摘要
中国是一个深受亚洲季风影响的国家，亚洲夏季风带来的降水对季风区人们日常生活和经济发展具有巨大影响。预测季风未来变化，以达到改善季风区人们生活质量的目标，还需要以深入了解季风演化历史作为前提。在已有历史气候变化研究的代用指标中，树木年轮具有分辨率高、样本地理分布广、记录连续以及重建气候可量化等特点，已成为重建过去百-千年气候变化的主要信息来源。而相比于树轮宽度，树轮稳定氧同位素(δ18O)具有分馏机制明确、所需样本量少、更易保存低频气候信号等优势，近年来成为树轮气候学研究的热点。而且，树轮δ18O在一定程度上继承了区域降水δ18O信号，与亚洲夏季风、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)等大尺度环流有着密切的联系。 在黄土高原东北部地区，许多树轮气候重建都是基于树轮宽度指标，而树轮δ18O的研究较少。因此，本文以树轮δ18O为研究载体，在黄土高原东北部的鄂尔多斯和包头地区分别建立了油松(Pinus tabulaeformis Carr.)树轮δ18O年表。通过相关函数分析、功率谱分析、空间分析等多种方法，探讨了影响研究区树轮δ18O变化的环境因子、树轮δ18O与大尺度环流的联系、研究区水汽来源等问题;并利用树轮δ18O年表开展了研究区气候重建。主要结论如下: 1.经过样品采集、前处理、提取树轮α-纤维素和δ18O测量等步骤之后，在鄂尔多斯和包头地区分别建立了公元1808-2012年和公元1800-2009年的油松树轮δ18O年表。通过与研究区最近的两个降水δ18O站点（包头、西安站）的比较，发现树轮δ18O继承了区域大气降水δ18O信号。通过与当地气象站气候因子（温度、降水、相对湿度）的相关分析，发现6-8月平均相对湿度是控制鄂尔多斯、包头地区树轮δ18O分馏的重要环境因子。 2.亚洲夏季风可以通过影响降水δ18O和相对湿度来影响研究区树轮δ18O变化。通过对鄂尔多斯、包头树轮δ18O年表与3个东亚夏季风指数和3个印度夏季风指数的相关分析，发现两个树轮δ18O年表均与印度夏季风显著相关，而与东亚夏季风相关较低，表明鄂尔多斯与包头地区夏季的水汽可能主要来源于印度洋。进一步将两个树轮δ18O年表与热带太平洋海表温度(SST)进行相关分析，发现两地树轮δ18O记录与6-8月中太平洋SST相关系数均高于其与东太平洋SST相关系数，反映了中太平洋ENSO对树轮δ18O的影响大于东太平洋ENSO。 3.根据鄂尔多斯树轮δ18O与6-8月相对湿度的高相关(r=-0.648，N=56，p＜0.001)，利用线性回归方程对1808-2012年鄂尔多斯地区相对湿度进行了重建。重建相对湿度对观测相对湿度（1957-2012年）的方差解释量为42.0％。重建结果表明在鄂尔多斯地区，极干旱年的发生频率高于极湿润年。1870-1900年是过去两个世纪最湿润的时期，而1830-1850年和1900-1930年是两个较长的干旱期，其中1925-1930年是过去两个世纪最为干旱的时段。空间分析表明该相对湿度重建具有较为广大的空间代表性。多窗谱(MTM)分析和聚合经验模态分解(EEMD)分析获得的3-7年准周期表明ENSO活动可能对该地的湿度变化有很大影响。除了ENSO的主导影响外，太阳活动和大西洋年代际涛动(AMO)等对研究地区相对湿度的影响也十分显著。 4.包头和鄂尔多斯两地树轮δ18O年表对比良好，在年际变化上显著相关(r=0.47，N=202，p＜0.001)。将两个年表标准化后，合成了一个能代表黄土高原东北部树轮δ18O的区域集成年表（1808-2009年）。通过与附近8个气象站的区域降水和温度进行相关分析，发现该区域年表与上年9月至当年8月区域年降水的相关十分显著（r=-0.650，N=52，p＜0.001），为此重建了1808-2009年黄土高原东北部降水变化。重建降水对观测降水（1958-2009年）的方差解释量为42.2％。在过去202年，一共存在34个干早年，30个湿润年;相比1958-2009年（观测时期），1808-1957年的气候相对比较湿润。重建降水序列与基于树轮宽度和历史文献资料重建的降水记录对比表明树轮δ18O比树轮宽度更能保存低频气候信息。由于热带大的火山喷发事件减弱了季风环流，所以黄土高原东北部降水在热带大火山喷发后的第1年显著减少。 5.通过对比黄土高原东北部、西部、东南部区域降水重建记录，发现黄土高原过去两世纪的降水存在显著的时空差异。在干/湿年份上，黄土高原东北部在1810-1850年代和1950-2000年代干旱年较多，在1870-1950年代湿润年较多，而在一些年代无干早年或无湿润年;黄土高原东南部除了1920年代发生较多干旱外，每个时期干湿年份分布比较均匀;黄土高原西部每个年代都有干旱发生，尤其2000年代发生5次干旱。在重大干旱事件方面，丁戊奇荒(1876-1878年)主要发生在黄土高原东南部，而民国大旱(1920年代中后期)在黄土高原各个地区均有发现。 6.通过分析鄂尔多斯地区和包头地区两地过去200余年的树轮δ18O记录，发现了关于亚洲夏季风自1930年代后持续变弱的证据。这和黄土高原西部、中国北方和南方的树轮重建降水、PDSI和相对湿度减少的趋势基本吻合。这表明1930年代后期开始，伴随着亚洲夏季风的减弱，降水减少，中国中东部广大地区呈现干旱化趋势。与此同时，全球变暖，气温上升，使中国中东部地区干旱化加剧，这值得引起政府和人们的注意。
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