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行业专项成果综述-沙漠地区历史气候变化序列重建研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2020/12/19 16:11:19   标签:   浏览次数:4557

项目编号GYHY201206014

研究周期2012年1月-2014年12月

国拨经费353万元(核减至342.4万元

项目负责人】尚华明

项目骨干成员】魏文寿 袁玉江 王丽丽 刘洪斌 张永香 刘明哲 陆亦农毛炜峄 江远安 喻树龙 张同文 陈峰 张瑞波 秦莉 李杨 范子昂 张合理 姜盛夏

项目承担单位中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所

项目协作单位中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆师范大学 国家气候中心 新疆维吾尔自治区气候中心 中国科学院地理科学与资源研究所

 主要研究成果

1)建立了我国三大沙漠及周边区域树轮资料数据库

完成了塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠和巴丹吉林沙漠及周边地区共158个点的树轮采样工作,其中平原区胡杨等树种58个。收集整理塔里木河胡杨宽度年表33个;新建树轮宽度年表97个,灰度年表6个、密度年表8个、同位素年表5个、细胞特征序列2个。建立了我国三大沙漠和周边地区气候变化序列信息数据查询系统和树轮资料数据库;数据信息包括采样点信息、树轮年表序列与年表特征信息(敏感度、序列长度、标准差、样本平均宽度等)、重建气候序列、相关论文等数据资料。实现信息显示、查询以及简单的统计分析功能,将树木年轮研究的各项信息在地图上以可视化的方式展现出来,实现树木年轮研究成果与地理信息的集成。

2)完成了新疆缺失资料插值,开展了古尔邦通古特沙漠和塔克拉玛干沙漠气候变化对比

采用多元回归方法对新疆缺失资料的15站进行插值,并采用多种方法对插补资料进行了检验,重建了新疆1051961-2010年月平均气温序列,为分析塔克拉玛干沙漠和古尔班通古特沙漠气温降水量变化的对比分析提供了基础数据。利用塔克拉玛干沙漠及古尔班通古特沙漠及其周边地区76个气象站1961-2010年的逐日地面观测资料,对比分析了两个沙漠及其周边地区气温和降水变化特征。塔克拉玛干沙漠升温速率低于古尔班通古特沙漠,塔克拉玛干沙漠周边山区上升速率接近或者大于大部分平原地区,而古尔班通古特沙漠周边山区上升速率与平原地区相比总体偏小,塔克拉玛干沙漠年气温的突变时间为1989-1993年,古尔班通古特沙漠为1994-1995年;古尔班通古特沙漠年降水量是塔克拉玛干沙漠的2.5倍,增速高于塔克拉玛干沙漠及其周边地区,塔克拉玛干沙漠的突变时间在1984年,古尔班通古特沙漠为1983-1986年。

3)拓展了树木年轮研究的新树种

首次利用天山山区的新树种(叉子圆柏、天山桦、昆仑圆柏)开展了树轮气候研究。灌木树种叉子圆柏广泛分布于天山山区海拔1200~3100m范围,比雪岭云杉的海拔分布范围更广,年轮边界清晰,树龄可以达到200年以上,树轮宽度具有较高的敏感度和序列间的一致性。由于分布在阳坡,滞后效应较弱,对当年生长季的水分状况更为敏感,可以作为当年生长季干旱指数的代用指标,所反映的气象要素和时段与雪岭云杉存在差异,因此在天山山区树轮年代学研究中能作为雪岭云杉的有益的补充。在天山南坡开都河流域利用天山桦开展树轮气候研究,发现天山桦年表与研究区内雪岭云杉树轮宽度年表间在全频域、高频域及低频域上均存在显著正相关,表明研究区域两者的树木径向生长可能受相似气候限制因子的影响。利用塔里盆地西南缘山区昆仑圆柏建立了新疆最长目前最长的近千年的树轮宽度年表,发现了树轮宽度能对帕米尔高原东部、天山山区和南疆平原区大范围降水具有较好的代表性。

4)开展了山区针叶树种与荒漠平原区阔叶树种的树轮气候对比研究

通过对新疆东部山区雪岭云杉和荒漠平原区胡杨树轮宽度年表的气候响应分析,探讨了山地与平原绿洲荒漠的树轮干湿变化记录的异同。两个树种的径向生长与SPEI之间都存在很强的正相关,两个树种所指示的干湿变化在年代际上存在一致性,但是胡杨对干湿变化响应往往滞后于雪岭云杉,这可能是山区径流向平原地区移动过程的产物。在生长于山地的雪岭云杉主要受到干湿变化控制,对气候变化响应敏感而迅速,而胡杨生长主要受到地下水水位的影响,地下水补给水源从山区到平原地区需要较长时间,使得胡杨对于区域干湿变化有所滞后。

利用天山南坡托什干河流域雪岭云杉与较低海拔的河道额河杨树轮资料,分析托什干河不同树种树木径向生长对气候和水文变化的响应,发现额河杨和雪岭云杉与径流量的相关性较高,额河杨树木径向生长响应夏季径流量,而雪岭云杉可以更好的响应水文年的径流量。

5)基于多树种多数轮参数开展了三大沙漠及周边区域过去不同气候与环境要素变化历史重建

利用三大沙漠及周边区域的树木年轮资料,基于多种树轮参数(包括树轮宽度、密度和稳定碳同位素等),重建了36条多种环境与气候水文要素序列(包括降水量、气温、干旱指数、植被指数、降雪量、积雪深度、径流量等)。其中塔里木盆地西北缘水汽压、准噶尔盆地西南缘降水日数、天山最大积雪深度均为本区域首次开展的基于树轮重建的气候要素。

分析了重建水文气候序列的冷暖、干湿、丰枯等低频变化特征,分析了其周期、突变等特征,分析了极端干旱年(枯水年)发生的规律、范围等,开展了极端干旱年与历史文献记录对比等研究。将不同区域的重建序列进行了对比研究和空间代表性研究,揭示了大范围干湿变化的同步性和局地性;从极端干旱年发生的大气环流条件、与海温信号的遥相关等角度,揭示沙漠地区气候变化的可能影响机制。

 

成果应用情况

    基于本项目重建的天山山区和新疆北部气候序列,利用方差分析方法中的周期叠加等方法,开展了新疆天山山区和北疆地区未来气候变化趋势预估。北疆区域包括位于准噶尔盆地及周边区域的23个站,天山区域包括10个山区站。预测项目包括北疆年平均气温及年降水、天山山区年平均气温和年降水。相关成果在新疆气象局2013-2015年“新疆农牧业气象年景分析预测研讨会”上报告,并进行了实测资料与预测结果比较检验,发现基于树轮重建气候序列的降水和气温的预报结果均具有一定的参考意义,降水预报的准确率高于气温。本项目成果为新疆区域气候年景预测结果提供了重要参考,为新疆农牧业生产服务,加强了区域气候变化应对和气象防灾减灾的能力。

 

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