黃敬文，代 鑫，張冬有**

(1.寒區(qū)地理環(huán)境監(jiān)測(cè)與空間信息服務(wù)黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱師范大學(xué);2.湯旺縣林業(yè)和草原局)

0 引言

樹(shù)木年輪學(xué)作為考古年代測(cè)定和氣候重建的工具在20世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)[1].樹(shù)木年輪記錄了大量與環(huán)境變化相關(guān)的變量，這些變量可以用多種方式測(cè)量，并以次年的精度和準(zhǔn)確性確定日期[2]，有了準(zhǔn)確的樹(shù)木年輪日期，就有可能探測(cè)到樹(shù)木種群中常見(jiàn)的氣候和環(huán)境信號(hào)，并且，可以取代直接測(cè)量，重建隨著時(shí)間推移和跨越廣泛地理區(qū)域的氣候和生態(tài)變化.目前通過(guò)國(guó)際樹(shù)木年輪庫(kù)(ITRDB)可以獲得世界大部分地區(qū)不同環(huán)境的樹(shù)木年輪年表并從中提取數(shù)百到數(shù)千年的氣候或環(huán)境信息，對(duì)全球的大部分地區(qū)來(lái)說(shuō)，目前的覆蓋范圍以足夠，但在熱帶和高緯度地區(qū)仍需要進(jìn)一步填補(bǔ)研究空白.自20世紀(jì)以來(lái)，通過(guò)與眾多學(xué)科領(lǐng)域的結(jié)合，樹(shù)木年輪學(xué)也得到了豐富的擴(kuò)展和多樣化.

中國(guó)的樹(shù)輪氣候?qū)W研究開(kāi)展時(shí)間較晚，最早的樹(shù)輪氣候研究是在20世紀(jì)30年代和40年代進(jìn)行的，第一個(gè)樹(shù)輪實(shí)驗(yàn)室于1991年在北京的中國(guó)科學(xué)院地理研究所成立[3].隨后在20世紀(jì)90年代在青藏高原和中國(guó)中北部進(jìn)行了樹(shù)木氣候研究[4-5].如今，隨著技術(shù)的進(jìn)步，新方法的出現(xiàn)和應(yīng)用，中國(guó)的樹(shù)木氣候研究得到了快速發(fā)展.

該研究按4個(gè)方面進(jìn)行論述：(1)樹(shù)木年輪學(xué)概述；(2)樹(shù)木年輪學(xué)在國(guó)際上的最新前沿研究成果；(3)樹(shù)木年輪學(xué)在中國(guó)的研究進(jìn)展：以樹(shù)輪氣候?qū)W為例；(4)未來(lái)中國(guó)樹(shù)輪氣候?qū)W的發(fā)展方向.

1 樹(shù)木年輪學(xué)概述

樹(shù)木年輪學(xué)或稱(chēng)樹(shù)木年代學(xué)(Dendrochronology)，是一門(mén)以植物生理學(xué)為基礎(chǔ)，研究樹(shù)木木質(zhì)部年輪生長(zhǎng)特性變化，評(píng)價(jià)環(huán)境因素對(duì)年輪生長(zhǎng)影響的科學(xué)學(xué)科，并通過(guò)年輪指示的環(huán)境信號(hào)重建過(guò)去環(huán)境變化的史實(shí)[6].它的定義是利用年輪對(duì)樹(shù)木精確定年，并在自然和人文兩方面，根據(jù)年輪所呈現(xiàn)的信息來(lái)分析其在時(shí)間和空間上所經(jīng)歷的年代變化的科學(xué).綜上所述，樹(shù)木年輪學(xué)是一門(mén)研究年輪特性，并利用年輪來(lái)定年和分析過(guò)去環(huán)境變化的科學(xué)學(xué)科.年輪寬度作為樹(shù)木年輪特征最直觀的表現(xiàn)形式一直是主要的研究對(duì)象，用來(lái)研究樹(shù)木生長(zhǎng)與環(huán)境變化的規(guī)律，旨在獲取氣候代用資料重建過(guò)去數(shù)百年甚至數(shù)千年的生態(tài)環(huán)境變化的史實(shí).但對(duì)樹(shù)木精確定年也并非聽(tīng)起來(lái)的那么容易，因?yàn)橄喈?dāng)多的樹(shù)木年輪并非清晰易辨，樹(shù)木在生長(zhǎng)過(guò)程中受周?chē)h(huán)境和氣候的影響，年輪會(huì)出現(xiàn)部分“缺失”和 “偽輪”，這些現(xiàn)象對(duì)精確定年造成很大困難.所以在對(duì)樹(shù)木年輪進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)需遵循以下基本原理：包括均一性原理(The uniformitarian principle)、限制因子原理(The principle of limiting factors)、敏感性原理(The principle of sensitivity)、交叉定年原理(The principle of crossdating)、生態(tài)環(huán)境選擇原理(The concept of ecological amplitude)和復(fù)本原理(Repetition)來(lái)提高樹(shù)木年輪的準(zhǔn)確性[7].

樹(shù)木年輪學(xué)的研究有著悠久的歷史，最早可以追溯到古希臘時(shí)期，美國(guó)天文學(xué)家Douglass A E作為樹(shù)輪年代學(xué)領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)者，他在20世紀(jì)初研究太子黑子與氣候活動(dòng)的關(guān)系時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)黑子活動(dòng)循環(huán)會(huì)影響到地球上的氣候格式，并且，氣候格式最終會(huì)形成樹(shù)輪生長(zhǎng)格式，由此他認(rèn)為，樹(shù)木年輪可以作為一種新的表征數(shù)據(jù)進(jìn)一步擴(kuò)展氣候研究.隨后幾十年隨著樹(shù)木年輪的研究不斷開(kāi)展，于1937年在美國(guó)亞利桑那大學(xué)建立了世界上第一個(gè)樹(shù)木年輪實(shí)驗(yàn)室(LTRR).此后，樹(shù)木年輪學(xué)經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，直至今日形成為一種可以涵蓋、交叉眾多學(xué)科的熱門(mén)科學(xué)，并發(fā)展出眾多分支學(xué)科：包括樹(shù)輪氣候?qū)W、樹(shù)輪考古學(xué)、樹(shù)輪生態(tài)學(xué)、樹(shù)輪火山學(xué)等等.其中以樹(shù)輪氣候?qū)W和樹(shù)輪生態(tài)學(xué)所取得的研究成果最為豐富.

2 樹(shù)木年輪學(xué)的前沿研究成果

2.1 非傳統(tǒng)物種

傳統(tǒng)物種，例如：松樹(shù)(Pinussp.)、橡樹(shù)(Qercussp.)、云杉(Picea)和冷杉(Abiesfabri)在亞洲、歐洲和美洲等地廣泛分布且占據(jù)主導(dǎo)地位的樹(shù)種已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，這些樹(shù)種也已經(jīng)證明了對(duì)于特定的氣候和環(huán)境因子如溫度和降水響應(yīng)的可靠性.在這些樹(shù)木年代學(xué)記錄存在空白的地方，越來(lái)越多更復(fù)雜的技術(shù)和方法被研究和應(yīng)用于一些非傳統(tǒng)研究樹(shù)種，并取得了部分成果[8].但是由于采樣困難，生長(zhǎng)模式不同和對(duì)當(dāng)?shù)貥?shù)木缺乏了解等原因，導(dǎo)致在一些生產(chǎn)力、生物多樣性強(qiáng)的物種上相關(guān)研究始終無(wú)法開(kāi)展.如今，一些不僅僅局限于通過(guò)傳統(tǒng)年輪寬度和密度測(cè)量了解樹(shù)木生長(zhǎng)特性的新方法的誕生，使有機(jī)會(huì)研究和探索一些尚未記錄的樹(shù)種和物種，為樹(shù)木年代學(xué)開(kāi)辟新的方向.

高緯度地區(qū)：北極環(huán)境的樹(shù)木年代學(xué)研究由來(lái)已久，但始終受制于短輪和木材解剖學(xué)的限制.隨著木材解剖學(xué)的不斷發(fā)展，誕生了一些價(jià)格合理、高效率的方法，極大程度上擴(kuò)展了在林線以上的研究范圍，以及對(duì)森林動(dòng)態(tài)和碳循環(huán)的理解.來(lái)自邊緣和敏感環(huán)境地區(qū)的灌木和多年生草本植物展現(xiàn)出極大的研究潛力.為解決北極地區(qū)植物對(duì)氣候變化內(nèi)部響應(yīng)的復(fù)雜性質(zhì)的問(wèn)題，高緯度樹(shù)木年代學(xué)的一個(gè)前沿是探索出北極地區(qū)灌木在地表和地下的生長(zhǎng)分配過(guò)程.最新研究表明：灌木生長(zhǎng)對(duì)溫度的響應(yīng)高于僅從地表冠層厚度的估值，并且在不同的苔原生態(tài)系統(tǒng)存在顯著差異，常見(jiàn)的極地常綠矮灌木(Cassioptetragona)可以在大氣環(huán)流的大尺度模型中提供相位變化，如北極振蕩和北大西洋振蕩[9].

低緯度地區(qū)：為了填補(bǔ)低緯度森林在樹(shù)木年代學(xué)中存在的巨大空白，研究人員在熱帶和干旱地區(qū)對(duì)非傳統(tǒng)物種開(kāi)展了大量研究.Andru-Hayles采用測(cè)量保存熱帶地區(qū)無(wú)輪樹(shù)木纖維素中的穩(wěn)定氧和碳同位素來(lái)解決不規(guī)則生長(zhǎng)模式和復(fù)雜形態(tài)下樹(shù)木定年[10]；Van der Sleen探索了二氧化碳施肥對(duì)熱帶森林的影響；與非傳統(tǒng)物種合作更普遍的應(yīng)用包括物種的新組合及多代理方法[11].例如：Witt等學(xué)者結(jié)合使用木材元素水平，通過(guò)“XRF”檢測(cè)和穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)，在澳大利亞金合歡樹(shù)種中發(fā)現(xiàn)了樹(shù)木年輪邊界[12].

隨著“非傳統(tǒng)物種”的不斷擴(kuò)大，考古學(xué)、生態(tài)學(xué)和氣候?qū)W領(lǐng)域的學(xué)者也認(rèn)識(shí)到：對(duì)氣候敏感的針葉樹(shù)和部分被子植物只能提供氣候、森林動(dòng)態(tài)和生態(tài)的某些方面的信息；對(duì)非傳統(tǒng)物種的研究可以拓寬地理范圍增加對(duì)地球系統(tǒng)的理解.

2.2 木材解剖學(xué)

許多樹(shù)木年輪學(xué)前沿研究就是利用木材解剖來(lái)提取傳統(tǒng)樹(shù)輪寬度以外的數(shù)據(jù).目前開(kāi)發(fā)成本較低的技術(shù)是使用藍(lán)光強(qiáng)度來(lái)判斷樹(shù)木晚材密度，研究人員通過(guò)高分辨率成像和處理設(shè)備觀察木材解剖特征的微觀成份，即微觀解剖.年輪的特征、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)時(shí)間和創(chuàng)傷標(biāo)記可以回答以前通過(guò)樹(shù)木年輪寬度和密度無(wú)法解釋的農(nóng)業(yè)、生態(tài)、地形地貌等問(wèn)題.

除了簡(jiǎn)單的物種鑒定和新物種調(diào)查應(yīng)用與樹(shù)木年代學(xué)研究外，木材解剖學(xué)還可以應(yīng)用于追蹤和確定不尋常或極端時(shí)間的時(shí)間.例如：Helama通過(guò)受霜凍影響的細(xì)胞結(jié)構(gòu)來(lái)追溯火山爆發(fā)對(duì)氣候的影響，確定火山爆發(fā)的年代[13]；Stefanini等學(xué)者通過(guò)樹(shù)木年輪生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)來(lái)確定滑坡的年代、重建歷史洪水[14].微觀木材解剖研究還將樹(shù)木年輪研究擴(kuò)展到新的地理領(lǐng)域(見(jiàn)非傳統(tǒng)物種方面內(nèi)容)，以闡明傳統(tǒng)樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)無(wú)法獲取熱帶物種的生長(zhǎng)模式和年表.此外，通過(guò)觀察木材解剖特征還可以區(qū)分不同地理位置的獨(dú)特氣候信號(hào)以表征敏感性梯度和未來(lái)氣候變化如何影響世界各地的森林群落.對(duì)樹(shù)木內(nèi)部脆弱的生理機(jī)制和水分脅迫了解的增強(qiáng)可以改進(jìn)干旱、樹(shù)木死亡率和碳循環(huán)的模型.

在次年尺度上提取同位素特征的工作也進(jìn)一步推動(dòng)了使用微觀解剖學(xué)回答重要的全球氣候變化和區(qū)域環(huán)境污染問(wèn)題的可能性.例如：Belmecheri等學(xué)者利用穩(wěn)定同位素研究了樹(shù)木生長(zhǎng)年輪中包含的滯后氣候信號(hào)[15].最新的技術(shù)進(jìn)步，如衛(wèi)星計(jì)算機(jī)斷層掃描(micro-CT),使研究人員能夠以非破壞的方式從木材樣本中提取信息，該技術(shù)大量應(yīng)用于木質(zhì)考古材料、藝術(shù)品、古沉船和古樂(lè)器等方面.在不損害樣本的情況提取豐富的信息.微觀木材解剖方法和技術(shù)的不斷擴(kuò)展推動(dòng)了以前傳統(tǒng)年輪研究方法無(wú)法開(kāi)展和被認(rèn)為不適合進(jìn)行年輪研究的地區(qū)進(jìn)行新的研究.

2.3 遙感

遙感數(shù)據(jù)因其在空間尺度上方便理解全球變化而被廣泛應(yīng)用，但結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度仍需進(jìn)行驗(yàn)證.樹(shù)木年輪為遙感提供了重要的驗(yàn)證方法，因此，樹(shù)木年輪在與遙感的應(yīng)用方面構(gòu)成新的前沿領(lǐng)域.近幾十年來(lái)，隨著衛(wèi)星成像和遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，地球觀測(cè)衛(wèi)星可以提供足夠數(shù)量的年度數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析和驗(yàn)證.遙感數(shù)據(jù)被應(yīng)用于廣泛的環(huán)境研究，包括建立歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)集、了解生態(tài)系統(tǒng)和森林生產(chǎn)力變化及全球碳循環(huán)的建模.

研究表明：在具有單一限制因素，如光照、溫度、降水等氣候條件下，樹(shù)木年輪晚材的最大密度與NDVI之間存在關(guān)聯(lián)[16].這種相關(guān)性可以直接比較植物的生長(zhǎng).盡管需要保證顯著的相關(guān)性，但仍然可以利用這種關(guān)聯(lián)來(lái)回答大規(guī)模森林生產(chǎn)力的問(wèn)題，不需要大規(guī)模的實(shí)地采樣.Vicente-Serrano等學(xué)者使用美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)的超高分辨率傳感器(AVHRR)，選取國(guó)際樹(shù)輪數(shù)據(jù)庫(kù)(ITRDB)內(nèi)相同時(shí)段的樹(shù)輪數(shù)據(jù)確認(rèn)了超過(guò)2/3地點(diǎn)的NDVI數(shù)據(jù)與樹(shù)輪寬度之間存在關(guān)系[17].這種關(guān)系可用于評(píng)估特定森林類(lèi)型的NDVI變化及獨(dú)特氣候狀況如長(zhǎng)期干旱對(duì)全球森林系統(tǒng)的響應(yīng).

樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)還可以與激光雷達(dá)系統(tǒng)(LiDAR)結(jié)合，應(yīng)用領(lǐng)域包括三維森林演示、樣本位置識(shí)別、物種分類(lèi)及精確計(jì)算植物葉片生物量、莖密度等方面.Hoylman等學(xué)者使用激光雷達(dá)測(cè)量了整個(gè)流域的植物特征和海拔數(shù)據(jù)，這些遙感數(shù)據(jù)與樹(shù)木年輪寬度增長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)以分析地形海拔對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的影響[18].Wagner等學(xué)者結(jié)合地面激光雷達(dá)(TLS)對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)進(jìn)行體積分析，得到樹(shù)木在特定時(shí)間點(diǎn)的體積和碳儲(chǔ)量[19].

2.4 碳14年代學(xué)

碳14(14C)在陸地和空間科學(xué)中有許多應(yīng)用，可以隨著時(shí)間的推移重建太陽(yáng)活動(dòng).關(guān)于樹(shù)木年輪的一系列研究也證明樹(shù)輪內(nèi)部的記錄在自然界是獨(dú)特的，每個(gè)年輪都鎖定了其形成時(shí)期的大氣14C樣本，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的樹(shù)木年代學(xué)程序與確切年份相關(guān)聯(lián).目前對(duì)于14C的研究主要是通過(guò)國(guó)際放射碳校準(zhǔn)曲線，該方法通過(guò)已知樹(shù)齡的5、10或20個(gè)樹(shù)木年輪連續(xù)組合的14C測(cè)量來(lái)校準(zhǔn)未知樹(shù)齡樣本的放射性碳測(cè)定.

最新研究發(fā)現(xiàn)：在樹(shù)齡不到10年的單個(gè)樹(shù)輪序列中捕捉到的14C變化可能是突然的；14C在公元774～775年上升近12‰；在公元993～994年上升約9‰.這些事件現(xiàn)在已經(jīng)被證實(shí)是全球同步的，為一系列新的程序、問(wèn)題和方法指明了方向，這使得放射性碳測(cè)定的一個(gè)新階段.前沿領(lǐng)域包括探測(cè)14C年代同期其他類(lèi)型的全球同步變化，并建立14C數(shù)據(jù)集，來(lái)提高國(guó)際放射碳校準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性.并且，公元774年的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)方面：Sigl等學(xué)者通過(guò)結(jié)合14C、10Be和樹(shù)木年輪來(lái)確定過(guò)去2500年的綜合記錄[20]；Oppenhermai等學(xué)者通過(guò)14C來(lái)確定主要火山環(huán)境活動(dòng)的年代[21]，因此，樹(shù)木年輪中的14C是一個(gè)迅速擴(kuò)張的研究領(lǐng)域，可以填補(bǔ)大量樹(shù)木年輪研究領(lǐng)域的空白.

3 樹(shù)輪氣候?qū)W在中國(guó)的研究進(jìn)展

3.1 研究區(qū)域和樹(shù)種

1991年以前，中國(guó)僅有35個(gè)年輪采樣點(diǎn)，并且主要來(lái)自中國(guó)西北部和青藏高原南部.如今，采樣點(diǎn)的數(shù)量已增加到700多個(gè).研究區(qū)域也擴(kuò)展到東北和亞熱帶東部地區(qū).研究樹(shù)種以針葉林類(lèi)群為主，主要屬于云杉屬(Picea)、柏屬(Juniperus)、松屬(Pinus)、落葉松屬(Larix)和冷杉屬(Abies).其他研究樹(shù)種包括云南鐵杉(Tsugadumosa)、長(zhǎng)苞鐵杉(Tsugalongibracteata)和岳樺(Betulaermanii)等.還存在其他物種，但數(shù)量非常少.伍維模等學(xué)者在干旱的河岸森林中，研究了胡楊(Populuseuphratica)的生長(zhǎng)模式及其與氣候或環(huán)境數(shù)據(jù)的可能關(guān)系[22]；Liang 和Eckstein等學(xué)者使用傳統(tǒng)的樹(shù)木年代方法研究了少量灌木物種，如檉柳(Tamarixramosissima)、杜鵑(Rhododendronnivale)等[23].Lu等學(xué)者利用在青藏高原東南部發(fā)現(xiàn)的一顆400年的杜鵑樹(shù)，建立了灌木杜鵑屬(Rhododendronaganniphumvar.schizopeplum)的年表，利用上述林線灌木杜鵑的樹(shù)輪寬度重建了中國(guó)西南部四川和云南的冬季最低溫度．這些初步研究也顯示了灌木在中國(guó)樹(shù)木氣候研究中的巨大潛力[24].

3.2 年輪參數(shù)

樹(shù)輪寬度作為最常用的樹(shù)輪參數(shù)，是衡量樹(shù)木徑向增量的一個(gè)簡(jiǎn)單指標(biāo).這一參數(shù)在中國(guó)乃至全世界的樹(shù)木氣候研究中所占比例最大.此外，還可以通過(guò)樹(shù)木早晚材的寬度進(jìn)行了年內(nèi)分析，提供一個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)的記錄.例如，Chen等學(xué)者通過(guò)使用油松(Pinustabulaeformis)早材寬度年表重建了中國(guó)中北部1691～2006年的降水記錄[25].該方法也適用于木材解剖過(guò)程中從早材到晚材年輪內(nèi)顏色有明顯變化的特定樹(shù)種.另外，從生態(tài)學(xué)的角度來(lái)看，樹(shù)木的穩(wěn)定同位素變化也掌握著氣候或環(huán)境變化的特殊信息并且當(dāng)樣本數(shù)量受限是仍然受用.與樹(shù)木年輪寬度序列相比，穩(wěn)定同位素可以揭示更大比例的低頻氣候信號(hào)，并且不需要傳統(tǒng)的去趨勢(shì)化技術(shù)，盡管Treydte等學(xué)者的一些研究表明：同位素?cái)?shù)據(jù)可能也需要去趨勢(shì)化但穩(wěn)定同位素仍然因其特有的優(yōu)勢(shì)而被廣泛研究[26].目前最常被研究的同位素比值是穩(wěn)定的氧(δ18O)和碳(δ13C)，并且已經(jīng)在中國(guó)不同環(huán)境的地點(diǎn)建立了樹(shù)木年輪同位素年表.但是由于樣品制備所需的時(shí)間和成本以及生理和生化過(guò)程的復(fù)雜性，到目前為止，很少有人研究樹(shù)木年輪中氫同位素比值(δD)的變異性.

木材解剖的參數(shù)，如細(xì)胞壁厚度、微纖維等已經(jīng)被應(yīng)用與制作北極地區(qū)的氣候記錄(詳情見(jiàn)非傳統(tǒng)物種部分).相關(guān)研究解釋了為什么木材解剖特性相比樹(shù)輪寬度對(duì)氣候的敏感性更強(qiáng).但是迄今為止，在中國(guó)這方面的研究少之又少, Xu等學(xué)者測(cè)定了青藏高原東北部云杉(Piceacrassifolia)微纖維和管胞徑向直徑的年際變化，分別與氣溫和降水呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)關(guān)系[27].這些結(jié)果表明，在傳統(tǒng)上被認(rèn)為不適合樹(shù)木氣候研究的地區(qū)，利用木材解剖特征重建氣候，在中國(guó)也有很大的潛力.

3.3 年表長(zhǎng)度和定年方法

目前中國(guó)最長(zhǎng)的樹(shù)輪寬度年表發(fā)現(xiàn)于青藏高原東北部，可追溯到公元前2637年.并且早前在該地區(qū)建立了包括亞化石、古建筑和活樹(shù)在內(nèi)的大量超過(guò)2000年長(zhǎng)度的年表.除此之外在青藏高原上還主要有600年的刺柏(Juniperus)、落葉松(Larix)和云杉(Picea)等樹(shù)種[28].而除了這些長(zhǎng)時(shí)間年表外，來(lái)自中國(guó)其他地區(qū)的所有年表都只收集活樹(shù)或死樹(shù)兩種類(lèi)型.在中國(guó)東部，年輪長(zhǎng)度也大多不超過(guò)400年.其中在中國(guó)大陸東部地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最長(zhǎng)年表是華山的654年和太行山南部的657年.

為了保存年表中包含的低頻率氣候變化，特別是由活樹(shù)、考古樹(shù)或死樹(shù)組成的年表，必須刪除原始樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)中可能包含的生物年齡趨勢(shì)，同時(shí)不刪除時(shí)間序列中與氣候相關(guān)的變化.目前制作樹(shù)年輪寬度年表仍然使用傳統(tǒng)指數(shù)函數(shù)和線性回歸方法[7]，這限制了保留的低頻信息的數(shù)量.為了克服傳統(tǒng)曲線擬合標(biāo)準(zhǔn)化的頻率，限制區(qū)域曲線標(biāo)準(zhǔn)化(RCS)方法被引入并應(yīng)用.然而，這種方法的擬合曲線可能會(huì)被氣候信號(hào)扭曲，從而導(dǎo)致年代學(xué)指數(shù)有偏差.為解決這種所謂的“趨勢(shì)失真問(wèn)題”采用無(wú)信號(hào)去趨勢(shì)方法來(lái)緩解.這種方法還減少了對(duì)樹(shù)木的分布區(qū)域甚至?xí)r間長(zhǎng)度的要求.目前，通過(guò)使用這種無(wú)信號(hào)RCS方法，已經(jīng)成功為大部分樹(shù)輪氣候?qū)W年表進(jìn)行去趨勢(shì)化處理.Hugershoff曲線也應(yīng)用于樹(shù)木年輪寬度年表的不同起始年份的測(cè)試和修正，集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法也被推薦為樹(shù)木年輪年表開(kāi)發(fā)的候選去趨勢(shì)方法.結(jié)果表明：該方法能夠提取不受樹(shù)齡和微環(huán)境條件影響的樹(shù)木生長(zhǎng)變化.

3.4 樹(shù)輪氣候重建

樹(shù)輪氣候?qū)W研究中很重要一部分是應(yīng)用樹(shù)木年輪年表重建過(guò)去的氣候變化.在重建過(guò)程中，建立了樹(shù)木年輪年表與現(xiàn)有氣候資料之間的統(tǒng)計(jì)校準(zhǔn)方程.但受制于氣象站數(shù)量少和建立時(shí)間晚的影響，在中國(guó)校準(zhǔn)周期大多開(kāi)始于1950～1960年.周期普遍較短長(zhǎng)度僅為40～50年.因此，這使得樹(shù)木氣候?qū)W在這個(gè)國(guó)家更具挑戰(zhàn)性，但在溫度和降水氣候重建方面仍然取得了大量?jī)?yōu)秀成果.

溫度方面：用于溫度重建的參數(shù)主要在樹(shù)輪寬度方面.在不同的多月季節(jié)或全年尺度上重建了平均、最低和最高溫度.大多數(shù)溫度重建是基于個(gè)別站點(diǎn)或局部尺度年表.例如：Wang等學(xué)者利用傳統(tǒng)線性回歸函數(shù)，對(duì)西藏東南部昌都縣984～2009年的平均年溫度進(jìn)行了重建，還延長(zhǎng)了之前可用的兩個(gè)夏季溫度重建到過(guò)去的整整1000年，并在空間上將該網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到青藏高原東北部[29]；Shi等學(xué)者基于青藏高原東南部的7個(gè)高山林木線位置，重建了1820～2009年期間區(qū)域夏季(6～8月)的最低溫度[30]；在中國(guó)亞熱帶地區(qū)，葛全勝等學(xué)者通過(guò)由31個(gè)采樣點(diǎn)組成的樹(shù)輪網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)了區(qū)域尺度的溫度變化[31].這項(xiàng)研究評(píng)估了1825～2008年冬季(1～3月)極端溫度的特征.這項(xiàng)研究采用了一種新的方法，即通過(guò)檢查每年出現(xiàn)“異?！鄙L(zhǎng)下降的樹(shù)木的百分比.樹(shù)木百分比的時(shí)間序列可能是這種潮濕地區(qū)氣候變化的一個(gè)很好的指標(biāo)；Zhang等學(xué)者還基于貝葉斯模型重建了中國(guó)西南部云貴高原1628～2005年的區(qū)域平均溫度[32].在1961～2005年的校準(zhǔn)期間，重建溫度與觀測(cè)溫度之間具有較高的相關(guān)性，表明該模式很好地捕捉了區(qū)域溫度變化.該方法的廣泛應(yīng)用有望擴(kuò)大其在樹(shù)木氣候研究中的應(yīng)用.

降水方面：與溫度重建一樣，大部分水文氣候研究都是基于單個(gè)站點(diǎn)的研究或結(jié)合當(dāng)?shù)卣军c(diǎn)的研究.例如：王亞軍等學(xué)者對(duì)中國(guó)西北部祁連山東部的6～7月SPEI進(jìn)行了千年(1009～2010年)重建[33]；Zhang等學(xué)者基于來(lái)自青藏高原東部的23個(gè)樹(shù)木年輪寬度年表的網(wǎng)絡(luò)，調(diào)查了過(guò)去5個(gè)半世紀(jì)以來(lái)濕度條件的時(shí)空變化[34].這兩項(xiàng)研究都促進(jìn)了中國(guó)進(jìn)一步的區(qū)域尺度水文氣候重建；Fang等學(xué)者在半干旱的黃土高原西部利用基于頻率的方法，從8個(gè)地點(diǎn)獲得的401個(gè)樹(shù)木年輪序列的復(fù)合年表，重建了公元1568～2012年期間去年8月到當(dāng)年7月的年降水量，研究成果表明：中國(guó)黃土高原西部和北美西部干旱變化之間的聯(lián)系可能與年代際太平洋濤動(dòng)有關(guān).大規(guī)模的干旱變率及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析是中國(guó)樹(shù)木氣候研究的重要進(jìn)展之一[35].

基于樹(shù)輪寬度的溫度和降水氣候重建也可以同一研究區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，例如青藏高原東南部和東部沿海地區(qū)[36].研究表明，在樹(shù)種和特定的站點(diǎn)條件，即采樣站點(diǎn)的海拔的影響下，可能會(huì)導(dǎo)致不同的生長(zhǎng)-氣候響應(yīng).特別是從樹(shù)木生態(tài)學(xué)的角度來(lái)看，在海拔較高的地點(diǎn)，樹(shù)輪寬度主要受溫度控制[37]，而在海拔較低的地點(diǎn)，主要受降水的限制[38]，或受溫度和降水之間的相互作用的限制[39].

4 未來(lái)中國(guó)樹(shù)輪氣候?qū)W的發(fā)展方向

中國(guó)在樹(shù)輪氣候?qū)W研究方面飛速發(fā)展，采樣點(diǎn)已經(jīng)擴(kuò)展到幾乎整個(gè)中國(guó)的自然林區(qū)并取得了豐富的研究成果.例如：應(yīng)用傳統(tǒng)的樹(shù)木年代學(xué)方法灌木樹(shù)種進(jìn)行了研究[23].這些進(jìn)展為廣泛的詳細(xì)的地方到區(qū)域氣候和生態(tài)研究創(chuàng)造了機(jī)會(huì).擴(kuò)大了空間分布，特別是在高海拔和亞熱帶地區(qū)，以及樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)更高的站點(diǎn)密度[31]，為研究過(guò)去的氣候變化及其與大規(guī)模氣候模式如厄爾尼諾/南方濤動(dòng)[35]和年代際太平洋濤動(dòng)的聯(lián)系提供了機(jī)會(huì)，可以視為中國(guó)樹(shù)木氣候?qū)W的重大進(jìn)展.然而，關(guān)于許多樹(shù)種記錄的復(fù)雜氣候或環(huán)境信號(hào)的知識(shí)的缺乏仍然是一個(gè)重大的方法挑戰(zhàn).此外，大多數(shù)重建工作都是基于單點(diǎn)或局部尺度的年表，幾乎只關(guān)注樹(shù)木年輪寬度作為唯一研究的參數(shù).

未來(lái)中國(guó)樹(shù)輪氣候?qū)W的研究建議利用復(fù)合樹(shù)木年輪參數(shù)，特別是穩(wěn)定同位素和木材解剖數(shù)據(jù)，探索其在氣候重建中的潛力.利用樹(shù)木年輪年表的大樣本深度改進(jìn)現(xiàn)有的去趨勢(shì)方法日益可行.從樹(shù)木年輪碳同位素?cái)?shù)據(jù)中提取的不一致的氣候信號(hào)需要進(jìn)一步研究.整合或綜合現(xiàn)有的樹(shù)木年輪年代學(xué)，以揭示中國(guó)西北地區(qū)區(qū)域尺度的水氣候重建.此外，在氣候持續(xù)變暖的背景下，更好地理解溫度變化與干旱時(shí)空模式之間的關(guān)系也很重要.將樹(shù)木年代學(xué)與其他方法，如遙感和樹(shù)木生理學(xué)相結(jié)合，也是促進(jìn)中國(guó)樹(shù)木氣候?qū)W發(fā)展的另一種途徑.