2019, Vol.39
干旱区是地球表层系统的重要组成部分，有独特的气候和环境变化特征，对人类生存和发展意义重大[1]。中国西部地区是开展干旱区气候与环境变化、风沙地貌与沙漠化、地表过程等研究的理想场所[2~4]。近40年来，我国西北地区气候出现由暖干向暖湿的转变，新疆地区的表现最为突出[5]，其中南疆降水量增加更为明显[6]。策勒绿洲位于塔克拉玛干沙漠南缘(以下称塔南)中段，为典型的荒漠-绿洲型生态系统[7]，其气候变化在一定程度上反映了塔南地区的气候变化。但长期以来，关于策勒地区气候变化研究主要集中在绿洲小气候时空变化分析方面[8~9]，而制约古气候研究的关键在于缺乏高分辨率的气候信息载体。Xia等[10~11]研究表明在干旱荒漠区红柳沙包沉积纹层不仅是分辨率达年级的地质计年手段，还蕴含丰富的气候环境信息。赵元杰等[12~14]探讨了多种建立沉积纹层年代序列的方法，且通过沉积纹层中稳定同位素重建了罗布泊地区的气候要素，较好地反映了罗布泊地区的气候环境变化。具有清晰沉积纹层的红柳沙包也为塔南地区近现代气候环境变化研究提供了可能，如刘倩等[15]、高辰晶等[16]、赵元杰等[17]、郭峰等[18]、赵灿等[19]和Zhang等[20]分别利用红柳沙包沉积纹层中的落叶阳离子、沙物质粒度、TOC、TN和C/N、孢粉组合及δ13C等分析了研究区的气候环境变化。研究表明，沉积物中δ18O作为代用指标，对气候环境的指示也较为明确[21~22]。首次利用红柳沙包沉积纹层中δ18O揭示策勒地区的气候变化，对完善干旱区气候环境变化研究具有重要意义。本文以策勒县达玛沟地区红柳沙包沉积纹层红柳落叶δ18O为基础，利用SPSS软件中的逐步回归法建立了δ18O与气候要素的关系模型，并重建了近400年来策勒地区气候要素变化序列。
1 研究区概况策勒县(35°17′~39°30′N，80°03′~82°10′E)属于新疆维吾尔自治区和田地区(图 1)，地势总体呈南高北低，山区平均海拔3200 m，平原平均海拔1500~1800 m，属于典型的暖温带荒漠气候，干旱少雨，风沙活动频繁，蒸发量大。日照时间长，光照充足，昼夜温差较大。该区土壤主要是由棕漠土、风沙土以及盐土组成。植物种类较为单一，且植被群落结构简单。
|
图 1 研究区与采样点位置示意图 Fig. 1 Sketch map of the study area and sampling site |
采样点坐标为37.09°N，81.08°E；1318 m a.s.l.(图 1)，采样时间为2011年6月18~20日。采样的红柳沙包剖面高度约450 cm，为松散风成沙和红柳枯枝落叶沉积物。采样时对0~250 cm层段，按纹层厚度0.5~2.8 cm，取样141个；对250~450 cm层段，按平均厚度20.0 cm，取样10个。样品δ18O值在中国科学院地质与地球物理研究所测定。δ18O值测试步骤为：经过预处理提取α-纤维素，用电子天平称取0.20~0.25 mg的α-纤维素，用银杯封装好，经过高温转换元素分析仪(TC/EA)燃烧后的气体送入由美国Thermo Scientific公司制造的MAT- 253型气体同位素质谱仪进行测定。测定后的氧同位素值均为相对于VSMOW的千分值，测试精度在± 0.3 ‰以内。
2.2 沉积纹层年代序列建立因采样的部分红柳沙包纹层较为模糊，样品的年代需要纹层计年与多种测年手段(210Pb、137Cs和14C)相结合进行验证。137Cs的测定结果显示，其峰值在37.2 cm和59.2 cm处与我国1980年和1964年两次重要核试验有很好的对应关系，因此把深度37.2 cm处定为1980年，把深度59.2 cm处定为1964年；利用14C测得剖面底部450 cm处样品年代是1590 a(± 30 a)；采用210Pbex模式，依据沙物质210Pbex随深度变化的对数拟合曲线方程为y=- 40.713Ln(x)+234.86(R2=0.5394，P < 0.001)，再综合纹层计年，计算采样点红柳沙包沉积纹层的平均沉积速度为1.27 cm/a，从而建立红柳沙包沉积纹层为1590~2010年(图 2)约400年的年代序列[12]。
|
图 2 策勒地区红柳沙包沉积纹层年代序列 Fig. 2 Age sequences of Tamarix cone sedimentary veins in Qira region |
由于样品数量、实验步骤等导致样品损耗，最终无法测得最上层样品及最下层样品δ18O值，最终得到序列时段为1630~2008年。沉积纹层红柳落叶δ18O值波动范围为27.18 ‰ ~44.07 ‰，平均值为33.96 ‰，波动幅度为16.89 ‰。其中：1921~2008年，δ18O值整体变化幅度较大，其值偏重，在1926年出现最大值，且1961年、1969年、1993年和2001年的δ18O值也较高；1899~1920年波动幅度较小；1630~1898年，δ18O值偏轻，但波动幅度也较大，总体上δ18O值小于序列平均值，且在1881年出现最小值。
为提高数据的准确性，采用5年移动平均法对δ18O数据进行处理[14]，剔除高频信号得到δ18OMa，时间序列为1635~2009年，共374年。在相关性分析和气候要素重建中，使用5年移动平均序列δ18OMa。
4 红柳落叶δ18OMa与气候要素的相关性对于气象站资料的选择，需要考虑气象数据均一性，且气候记录足够长。策勒气象站(37°01′N，80°48′E；海拔1336.5 m)与采样点距离最近，约30 km，海拔高度相当(图 1)，有1960~2011年连续记录的气象观测数据，气象站点虽有短距离迁址，但气象数据通过置信限95 %的t检验(P＜0.000)，且通过M-K检验，说明策勒气象数据不存在突变现象[23]。因此，选策勒气象站数据与δ18OMa做相关分析。为与δ18OMa序列相对应，对各气候要素也进行了5年移动平均处理，得到气候要素时间序列为1965~2012年。为使其年代与δ18OMa序列对应，选取1965~2009年时段的δ18OMa序列值，计算与同年各气候要素的相关系数(表 1)。
|
表 1 沉积纹层δ18OMa与气候要素的相关系数 Table 1 Correlation coefficients between climate elements and δ18OMa |
δ18OMa仅与2月、4月和12月的平均气温显著相关，相关系数分别为0.396(P＜0.01)、- 0.470(P＜0.01)和0.388(P＜0.01)，是因为2月和12月为冬季，此时气温低有利于保存较多的冰雪，供生长季红柳所需水分，蒸腾作用会降低δ18O值；而4月为生长初期，高温会加速土壤水蒸发和植物蒸腾，红柳生长极易受到水分条件的制约；另外，受红柳自身“滞后性”发育的影响。δ18OMa序列与年平均气温的相关性不显著，可能是因为其他气候及生物要素产生的噪音，降低了年平均气温对红柳落叶δ18O的影响，从而降低了δ18O对气温的敏感性。
4.2 δ18OMa与相对湿度的相关性δ18O与全年平均、10月、4月、5月、9月及7月空气相对湿度呈显著正相关，相关系数分别为0.567(P＜0.01)、0.558(P＜0.01)、0.508(P＜0.01)、0.481(P＜0.01)、0.448(P＜0.01)和0.385(P＜0.01)，说明从春末至秋末空气相对湿度对δ18OMa的影响较明显。因为空气相对湿度较高时，红柳叶片的蒸腾作用减弱，进而使红柳落叶δ18O值增加。
4.3 δ18OMa与降水量的相关性δ18OMa与3月、9月、2月和8月的降水量显著相关，相关系数分别为0.614(P＜0.01)、0.549(P＜0.01)、- 0.415(P＜0.01)和0.346(P＜0.05)，与其他月份均未达到90 %的置信限，说明降水并不是策勒地区红柳生长的唯一影响因子。策勒地区全年平均降水量仅为38.82 mm(1960~2011年平均值)，而年平均蒸发量可达2571.6 mm，降水较少而蒸发量较大，红柳生长除了依靠降水，更多的依赖于地下水和土壤水，这在一定程度上降低了δ18O与降水量的相关性。3月和8~9月是策勒地区的降雨较多季节，降水对红柳生长起到了促进作用，加强了蒸腾过程，因此与这些时段的降水量相关性较高。
4.4 δ18OMa与日照时数的相关性δ18OMa仅与2月、9月和10月的日照时数呈显著相关，相关系数分别为0.342(P＜0.05)、- 0.420(P＜0.01)和- 0.339(P＜0.05)。2月为红柳生长前期，充分的日照有利于土壤温度的升高，加速红柳吸水萌发，但蒸腾作用微弱，在一定程度上能够增加δ18O值，为正相关；9月和10月是日照时数较长的秋季，策勒地区光照充足，红柳蒸腾作用较强从而降低了红柳叶片中的δ18O值，呈显负相关。
4.5 气候要素对红柳落叶δ18OMa的贡献率以δ18OMa作为回归因变量，将所有与δ18OMa序列相关性显著的气候因子作为回归自变量，采用SPSS软件中多元回归分析的逐步回归法[24~25]，除去对δ18OMa贡献不显著的因子，建立红柳落叶δ18OMa的回归方程。SPSS软件分析结果表明，3月降水量、9月相对湿度、12月最低平均气温、8月降水量这4个因子对δ18OMa值影响较大。回归的复相关系数(R)为0.870，通过了信度为0.05的F检验，说明δ18OMa与这4个影响因子存在显著线性关系，对δ18OMa贡献率R2为0.757，即能解释1965~2009年来δ18OMa的75.7 %的变化情况。3月降水量、9月相对湿度、12月最低平均气温、8月降水量对δ18OMa贡献率依次为37.7 %、22.2 %、13.0 %和27.0 %。通过显著性检验的δ18OMa的回归方程为(公式1)：
|
(1) |
根据方程(公式1)，可以重建Δ18OMa，并与原δ18OMa进行对比(图 3)，重建Δ18OMa序列与原δ18OMa序列的拟合度较高。
|
图 3 红柳落叶Δ18OMa和原始δ18OMa序列 Fig. 3 Reconstructed Δ18OMa and original δ18OMa sequences of Tamarix |
虽然4月平均气温对δ18OMa变化的贡献率不是很高，但其相关系数为- 0.470，且达到99 %的置信限(表 1)。4月是由冬季过渡到春季的时期，气温逐渐升高，红柳进入生长初期，光合作用及蒸腾作用逐渐增强，因此在这个过渡时期温度的变化对红柳生长的影响较大。将Δ18OMa值(X)作为回归自变量，4月平均气温(Y)作为回归因变量建立回归方程如下(公式2)：
|
(2) |
公式(2)复相关系数(R)为0.470，且通过了信度为0.01的F检验，即Y(温度)与X(δ18OMa)存在显著线性关系，通过重建得到1635~2009年的4月平均气温(图 4)。通过计算，1965~2009年重建的4月平均气温(17.03 ℃)略高于实测的4月平均气温(16.77 ℃)，可能因为冬季的气候环境信息在一定程度上较难捕捉[26]。
|
图 4 策勒地区4月份平均气温重建序列 Fig. 4 Reconstructed April's average temperature sequence in Qira region |
从图 4看出，1653年以来，策勒地区气温整体呈下降趋势，平均每年下降0.003 ℃，但在1965年以来气温呈上升趋势，平均每年上升0.009 ℃。这在一定程度上与相关研究结论存在差异，Jacoby等[27]通过树轮分析发现亚洲中部干旱区自19世纪中期以来气温呈线性大幅度上升趋势；钱正安等[28]和白庆梅[29]分析发现全球温度增暖变化较为显著的地带主要集中在中高纬度的半干旱地区，且最大增暖季在冬、春季；赵天保等[30]发现百年来我国西北地区呈显著增温特征；贺晋云等[5]和康丽娟等[31]发现新疆气温、降水在时空上呈现出暖湿化趋势，但不同区域增温增湿的效应不同。出现区域差异的原因可能是随着绿洲范围的扩大[32]，绿洲“冷岛效应”部分抵消了全球升温效应；但是1958年达玛沟上游丰收水库建成后，大部分水分用于绿洲灌溉，采样点绿洲冷岛效应随之减弱，气温变化又与全球升温趋于一致。
用累积距平法[12~13]对重建气温序列进行阶段划分，策勒地区1635~2009年间的气温变化可以分为4个阶段(图 5)。
|
图 5 策勒地区4月平均气温序列的累积距平图 Fig. 5 Cumulative anomalies of April's average temperature series in Qira region |
第一阶段(1635~1725年)：为暖期，平均气温17.15 ℃；第二阶段(1726~1792年)：为明显冷期，平均气温16.69 ℃；第三阶段(1793~1899年)：为暖期，气温呈偏暖趋势，在1835~1852年和1870~1880年时段内气温偏低，平均气温17.25 ℃；第四阶段(1900~2009年)：为冷期，但期间有若干个偏冷期和偏暖期交替存在，平均气温为16.90 ℃。
本区偏冷阶段为1726~1792年、1835~1852年、1870~1880年、1900~1920年、1925~1931年、1960~1975年和1980~2009年，与精河流域[33](精河流域位于新疆精河县域内，发源于天山中段婆罗科努山北坡，向北注入艾比湖，地理位置介于43°00′~43°10′N和93°45′~94°18′E之间)重建气温序列中的偏冷时期1798~1850年、1884~1922年和1965~1995年有较好的对应性；与塔南地区利用红柳沙包落叶阳离子[15]、碳同位素[20]、孢粉[19]重建气温序列中的偏冷时期1911~1914年、1926~1927年、1914~1993年、1840~1853年及1885~1895年对应性较好；与罗布泊地区利用δ13C[13]重建气温序列中的偏冷时期1844~1848年、1871~1874年及1921~1927年对应性较好；与策勒地区利用孢粉[18]重建气温序列中的偏冷时期1931~2010年对应性较好。
本区偏暖阶段为1635~1723年、1791~1833年、1853~1869年、1880~1899年、1921~1927年、1934~1960年和1975~1980年，与精河流域[33]的偏暖时期1590~1810年、1923~1964年有较好的对应性；与塔南地区[15~17]的偏暖阶段1711~1803年、1820~1838年、1848~1862年、1851~1913年和1686~1913年对应性较好；与安迪尔地区[19]偏暖时期1829~1840年、1853~1885年和1895~1905年对应较好；与策勒地区[18]偏暖时期1590~1813年对应性较高。
5.1.2 3月降水量的重建3月降水量与δ18OMa相关系数(0.614)最高且达到99 %的置信限(见表 1)；春季是策勒地区降水较多的季节，且3月份是策勒地区从冬季过渡到春季的时期，气温逐渐升高，冰雪融水及降水增多，春季红柳处于生长初期，光合作用及蒸腾作用逐渐增强，因此在春季降水仍是促进红柳生长的重要因素之一。把δ18OMa值(X)作为回归自变量，3月份降水量(Y)作为回归因变量建立回归方程(公式3)：
|
(3) |
公式(3)复相关系数(R)为0.614且通过了信度为0.01的F检验，即Y(降水量)与X(δ18OMa)存在显著线性关系。通过重建得到1635~2009年的3月降水量(图 6)。通过计算，1965~2009年重建的3月降水量(1.01 mm)略低于实测的3月降水量(1.40 mm)。
|
图 6 重建策勒地区3月份降水量序列 Fig. 6 Reconstructed March's precipitation series in Qira region |
图 6表明，从1635年以来降水量略有增加，计算结果为平均每年增加0.002 mm，1965年以来增加较快，达到每年0.022 mm。钱正安等[28]和白庆梅[29]等研究发现与气温变化相比，全球降水变化显示出多变且复杂的特点；赵天保等[30]和冉津江等[34]研究表明中国干旱半干旱区是未来降水增加最为显著的地区之一，且暖季增加趋势更为明显；秦大河等[35]和施雅风等[36]发现西北地区降水显著增加；殷刚等[37]和热孜宛古丽等[38]发现新疆气候具有明显的增湿趋势；秦艳等[39]和郑红莲等[40]发现南疆地区的降水半个世纪以来呈增加趋势。新疆策勒地区的降水与多数研究结论相一致，但增加幅度明显较低，可能与绿洲扩大，耗水量增加，恶化了采样点的水分状况有关。
用累积距平法[12~13]对重建降水序列进行阶段划分，策勒地区1635~2009年间的3月降水量变化可以分为4个阶段(图 7)。
|
图 7 策勒地区3月降水量的累积距平曲线 Fig. 7 Cumulative anomalies of March's precipitation in Qira region |
第一阶段(1635~1725年)：为偏干期，平均降水量为1.01 mm；第二阶段(1726~1792年)：为偏湿期，平均降水量为1.66 mm；第三阶段(1793~1897年)：为偏干期，在1837~1852年和1867~1883年两个时段内降水出现短暂增多的现象，平均降水量为1.11 mm；第四阶段(1898~2009年)：为偏湿期，平均降水量为1.12 mm，期间有若干个偏干或偏湿期交替出现。
策勒地区偏干阶段为1635~1725年、1792~1837年、1852~1867年、1882~1897年、1920~1927年、1935~1957年和1972~1980年，与北疆地区利用树轮[41]重建的降水量序列中少雨期1697~1733年、1808~1867年有较好的对应关系；与塔南地区利用有机碳[17]及孢粉[19]分析的气候变化中的偏干期1901~1990年和1792~1905年有较好的对应关系；与罗布泊地区利用红柳沙包沉积纹层中氢氧同位素[14]重建降水量中偏干期1850~1860年、1928~1964年有较好的对应性；与策勒地区[18]利用孢粉重建降水量中的1651~1730年、1795~1810年有较好的对应性。
策勒地区偏湿阶段为1726~1792年、1837~1852年、1867~1883年、1897~1920年、1927~1935年、1957~1972年和1981~2009年，与韩淑媞等[41]和张瑞波等[42]研究北疆环境变化中的偏湿期1700~1805年、1685~1718年、1752~1779年和1887~1918年有较好对应关系；与塔南地区[15]气候变化中1771~1900年、1991~2010年和1905~1950年对应性较好；与策勒地区[18]气候变化中偏湿阶段1731~1794年、1859~1909年和1946~2010年有较好的对应关系。
6 结论本研究利用策勒达玛沟红柳沙包沉积纹层红柳落叶的稳定氧同位素数据，结合策勒气象站1960~2011年观测数据，运用移动平均法对稳定氧同位素和气象数据进行移动平均处理后，运用相关分析及逐步回归法，定量重建了策勒地区近400年来的4月平均气温和3月降水量序列。结果如下：
(1) 红柳落叶δ18O平均值为33.96 ‰，波动范围为27.18 ‰ ~44.07 ‰，波动幅度为16.89 ‰。
(2) δ18O与4月、2月和12月的月平均气温相关性较为显著；δ18O与10月、4月、5月、9月、7月以及全年的空气相对湿度呈显著正相关；δ18O与3月、9月和8月的降水量呈显著正相关，与2月降水量呈显著负相关；δ18O仅与2月日照时数呈显著正相关，与9月和10月的日照时数呈显著负相关。
(3) 重建的4月平均气温序列包括4个阶段：1635~1725年为暖期，平均气温为17.15 ℃；1726~1792年为明显冷期，平均气温为16.69 ℃；1793~1899年为暖期，在1835~1852年和1870~1880年时段内气温偏低，平均气温为17.25 ℃；1900~2009年为冷期，但期间有若干个偏冷期和偏暖期交替，平均气温为16.90 ℃。
(4) 重建的3月降水量序列包括4个阶段：1635~1725年为偏干期，平均降水量为1.01 mm；1726~1792年为明显偏湿期，平均降水量为1.66 mm；1793~1897年为偏干期，在1837~1852年、1867~1883年两个时段内降水有增多的现象，该阶段平均值为1.11 mm；1898~2009年为偏湿期，期间有若干个偏干或偏湿期交替，平均降水量为1.12 mm。
(5) 策勒地区近400年来可以分为4个气候阶段：1635~1725年为暖干期，1726~1792年为冷湿期，1793~1897年暖干期，1898~2009年为冷湿期。气候总体上表现出降温增湿趋势。
致谢: 感谢导师赵元杰教授的悉心指导，同时衷心感谢三位审稿专家及本刊编辑杨美芳老师提出的宝贵意见，对文章的修改完善帮助很大。
| [1] |
赵生才. 罗布泊地区环境变迁和西部干旱区未来发展[J]. 地球科学进展, 2005, 20(8): 920-923. Zhao Shengcai. Environmental change of Lop Nor region and future development of western arid region[J]. Advances in Earth Science, 2005, 20(8): 920-923. DOI:10.3321/j.issn:1001-8166.2005.08.015 |
| [2] |
冷疏影, 宋长青. 科学基金资助下中国西部地表过程研究重要进展[J]. 地理科学进展, 2010, 29(11): 1283-1292. Leng Shuying, Song Changqing. Progress in the researches on the earth surface process in West China under the supports by National Natural Science Foundation of China[J]. Progress in Geography, 2010, 29(11): 1283-1292. DOI:10.11820/dlkxjz.2010.11.002 |
| [3] |
耿建伟, 赵晖, 王兴繁, 等. 历史时期额济纳盆地水系与绿洲演变过程及其机制研究[J]. 第四纪研究, 2016, 36(5): 1204-1215. Geng Jianwei, Zhao Hui, Wang Xingfan, et al. Oasis and drainage network evolution processes and mechanisms of Ejina Basin during historical period[J]. Quaternary Sciences, 2016, 36(5): 1204-1215. |
| [4] |
李康康, 秦小光, 张磊, 等. 罗布泊(楼兰)地区1260-1450 A. D.期间的绿洲环境和人类活动[J]. 第四纪研究, 2018, 38(3): 720-731. Li Kangkang, Qin Xiaoguang, Zhang Lei, et al. The ancient oasis and human activity in Lop Nur (Loulan) region during 1260-1450 A.D.[J]. Quaternary Sciences, 2018, 38(3): 720-731. |
| [5] |
贺晋云, 张明军, 王鹏, 等. 新疆气候变化研究进展[J]. 干旱区研究, 2011, 28(3): 499-508. He Jinyun, Zhang Mingjun, Wang Peng, et al. New progress of the study on climate change in Xinjiang[J]. Arid Zone Research, 2011, 28(3): 499-508. |
| [6] |
杨青, 何清, 袁玉江, 等.塔里木流域气候特征演变及灾害防治对策[M]//刘晏良.塔里木河中下游踏勘报告.北京: 中国统计出版社, 2000: 291-293. Yang Qing, He Qing, Yuan Yujiang, et al. Climate characteristics evolution and disaster prevention and control measures in Tarim Basin[M]//Liu Yanliang. Reconnaissance Report on the Middle and Lower Reaches of Tarim River. Beijing: China Statistics Press, 2000: 291-293. |
| [7] |
张春轶, 瓦哈甫·哈力克, 马燕, 等. 典型干旱区土地利用变化的生态环境外部性分析——以策勒绿洲为例[J]. 云南地理环境研究, 2007, 19(1): 28-33. Zhang Chunyi, Wahap Halik, Ma Yan, et al. Environment externalities analyse of typical arid areas land use change-Make Qira oasis in Xinjiang Province for example[J]. Yunnan Geographic Environment Research, 2007, 19(1): 28-33. DOI:10.3969/j.issn.1001-7852.2007.01.007 |
| [8] |
毛东雷, 蔡富艳, 雷加强, 等. 新疆策勒沙漠-荒漠-绿洲典型下垫面小气候空间变化分析[J]. 地理科学, 2017, 37(4): 630-640. Mao Donglei, Cai Fuyan, Lei Jiaqiang, et al. Spatial analysis on changes of microclimate in typical landscapes in desert-wilderness-oasis in Cele, Xinjiang[J]. Scientia Geographica Sinica, 2017, 37(4): 630-640. |
| [9] |
毛东雷, 蔡富艳, 雷加强, 等. 新疆策勒不同下垫面大气降尘时空分布特征[J]. 干旱区研究, 2017, 34(6): 1222-1229. Mao Donglei, Cai Fuyan, Lei Jiaqiang, et al. Spatio-temporal distribution of atmospheric dustfall over different underlying surfaces in Qira County, Xinjiang[J]. Arid Zone Research, 2017, 34(6): 1222-1229. |
| [10] |
Xia Xuncheng, Zhao Yuanjie, Wang Fubao, et al. Environmental significance exploration to Tamarix cone age layer in Lop Nur Lake region[J]. Chinese Science Bulletin, 2005, 50(20): 2395-2397. DOI:10.1007/BF03183755 |
| [11] |
Xia Xuncheng, Zhao Yuanjie, Wang Fubao, et al. Stratification features of Tamarix cone and its possible age significance[J]. Chinese Science Bulletin, 2004, 49(14): 1539-1540. DOI:10.1360/03wd0104 |
| [12] |
赵元杰, 刘辉, 车高红, 等. 荒漠区红柳沙包沉积纹层年代序列建立方法探讨[J]. 干旱区研究, 2015, 32(4): 810-817. Zhao Yuanjie, Liu Hui, Che Gaohong, et al. On age sequence establishment method of Tamarix cone sedimentary veins in desert region[J]. Arid Zone Research, 2015, 32(4): 810-817. |
| [13] |
赵元杰, 王晓毅, 夏训诚, 等. 新疆罗布泊地区近160年来红柳沙包沉积纹层δ13C与气候重建[J]. 第四纪研究, 2011, 31(1): 130-136. Zhao Yuanjie, Wang Xiaoyi, Xia Xuncheng, et al. The δ13C sequence of Tamarix cone sedimentary veins and climate reconstruction during last 160 years in Lop Nur region, Xinjiang, China[J]. Quaternary Sciences, 2011, 31(1): 130-136. DOI:10.3969/j.issn.1001-7410.2011.01.17 |
| [14] |
汪骏鸿, 赵元杰. 利用红柳沙包氢氧同位素重建罗布泊地区近160年间气候要素[J]. 第四纪研究, 2011, 31(6): 1045-1052. Wang Junhong, Zhao Yuanjie. Reconstruction of the climate parameters in Lop Nur region over the past 160 years based on the δD and δ18O in Tamarix cone sedimentary veins[J]. Quaternary Sciences, 2011, 31(6): 1045-1052. DOI:10.3969/j.issn.1001-7410.2011.06.11 |
| [15] |
刘倩, 高辰晶, 赵元杰, 等. 塔克拉玛干沙漠南缘红柳沙包落叶阳离子含量及气候环境变化[J]. 地球科学进展, 2013, 28(12): 1326-1334. Liu Qian, Gao Chenjing, Zhao Yuanjie, et al. Positive ion contained in Tamarix cone sedimentary veins and climatic and environmental change in southern region of the Taklimakan Desert[J]. Advances in Earth Science, 2013, 28(12): 1326-1334. |
| [16] |
高辰晶, 刘倩, 王艳欣, 等. 塔克拉玛干沙漠南缘红柳沙包沙物质粒度特征与风沙环境变化[J]. 水土保持研究, 2014, 21(3): 41-46. Gao Chenjing, Liu Qian, Wang Yanxin, et al. Grain-size characteristics of sand materials in Tamarix con sedimentary veins and wind sandy environment change in the southern region of Taklimakan Desert[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2014, 21(3): 41-46. |
| [17] |
赵元杰, 车高红, 刘辉, 等. 塔克拉玛干沙漠南缘红柳沙包有机质碳氮含量与气候环境变化[J]. 干旱区地理, 2016, 39(3): 461-467. Zhao Yuanjie, Che Gaohong, Liu Hui, et al. C and N contents in organic matter of Tamarix con and climatic and environmental change in southern region of the Taklimakan Desert[J]. Arid Land Geography, 2016, 39(3): 461-467. |
| [18] |
郭峰, 赵灿, 赵元杰, 等. 近400年来塔克拉玛干沙漠南缘红柳沙包孢粉组合与环境变化[J]. 古生物学报, 2016, 55(1): 136-144. Guo Feng, Zhao Can, Zhao Yuanjie, et al. Pollen assemblages of Tamarix con sedimentary veins and environmental change in the southern margin of Taklimakan Desert for about the last 400 years[J]. Acta Palaeontologica Sinica, 2016, 55(1): 136-144. |
| [19] |
赵灿, 郭峰, 赵元杰, 等. 近200年来安迪尔故城红柳沙包孢粉组合与环境变化[J]. 干旱区资源与环境, 2015, 29(11): 158-163. Zhao Can, Guo Feng, Zhao Yuanjie, et al. Pollen assemblages of Tamarix con and environmental change in Andier ancient city region during the recent 200 years[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2015, 29(11): 158-163. |
| [20] |
Zhang Z G, Fang Y, Li L, et al. Reconstruction of the paleotemperature in the southern margin of the Taklimakan Desert based on carbon isotope discrimination of Tamarix leaves[J]. Applied Ecology and Environmental Research, 2017, 15(4): 561-570. DOI:10.15666/aeer |
| [21] |
王芳, 孙青, 蔡炳贵, 等. 辽宁本溪庙洞降水、滴水和现生碳酸钙的δ18O变化特征及其古气候意义[J]. 第四纪研究, 2016, 36(6): 1370-1382. Wang Fang, Sun Qing, Cai Binggui, et al. Variation of δ18O in the meteoric precipitation, drip water and their calcite deposition in Miaodong cave, Liaoning Province and its implications for palaeoclimatic reconstructions[J]. Quaternary Sciences, 2016, 36(6): 1370-1382. |
| [22] |
孙喜利, 杨勋林, 史志超, 等. 石笋记录的西南地区MIS 4阶段夏季风的演化[J]. 第四纪研究, 2017, 37(6): 1370-1380. Sun Xili, Yang Xunlin, Shi Zhichao, et al. The evolution of summer monsoon in Southwest China during MIS 4 as revealed by stalagmite δ18O record[J]. Quaternary Sciences, 2017, 37(6): 1370-1380. |
| [23] |
曾佳, 郭峰, 赵灿, 等. 塔克拉玛干沙漠南缘小绿洲近50 a来气候变化特征[J]. 干旱区地理, 2014, 37(5): 948-957. Zeng Jia, Guo Feng, Zhao Can, et al. Climate change of small oases in the southern margin of Taklimakan Desert in recent 50 years[J]. Arid Land Geography, 2014, 37(5): 948-957. |
| [24] |
游士兵, 严研. 逐步回归分析法及其应用[J]. 统计与决策, 2017(14): 31-35. You Shibing, Yan Yan. Stepwise regression analysis and its application[J]. Statistics & Decision, 2017(14): 31-35. |
| [25] |
欧阳芬, 吕海深, 黎敏. 基于主成分分析与逐步回归法的降尺度预报模型及应用[J]. 水电能源科学, 2012, 30(8): 9-12. Ouyang Fen, Lü Haishen, Li Min. Downscaling prediction model and its application based on principle component analysis and stepwise regression[J]. Water Resources and Power, 2012, 30(8): 9-12. DOI:10.3969/j.issn.1000-7709.2012.08.003 |
| [26] |
侯光良, 鄂崇毅, 肖景义, 等. 重建古气温的环境证据法——差异性分析[J]. 地球学报, 2011, 32(4): 455-462. Hou Guangliang, E Chongyi, Xiao Jingyi, et al. The sensitivity analysis of reconstructing ancient temperatures by different circumstantial evidence and methods[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2011, 32(4): 455-462. DOI:10.3975/cagsb.2011.04.09 |
| [27] |
Jacoby G C, D'Arrigo R D, Davaajamts T. Mongolian tree rings and 20th-Century warming[J]. Science, 1996, 273(5276): 771-773. DOI:10.1126/science.273.5276.771 |
| [28] |
钱正安, 宋敏红, 吴统文, 等. 世界干旱气候研究动态及进展综述(Ⅰ):若干主要干旱区国家的研究动态及联合国的贡献[J]. 高原气象, 2017, 36(6): 1433-1456. Qian Zheng'an, Song Minhong, Wu Tongwen, et al. Review of advances in world arid climate research (Ⅰ):Development and contribution of some main dryland countries and UN[J]. Plateau Meteorology, 2017, 36(6): 1433-1456. |
| [29] |
白庆梅.亚洲干旱/半干旱区近几十年区域气候变化[D].兰州: 兰州大学硕士论文, 2010: 26-47. Bai Qingmei. Region Change of Asian Arid and Semiarid Area in Recent Years[D]. Lanzhou: The Master's Dissertation of Lanzhou University, 2010: 26-47. http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10730-2010130313.htm |
| [30] |
赵天保, 陈亮, 马柱国. CMIP5多模式对全球典型干旱半干旱区气候变化的模拟与预估[J]. 科学通报, 2014, 9(12): 1148-1163. Zhao Tianbao, Chen Liang, Ma Zhuguo. Simulation of historical and projected of climate change in arid and semiarid areas by CMIP5 models[J]. Chinese Science Bulletin, 2014, 9(12): 1148-1163. |
| [31] |
康丽娟, 巴特尔·巴克, 罗那那, 等. 1961-2013年新疆气温和降水的时空变化特征分析[J]. 新疆农业科学, 2018, 55(1): 123-133. Kuang Lijuan, Batur Bake, Luo Nana, et al. Spatial-temporal variations of temperature and precipitation in Xinjiang from 1961 to 2013[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2018, 55(1): 123-133. |
| [32] |
王兮之, 葛剑平. 40多年来塔南策勒绿洲动态变化研究[J]. 植物生态学报, 2004, 28(3): 369-375. Wang Xizhi, Ge Jianping. Dynamic changes of the Qira oasis over a 40 year period[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2004, 28(3): 369-375. DOI:10.3321/j.issn:1005-264X.2004.03.012 |
| [33] |
喻树龙, 袁玉江, 何清, 等. 1468-2001年新疆精河5-8月平均气温的重建[J]. 冰川冻土, 2007, 29(3): 374-379. Yu Shulong, Yuan Yujiang, He Qing, et al. Reconstruction of temperature series from A. D. 1468-2001 in the Jinghe, Xinjiang[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2007, 29(3): 374-379. DOI:10.3969/j.issn.1000-0240.2007.03.006 |
| [34] |
冉津江, 季明霞, 黄建平, 等. 中国北方干旱区和半干旱区近60年气候变化特征及成因分析[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2014, 50(1): 46-53. Ran Jinjiang, Ji Mingxia, Huang Jianping, et al. Characteristics and factors of climate change in arid and semi-arid areas over Northern China in the recent 60 years[J]. Journal of Lanzhou University(Natural Sciences), 2014, 50(1): 46-53. |
| [35] |
秦大河, 丁一汇, 苏纪兰, 等. 中国气候与环境演变评估(Ⅰ):中国气候与环境变化及未来趋势[J]. 气候变化研究进展, 2005, 1(1): 4-9. Qin Dahe, Ding Yihui, Su Jilan, et al. Assessment of climate and environment changes in China (Ⅰ):Climate and environment changes in China and their projection[J]. Advances in Climate Change Research, 2005, 1(1): 4-9. DOI:10.3969/j.issn.1673-1719.2005.01.002 |
| [36] |
施雅风, 沈永平, 李栋梁, 等. 中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨[J]. 第四纪研究, 2003, 23(2): 152-164. Shi Yafeng, Shen Yongping, Li Dongliang, et al. Discussion on the present climate change from warm-dry to warm-wet in Northwest China[J]. Quaternary Sciences, 2003, 23(2): 152-164. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2003.02.005 |
| [37] |
殷刚, 李兰海, 孟现勇, 等. 新疆1979-2013年降水量时空变化特征和趋势分析[J]. 华北水利水电大学学报(自然科学版), 2017, 38(5): 19-27. Yin Gang, Li Lanhai, Meng Xianyong, et al. A research of precipitation trend and fluctuation in Xinjiang from 1979 to 2013[J]. Journal of North China University of Water Resources and Electric Power(Natural Science Edition), 2017, 38(5): 19-27. DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2017.05.003 |
| [38] |
热孜宛古丽·麦麦提依明, 杨建军, 刘永强, 等. 新疆近54年气温和降水变化特征[J]. 水土保持研究, 2016, 23(2): 128-133. Reziwanguli M, Yang Jianjun, Liu Yongqiang, et al. Characteristics of changes in temperature and precipitation in Xinjiang in recent 54 years[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2016, 23(2): 128-133. |
| [39] |
秦艳, 周跃志, 师庆东. 基于气温、降水变化的南疆气候变化分析[J]. 干旱区资源与环境, 2007, 21(8): 54-57. Qin Yan, Zhou Yuezhi, Shi Qingdong. The analysis on south Xinjiang climate change based on temperature and precipitation changes[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2007, 21(8): 54-57. DOI:10.3969/j.issn.1003-7578.2007.08.012 |
| [40] |
郑红莲, 严军, 元慧慧. 南疆地区近58年气温、降水变化特征分析[J]. 干旱区资源与环境, 2007, 24(7): 103-109. Zheng Honglian, Yan Jun, Yuan Huihui. Analysis of temperature and precipitation of Southern Xinjiang in last 58 years[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2007, 24(8): 54-57. DOI:10.3969/j.issn.1003-7578.2007.08.012 |
| [41] |
韩淑菴, 王承义, 袁玉江. 北疆干旱区500年来环境演变序列[J]. 中国沙漠, 1992, 12(1): 4-11. Han Shuti, Wang Chengyi, Yuan Yujiang. Environmental development succession of Northern Xinjiang in the past 500 years[J]. Journal of Desert Research, 1992, 12(1): 4-11. |
| [42] |
张瑞波, 魏文寿, 袁玉江, 等. 1396-2005年天山南坡阿克苏河流域降水序列重建与分析[J]. 冰川冻土, 2009, 31(1): 27-33. Zhang Ruibo, Wei Wenshou, Yuan Yujiang, et al. A precipitation series of A. D. 1396-2005 in Aksu River Basin on the southern slopes of Tianshan Mountains reconstruction and analysis[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2009, 31(1): 27-33. |
Abstract
There are Tamarix cones distributed in the Qira region (35°17'~39°30'N, 80°03'~82°10'E). Tamarix cone is not only a high-resolution dating method, but also contains a wealth of information on climate and environmental evolution. At the site of 37.09°N, 81.08°E, we take 141 samples in a top part of the Tamarix cone from the top layer to the 250.0 cm deep layer according to every layers with thickness of 0.5~2.8 cm, and 10 samples according to a average thickness of 20.0 cm from 250.0 cm depth to the bottom. Based on the sedimentary vein counting and other dating methods such as AMS 14C, 137Cs and 210Pb of Tamarix cone sedimentary veins, the time sequence of Tamarix cone sedimentary veins in Qira Oasis, southern margin of Taklimakan Desert has been established, which is from 1590 to 2010. Based on the δ18O of the Tamarix cone sedimentary veins, combined with the observation data at Qira Meteorological Station from 1965 to 2009, and using the correlation analysis and the Stepwise Regression method, the temperature sequence in April and precipitation sequence in March for recent nearly 400 years in Qira region have been reconstructed quantitatively. The research results show that:the average of δ18O values is 33.96 ‰, the fluctuation range is 27.18 ‰~44.07 ‰, and the fluctuation value is 16.89 ‰. The change of δ18O sequence is influenced by multiple climatic factors including temperature, precipitation, relative humidity, and sunshine hours, and so on. The δ18O changes have the obvious correlations with the monthly mean temperatures in April, February and October respectively; with monthly relative humidity in October, April, May, September, July and annual relative humidity respectively; with the monthly precipitation in March, September, February and August respectively; with sunshine duration in February, September and October. The reconstructed April's temperature in recent about 400 years could be divided into 4 periods:the warm period from 1635 to 1725; the cold period from 1726 to 1792; another warmer period from 1793 to 1899, during the period from 1835 to 1852 and from 1870 to 1880 the temperature is lower; another cold period from 1900 to 2009, but there are several periods of small cooler and warmer periods. The reconstructed March's precipitation sequence consists of four stages:the partial dry period from 1635 to 1725; the obvious wet period from 1726 to 1792; the partial dry period from 1793 to 1897, in which the precipitation increased during the two periods from 1837 to 1852 and from 1867 to 1883; from 1898 to 2009, it was a wet period, during which there were several periods of partial or partial wetness. In Qira region the climate could be divided into four climate stages in the past 400 years:the warm and dry period from 1635 to 1725, the cool and wet period from 1726 to 1792, the warm and dry period from 1793 to 1897, and the cool and wet period from 1898 to 2009.