炎陵县大院农场位于罗霄山脉中段,总面积83.86 km2,北纬26°19′ ～ 26°26′,东经113°59′ ～114°03′。平均海拔1 350 m,坡度25 ～ 40°。土壤疏松肥沃,为黄棕壤和山地草甸土壤,土层厚,有机质含量高,保水保肥及通透性好,无大气、水体、土壤污染。该地区气候特点是：年平均气温12.6℃,气温以1 月份最低,为4.0℃,气温以7 月份最高,为24.4℃；年日照时数1650 h；干湿季节明显,主要集中在4 ～ 8 月,占全年降水的70% 以上,年降水量2 294 mm；相对湿度大,年平均相对湿度为85%。

资源冷杉散生于海拔1 500 ～ 1 850 m 处的针阔混交林内,在研究区内广泛分布,是国家二级保护濒危种。乔木层还有杉木、木荷、亮叶水青冈、水青冈、枫香、苦储等树种,灌木层主要有猴头杜鹃、蕨、莎草等,灌丛盖度约为77 %,灌木高度平均为2.0 m,灌丛密度较大,林下草本不发达,枯枝落叶层平均厚15 ～ 25 mm。

本研究采用研究区域附近井冈山气象站(114° 31′ E, 26° 65′ N, 海拔1368.2 m) 的气象资料（见图1）。气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma.gov.cn）。资料时段为 1951~2010 年。

图1 江西井冈山气象站多年月平均温度和降水分布
Fig.1 Mean month precipitation and temperature observed by Jinggangshan weather station,Jiangxi

考虑到前一年气候状况对当年树木生长的影响,所用气候资料的时间跨度为前一年7 月到当年9 月,气候要素包括月平均（最高、最低）温度、月降水量和相对湿度。

2011年9月,在炎陵县大院农场资源冷杉的分布上限（海拔1 530 m,坡度20 ～ 40°,树高20 ～ 30 m）,共采集24 棵资源冷杉,共46 个树芯。树木年轮样本处理基本过程是按树木年轮分析程序进行,经过实验室固定、打磨、目测年龄,采用LINTAB年轮宽度测量仪测定树木年轮宽度,利用COFECHA 程序对交叉定年和测量结果进行检验^[8]，剔除其中年代太短和与主序列相关较差的序列，只保留了年轮序列之间高度相关的树芯数据，即共42 个资源冷杉树芯数据参与制定树种最终的年表。年表的建立是应用ARSTAN^[9] 完成的,采用负指数函数和斜率为负数的回归方程对生长趋势进行拟合,将去趋势序列以双权重平均法合成了相应树种分布上限的标准年表（见图2）。本研究年表的起始年份（1840 年）的最低复本量为8 根树芯。构建该年表树芯的平均长度为138 年（108 年～ 226 年）,所以该年表较可靠地记录该地区过去171 年（1840 ～ 2010 年）的树木年轮径向生长的情况。

标准年表的特征值和公共区间（1951 ～2010）的分析结果如表1 所示。从表1 可以看出样本之间的树轮宽度变化有很好的一致性,记录了可靠区域气候信息,可用于年轮气候学分析。

采用相关函数分析树轮标准化年表对上年7月至当年9 月份温度、降水和相对湿度的响应特征。从表2 可以看出,树轮资料与生长季前期的温度（当年3 ～ 4 月份）呈微弱的负相关,与生长季温度(5 ～ 7 月份) 正相关,其中与当年5 月份温度显著正相关,相关系数达到0.63,其中与当年 5 月平均（最高、最低）温度的相关系数都在 0.51 以上,超过了99.9% 的置信度区间。

图2 湖南炎陵资源冷杉的标准年表
Fig.2 The standard tree-ring chronologies of Abies ziyuanensis in Yanling county of Hunan province

表1　树轮宽度标准年表的主要特征参数
Table 1 Main characteristic parameters of tree-ring width standard chronologies

与树轮宽度对温度的相关相比, 年表与降水量和相对湿度的关系明显较弱, 树轮宽度仅与上年9、10 月份的降水量存正相关,相关系数未达到显著性水平,而与其他月份的降水量无明显的相关性；从年表与相对湿度的关系来看,树轮宽度主要与5 ～ 7 月份的相对湿度负相关,但是相关分析均未达到显著性水平。

从相关分析结果看, 研究区域树木的径向生长主要受温度的限制, 而与降水量和图3 树轮宽度标准化年表对5 ～ 7 月温度变化的响应相对湿度的关系较弱。树木生长与生长季前期3 ～ 4 月份有微弱的负相关关系,而生长季温度（5 ～ 7 月份） 对于树木生长均有显著的正相关关系,考虑到树木生长对于生长季平均（最高、最低）温度响应关系的相似性,本文最终选定生长季（5 ～ 7 月）平均气温作为气候指标用于气候重建。

本研究选择井冈山气象站5 ～ 7 月平均温度为重建因子,以树轮宽度标准化年表为变量,以1951 ～ 2010 年为建模期,用一元线性回归模型建 立树轮宽度指数与5~7 月平均温度之间的转换方程[ 见图4 和式（1）] 为：

图3 树轮宽度标准化年表对5~7 月温度变化的响应
Fig.3 Response of tree ring width standardized chronology to temperature from May to July

表2 各月气候要素与树轮宽度年表之间的相关系数†
Table 2 Correlation coefficients between climatic variables and standard tree ring width chronology

Ti = 2.38Ii ＋17.57。 （1）

式（1）中Ti 为第 i 年的5 ～ 7 月平均温度,Ii 为第i 年树轮宽度标准化年表值。该重建方程的相关系数为0.547,方差解释量为29.9%,调整后方差解释量为 30. 1%,F 检验值为 41.07,远超过了 99. 99% 的置信度区间。

图4 江西井冈山气象站5 ～ 7 月平均温度实测序列和重建序列对比
Fig.4 Comparison between observed and reconstructed mean temperature from May to July

由于气象站有较长的器测数据,本研究采用建模期和独立检验期检验方程的稳定性^[10]。分别以 1951 ～ 1980 年为校准期、1981 ～ 2010 年为独立检验期，以 1981 ～ 2010 年为校准期、1951 ～1980 年为独立检验期对方程进行检验，独立统计检验的参数都达到了 0. 01 的显著性水平以上。RE值和 CE 值都为正值，较好的通过了检验。

表3 转换方程统计检验参数†
Table 3 Independent statistical test parameters of the transfer function

根据转换方程，我们重建了湖南炎陵171 年（1840 ～ 2010 年）来5 ～ 7 月温度的变化曲线（见图 5），该地区温度变化较为明显，在20 世纪40 年代以前气候主要是以寒冷为主，从图6 可以看出，其中5 ～ 7 月温度最低的 3 年分别为 1892年、1952 年和 1845 年，而温度最高的3 年依次为2007 年、2005 年和 1988 年。为了提取重建序列的年代际变化趋势，并了解气温变化的低频信息，对重建序列进行 11 a 滑动平均，可以看到，在20世纪40 年代以前气候主要是以寒冷为主，重建的温度序列有 4 个较为明显的冷期( 1840 ～ 1866 年、1879 ～ 1902 年、1914~1924 年、1932 ～ 1940) ，持续时间分别为27 年、24 年、11 年和9 年；3 个明显的暖期( 1869 ～ 1877 年、1905 ～ 1913 年和1925 ～ 1930 年)，持续时间分别为9 年、9 年和6 年。

图5 湖南炎陵1840 ～ 2010 年间5 ～ 7 月平均温度重建序列（黑色粗线是11 年滑动平均值）
Fig.5 Tree-ring reconstruction of May to July temperature plotted annually from 1840 to 2010 (the black thick line is a smoothed 11-year average value)

从图5还可看出，在20 世纪40 年代后期变暖趋势显著，50 年代和70 年代处缓慢下降趋势，60 年代和80 年代上升趋势明显，90 年代气温呈下降趋势，至1997 年达到最低值（夏季平均气温为19.6℃，距平值为-0.5℃），年平均下降了0.32 ℃。1999 年开始持续变暖。至2007 年达到最高点，是近70 年来增温最显著的10 年。除了2002 年，其它气温距平均处于正距平以上。