基于树木年轮的西风区典型区域水文气候响应关系及其时空变异性研究

Climate change and human activities influence on water cycle is a important tasks in the field of hydrology and water resources, which to reveal spatial and temporal variability of the regional hydrology, climate factors is a basic research, and the long sequence of hydrology, climate data more representative. Base on westerly typical region-Inner Mongolia region as the study area, sampled the tree-rings from populus, pinus tabulaeformis, platycladus orientalis, birch, pine, Mongolia fir and oak the 6 species of tree, used tree-rings discipline to establish comprehensive chronology nearly 200 years with 6 tree species and 7 groups of tree ring width; combined with modern hydrology, climate observation data, used the way of correlation analysis to reveal the relationship of all kinds of tree growth response to hydrological and climatic factors, reconstruct hydrological and climatic factors time series in study area almost 200 years; used mathematical statistic, the mean analysis, geological statistics method and so on to revealed the temporal and spatial variation of hydrology , climate factors in study area almost 200 years; used mean generating function to establish simulation model for hydrology, climate factors, predict the future trend, come up with all manner of responses preliminary. With these provide basis reference for climate change and human activities influence on water cycle, for Chinese westerly region provide tree-rings, hydrology, climate long series data, and also for formulated regional economy, resource, ecological environment coordinated sustainable development plan provide reference.

气候变化和人类活动对水循环的影响是水文水资源研究领域重要任务，揭示区域水文、气候要素时空变异规律是其基础研究，长序列水文、气候数据更具代表性。以西风区典型区域—内蒙古区域为研究区，对位于研究区的四个典型区域的胡杨、油松、杉松、侧柏、白桦、蒙古栎6个树种树木年轮进行取样，应用树木年轮学建立近200年六类树种七组树轮宽度的综合年表；结合现代水文、气候观测数据，采用多种分析方式，揭示各类树种生长对水文、气候要素的响应关系，重建研究区近200年水文、气候要素序列；应用数理统计、年代均值、地质统计等方法，揭示近200年西风区典型区域水文、气候要素时空变异规律；应用均生函数等方法，构建水文、气候要素动态模拟模型，预估未来变化趋势，初步提出应对方案。以此为气候变化和人类活动对水循环的影响提供基础参考，为中国西风区提供年轮、水文、气候长序列数据，亦为区域经济、资源、生态环境协调可持续发展方案制定提供参考。

中国内蒙古的西风区是全球水文、气候变化典型地区，水文、气候变化对区域人类社会产生了深远影响，了解该地区长历史时期的水文、气候时空变异规律成为急需，树木年轮为其提供了有效途径。本项目以西风区典型区域-内蒙古区域为研究区，对四个典型地区的胡杨、油松、云杉、侧柏、杜松、红皮云杉、榆树7类树种树轮进行了采样，应用树木年轮学建立了近200年七类树种八组树轮宽度综合年表；结合现代水文、气候观测数据，采用多种分析方式，揭示了各类树种生长对水文、气候要素的响应关系，重建了研究区近200年水文、气候要素序列；应用数理统计、年代均值、地质统计等方法，揭示了近200年西风区典型区域水文、气候要素时空变异规律；应用均生函数等方法，构建了水文、气候要素动态模拟模型，预估了未来变化趋势，初步提出了应对方案。结果表明：建立的七类树种八组树轮宽度综合年表均可靠可用；研究区树木生长总体上受气温影响最大，降水影响较小，而在东、西部径流有较强促进作用；重建的研究区203-343年的水文、气候要素序列均通过可靠性检验，准确可用。近200年来研究区的水文、气候变化总体上存在一定同步性，气温不断升高，径流量、降水量分别呈持续变枯、缓慢减少趋势；由东至西水文、气候变化逐渐剧烈，周期逐渐缩短；19世纪末期至20世纪中叶，经历了20-45年的显著低温期，此时东、西部径流量多年均值处于较高水平，中部则明显较低，降水亦呈现出相似规律；三者均在20世纪末期达到了历史上的较高/低水平，东、西部升温速率更快，东部径流量变枯持续时间更长。构建了均生函数-最优子集回归-主成分分析-BP神经网络（MGF-OSR-PCA-BP）耦合预测模型，并进行了9年情景预测，预测结果可靠；经预测年平均最低气温未来5年将持续处在高位，年径流量持续变枯，而3-8月降水量则有增加趋势，针对预测结果初步提出了应对方案。本次研究不仅丰富了全球树木年轮库和水文、气候代用资料成果，亦为区域水文、气候变化研究和生态环境改善等提供了基础参考。