 21世纪后不久又
会回复到下一循环稍冷阶段。另外补充说明一点, 作者在表 2中对以前的气温进行了模拟
推测,这是根据当地气象站 36年( 1961～1996)气温实测数据与年轮实测数据指数曲线拟
合比较得出, 若当地气象记录的数据更多, 时间更长些, 可作 10年、20年间距平行线性比
较,气候因子与轮宽指数线性拟合将更接近和一目了然, 但正是因为历史气候实际记录有
限,所以用树轮、冰芯、钟乳石等自然生长之物作为过去环境变化记录的替代物[ 12]。在树
木生长过程中,受环境因子的影响是多方面的, 不仅有气温、降水、风、旱等;还受人为和树
401　第 5期　　　　　　　　　　杨建明等: 江垭水库树木年轮与氵娄水河近百年间气候变化
木本身病虫害的影响, 但有些是呈规律性的,如年均温、降水等,有些为非规律性的临时性
或灾难性的,这些变化特点都可通过年轮学的分析,区别判断得到相对客观的答案,甚至
有些也可通过模拟实验,得到更为客观的印证检验。总之,树木生长是受多种环境因子影
响,某些时段、情况下,某些因子起主导作用,某些起次要作用,这就需要具体问题具体分
析,不能一概而论,本文仅为初步探讨,还有待进一步深入研究。
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