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Achim Bräuning:

Zur Dendroklimatologie Hochtibets während des letzten Jahrtausends

[Tree Ring climatology of High Tibet: data for the last thousand years]

1999. 1. Auflage, XI, 164 Seiten, 45 Abbildungen, 23 Tabellen, 14x22cm, 390 g
Language: Deutsch

(Dissertationes Botanicae, Band 312)

ISBN 978-3-443-64224-2, brosch., price: 56.00 €

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Contents

Abstract top ↑

This study presents a the climatological results of a tree-ring study conducted in Eastern Tibet. The majority of the investigated sites are located at the timberline, so tree growth is primarily controlled by temperature. In total, 51 ring width chronologies from the trees of the genuses Picea, Abies, Larix, Pinus and Juniperus were compiled, the longest one from Juniper spanning 1546 years and dating back to 449 A. D. Furthermore, 20 chronologies of maximum latewood density were established, which were - like some ring width series, too - combined at some neighbouring sites with similar ecological conditions to regional chronologies with high sample depth.
The sites of this sample network, which covers a large area, were divided into five dendroecological regions or growth provinces according to statistical tests like the sign-test, t-value, cross-correlation, Kendall's Tau and cluster analyses. In four of these regions which cover the moist eastern and southern margins of the Tibetan plateau and the mountain areas in the upper course of the meridional gorges, tree growth is mainly controlled by temperature. In contrast to this, growth is limited by the available moisture in the upper course of the Yarlung Tsangpo and at the western limit of forest distribution in Tibet.
The statistical variance and sensitivity obtained from the tree-ring series of this dry forest-steppe-ecotone show high values in contrast to subalpine sites and point to a strong climatic signal in the chronologies of this region. The degree of similarity between the tree-ring lokations was not constant during the last 200 years, but variable in the course of smaller climatic fluctuations. Higher teleconnections, which point to a stronger common signal caused by more extreme climatic conditions, occured in the first half of the l9th and in the second half of the 20th century. Less similarity can be observed in the second half of the 1 9th and in the first half of the 20th century, indicating stronger influence of local stand characteristics and less extreme climatic conditions.
The short period for which meteorological data series are available and which rarely span more than 40 years, and not seem to represent the amount of precipitation at the tree-ring sites adequately, made the use of simple statistics in the analyses of the climate-growth relationships advisable. In most cases, significant and ecologically meaningful relations between tree growth and controlling climatic factors could be derived applying correlation analyses and sign tests. Maximum latewood density is highly correlated with late summer temperature, ring width is strongly influenced by temperature conditions during the early winter months November and December prior to the growth scason. Growth rates of Juniper forests on southern exposures are determined by various climatic factors, firstly by the amount of precipitation during the growth year and by temperature during the vegetation period in the year prior to growth. In the dry growth province of southern Tibet, moisture conditions in the late summer of the year prior to growth play a decisive role for tree-ring formation. The quality of the statistical correlations between tree growth and climatic variables could be strongly improved by calculating regional means of tree-ring and climatic data within the predefined dendroecological regions.
Smoothed chronologies of maximum latewood density show a strongly coherent low-frequency signal on a regional scale. Nevertheless, like in ring width series too, local disturbance signals like forest fires can be detected. Coherent growth patterns in ring width chronologies do occur in the dry growth province in southwestern Tibet and between subalpine sites in central eastern Tibet. Chronologies of Juniperus oflen show a stronger impact on growth of the local site conditions. The combination of consideration of ring width variation with the temporal variability of tree-ring parameters like variance, interval trend and percentage of pointer intervals clearly improves the scope of dendroclimatological interpretations of Juniper-chronologies.
The periods from 800-86O, 920-104O, 1080-115O, 1410-153O, 1590-1680 with minimum temperatures around 1620-166O, furthermore 1695-1705, 1810-182O, 1830-1840 and 1905-1925 can be characterized as cool periods. Warmer conditions provailed aronnd 860-91O, 1150-138O, 1550-159O, 1675-169O, 1795-1805 and 1930- 1950. Dry phases in southern Tibet occured from 1750-177O, 1800-1805, 1820-1840, 1850-1865, 1885-1905, 1915-1930 and 1940-1955. Climatic fluctuations, which can be documented for the last 1000 years in the Northern hemisphere, like the Medieval Climatic Optimum and the Little Ice Age, occured in eastern Tibet essentially like in Middle Europe, althongh regional particularities in various climatic provinces of eastern Tibet can be shown.

Kurzfassung top ↑

In der vorliegenden Arbeit wird ein Probennetzwerk von Jahrringstandorten aus Osttibet vorgestellt. Die Mehrzahl der untersuchten Waldbestände liegt nahe an der alpinen Waldgrenze, so daß das Baumwachstum durch den Verlauf der Temperatur gesteuert sein sollte. Insgesamt wurden 51 Jahrringbreitenchronologien der Baumgattungen Picea, Abies, Larix, Pinus und Juniperus erstellt, die längste Jahrringserie der letztgenannten Gattung umfaßt dabei 1546 Jahre und reicht bis 449 A. D. in die Vergangenheit zurück. Ferner wurden 20 Chronologien der Maximalen Spätholzdichte aufgebaut, die - ebenso wie manche Jahrringbreitenserien - an einigen eng benachbarten Standorten mit ähnlichen ökologischen Bedingungen zu Regionalchronologien mit hoher Belegung zusammengefaßt wurden. Die Standorte dieses weiträumigen Probennetzes wurden für beide Holzparameter getrennt nach verschiedenen Ähnlichkeitsmaßen, wie Gleichläufigkeit, t-Wert, Kreuzkorrelationskoeffizient, Kendall's Tau und Clusteranalyse in fünf dendroökologische Regionen oder Wachstumsprovinzen gegliedert. In vier dieser ausgewiesenenRegionen, die die niederschlagsreichen östlichen und südlichen Randbereiche des tibetischen Plateaus sowie die Gebirge im Oberlauf der meridionalen Stromfurchen umfassen, wird das Baumwachstum hauptsächlich durch den Verlauf der Temperatur gesteuert. Im Gegensatz dazu steht ein Gebiet im Oberlauf des Yarlung Tsangpo und an der Westgrenze der Waldverbreitung in Tibet, in dem das Wachstum in erster Linie durch die zur Verfügung stehende Feuchtigkeit limitiert ist. Die statistischen Jahrringparameter Varianz und Sensitivität sind bei den Jahrringkurven aus dieser trockenen Zone im Wald-Steppen-Ökoton gegenüber den Chronologien von subalpinen Standorten stark erhöht und deuten auf eine starke Prägung des Wachstums durch das Klima in dieser Region hin.
Die Stärke der Ähnlichkeitsbeziehungen zwischen den Jahrringstandorten war während der letzten 200 Jahre nicht konstant, sondern im Verlaufe kleinerer Klimaschwankungen variabel. Besonders hohe Übereinstimmungen, die auf eine stärkere gemeinsame Prägung der Jahrringserien durch etwas extremere Klimabedingungen schließen lassen, existierten in der ersten Hälfte des 19. und in der zweiten Hälfte der 20. Jahrhunderts. Geringe Ähnlichkeiten, die standortsindividuelle Wachstumsbedingungen während klimatisch weniger extremer Phasen andeuten, waren die zweite Hälfte des 19. und die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts.
Die geringe Länge von meist nur ca. 40 Jahren der zur Verfügung stehenden meteorologischen Datenreihen, die zudem zumindest in Bezug auf die Niederschlagsverhältnisse als nicht repräsentativ für viele der untersuchten Jahrringstandorte betrachtet werden müssen, ließ die Anwendung möglichst einfacher Statistiken bei der Analyse der Klima-Wachstumsbeziehungen angebracht erscheinen. Anhand von Korrelations- und Gleichläufigkeitsanalysen konnten in den meisten Fällen statistisch signifikante und ökologisch gut nachvollziehbare Beziehungen zwischen Baumwachstum und den steuernden Klimafaktoren ermittelt werden. Für die Maximale Spätholzdichte erwies sich die Spätsommertemperatur als eng korrelierter Klimaparameter, für die Jahrringbreiten an subalpinen Standorten machte sich ein starker Einfluß der vor der Vegetationsperiode liegenden Frühwintermonate November und Dezember bemerkbar. Das Wachstum von Wacholdern an südexponierten Hängen scheint dagegen in unterschiedlichem Maße von verschiedenen Klimafaktoren geprägt zu sein, wobei neben den Niederschlagsverhältnissen in der laufenden Vegetationsperiode ein starker Einfluß der Temperaturen des Vorjahres faßbar wird. In der trockenen Wuchsprovinz in Südwest-Tibet spielen dagegen die Feuchtigkeitsverhältnisse im Spätsommer des Vorjahres eine entscheidende Rolle bei der Ausbildung der Jahresringe. Durch eine regionale Mittelung der Jahrring- und Klimadaten innerhalb der zuvor ausgewiesenen dendroökologischen Regionen konnte die Stärke des statistischen Zusammenhanges zwischen Baumwachstum und Klimafaktoren zum Teil beträchtlich erhöht werden.
Durch die Kombination der Jahrringbreitenschwankungen mit der Betrachtung der zeitlichen Veränderung von Jahrringparametern wie Varianz, Gleichläufigkeit, Sensitivität und Anteil von Weiserintervallen läßt sich die Möglichkeit einer klimageschichtlichen Interpretation von Wacholderchronologien jedoch deutlich verbessern.
Als kühle Zeitabschnitte können die Zeiträume 800-86O, 920-104O, 1080-115O, 1410-153O, 1590-1680 mit einem Temperaturminimum von etwa 1620-1660, ferner 1695-1705, 1810-182O, 1830-1840 und 1905-1925 gelten. Wärmere Zeiträume traten um 860-91O, ca. 1150-138O, 1550-159O, 1675-169O, 1795-1805 und 1930-1950 auf. Im fünfjährigen Mittel wich die Sommertemperatur während der letzten 400 Jahre nicht um mehr als ca. O,5 °C von der heutigen ab. Trockene Phasen lassen sich in Südtibet von ca. 1750-177O, 1800-1805, 1820-184O, 1850-1865, 1885-1905, 19151930 und 1940-1955 fassen. Nordhemisphärisch nachweisbare Klimaschwankungen während der letzten 1000 Jahre, wie das Mittelalterliche Klimaoptimum und die Kleine Eiszeit traten in Osttibet im Wesentlichen wie auch in Mitteleuropa auf, es lassen sich jedoch regionale Besonderheiten in verschiedenen Klimaprovinzen Osttibets vom generellen Bild nachzeichnen.

Inhaltsverzeichnis top ↑

1 Einführung 1
2 Charakterisierung des Untersuchungsgebietes 3
2.1 Zur Bezeichnung und Schreibweise der geographischen Namen 3
2.2 Lage des Untersuchungsgebietes 3
2.3 Verbreitung und Typisierung der Nadelwälder Osttibets 5
2.4 Die klimatischen Verhältnisse 13
2.5 Die jüngere Klimageschichte Hochtibets - Stand der Forschung 18
2.5.1 Das Holozän 18
2.5.2 Klimageschichte der letzten 2000 Jahre 20
3 Material 29
3.1 Das Jahrringmaterial 29
3.2 Klimadaten 35
4 Methoden 41
4.1 Datenerfassung 41
4.2 Alterstrendbereinigung und Indizierung 42
4.3 Einzeljahresanalysen 47
4.3.1. Weiserintervalle 47
4.3.2 Weiserwerte 48
4.4 Fernkorrelationen 55
4.5 Klima-Jahrring-Beziehungen 58
5 Ergebnisse 61
5.1 Jahrringparameter 61
5.1.1 Vergleich zwischen MSD- und JB- Chronologien 62
5.1.2 Vergleich von Jahrringbreitenchronologien verschiedener Baumarten 65
5.1.3 Höhengradienten der maximalen Spätholzdichte und der Jahrringbreite 69
5.2 Fernkorrelationen und Regionale Wuchsprovinzen 72
5.3 Zeitliche Variabilität der Fernkorrelationen 82
5.4 Weiserjahranalysen 86
5.4.1 Klimaökologische Analyse von Weiserjahren 86
5.4.2 Zeitliche und regionale Verteilung der Weiserintervalle 93
5.4.3 Einfluß von Weiserjahren auf den mittelfristigen
Zuwachsverlauf 98
5.5 Beziehungen zwischen Klima- und Jahrringdaten 101
5.5.1 Betrachtung von Einzelchronologien 101
5.5.2 Betrachtung von Regionalchronologien 110
Vl
5.6 Dezenniale Wachstumsschwankungen 117
6 Klimageschichtliche Interpretation der dendroökologischen Befunde 127
6.1 Rekonstruktion der Spätsommertemperatur 127
6.2 Rekonstruktion der Feuchtigkeitsverhältnisse 128
6.3 Klimageschichtliche Interpretation einer 1500 Jahre langen Wacholderchronologie 130
6.4 Vergleichende klimageschichtliche Interpretation verschiedener
Holzparameter 133
7 Diskussion 136
7. 1 Diskussion der dendroklimatologischen Befunde zur jüngeren Klimageschichte Hochtibets 136
7. 2 Zur räumlichen und zeitlichen Ubertragbarkeit von Klima-
Wachstums-Beziehungen 140
8 Zusammenfassung 144
Summary 146
9 Literatur 149
Anhang I: Zeitliche Variabilität der Fernkorrelationen der
Jahrringbreitenchronologien für den Zeitraum 1791-1990
Anhang II: Weiserintervalle der Chronologien der Maximalen Spätholzdichte seit
1700 A. D.
Anhang III: Weiserintervalle der Jahrringbreiten-Chronologien von Fichten,
Tannen, Lärchen und Kiefern seit 1700 A. D.
Anhang IV: Weiserintervalle der Jahrringbreiten-Chronologien von Wacholdern
seit 970 A. D.
Anhang V: Lage der während der Expedition 1996 untersuchten Probenstandorte