基于生理模型的祁连山青海云杉与气候要素响应分异机理分析

The indicators of radial tree growth have an irreplaceable role in paleoclimatological research. However, concurrent with the rapid global warming, the tree growth climate relationships display a significant instable change in statistical model during last half past century. This instable response has been reported in the circumpolar area and mid-latitudes mountainous regions in Northern Hemisphere. There is a divergent response occurred in the tree growth and climate relationship. In China, the phenomena have been found in a conifer species, Qinghai spruce (Picea crassifolia) along Qilian Mts in recent decades. It is limited to investigate the potential reasons for the divergence problem of tree growth and climate relationship by only relying on statistical model. In this study, the physiological based tree growth-climate model (Vaganov-Shashking model) will be employed to identify potential reason for the divergence response of Qinghai spruce in Qilian Mts. All simulation will based on the physiological processes at cell-scale

树木径向生长的各指标在历史时期气候变化研究中具有不可替代的作用。然而，随着近一个世纪以来全球气温的快速升高，借助统计模型建立的树木径向生长与其主要限制性气候因子之间的响应关系发生了明显不稳定变化。树木径向生长对主要限制性气候因子的响应方式发生了分异。这一响应关系的不稳定在北半球环极地地区和中纬度山地地区的研究中均有发现。在我国，祁连山青海云杉径向生长（轮宽）与实测气候资料之间在近半个世纪内也表现出响应的不稳定性。仅用统计模型很难解释树木径向生长和其主要限制因子(如温度)之间的响应关系的变化原因。本研究拟以树木生理模型（Vaganov-Shashking 模型），从生理过程和细胞尺度上对不同响应方式的树木径向生长与气候要素关系进行模拟，从而找出祁连山青海云杉响应分异的原因。

全球变暖后，树轮宽度资料与生长季温度之间的响应分异问题在北半球中高纬度地区普遍存在。本研究利用生理过程模型模拟了树木径向生长对气候要素（特别是气温）的非线性响应过程，并利用样点标记和实地观测的方法揭示该响应过程的机理。对比分析表明，同一样点内树木响应分异和其生长趋势存在差异。在生长趋势上，样点内不同组树木更多反映的是20世纪70年代左右出现的快速生长阶段，响应分异的不同组树木之间在该时段相对依生长趋势分组的树木差异要小。总体来看，树木对生长季温度的响应增强，部分树木随升温生长趋利，但也有部分树木随升温生长受限。VS模型模拟结果表明升温导致的其他环境要素取代了温度对树木生长的限制。据模拟的土壤水分循环结果来看，其变化的主导要素为水分。水分限制可能是影响该组树木的径向生长趋缓的原因。实地观测和样点内不同组树木的空间分布基本支持模式模拟的结论。本结论将更好的为使用树木年轮宽度作为代用资料提供机理基础。变暖对森林生态系统生长影响事关全球碳循环的重要部分。本研究通过空间分析评估了气候变暖如何影响青海云杉森林。基于区域对森林上线的树木径向生长和区域NDVI数据分析，我们发现近几十年来区域针叶林生长量普遍下降。由变暖引起的干旱是其可能原因。基于VS模型，我们模拟了区域不同地段的祁连圆柏径向生长与气候要素响应的生理过程。VS模型模拟准确地反映了气候因子对祁连圆柏生长的影响。5、6月份的水分条件对祁连圆柏的径向生长影响最大。该分析将为了解气候变化对青藏高原东北缘祁连山地区主要森林的影响及其机制提供依据，并为展开区域及更大尺度的气候变化对生态系统影响的研究提供基础。