腾格里沙漠南缘树轮记录的气候变化及其与周边地区沙漠化的关系

Tree ring is an important carrier that records the past climate change with high resolution. Changling Mountain located at the southern margin of the Tengger Desert is the nearest natural forest region to desert in China, also lies in the northwestern margin of the East Asian summer monsoon, and is an ideal area to reconstruct the past climate change using tree rings because tree growth is sensitive to climate change. In this project, Changling Mountain is selected as the study area, and Pinus tabulaeformis, dominant tree species in this area, is selected as an object of study. According to the simultaneous monitoring tree radial growth and environmental factors, the relationship between them will be analyzed to identify the main factors limiting tree radial growth. On this basis, a time sequence of high-resolution climate change will be reconstructed based on the result from quantitative analysis of tree ring width chronology and the main limiting factors. Combined with climate change recorded by tree rings and desertification recorded by sedimentary strata, historical documents and archaeological materials from the surrounding area, this study will explore the relationship between climate change and desertification. This work will not only provide high-resolution record for understanding the climate change in the Tengger Desert area over the past few centuries, but also be expected to advance the understanding of the role of climate change in the desertification, and it has practical significant for desertification control.

树木年轮是记录过去高分辨率气候环境变化过程的重要载体。昌灵山位于腾格里沙漠南缘，是我国距离沙漠最近的天然林区，同时也处于东亚夏季风西北边缘，树木生长对气候变化响应敏感，是利用树轮重建过去气候变化的理想场所。本项目拟选择昌灵山为研究区，以优势树种油松为研究对象，基于对树木径向生长和气候环境因子的同步监测分析两者的关系，找出树木径向生长的主要限制因子，在此基础上，根据树轮宽度年表和主要限制因子的定量分析结果重建该区高分辨率的气候变化序列，最后综合分析树轮记录的该区域气候变化过程和周边地区沉积地层、历史文献及考古资料等记录的沙漠化情况，探讨气候变化与周边地区沙漠化的关系。本项目不仅为认识近几百年来腾格里沙漠地区气候变化提供了高分辨率资料，还有助于深入了解气候因素在沙漠化过程中的作用，对沙漠化防治具有重要的实践意义。

树木年轮是重建过去高分辨率气候环境变化过程的重要载体，而树轮/气候响应机制分析又是利用树木年轮进行气候重建的生理学基础。本项目利用高精度树木径向生长记录仪动态监测腾格里沙漠南缘油松径向生长情况，结合树木年轮资料，从年内和年际不同时间尺度研究了树木径向生长与气候的响应关系以及不同树种对气候变暖响应的稳定性，并利用昌岭山和哈思山两个地区的油松树轮资料重建了高分辨率的河流径流、月平均最低气温和NDVI长时间变化序列。主要的研究结果有：（1）油松日径向生长变化主要受到前一年降水和当年生长季气候因子的影响，但前一年降水比生长季降水对油松日径向生长的影响更显著。年径向生长主要与降水（前一年9月和当年3-8月）和气温（前一年9月）有关，但对降水的响应更为敏感。（2）气温变暖后，油松和青海云杉年表与各气温要素的相关性显著增强，而青海云杉年表与气温要素的相关性变化更明显，指示了青海云杉径向生长对气温的响应更不稳定。（3）利用昌岭山油松树轮资料恢复了古浪河158a以来5-7月河流径流变化历史，重建结果表明，158a以来古浪河5-7月河流径流变化较大，经历了3个丰水期、4个枯水期和12个平水期，河流径流具有110a、60a、11a以及4-5a周期。（4）利用哈思山树轮资料重建了1804年以来本区1-3月月平均最低气温和6-9月NDVI变化序列，重建结果显示，1804年以来哈思山地区共出现31个偏暖年和34个偏冷年，1950s以来1-3月月平均最低气温显著增加；植被变化也经历了多次波动，而且与当地沙尘天气有一定潜在联系，但对沙尘暴的发生起到的作用是有限的。这些研究结果不仅有助于了解沙漠边缘地区树木生长规律，也为认识近几百年来腾格里沙漠地区气候、水文和植被变化提供了高分辨率资料，对森林管理和沙漠化防治具有重要的科学指导价值。