长江中下游树轮碳、氧稳定同位素的气候意义研究

The middle and lower reaches of the Yangtze River are characterized by dense population and strong environmental loads. Human production and lives are closely related to climate variations in the region. Long-term climate variations can not be revealed from short meteorological data. Climate-sensitive tree-ring width mainly contains temperature signals. Furthermore, many tree-ring width chronologies have mixed climate signals, and old Village trees and Scenic Spot trees have a small number for tree-ring research, which makes them unsuitable for climate reconstructions only using tree-ring width indices. However, compared with tree-ring width, stable carbon and oxygen isotopes have differnet responses to climate. This project will explore the climatic meaning of typical tree species, such as Pinus taiwanensis Hayata, Pinus massoniana Lamb, Cryptomeria fortunei, and Abies fargesii Franch using tree-ring stable carbon and oxygen isotopes in the middle and lower reaches of the Yangtze River. First, we choose in-store tree-ring samples or newly-collected ones from three categorized sampling sites: sites with clear climate signals, sites with mixed climate signals, and sites with old Village trees or Scenic Spot trees. Then, we extract their annual tree-ring α-cellulose, measure stable carbon and oxygen isotopes, explore their potentials for climate reconstructions, and build several transfer functions using single isotope series or combined tree-ring width and stable isotopes series. By doing so, we will make a strong basis to reconstruct past centuries of climate variations in the future.

长江中下游地区人口密集、环境负荷很大，该地区人民的生产生活与气候变化紧密相关。由于器测资料短，无法揭示该地区气候的长期变化规律。基于树轮宽度的研究发现，该地区树轮宽度指标主要反映了温度变化。另外，许多树轮宽度年表包含着复杂的气候信号，并且老龄的“村口树”、“景点树”样本量少，它们都不太适合于开展树轮宽度气候重建。由于树轮碳、氧稳定同位素具有不同于宽度指标的气候指示作用，本项目拟在长江中下游地区，针对该地区树轮气候学研究的典型树种，如黄山松等，分别选择树轮宽度年表中包含较强气候信号的样品、包含复杂气候信号的样品、“村口树”、“景点树”，利用已有树轮样品并补充采集部分树轮样品，提取树轮α-纤维素，测定其δ13C和δ18O，发掘利用树轮稳定同位素在该地区进行气候重建的潜力，建立多组基于单一指标或多指标的树轮气候重建转换方程，为未来有针对性地进行百年以上尺度的气候重建打下良好基础。

长江中下游地区气候变化与人民的生产、生活、社会发展都息息相关。但由于器测资料短，要认识该地区年代际乃至百年际尺度的气候变化规律，还需要求助于气候代用指标。树木年轮因为分辨率高，在年代际、百年际尺度的气候变化研究中发挥着重要的作用。该地区大量树轮宽度研究表明，树轮宽度的主要限制因素是温度，故此树轮宽度在重建温度方面起到了重要作用。少量的树轮同位素研究发现，树轮氧同位素中包含有暖季的降水信息。树轮氧同位素重建降水的质量可能与树种、地形、区域气候等因素有关，重建的方法也是一个需要探讨的问题。通过对四个样点的树轮氧同位素研究发现，树轮氧同位素中同时包含有当地降水量和降水氧同位素的信息，而ENSO信号通过调制大尺度季风降水氧同位素而被树轮氧同位素记录下来。个别样点树轮氧同位素中包含的气候信号不稳定，原因还在进一步的探讨当中。树轮碳同位素在单个点不同树之间的一致性远差于树轮氧同位素，而且还受到大气二氧化碳浓度变化的影响，目前在重建气候变化方面还不成熟。另外，在季风边缘区，树轮早、晚材宽度也包含有干湿变化的信息，这与季风降水的季节性进程有关。如华南树轮晚材宽度包含有7-8月干湿变化信息，秦岭东缘早材宽度包含有5-7月干湿变化的信息，而在温度对树木生长限制作用非常强的地区，早、晚材宽度中包含的气候信息仍然是温度。项目已产生三条树轮氧同位素序列，一条树轮碳同位素序列，六条树轮早、晚材宽度序列。该项研究表明，要通过树木年轮认识东南季风区降水变化的规律，主要还得求助于树轮氧同位素。在用树轮氧同位素重建降水变化时，可以通过去除单点树轮氧同位素中的部分ENSO信号来增强局地干湿变化信号。同时，通过合成具有不同气候特征的不同地区的树轮氧同位素序列，可以削弱局地干湿信号的影响，增强ENSO信号，用于研究过去ENSO的变化。