基于树轮的西天山降水变化研究

Western Tianshan mountains, which is one of the most important water source area, is dominated by westerly and plays an important role in global change research. It is vital to understand the fact of past precipitation changes and explore its possible influence mechanism to the sustainable utilization of regional water resources. Because it is located at the arid inland area, tree ring is sensitive to moisture status and is a good proxy of past precipitation. However, previous studies in this area focus on the local change by using single and small range tree ring data, and there are few regional precipitation field reconstruction and comparison research between south and north slope of Tianshan Mountains. Samples from ten sites will be collected in the Aksu River Basin and Yili River Basin and ten tree ring width and 1-2 isotope chronologies will be established. New built and existing chronologies, instrument observation climatic data, grid CRU data and PDSI data were combined together to analyze the response of tree ring width and isotope to precipitation and its cause, and evaluate the potential of climate reconstruction by using stable isotope. We will reconstruct the history of past 300 years in the north and south slopes of Tianshan Mountains and compare the difference, reconstruct precipitation field in the western Tianshan Mountains, analyze the characteristics of precipitation series and its spatial representative, and reveal the typical feature of precipitation changes in the last three hundred years in the westerly area. Furthermore, we will discuss the relationship between the precipitation field with NAO and AO, and try to understand the mechanism of precipitation change. This study will provide reference for the understanding of climate change of westerly area of Xinjiang and China.

西天山是新疆及中亚重要的水源地，掌握该地区较长时间尺度区域降水变化事实，并揭示其可能影响机制对于新疆气候变化和水资源利用至关重要。目前该区域树轮降水研究主要还是采用单点资料重建小区域的降水历史，较大范围区域降水变化研究较少。本研究拟在阿克苏河和伊犁河流域进行10个采点的树轮采样，建立10个树轮宽度年表和天山南北坡各1-2个树轮稳定同位素序列，结合已有的树轮、气象观测、CRU和PDSI数据，对比分析西天山树轮宽度、稳定同位素对降水的响应，评估树轮稳定同位素重建西天山降水的潜力；重建西天山区域降水场，分析过去300年西天山降水变化特征及其空间代表性，揭示西风区过去300年降水变化的典型特征，探讨西风控制下的西天山降水场与主要环流指数的关系，试图理解西风控制下的西天山降水变化影响机制。本研究为新疆乃至我国西风区气候变化研究提供参考，为气候预测、防灾减灾、气候和水资源外交等提供基础数据。

全球气候变暖已成为不争的事实，变暖导致不同区域的降水和水循环发生不同的变化。理解被誉为“中亚水塔”的天山地区降水变化历史具有重要意义。本项目共在西天山的新疆伊犁河、阿克苏河、库车河、赛里木湖、博尔塔拉河流域以及中亚吉尔吉斯斯坦的伊塞克湖流域、楚河流域和哈萨克斯坦南部新采集了30个采样点的813棵树1636根样芯，分别建立了12条树轮宽度和4条稳定碳同位素序列。分析了不同海拔树木径向生长对气候的响应差异和树轮稳定碳同位素对天山南北坡气候的响应差异，重建了哈萨克斯坦南部过去246年降水变化、伊犁河流域过去364年干旱变化、新疆赛里木湖流域过去373年降水变化以及天山西部北坡过去200年最大积雪深度变化等4条干湿变化序列，基于西天山8个对PDSI响应较好的树轮年表，进行REOF转换，重建了西天山大范围过去142年气候场，并分析了西天山过去百年干湿变化可能的影响机制。结果表明，生长季前期和生长季之前的水分状况是天山山区低海拔雪岭云杉树木径向生长的主要限制性因子，生长季的温度是控制稳定碳同位素分馏过程的主要限制性因子。西天山历史干湿变化规律较为一致：1900s湿润，1910s干旱化，1910s是近百年最为干旱的十年，而1917年是最为干旱的一年，1920s-1930s逐渐转湿，1940s有短暂的干旱化，1950s-1960s又变湿，1970s变干，1980s -2000s，经历了持续的快速的增湿过程。天山山区在1879年、1917年 和 1945年存在大范围的极端干旱。西天山过去百年干湿变化可能受北大西洋涛动（NAO）控制，同时，可能与大尺度的气候震荡有关。以本项目为依托，共发表研究论文16篇，其中SCI收录9篇；第一资助3篇（SCI收录3篇）；参编专著1部，完成1篇博士学位论文。本研究提供了西天山气候变化历史的基本规律和事实，对干旱中亚地区水资源的可持续管理和防灾减灾具有重要意义。本研究有助于更好地了解气候变化及其对干旱中亚地区社会和生态系统的影响。