地球環境研究所在天山開展首個基于樹輪最小早材密度的干旱重建

干旱對全球水資源、農業和生態系統構成嚴峻威脅，其對于中亞干旱區的影響不容忽視。天山山脈作為中亞的“水塔”，其水文氣候變化直接影響周邊河流與生態平衡。然而，高分辨率、長期的水文氣候記錄在這一區域極為匱乏，限制了人們對此地干旱長期變化規律的理解。樹木年輪作為氣候變化的天然記錄載體，以往研究多依賴年輪寬度或穩定同位素。而樹木年輪密度參數，尤其是最小早材密度（MND），雖在少數地中海和墨西哥研究中顯示出水文氣候重建的潛力，卻未被充分挖掘。

研究團隊深入天山中部南坡的巴侖臺地區，在海拔2700–2870米的森林上線，采集了84棵雪嶺云杉的126個樹芯樣本。通過高精度X射線密度測定技術，團隊獲取了包括年輪寬度（TRW）、最小早材密度（MND）和最大晚材密度（MXD）在內的樹輪指標，并據此建立樹輪年表。

圖1 中天山樹輪寬度（a）、最小早材密度（b）和最大晚材密度年表（c）與氣候因子以及標準化降水蒸散發指數（d）的相關分析結果

相關結果表明，樹輪MND對干旱的指示性最強，在捕捉極端干旱信號方面的能力優于TRW（圖1）。基于MND與6月的12個月尺度標準化降水蒸散發指數（SPEI）相關最高（r=-0.76，n=54，p<0.01），團隊使用MND設計線性回歸方程，重建了中天山巴侖臺地區1464–2015年的SPEI-126變化歷史。此外研究發現，干旱導致MXD在巴侖臺地區失去對溫度信號的響應，轉而響應水文氣候信號（降水和SPEI）。

圖2 重建序列與其他天山樹輪重建序列的對比結果

與其他天山氣候重建序列的對比結果（圖2）表明整個天山的氣候變化存在顯著的相關關系。在十年際尺度上，中天山和西天山的干旱期比東天山更為同步。SPEI-126重建顯示，天山地區的干旱通常表現為連續三年的干旱。例如，最嚴重的干旱期發生在1916–1918年，第二嚴重的干旱期為1808–1810年。持續時間最長的超級干旱從1871年持續到1885年，涵蓋了整個天山山脈。在1916–1918年極端干旱事件之后，天山山脈不同水文氣候序列的趨勢變化出現了分歧。中、西天山地區在極端干旱事件后呈現濕潤化趨勢，可能與西風帶水汽輸送增強密切相關；而東天山近期的干旱化趨勢則可能受盆地熱力效應與局地環流調整的影響更為顯著。

這項研究成果發表在國際古氣候研究專業期刊Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，中國科學院地球環境研究所馬一凡博士研究生和西安交通大學宋慧明研究員為共同第一作者，中國科學院地球環境研究所劉禹研究員為通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金委員會國際(地區)合作與交流項目（42361144712）、第二次青藏高原綜合科學考察項目（2019QZKK0101）、中國科學院（B類）戰略性先導科技專項項目（XDB40010300），國家自然科學基金項目（U1803245）等項目的聯合資助。

Ma Y, Song H, Liu Y*, Zhang Q, Ren M, Cai Q, Zhang T, Pourtahmasi K, Duan X, Li P. Drought reconstructions over the past 552 years based on minimum earlywood density in central Tianshan Mountains. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2025, 667, 11284.

https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.112853