樹輪如何破解氣候密碼？

歷時(shí)5年，中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所研究員楊保和合作者建立了青藏高原東北部自公元前2637年至2011年間的樹輪寬度年表，這份長(zhǎng)達(dá)4649年的年表是我國(guó)目前最長(zhǎng)的樹輪寬度年表。

樹輪研究?jī)?yōu)勢(shì)何在？

所謂樹輪氣候?qū)W，就是根據(jù)樹輪的變化推論過去氣候、研究氣候變化的方法性科學(xué)。在四季變化明顯的地區(qū)，樹木一般每年形成一個(gè)生長(zhǎng)輪，即年輪。年輪的寬窄和當(dāng)年的降水或溫度密切相關(guān)，因此可以用于恢復(fù)古氣候，是一種定年最簡(jiǎn)便、參數(shù)最客觀的代用資料。

“高分辨率、長(zhǎng)時(shí)間尺度的古氣候代用資料對(duì)于恢復(fù)儀器測(cè)量記錄之前的氣候變化史實(shí)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，尤其是根據(jù)其可靠的時(shí)間序列，可辨識(shí)自然變化基礎(chǔ)之上的人為因素影響。如果代用資料還能夠反映年際、年代際、百年尺度以及百年尺度以上的氣候變化波動(dòng)規(guī)律，就更是獨(dú)一無二的寶貴資源了。這樣的資料在自然界非常稀缺，而樹輪就是其中之一?！闭劦綐漭啔夂蜓芯康膬?yōu)勢(shì)，楊保打開了話匣子，“在一般情況下，在高緯度地區(qū)的森林分布北界，樹輪資料能夠提供歷史時(shí)期溫暖季節(jié)的溫度變化規(guī)律；而典型干旱或半干旱地區(qū)的樹輪記錄更多反映了濕度或降水的波動(dòng)信息。”

結(jié)合他們此次的研究情況，楊保說：“青藏高原對(duì)亞洲大氣環(huán)流和南亞季風(fēng)有重大的影響，它的氣候變化歷史是重建和理解地球氣候歷史的一個(gè)重要組成部分。我們小組和英國(guó)氣候研究組相關(guān)學(xué)者合作，主要利用樹輪寬度等，解密隱藏在其中的氣候密碼，提高對(duì)區(qū)域不同時(shí)間尺度干濕變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)水平?！?/P>

樹輪研究去哪采樣？

“我們主要從青藏高原東北部寒冷干旱區(qū)采樣。采樣點(diǎn)有21個(gè)，以祁連山圓柏樹作為采樣對(duì)象?！睏畋８嬖V記者，“我們建立了目前中國(guó)樣本量最大、年代最長(zhǎng)的樹輪年表，這同時(shí)也是世界上最長(zhǎng)的樹輪年表之一?！?/P>

之所以將圓柏樹作為采樣對(duì)象，楊保這樣解釋：“圓柏樹生長(zhǎng)較慢，不容易腐朽，對(duì)氣候敏感度高，一年樹輪寬度也就增加零點(diǎn)幾毫米。降水量少的話，一年增加0.2毫米至0.3毫米；降水量多的話，一年增加0.5毫米至0.6毫米。這就說明圓柏樹輪寬度增長(zhǎng)的年際波動(dòng)較大?！?/P>

采樣點(diǎn)的選擇也很有講究。楊保他們選擇的區(qū)域基本沒有受到人為干擾。“如果有人為干擾，樹木的長(zhǎng)勢(shì)就會(huì)發(fā)生變化，這樣便會(huì)給我們的研究帶來困擾。為保存盡可能多的氣候信息，減少非氣候因子的干擾，我們采樣選擇遠(yuǎn)離人為活動(dòng)的地方。”

此次長(zhǎng)達(dá)4649年的樹輪寬度年表刷新了我國(guó)的歷史紀(jì)錄。據(jù)楊保介紹，之前有影響力的我國(guó)樹輪寬度年表主要包括2003年的一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)2300年的研究以及2010年長(zhǎng)達(dá)3585年的研究。“我們此次研究范圍又?jǐn)U展了1000多年，這對(duì)古氣候研究非常有利?！?/P>

“通過與附近6個(gè)氣象站氣候因子的相關(guān)和響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，該年表序列是降水的代用指標(biāo)，與區(qū)域年降水量在儀器測(cè)量記錄時(shí)段1956年至2011年的相關(guān)系數(shù)非常高?！睏畋Ｕf。

如氣溫升高青藏高原東北部是否將更濕潤(rùn)？

“對(duì)青藏高原東北部樹輪寬度年表的研究顯示，如果未來北半球溫度持續(xù)上升，該區(qū)域降水將更加豐沛，氣候?qū)?huì)變得更加濕潤(rùn)?！睏畋＝榻B說，“相關(guān)研究成果已經(jīng)在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上發(fā)表?！?/P>

長(zhǎng)達(dá)4649年的樹輪寬度年表證明青藏高原東北部降水變化在最近10年、25年和50年都是過去3500年歷史背景下最濕潤(rùn)的時(shí)段，而顯著的干旱階段主要發(fā)生在公元前4世紀(jì)和15世紀(jì)的后半葉。

研究發(fā)現(xiàn)，重建的降水序列與亞洲夏季風(fēng)關(guān)系不大?！斑@表明研究區(qū)域的水汽可能主要來源于大陸氣團(tuán)的夏季對(duì)流過程。另外，本重建結(jié)果與古氣候網(wǎng)站美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)發(fā)布的長(zhǎng)逾千年的11條北半球溫度序列在年代際至百年尺度上都存在著顯著的相關(guān)關(guān)系。與‘中世紀(jì)暖期’(公元9至11世紀(jì))和‘小冰期’(公元14至19世紀(jì))相對(duì)應(yīng)。中世紀(jì)表現(xiàn)為持續(xù)的濕潤(rùn)狀況，而小冰期則呈現(xiàn)為明顯的年代際干濕波動(dòng)過程。”楊保說。

據(jù)了解，在此項(xiàng)研究中，與以往樹輪氣候?qū)W所遵循的標(biāo)準(zhǔn)化去除樹木生長(zhǎng)趨勢(shì)方法不同?！霸摲椒ㄍ谙L(zhǎng)趨勢(shì)的同時(shí)，也將部分低頻的氣候信號(hào)一同消除，使其難以真實(shí)反映百年尺度以上的氣候變化特征?！睏畋＝忉尩?，“我們按不同的生長(zhǎng)速率去除生長(zhǎng)趨勢(shì)后分別建立了數(shù)個(gè)樹輪寬度子年表，而后將這些子年表進(jìn)行平均，客觀真實(shí)地保留了樹輪記錄的低頻氣候信號(hào)?！?/P>