我国夏季风北边缘区树轮早晚材及年内δ13C和δ18O变化型季节性气候信号的识别及其气候意义

Tree-ring stable carbon and oxygen isotopes are the integrated results of climatic driving and ecophysiological responses, and these indices were widely used for study of global change ecology and palaeoclimatic reconstruction. Under varied climatic conditions, there are significant responses of tree-ring δ13C and δ18O to climatic and environmental factors, making that the explaination of climatic significance that recorded in tree-ring yearly isotopes is difficult and complex. Isotopic records in different resolution (yearly, early- and late-wood, intra-seasonal high resolution) can reveal variations of climatic signals in differring time scales. To analysis the intra-, inter-, early- and late-wood δ13C and δ18O of the potential tree species with high potential in tree-ring climatological studies along the northern fringe of the East Asian summer monsoon in China, and combining the dendrometer observation and micro-cliamtic observation, we can clarify the intra-ring carbon and oxygen patterns of different tree species and their climatic driving factors at seasonal scale. The contribution and influence of isotopic values of seasonal evolution to final yearly isotopic values can be studied. By analyzing and modeling of the carbon and oxygen isotopes taken at the subannual resolution from individual rings these isotopic differences can reveal the seasonal hydroclimatic that varied in the past. Results of this project would be important and helpful for the method choosing and construction of tree-ring isotopic network, and theoretic support on the climatic significance of carbon and oxygen isotopes in tree rings at different time scales over entire China.

树木年轮稳定碳(δ13C)和氧(δ18O)同位素比率变化是树木对气候环境和生理响应综合反映结果，其广泛用于全球变化生态学和古气候重建等。不同气候条件下，各树种年轮δ13C和δ18O对气候环境因子变化的响应存在显著差异，使得对树轮碳氧同位素记录的气候信号解释方面变得复杂困难。不同分辨率(年、早晚材和年内季节性高分辨率)的同位素记录可揭示不同尺度的气候环境信号。本项目针对我国夏季风北边缘带多个具有树轮气候学潜力树种，分析早晚材及年内高分辨率树轮δ13C和δ18O变化型，结合生长观测和小气候观测资料，试图阐明年内季节气候因子变化对年分辨率同位素变化的控制作用，揭示各树种不同生长阶段碳氧同位素变化对最终年分辨率同位素值的影响和贡献，通过模型模拟分析树轮年内碳氧同位素变化驱动因子的异同及其不确定性。本研究结果可为我国不同气候区树轮碳氧同位素网络建立、综合分析及大区域树轮同位素记录气候重建提供依据。

树木年轮稳定碳(δ13C)和氧(δ18O)同位素比率变化是树木对气候环境和生理响应综合反映的结果。在变化气候条件下，不同树种年轮δ13C和δ18O对气候环境因子变化的响应存在显著差异，使得对树轮δ13C和δ18O记录的气候信号解释方面变得复杂困难。不同分辨率的同位素记录可揭示不同尺度的气候环境信号。由于夏季风强弱的变化，夏季风北边缘带的位置也随之产生年代际摆动，使得生长于这些区域的树木所利用的水汽来源及经历的水热环境胁迫呈现多样化和复杂化。另外，该区域极端气候事件频发也为检验代用指标的气候敏感性和外在驱动因子提供良好的天然实验室。本项目针对我国夏季风北边缘带多个具有树轮气候学潜力树种，分析早晚材及年内高分辨率树轮δ13C和δ18O变化型，结合生长观测和气候观测资料，试图阐明年内气候因子变化对年内稳定同位素比率变化的控制作用，揭示各树种不同生长阶段δ13C和δ18O变化对最终年分辨率同位素值的影响和贡献，通过模型模拟分析树轮年内δ13C和δ18O变化驱动因子的异同及其不确定性。通过创新性地结合树木生理观测和过程模型，揭示了夏季风北边缘带南段色季拉山长苞冷杉树轮δ18O年内变化的控制机制，并探讨了其与印度季风季节推进的关系。另外，创新性地建立了树轮稳定同位素-宽度耦合模型，实现了不同分辨率树轮δ18O和δ13C的同时模拟。建立了夏季风北边缘带东段大兴安岭地区兴安落叶松和樟子松的1800-2010年分辨率δ18O和δ13C序列，开展了两个树种树木生长和长期水分利用效率变化对比，分析了气温和大气CO2浓度升高对两个树种的生理生态影响，并利用两个树种树轮δ18O重建了区域水汽压差的变化历史。建立了贺兰山油松和青海云杉1960-2013年时段年内高分辨率δ18O和δ13C序列，分析了两个树种树轮δ18O和δ13C的季节内变化的控制因素。项目执行期间共发表学术论文12篇，其中SCI论文11篇，其中SCI期刊1区论文7篇，2区TOP论文1篇，培养优秀研究生4名。本项目研究结果可为我国不同气候区树轮碳氧稳定同位素网络建立、综合分析及大区域树轮同位素记录气候重建提供依据。