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中科院青藏所生态系统格局与过程团队在国家青藏高原科学数据中心发布多个数据集

中科院青藏所生态系统格局与过程团队科学论文关联的七套数据集，包括：（1）青藏高原树轮轮宽年表数据集、（2）树轮记录的青藏高原东南部冬季温度变化（1340-2007）、（3）变暖背景下青藏高原柳属灌木更新数据集、（4）喜马拉雅山南坡海拔梯度带上生物量等变化数据集、（5）青藏高原中南部春季干湿变化（1605-2010）、（6）北半球高山树线变化速率数据集、（7）美国西南部年轮宽度指数和年度水分亏缺异常数据（1902-2012），已经在国家青藏高原科学数据中心(http://data.tpdc.ac.cn)发布，用户可免费获取。

数据集1：青藏高原树轮轮宽年表数据集

中国科学院青藏高原研究所生态系统格局与过程团队（高姗博士后与梁尔源研究员等）通过分析国际树轮数据库（ITRDB）中北半球非热带地区树木年轮年表与团队多年积累的青藏高原地区树轮年表，结合1948-2014年间日气候数据，评估了生长季提前对北半球非热带地区树木生长的影响。相关论文发表于Nature Ecology & Evolution （IF = 19.100）。

已有研究表明，气候变暖背景下，非热带地区生长季开始时间有明显提前趋势，植被物候也随之改变。目前，大空间尺度上对叶片物候的观测研究指出，气候变暖导致植被返青提前，使光合作用开始与峰值时间提前，改变生态系统碳吸收过程，但碳吸收过程的变化是否会影响植被生长，目前仍不清楚。树木茎干是植被重要的长期碳库，木质部物候同样受生长季提前影响，因此，从树木茎干角度入手，探讨气候变暖导致的物候提前是否有利于树木径向生长，对理解物候变化对森林固碳潜力的影响十分重要。

为探究上述问题，研究人员从ITRDB获取北半球非热带地区树轮轮宽序列，并补充多年积累的青藏高原地区树轮序列，结合日尺度气象因子推算的物候信息，探索了1948-2014年间，树木生长对物候变化响应的空间格局与潜在机制。补充的83条树轮序列采样与处理方法均遵循了树轮年代学的基本法则。综合分析结果表明，生长季提前促进生长区域的气候相较于抑制区域，生长季水热比更高。进一步探究了该影响的机理过程，发现不同区域生长季提前对树木生长产生影响的主要途径存在差异（图1）。本研究回答了生长季提前对不同区域树木生长会有什么影响，厘清了其影响的空间格局及相关机制，为进一步预测气候变化背景下树木的生长状况和评估其碳汇潜力提供了理论依据。

图 1 不同区域生长季提前对树木径向生长影响的过程机理 （TSOS: 生长季开始时间； GSL： 生长季长度； GDD: 生长季积温； SM： 生长季土壤含水量； RWI： 树轮宽度指数； TE: 总效应）

该研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0301）等项目的资助。

数据信息：

Liang, E., Gao, S. (2021). An earlier start of the thermal growing season enhances tree growth in cold humid areas but not in dry areas. National Tibetan Plateau Data Center, DOI: 10.11888/Terre.tpdc.271925. CSTR: 18406.11.Terre.tpdc.271925.

下载链接：https://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/data/b2e61731-12e9-4137-9141-d3d16c469577/

相关论文：

Gao, S., Liang, E., Liu, R., Babst, F., Camarero, J.J., Fu, Y.H., Piao, S., Rossi, S., Shen, M., Wang, T., Peñuelas, J. (2022). An earlier start of the thermal growing season enhances tree growth in cold humid areas but not in dry areas. Nature Ecology & Evolution, 6(4): 397–404 https://doi.org/10.1038/s41559-022-01668-4

数据集2：树轮记录的青藏高原东南部冬季温度变化（1340-2007）

青藏高原高海拔地区冷冬对农牧民生活、畜牧业具有重要的影响。为了解过去几百年冬季温度变化历史及其驱动因素，中国科学院青藏高原研究所高寒生态系统格局与过程团队利用2007-2016年期间采集的树木年轮样本重建了青藏高原东南部地区公元1340年以来的冬季（11-2月）最低温度变化历史（图2）。

该冬季温度历史记录揭示：（1）青藏高原东南部地区冬季温度变化与太阳活动有关。例如在Spörer Minimum（1450-1550年）和Dalton Minimum（1790-1820年））太阳活动极小期，该地区冬季温度约–16.0℃和–15.8℃，较最近30年（–15.1℃）低约 0.9℃和0.7℃。但是，太阳活动和冬季温度的关系并不稳定。例如，在另一个Maunder Minimum这个太阳活动弱的时期，该地区温度反而偏暖。（2）1815年印度尼西亚Tambora火山的爆发不仅引起了夏季温度的降低，也造成了研究区冬季的极端低温。

图 2 重建的冬季温度序列（a），误差缩减值（RE）和有效系数（CE）（b）变化

数据信息：

黄茹, 朱海峰, 梁尔源. (2019). 树轮记录的青藏高原东南部冬季温度变化（1340-2007）. 国家青藏高原科学数据中心, DOI: 10.11888/Geogra.tpdc.270139. CSTR: 18406.11.Geogra.tpdc.270139.

Huang, R., Zhu, H., Liang, E. (2019). A tree ring-based winter temperature reconstruction for the southeastern Tibetan Plateau (1340-2007). National Tibetan Plateau Data Center, DOI: 10.11888/Geogra.tpdc.270139. CSTR: 18406.11.Geogra.tpdc.270139. ]

下载链接：https://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/data/0e404a50-47ab-4e68-9894-46a998da4fb0/

相关论文：

Huang, R., Zhu, H., Liang, E., Liu, B., Shi, J., Zhang, R., Yuan, Y., Grießinger, J. (2019) A tree ring-based winter temperature reconstruction for the southeastern Tibetan Plateau since 1340 CE. Climate Dynamics, 53(5–6): 3221–3233. https://doi.org/10.1007/s00382-019-04695-3

数据集3：变暖背景下青藏高原柳属灌木更新数据集

高山灌木线是指灌丛分布的海拔边界上限，是高寒生态系统对全球变化响应与适应的敏感指示器，被视为全球变暖的“预警线”。青藏高原拥有丰富的灌木林资源以及连续分布的天然灌木线。已有研究表明，青藏高原分布着全球海拔最高的常绿香柏灌木线（海拔5280m）。基于近5年连续的野外科学考察，科研人员发现山生柳（Salix oritrepha Schneid.）是形成高山灌木线的最典型落叶灌丛，海拔最高可达4960 m。然而，至今尚不清楚气候变暖背景下，青藏高原山生柳灌木线结构与格局发生了哪些变化？

近期，中科院青藏高原研究所生态系统格局与过程团队与南京林业大学生物与环境学院合作，沿青藏高原东部近900公里的纬度梯度，建立了24块山生柳灌木线样地（图3）。结合气候变化和遥感卫星数据，系统揭示了过去80年来，山生柳灌木线位置和种群更新的时空变化格局。研究结果显示，1939至2010年期间，变暖导致了高山灌木更新增加，灌木线显著爬升。近10年来，灌木更新呈下降趋势，灌木线倾向于保持静止状态。

图 3 青藏高原东部山生柳灌木线分布

数据信息：

Wang, Y., Liang, E. (2021). Warming-induced shrubline advance stalled by moisture limitation on the Tibetan Plateau. National Tibetan Plateau Data Center, DOI: 10.11888/Geogra.tpdc.271643. CSTR: 18406.11.Geogra.tpdc.271643.

下载链接：https://data.tpdc.ac.cn/en/data/5bd43be4-a31e-46be-be5c-67b09e6f98ae/

相关论文：

Wang, Y., Liang, E., Lu, X., Camarero, J.J., Babst, F., Shen, M., Peñuelas, J. (2021). Warming-induced shrubline advance stalled by moisture limitation on the Tibetan Plateau. Ecography, 44(11): 1631–1641. https://doi.org/10.1111/ecog.05845.

数据集4：喜马拉雅山南坡海拔梯度带上生物量等变化数据集

森林生态系统的生物量是陆地碳库的重要组成部分。然而，气候、生物多样性和功能性状是如何共同决定的森林生物量的变化仍然不是很清楚。在喜马拉雅山东部地区，中科院青藏高原研究所生态系统格局与过程团队沿热带至高山区开展研究。结果表明，潜在蒸散发和物种丰富度是控制海拔梯度带上生物量变化的重要指标（图4）。因此，生物与非生物之间的相互作用可能最终控制了森林固碳。该结果为未来森林碳汇预测研究提供了重要理论依据，并为有效缓解气候变暖的自然解决方案奠定基础。

图 4 生物因子与气候因子控制海拔梯度带上森林生态系统地上生物量路径分析。MAT， 年平均温度； MAP，年总降水，PET，潜在蒸散发

数据信息：

Dyola, N., Sigdel, S., Liang, E. (2022). Species richness is a strong driver of forest biomass along broad bioclimatic gradients in the Himalayas. National Tibetan Plateau Data Center, DOI: 10.11888/Terre.tpdc.272239. CSTR: 18406.11.Terre.tpdc.272239.

下载链接：https://data.tpdc.ac.cn/en/data/bb5b198a-adca-4c21-a3cd-ec411cb1b9e1/

相关论文：

Dyola, N., Sigdel, S.R., Liang, E., Babst, F., Camarero, J.J., Aryal, S., Chettri, N., Gao, S., Lu, X., Sun, J., Wang, T., Zhang, G., Zhu, H., Piao, S., Peñuelas, J. (2022). Species richness is a strong driver of forest biomass along broad bioclimatic gradients in the Himalayas. Ecosphere, 13(6):e4107, https://doi.org/10.1002/ecs2.4107

数据集5：青藏高原中南部春季干湿变化（1605-2010）

纳木错位于青藏高原西风/季风过渡区，周边平均海拔4700米以上。纳木错流域属于青藏高原高寒荒漠植被区域，香柏灌丛分布于海拔4740米至4920米的阳坡。在极端寒冷和干旱环境中，香柏灌木生长缓慢，平均年轮宽度约0.3毫米。然而，香柏灌木年轮可否像树木年轮一样指示过去几百年生存环境变化？仍旧是学术界研究的难点。

图 5 左图：纳木错湖周边香柏灌丛景观；右图：重建1605-2010年期间干旱指数

　　中国科学院高寒生态重点实验室生态系统格局与过程团队在围绕纳木错周边香柏灌丛开展野外调查时，发现了死亡的香柏植株和部分残留茎干。通过与活的香柏灌木年轮序列之间的交叉定年，建立了537年的年轮宽度年表（始于1479年），这是目前国际上最长的灌木年轮年表之一（图5）。研究发现，香柏灌丛的生长受到生长季早期积雪和水分条件的强烈限制。基于可靠的样本量，研究人员重建了1605–2010年5-6月份的干湿（SZI, Standardized Moisture Anomaly Index）变化状况。进一步揭示，纳木错区域经历了1637–1683年和1708–1785年两个较长时段的干旱期。说明小冰期期间极端寒冷条件可能导致水循环的降低，进而引发干旱。本研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究和国家自然科学基金资助。

数据信息：

Lu, X., Huang, R., Wang, Y., Zhang, B., Zhu, H., Camarero J. Julio., Liang, E. (2020). Spring hydroclimate reconstruction on the south-central Tibetan Plateau. National Tibetan Plateau Data Center, DOI: 10.11888/Paleoenv.tpdc.270391. CSTR: 18406.11.Paleoenv.tpdc.270391.

下载链接：https://data.tpdc.ac.cn/en/data/7ff4fcde-4c6a-4e04-bd95-dae4d0d0cbe1/

相关论文：

Lu, X., Huang, R., Wang, Y., Zhang, B., Zhu, H., Camarero, J.J., Liang, E. (2020). Spring hydroclimate reconstruction on the south-central Tibetan Plateau inferred from Juniperus pingii var. wilsonii shrub rings since 1605. Geophysical Research Letters, 47(12), e2020GL087707, https://doi.org/10.1029/2020GL087707

数据集6：北半球高山树线变化速率数据集

树线是气候变化对森林生态系统影响的敏感指示器，树线变化会对高山区生态系统的碳氮循环，物种多样性，水文过程等产生一系列影响。普遍认为，高山树线位置主要受温度控制，气候变暖将促进高山树线向更高海拔爬升。然而，在喜马拉雅山中段沿东西降水梯度带上的树线样地调查结果表明，温度-降水交互作用调控了树线爬升速率。这种交互作用在全球尺度上是否也存在？为此，本研究收集了北半球天然树线样点143个，分析了1901–2018年不同样点树线的变化速率（图 6）。研究发现，88.8%的样点树线上升，10.5%的样点树线位置保持不变，仅有0.7%的样点下降（图6）。北半球高山树线的平均爬升速率约为每年0.35米，且亚北极地区（60°N以北）的树线爬升速率为每年0.48米，显著高于温带地区（60°N以南）每年0.32米（图7）。总体而言，秋季降水量和冬季变暖共同驱动了北半球高山树线的变化速率，且降水的贡献大于温度。在亚北极地区，秋季降水决定高山树线的爬升速率；在温带地区，变暖和秋季降水共同决定树线的爬升速率。变暖背景下，亚北极高山树线分布区气候多出现暖湿化趋势，而温带一半以上的树线分布区气候呈暖干化趋势。因此，亚北极地区的高山树线可能会进一步加速扩张，而温带地区的高山树线爬升速率会逐渐降低。本研究在前人定性研究的基础上，定量分析了北半球高山树线变化速率对气候变化的响应，为更好了解高山树线生态过程及形成机理奠定基础。

图 6 北半球143个高山树线样点图

图 7 亚北极地区与温带地区树线上升速率比较

数据信息：

Lu, X., Liang, E. (2020). Treeline shift rates dataset in the Northern Hemisphere. National Tibetan Plateau Data Center, DOI: 10.11888/Paleoenv.tpdc.270971. CSTR: 18406.11.Paleoenv.tpdc.270971.

下载链接：https://data.tpdc.ac.cn/en/data/c050a760-e0f6-4c1d-9cb5-6730449b855d/

相关论文： Lu, X., Liang, E., Wang, Y., Babst, F., Camarero, J.J. (2021). Mountain treelines climb slowly despite rapid climate warming. Global Ecology and Biogeography, 30(1):305-315. https://doi.org/10.1111/geb.13214

数据集7：美国西南部年轮宽度指数和年度水分亏缺异常数据集

中国科学院青藏高原研究所生态系统格局与过程团队（高姗博士后与梁尔源研究员）与北京师范大学等单位合作者，以科罗拉多高原为例研究了年际水分亏缺叠加影响下的滞后效应，并对比了年际间水分状况变化对树轮宽度和森林盖度影响的异同。所应用国际树轮数据库（ITRDB）与CRU气候数据经处理分析后生成了1902-2012美国西南部年轮宽度指数和年度水分亏缺异常数据集。相关论文发表于农林领域权威期刊Agricultural and Forest Meteorology （IF = 6.424）。

滞后效应增加了森林对水分亏缺（water deficit）响应研究的不确定性。目前，这些研究仅关注于前期极端事件对树木生长的滞后影响，忽视了后期水分状况对树木生长的直接影响。除此之外，树轮宽度反映出的滞后效应能否在森林景观层面上反映出来，也是具有挑战性的科学问题。

为研究上述问题，研究者以科罗拉多高原半干旱区森林为研究对象，综合应用大量的树轮宽度数据，结合遥感森林覆盖数据，并在区域尺度设计“自然试验”（natural experiments）。通过融合分析这些数据发现，树轮形成年的水分状况可显著影响前期滞后效应的持续时间及强度：当年越干旱，在树轮中监测到的滞后效应持续时间越长，且强度更强。树轮宽度与森林盖度对年际间水分状况的响应存在差异：连年干旱对森林盖度的影响较树木生长表现更为剧烈，且水分条件改善也很难在短期内恢复（图8）。该研究从多事件水平上探讨了水分亏缺对树木生长的滞后影响，同时强调了在多尺度上开展比较研究可更全面理解气候对森林动态的影响。

图 8 树木生长(a)与森林盖度(b-j)对年际间水分状况波动的响应

该研究得到了国家自然科学基金（编号41571185，41621061)）等项目的资助。

数据信息：

高姗. (2020). 美国西南部年轮宽度指数和年度水分亏缺异常数据（1902-2012）. 国家青藏高原科学数据中心, DOI: 10.11888/Paleoenv.tpdc.272729. CSTR: 18406.11.Paleoenv.tpdc.272729. [Gao, S. (2020). Ring-width indices and annual water deficit anomaly of the southwest USA (1902-2012). National Tibetan Plateau Data Center, DOI: 10.11888/Paleoenv.tpdc.272729. CSTR: 18406.11.Paleoenv.tpdc.272729. ]

下载链接：https://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/data/b62b2c7a-14ce-4354-a632-bb252fa1f9f5/

相关论文：

Gao, S., Zhou, T., Yi, C., Shi, P., Fang, W., Liu, R., Liang, E., Camarero J.J. (2020). Asymmetric impacts of dryness and wetness on tree growth and forest coverage. Agricultural and Forest Meteorology, 288–289: 107980. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2020.107980