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科學家提出樹輪氣候重建時去除樹木生長趨勢影響的新方法

2020-06-04 地質與地球物理研究所
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  樹木年輪作爲一種氣候代用地質記錄具有定年准確、樣本重複性強和分布廣泛等優點,已成爲對接和延長儀器觀測氣象數據、表征區域和全球氣候變化規律的首選。然而,由于樹木的生長速率隨樹木年齡增加而非線性降低,其作爲一種強低頻信號幹擾樹輪年表(尤其是寬度指標)對氣候低頻信號的解譯。因此,在利用樹輪指標重建氣候之前,如何剔除非氣候的生長趨勢信息,一直以來是樹輪氣候學界的熱點和難點問題。

  针对上述问题,中國科學院地質與地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室副研究员史锋、中科院院士郭正堂与中科院西北生态环境资源研究院研究员杨保、瑞典哥德堡大学教授Hans W. Linderholm,中國氣象局副教授楊鳳梅、比利時法語魯汶大學教授尹秋珍和Kristina Seftigen博士,以及中科院地理科學與資源研究所研究員邵雪梅合作提出了樹輪生長趨勢排序法(TSR),用于評估去除樹木生長趨勢影響構建樹輪年表的不確定性。

  該方法的原理是假定兩種極端去趨勢方法(最常用的曲線擬合標准化(STD)和區域生長曲線標准化(RCS))是樹木生長影響年表效應的上界和下界,根據區域生長曲線與其曲線擬合趨勢之間的相似性進行排序,與區域生長曲線較爲相似的樹輪樣本用區域生長曲線方法進行去趨勢處理,而與其相似性較差的樣本利用低頻曲線擬合的方式進行去趨勢,從而生成集合樣本用于估計樹木生長影響年表的不確定性範圍。

  將該方法應用于樹輪氣候學研究的熱點地區西伯利亞西北部亞馬爾(Yamal)和瑞士北部托讷湖(Tornetrask)的樹輪寬度數據,以及納維亞半島北部的樹輪密度數據,發現樹輪的生長趨勢並不影響樹輪氣候重建結果中的年際至多年代際信息,主要影響的是百年際及以上尺度信息的提取。進一步重新評估這三個地區20世紀增溫在過去2000年氣候變化中的地位,表明20世紀夏季的升溫幅度和速率都不是這三個地區過去2000年來最高的。

  該方法彌補了最常用的曲線擬合標准化去趨勢方法難以捕捉百年尺度及以上的低頻氣候信息的缺陷,解決了區域生長曲線去趨勢方法無法考慮個體生境和生理特征的問題,爲樹輪等多指標集成重建、樹輪數據同化等提供了可行的誤差估計方法。

  研究成果發表于大氣科學領域期刊Climate Dynamics

  論文链接

  圖:樹木生長趨勢影響樹輪寬度和密度年表的不確定性範圍(灰色陰影)。(a亞馬爾(Yamal);(b)托讷湖(Tornetrask)的樹輪寬度數據;(c納維亞半島北部樹輪密度數據。灰線是樹輪樣品數目

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