黃敬文，代 鑫，張冬有**

(1.寒區(qū)地理環(huán)境監(jiān)測與空間信息服務(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

樹木年輪學(xué)作為考古年代測定和氣候重建的工具在20世紀(jì)初發(fā)展起來[1].樹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)確的樹木年輪日期，就有可能探測到樹木種群中常見的氣候和環(huán)境信號(hào)，并且，可以取代直接測量，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.目前通過國際樹木年輪庫(ITRDB)可以獲得世界大部分地區(qū)不同環(huán)境的樹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)來說，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，通過與眾多學(xué)科領(lǐng)域的結(jié)合，樹木年輪學(xué)也得到了豐富的擴(kuò)展和多樣化.

中國的樹輪氣候?qū)W研究開展時(shí)間較晚，最早的樹輪氣候研究是在20世紀(jì)30年代和40年代進(jìn)行的，第一個(gè)樹輪實(shí)驗(yàn)室于1991年在北京的中國科學(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中北部進(jìn)行了樹木氣候研究[4-5].如今，隨著技術(shù)的進(jìn)步，新方法的出現(xiàn)和應(yīng)用，中國的樹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)樹木年輪學(xué)概述；(2)樹木年輪學(xué)在國際上的最新前沿研究成果；(3)樹木年輪學(xué)在中國的研究進(jìn)展：以樹輪氣候?qū)W為例；(4)未來中國樹輪氣候?qū)W的發(fā)展方向.

1 樹木年輪學(xué)概述

樹木年輪學(xué)或稱樹木年代學(xué)(Dendrochronology)，是一門以植物生理學(xué)為基礎(chǔ)，研究樹木木質(zhì)部年輪生長特性變化，評(píng)價(jià)環(huán)境因素對(duì)年輪生長影響的科學(xué)學(xué)科，并通過年輪指示的環(huán)境信號(hào)重建過去環(huán)境變化的史實(shí)[6].它的定義是利用年輪對(duì)樹木精確定年，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，樹木年輪學(xué)是一門研究年輪特性，并利用年輪來定年和分析過去環(huán)境變化的科學(xué)學(xué)科.年輪寬度作為樹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，用來研究樹木生長與環(huán)境變化的規(guī)律，旨在獲取氣候代用資料重建過去數(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)樹木精確定年也并非聽起來的那么容易，因?yàn)橄喈?dāng)多的樹木年輪并非清晰易辨，樹木在生長過程中受周圍環(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)來提高樹木年輪的準(zhǔn)確性[7].

樹木年輪學(xué)的研究有著悠久的歷史，最早可以追溯到古希臘時(shí)期，美國天文學(xué)家Douglass A E作為樹輪年代學(xué)領(lǐng)域的開創(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)形成樹輪生長格式，由此他認(rèn)為，樹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.隨后幾十年隨著樹木年輪的研究不斷開展，于1937年在美國亞利桑那大學(xué)建立了世界上第一個(gè)樹木年輪實(shí)驗(yàn)室(LTRR).此后，樹木年輪學(xué)經(jīng)過不斷發(fā)展，直至今日形成為一種可以涵蓋、交叉眾多學(xué)科的熱門科學(xué)，并發(fā)展出眾多分支學(xué)科：包括樹輪氣候?qū)W、樹輪考古學(xué)、樹輪生態(tài)學(xué)、樹輪火山學(xué)等等.其中以樹輪氣候?qū)W和樹輪生態(tài)學(xué)所取得的研究成果最為豐富.

2 樹木年輪學(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(Pinussp.)、橡樹(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)地位的樹種已經(jīng)開展了大量研究，這些樹種也已經(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.在這些樹木年代學(xué)記錄存在空白的地方，越來越多更復(fù)雜的技術(shù)和方法被研究和應(yīng)用于一些非傳統(tǒng)研究樹種，并取得了部分成果[8].但是由于采樣困難，生長模式不同和對(duì)當(dāng)?shù)貥淠救狈α私獾仍?，?dǎo)致在一些生產(chǎn)力、生物多樣性強(qiáng)的物種上相關(guān)研究始終無法開展.如今，一些不僅僅局限于通過傳統(tǒng)年輪寬度和密度測量了解樹木生長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種和物種，為樹木年代學(xué)開辟新的方向.

高緯度地區(qū)：北極環(huán)境的樹木年代學(xué)研究由來已久，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)的問題，高緯度樹木年代學(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分配過程.最新研究表明：灌木生長對(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)物種開展了大量研究.Andru-Hayles采用測量保存熱帶地區(qū)無輪樹木纖維素中的穩(wěn)定氧和碳同位素來解決不規(guī)則生長模式和復(fù)雜形態(tài)下樹木定年[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“XRF”檢測和穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)，在澳大利亞金合歡樹種中發(fā)現(xiàn)了樹木年輪邊界[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)

許多樹木年輪學(xué)前沿研究就是利用木材解剖來提取傳統(tǒng)樹輪寬度以外的數(shù)據(jù).目前開發(fā)成本較低的技術(shù)是使用藍(lán)光強(qiáng)度來判斷樹木晚材密度，研究人員通過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)、生長時(shí)間和創(chuàng)傷標(biāo)記可以回答以前通過樹木年輪寬度和密度無法解釋的農(nóng)業(yè)、生態(tài)、地形地貌等問題.

除了簡單的物種鑒定和新物種調(diào)查應(yīng)用與樹木年代學(xué)研究外，木材解剖學(xué)還可以應(yīng)用于追蹤和確定不尋?；驑O端時(shí)間的時(shí)間.例如：Helama通過受霜凍影響的細(xì)胞結(jié)構(gòu)來追溯火山爆發(fā)對(duì)氣候的影響，確定火山爆發(fā)的年代[13]；Stefanini等學(xué)者通過樹木年輪生長的抑制效應(yīng)來確定滑坡的年代、重建歷史洪水[14].微觀木材解剖研究還將樹木年輪研究擴(kuò)展到新的地理領(lǐng)域(見非傳統(tǒng)物種方面內(nèi)容)，以闡明傳統(tǒng)樹木年輪數(shù)據(jù)無法獲取熱帶物種的生長模式和年表.此外，通過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氣候變化如何影響世界各地的森林群落.對(duì)樹木內(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)境污染問題的可能性.例如：Belmecheri等學(xué)者利用穩(wěn)定同位素研究了樹木生長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)年輪研究方法無法開展和被認(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.樹木年輪為遙感提供了重要的驗(yàn)證方法，因此，樹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，隨著衛(wèi)星成像和遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，地球觀測衛(wèi)星可以提供足夠數(shù)量的年度數(shù)據(jù)來進(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.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)來回答大規(guī)模森林生產(chǎn)力的問題，不需要大規(guī)模的實(shí)地采樣.Vicente-Serrano等學(xué)者使用美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的超高分辨率傳感器(AVHRR)，選取國際樹輪數(shù)據(jù)庫(ITRDB)內(nèi)相同時(shí)段的樹輪數(shù)據(jù)確認(rèn)了超過2/3地點(diǎn)的NDVI數(shù)據(jù)與樹輪寬度之間存在關(guān)系[17].這種關(guān)系可用于評(píng)估特定森林類型的NDVI變化及獨(dú)特氣候狀況如長期干旱對(duì)全球森林系統(tǒng)的響應(yīng).

樹木年輪數(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)與樹木年輪寬度增長相關(guān)聯(lián)以分析地形海拔對(duì)樹木生長的影響[18].Wagner等學(xué)者結(jié)合地面激光雷達(dá)(TLS)對(duì)樹木生長進(jìn)行體積分析，得到樹木在特定時(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)間的推移重建太陽活動(dòng).關(guān)于樹木年輪的一系列研究也證明樹輪內(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的研究主要是通過國際放射碳校準(zhǔn)曲線，該方法通過已知樹齡的5、10或20個(gè)樹木年輪連續(xù)組合的14C測量來校準(zhǔn)未知樹齡樣本的放射性碳測定.

最新研究發(fā)現(xiàn)：在樹齡不到10年的單個(gè)樹輪序列中捕捉到的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、問題和方法指明了方向，這使得放射性碳測定的一個(gè)新階段.前沿領(lǐng)域包括探測14C年代同期其他類型的全球同步變化，并建立14C數(shù)據(jù)集，來提高國際放射碳校準(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)者通過結(jié)合14C、10Be和樹木年輪來確定過去2500年的綜合記錄[20]；Oppenhermai等學(xué)者通過14C來確定主要火山環(huán)境活動(dòng)的年代[21]，因此，樹木年輪中的14C是一個(gè)迅速擴(kuò)張的研究領(lǐng)域，可以填補(bǔ)大量樹木年輪研究領(lǐng)域的空白.

3 樹輪氣候?qū)W在中國的研究進(jìn)展

3.1 研究區(qū)域和樹種

1991年以前，中國僅有35個(gè)年輪采樣點(diǎn)，并且主要來自中國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).研究樹種以針葉林類群為主，主要屬于云杉屬(Picea)、柏屬(Juniperus)、松屬(Pinus)、落葉松屬(Larix)和冷杉屬(Abies).其他研究樹種包括云南鐵杉(Tsugadumosa)、長苞鐵杉(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，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輪寬度重建了中國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樹木氣候研究中的巨大潛力[24].

3.2 年輪參數(shù)

樹輪寬度作為最常用的樹輪參數(shù)，是衡量樹木徑向增量的一個(gè)簡單指標(biāo).這一參數(shù)在中國乃至全世界的樹木氣候研究中所占比例最大.此外，還可以通過樹木早晚材的寬度進(jìn)行了年內(nèi)分析，提供一個(gè)生長季內(nèi)的記錄.例如，Chen等學(xué)者通過使用油松(Pinustabulaeformis)早材寬度年表重建了中國中北部1691～2006年的降水記錄[25].該方法也適用于木材解剖過程中從早材到晚材年輪內(nèi)顏色有明顯變化的特定樹種.另外，從生態(tài)學(xué)的角度來看，樹木的穩(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)可能也需要去趨勢化但穩(wěn)定同位素仍然因其特有的優(yōu)勢而被廣泛研究[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)在中國不同環(huán)境的地點(diǎn)建立了樹木年輪同位素年表.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程的復(fù)雜性，到目前為止，很少有人研究樹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輪寬度對(duì)氣候的敏感性更強(qiáng).但是迄今為止，在中國這方面的研究少之又少, Xu等學(xué)者測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)為不適合樹木氣候研究的地區(qū)，利用木材解剖特征重建氣候，在中國也有很大的潛力.

3.3 年表長度和定年方法

目前中國最長的樹輪寬度年表發(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、古建筑和活樹在內(nèi)的大量超過2000年長度的年表.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)等樹種[28].而除了這些長時(shí)間年表外，來自中國其他地區(qū)的所有年表都只收集活樹或死樹兩種類型.在中國東部，年輪長度也大多不超過400年.其中在中國大陸東部地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最長年表是華山的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、考古樹或死樹組成的年表，必須刪除原始樹木年輪數(shù)據(jù)中可能包含的生物年齡趨勢，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“趨勢失真問題”采用無信號(hào)去趨勢方法來緩解.這種方法還減少了對(duì)樹木的分布區(qū)域甚至?xí)r間長度的要求.目前，通過使用這種無信號(hào)RCS方法，已經(jīng)成功為大部分樹輪氣候?qū)W年表進(jìn)行去趨勢化處理.Hugershoff曲線也應(yīng)用于樹木年輪寬度年表的不同起始年份的測試和修正，集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法也被推薦為樹木年輪年表開發(fā)的候選去趨勢方法.結(jié)果表明：該方法能夠提取不受樹齡和微環(huán)境條件影響的樹木生長變化.

3.4 樹輪氣候重建

樹輪氣候?qū)W研究中很重要一部分是應(yīng)用樹木年輪年表重建過去的氣候變化.在重建過程中，建立了樹木年輪年表與現(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，在中國校準(zhǔn)周期大多開始于1950～1960年.周期普遍較短長度僅為40～50年.因此，這使得樹木氣候?qū)W在這個(gè)國家更具挑戰(zhàn)性，但在溫度和降水氣候重建方面仍然取得了大量優(yōu)秀成果.

溫度方面：用于溫度重建的參數(shù)主要在樹輪寬度方面.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，還延長了之前可用的兩個(gè)夏季溫度重建到過去的整整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]；在中國亞熱帶地區(qū)，葛全勝等學(xué)者通過由31個(gè)采樣點(diǎn)組成的樹輪網(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，即通過檢查每年出現(xiàn)“異?！鄙L下降的樹木的百分比.樹木百分比的時(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)者基于來自青藏高原東部的23個(gè)樹木年輪寬度年表的網(wǎng)絡(luò)，調(diào)查了過去5個(gè)半世紀(jì)以來濕度條件的時(shí)空變化[34].這兩項(xiàng)研究都促進(jìn)了中國進(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)制分析是中國樹木氣候研究的重要進(jìn)展之一[35].

基于樹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-氣候響應(yīng).特別是從樹木生態(tài)學(xué)的角度來看，在海拔較高的地點(diǎn)，樹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 未來中國樹輪氣候?qū)W的發(fā)展方向

中國在樹輪氣候?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)的樹木年代學(xué)方法灌木樹種進(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)，以及樹木年輪數(shù)據(jù)更高的站點(diǎn)密度[31]，為研究過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)，可以視為中國樹木氣候?qū)W的重大進(jìn)展.然而，關(guān)于許多樹種記錄的復(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)注樹木年輪寬度作為唯一研究的參數(shù).

未來中國樹輪氣候?qū)W的研究建議利用復(fù)合樹木年輪參數(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.利用樹木年輪年表的大樣本深度改進(jìn)現(xiàn)有的去趨勢方法日益可行.從樹木年輪碳同位素?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)有的樹木年輪年代學(xué)，以揭示中國西北地區(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.將樹木年代學(xué)與其他方法，如遙感和樹木生理學(xué)相結(jié)合，也是促進(jìn)中國樹木氣候?qū)W發(fā)展的另一種途徑.