张齐兵-树木年轮学

第七届国际树木年轮学大会
致谢
1. 植物所及寒旱所的支持 2. Dr. Henri Grissino-Mayer for some pictures
http://www.utk.edu/~grissino/
6. The principle of limiting factor 7. The uniformitarian principle
研究课题2：生态干扰
Temporal periodicity and spatial synchroneity of spruce budworm outbreaks in BC, Canada
Mann-Bradley-Hughes’s Hockey Stick
Critique of conventional method
小结(2): Principles of Dendrochronology
1. The principle of site selection 2. The principle of ecological amplitude 3. The principle of replication 4. The principle of crossdating 5. The principle of aggregate tree growth
1. 冰川扩展 2. 冰川退缩
树木年轮与遥感
Earth Observation for Sustainable Development of Forests (EOSD) Pacific Forestry Center, Victoria, Canada
灌木的年轮变化
Ring widths for Chi-E Shrub Disks (From Osamu Kokayashi, 2003) 1.6
Period (years)
校正后的寄主树木年轮年表
8) R-MK 7) R-HM 6) P-BE 5) M-PH 4) M-CH 3) M-OS 2) F-TL 1) F-GM
2 1 0
1700
1750
1800
1850 Year
1900
1950
2000
Biblioteka Baidu
小结(3): 树木年轮生态学
Fritts, H.C. and Swetnam, T.W. 1989. Dendroecology: a tool for evaluating variations in past and present forest environments. Advances in Ecological Research, Vol 19: 111-188. 1. Specific ecological events (flooding, rock slides, volcano) 2. Past forest disturbances (insect outbreak, fire) 3. Climatic or hydrologic conditions (drought, water level) 4. Climatically related variations in animal populations and behavior (fishery, mule deer population)
建立年表：去趋势及多样本平均
3 2 1 0
2 1 0 1800
60 40 20 0
Widths (mm)
Sample 560-2-6
Indices
Sample 560-2-6
It =
Rt A + ∆Rt ∆Rt = t =1+ At At At
1850
1900
1950
2000
Ring-Width Indices
野外采样：2) 敏感性原则
野外采样：3) 长序列
野外采样：3) 长序列 (都兰古墓)
野外采样：4) 复本量原则
实验室样品固定，打磨与测量
交叉定年(Cross-dating)
计算机上相关系数 交叉之中找特征年 显微镜下观察样本
A.E. Douglass (1867-1962) 1901年：Flagstaff 1911年：Prescott
树木年轮学
Dendrochronology
张齐兵
中科院植物所生态中心
树木年轮学分支学科
1) 树木年轮气候学 2) 树木年轮生态学 3) 树木年轮水文学 4) 树木年轮冰川学 5) 树木年轮考古学 6) ……
树轮学是一门快速发展的学科
IPCC 2001: 850 篇参考文献中, 226 篇关于古气候学， 145 篇来源于树轮学
Sample Depth
2 1.5 1 0.5 0 -400 -200
0
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
年轮--气候的关系
1) 响应函数： 2) 转换函数：
年轮--气候关系的生物学基础
生长限制因子
Uniformitarianism
1.5
Ring-Width Indices
1
0.5 -400 -200
-1
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Year
The present is the key to the past The past is the key to the future
都兰, 得令哈与乌兰 (区域性）
1.5
a) Balsam 816-2 b) Spruce 284-5
1899 1901 1903 c) Spruce 73-4
1931 1933 d) Balsam 556-4
1935
Bark
1957
1959 1961
1990 1992 1994
Fort St. James District 树轮年表
Interior Spruce
Tree-Ring Indices
1.5 1 0.5
Subalpine fir
Lodgepole pine
1700
1750
1800
1850 Calendar Year
1900
1950
2000
周期分析
5000
4000
Power
3000
2000
1000
0 1 2 4 6 8 10 20 40 60 80 100
科学问题 1）虫害爆发是否具有周期性？ 2）虫害爆发是否具有空间一致性？ 3）影响种群动态的因素： 生物自身特性？寄主特性？气候？
Choristoneura 是重要的生态干扰因子
研究区域
3 4 1 2 5
6
7
8
野外采样
寄主与非寄主
实验室测量
Lintab
Windendro
年轮宽度测量
虫害爆发与树木年轮的响应
(1452-1519)
小结 (1): 树木年轮学定义与特点
1) 树木年轮学定义
2) 学科特点: 定年准确, 分辨率高，敏感性强， 时间与空间尺度，取样难易，分析费用
研究课题1：气候变化
青藏高原近两千年的气候变化特征
青藏高原研究地点
Delingha Wulan Dulan
样本采集
野外采样：1) Ecological Amplitude
Atmos-
• 种群动态，群落演替，景观格局 • 大气CO2浓度升高与树木生长 • 森林的C储存 （Carbon sequestration)
Bio-
Geo-
其它树木年轮学研究
样方定位
树木年轮与森林火灾
森林火灾历史 (Swetnam, T.W. 2002)
树木年轮考古学
树木年轮冰川/地貌学
Ring-Width Indices
1
0.5 -400
-200
0
1.5 1 0.5 1.5
1 0.5
1.5 1
200
400
600 800 Year
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Dulan
Tree-Ring Indices
Delingha
Wulan
0.5 1300
1400
1500
1600 Year
Ring Widths (mm)
1.2 0.8 0.4 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Year
树木年轮密度，化学同位素等指标
小结(4): 树轮学是一门交叉学科
植物生理学 生态学 气候学 水文学 历史学 全球变化生态学等
北美与欧洲树轮研究单位
中国树木年轮研究单位
中科院地球环境所
国际树轮研究地点分布
World Data Center – Paleoclimatology, 寒旱所镜象网站：http://wdc.casnw.net/paleo/paleo.html
植物所树轮研究地点
树木年轮学概念
Leonardo da Vinci
1700
1800
1900
2000
树木年轮气候学 (文献）
1. Fritts, H.C. 1976. Tree Rings and Climate. Academic Press, 568p. 2. Frits, H.C. 1966. Growth-rings of trees: their correlation with climate, Science, Vol 154: 973-979. 3. LaMarche, V.C. 1978. Tree-ring evidence of past climatic variability, Nature, Vol 276: 334-338. 4. Jacoby, G. et al. 1996. Mongolian tree rings and 20th-century warming, Science, Vol 273: 771-773. 5. Mann, M. et al. 1998. Global-scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries, Nature, Vol 392: 779-787.