张齐兵-树木年轮学
树木年轮学树木年轮学 Dendrochronology 张齐兵 中科院植物所生态中心中科院植物所生态中心 1) 树木年轮气候学树木年轮气候学 2) 树木年轮生态学树木年轮生态学 3) 树木年轮水文学树木年轮水文学 4) 树木年轮冰川学树木年轮冰川学 5) 树木年轮考古学树木年轮考古学 6) 树木年轮学分支学科树木年轮学分支学科 树轮学是一门快速发展的学科树轮学是一门快速发展的学科 IPCC 2001: 850 篇参考文献中篇参考文献中, 226 篇关于古气候学，篇关于古气候学， 145 篇来源于树轮学篇来源于树轮学 北美与欧洲树轮研究单位北美与欧洲树轮研究单位 中国树木年轮研究单位中国树木年轮研究单位 中科院地球环境所中科院地球环境所 国际树轮研究地点分布国际树轮研究地点分布 World Data Center Paleoclimatology, 寒旱所镜象网站：寒旱所镜象网站：http:/wdc.casnw.net/paleo/paleo.html 植物所树轮研究地点植物所树轮研究地点 树木年轮学概念树木年轮学概念 Leonardo da Vinci (1452-1519) 1) 树木年轮学定义树木年轮学定义 2) 学科特点学科特点: 定年准确定年准确, 分辨率高，敏感性强， 时间与空间尺度，取样难易，分析费用 分辨率高，敏感性强， 时间与空间尺度，取样难易，分析费用 小结小结 (1): 树木年轮学定义与特点树木年轮学定义与特点 研究课题研究课题1：气候变化：气候变化 青藏高原近两千年的气候变化特征青藏高原近两千年的气候变化特征 Delingha Wulan Dulan 青藏高原研究地点青藏高原研究地点 样本采集样本采集 野外采样：野外采样：1) Ecological Amplitude 野外采样：野外采样：2) 敏感性原则敏感性原则 野外采样：野外采样：3) 长序列长序列 野外采样：野外采样：3) 长序列长序列 (都兰古墓都兰古墓) 野外采样：野外采样：4) 复本量原则复本量原则 实验室样品固定，打磨与测量实验室样品固定，打磨与测量 交叉定年交叉定年(Cross-dating) 计算机上相关系数计算机上相关系数 交叉之中找特征年交叉之中找特征年 显微镜下观察样本显微镜下观察样本 A.E. Douglass (1867-1962) 1901年：年：Flagstaff 1911年：年：Prescott Sample 560-2-6 0 1 2 18001850190019502000 Indices Sample 560-2-6 0 1 2 3 Widths (mm) 0 20 40 60 Sample Depth 0 0.5 1 1.5 2 -400 -20002004006008001000 1200 1400 1600 1800 2000 Ring-Width Indices It = t t A R = t tt A RA+ = 1 + t t A R 建立年表：去趋势及多样本平均建立年表：去趋势及多样本平均 年轮-气候的关系年轮-气候的关系 1) 响应函数：响应函数： 2) 转换函数：转换函数： 年轮-气候关系的生物学基础年轮-气候关系的生物学基础 生长限制因子生长限制因子 Uniformitarianism 0.5 1 1.5 -400 -200-12004006008001000 1200 1400 1600 1800 2000 Year Ring-Width Indices The present is the key to the past The past is the key to the future 0.5 1 1.5 -400-2000200400600800100012001400160018002000 Year Ring-Width Indices Tree-Ring Indices DulanDulan 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 WulanWulan 0.5 1 1.5 13001400150016001700180019002000 Year 0.5 1 1.5 13001400150016001700180019002000 Year DelinghaDelingha 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 都兰都兰, 得令哈与乌兰得令哈与乌兰 (区域性）区域性） 1. Fritts, H.C. 1976. Tree Rings and Climate. Academic Press, 568p. 2. Frits, H.C. 1966. Growth-rings of trees: their correlation with climate, Science, Vol 154: 973-979. 3. LaMarche, V.C. 1978. Tree-ring evidence of past climatic variability, Nature, Vol 276: 334-338. 4. Jacoby, G. et al. 1996. Mongolian tree rings and 20th-century warming, Science, Vol 273: 771-773. 5. Mann, M. et al. 1998. Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries, Nature, Vol 392: 779-787. 树木年轮气候学树木年轮气候学 (文献）文献） Mann-Bradley-Hughess Hockey Stick Critique of conventional method 1. The principle of site selection 2. The principle of ecological amplitude 3. The principle of replication 4. The principle of crossdating 5. The principle of aggregate tree growth 6. The principle of limiting factor 7. The uniformitarian principle 小结小结(2): Principles of Dendrochronology 研究课题研究课题2：生态干扰：生态干扰 Temporal periodicity and spatial synchroneity of spruce budworm outbreaks in BC, Canada 科学问题科学问题 1）虫害爆发是否具有周期性？）虫害爆发是否具有周期性？ 2）虫害爆发是否具有空间一致性？）虫害爆发是否具有空间一致性？ 3）影响种群动态的因素：）影响种群动态的因素： 生物自身特性？寄主特性？气候？生物自身特性？寄主特性？气候？ Choristoneura 是重要的生态干扰因子是重要的生态干扰因子 研究区域研究区域 2 4 5 6 3 7 8 1 野外采样野外采样 寄主与非寄主寄主与非寄主 实验室测量实验室测量 Lintab Windendro 年轮宽度测量年轮宽度测量 虫害爆发与树木年轮的响应虫害爆发与树木年轮的响应 a) Balsam 816-2 b) Spruce 284-5 1899 1901 1903 1931 1933 1935 c) Spruce 73-4 d) Balsam 556-4 1957 1959 1961 1990 1992 1994 Bark 1700175018001850190019502000 Calendar Year Tree-Ring Indices 1 0.5 1.5 Interior Spruce Subalpine fir Lodgepole pine Fort St. James District 树轮年表树轮年表 0 1000 2000 3000 4000 5000 124681020406080 100 Power 周期分析周期分析 Period (years) 校正后的寄主树木年轮年表校正后的寄主树木年轮年表 1700175018001850190019502000 Year 2) F-TL 3) M-OS 8) R-MK 1) F-GM 4) M-CH 5) M-PH 1700175018001850190019502000 Year 2) F-TL 3) M-OS 8) R-MK 1) F-GM 4) M-CH 5) M-PH 2 1 0 2 1 0 6) P-BE 7) R-HM 6) P-BE 7) R-HM Fritts, H.C. and Swetnam, T.W. 1989. Dendroecology: a tool for evaluating variations in past and present forest environments. Advances in Ecological Research, Vol 19: 111-188. Bio- Atmos- Geo- 1. Specific ecological events (flooding, rock slides, volcano) 2. Past forest disturbances (insect outbreak, fire) 3. Climatic or hydrologic conditions (drought, water level) 4. Climatically related variations in animal populations and behavior (fishery, mule deer population) 种群动态，群落演替，景观格局种群动态，群落演替，景观格局 大气大气CO2浓度升高与树木生长浓度升高与树木生长 森林的森林的C储存 （储存 （Carbon sequestration) 小结(3): 树木年轮生态学小结(3): 树木年轮生态学 其它树木年轮学研究其它树木年轮学研究 样方定位样方定位 树木年轮与森林火灾树木年轮与森林火灾 森林火灾历史森林火灾历史 (Swetnam, T.W. 2002) 树木年轮考古学树木年轮考古学 1. 冰川扩展冰川扩展 2. 冰川退缩冰川退缩 树木年轮冰川/地貌学树木年轮冰川/地貌学 树木年轮与遥感树木年轮与遥感 Earth Observation for Sustainable Development of Forests (EOSD) Pacific Forestry Center, Victoria, Canada 灌木的年轮变化灌木的年轮变化 Ring widths for Chi-E Shrub Disks (From Osamu Kokayashi, 2003) 0 0.4 0.8 1.2 1.6 195019551960196519701975198019851990199520002005 Year Ring Widths (mm) 树木年轮密度，化学同位素等指标树木年轮密度，化学同位素等指标 小结小结(4): 树轮学是一门交叉学科树轮学是一门交叉学科 植物生理学 生态学 气候学 水文学 历史学 全球变化生态学等 植物生理学 生态学 气候学 水文学 历史学 全球变化生态学等 第七届国际树木年轮学大会第七届国际树木年轮学大会 致谢致谢 1. 植物所及寒旱所的支持植物所及寒旱所的支持 2. Dr. Henri Grissino-Mayer for some pi
