作為樹木年輪學的一個分支學科，樹木年輪氣候學是以樹木生理學為基礎，以樹木年輪生長特性為依據，用來研究氣候變化對年輪生長影響的一門學科。它旨在獲取代用資料，重建氣候要素的變化。
| 中文名稱 | 樹木年輪氣候學 |
| 英文名稱 | dendroclimatology |
| 定 義 | 根據樹木年輪變異重建的過去氣候序列研究氣候變化的學科。 |
| 套用學科 | 大氣科學（一級學科），氣候學（二級學科） |
基本介紹
- 中文名：樹木年輪氣候學
- 外文名： dendroclimatology
- 學科：樹木年輪學
概念,內容,生物解析,研究歷史,研究範圍,基本原理,影響,
概念
樹木年輪氣候學是根據樹木年輪的逐年變異推斷過去氣候變化的一門交又學科。在四季變化明顯的地區，樹木一般每年形成一個生長輪，即年輪。年輪的寬窄同當年降水或溫度關係十分密切，故可用以恢復和還原古氣候，是一種定年最方便，參數最客觀的代用資料。
內容
生物解析
“年輪系指莖的橫切面上所見一年內木材和樹皮的生長層而言。”這是1957年國際木材解剖學家協會所發表的《木材解剖學名詞術語》中，有關“年輪“這個名詞的定義。至於年輪是怎樣形成的，這首先要從維管形成層的結構及其活動規律談起。維管形成層（或稱形成層）是由原形成層發展而來的一種具有無限分生能力的次生分生組織。在植物的一生中，它不斷向外產生次生韌皮部，向內產生次生木質部。形成層由紡錘狀原始細胞和射線原始細胞所組成。軸向伸長的紡錘狀原始細胞，兩端呈楔形，在橫切面上多成長方形，切向寬大於徑向寬，細胞的長度比寬度大數倍。
上述兩類原始細胞雖然在外部形態上差別較大，但其超微結構基本相同。在形成層的活動期間，原始細胞中間具1—2個大液泡，周圍的細胞質中富含核糖體與高爾基體，以及發育良好的內質網等。休眠期的形成層原始細胞中，液泡變小，數目增多，高爾基體小泡及內質網也相應減少，細胞中還出現了較多的蛋白質體和油滴，這些儲藏物質往往在翌年生長季開始時被利用。
木本植物根或莖的徑向增粗，主要是通過紡錘狀原始細胞平周分裂的結果，這種有絲分裂的進程較慢，如在松柏類植物中，每分裂一次需4一6天（莖的頂端分生組織細胞只需8—18小時）。當一個紡錘狀原始細胞平周分裂成兩個子細胞時，其中一個衍生為木質部母細胞（或稱木質部原始細胞），或者衍生成韌皮部母細胞（或稱韌皮部原始細胞）。另一個仍保持紡錘狀原始細胞分生狀態。在形成層活躍期間，有的細胞已經分裂或正在分裂，有的尚處於分生組織狀態，這樣形成層就成了一個相當寬而尚未分化的細胞區。在這個區域中，有一層真正的形成層原始細胞，同時還包括未分化的衍生細胞。由於從細胞形態上難以區分上述各類細胞，為方便起見，人們將這些細胞統稱為形成層區（或形成層帶）。
樹木年輪氣候學研究的原理與年輪的寬度受氣候變化的影響有關，在溫暖濕潤的年份年輪寬度大，在寒冷乾旱的年份，年輪寬度小，並且這種關係在整個樹木生長時期都適用。除了年輪寬度外，年輪密度或氧同位素含量等也同樣反映氣候變化。在不同地區， 年輪反映的氣候要素不同，高緯度或高寒山區森林邊緣的樹木主要反映冷暖變化；乾旱半乾旱地區的樹木主要反映乾濕變化。為了消除非氣候因素對樹木年輪的影響，在取樣時，要選取地形、土壤等影響小的部位上的樣本， 同時取多個樣本。在剔除樹木自身生長對年輪寬度的影響(生長量訂正)後，得到年輪指數序列，多個序列合成可得到區域樹木年輪年表。只要知道年輪序列所反映的氣候要素，並找到年輪序列與儀器記錄得到的氣候要素序列之間的關係式，就可以定量地知道整個年輪序列所記錄的時期內氣候逐年變化的情況。用樹木年輪還可以恢復區域氣候或環流變化。用於樹木年輪分析的樹木最好是那些年輪清晰的樹種，如松、柏、雲杉、冷杉、胡楊、橡樹等。
鑒於樹木年輪資料具有定年精確、連續性強、解析度高和易於獲取複本等特點，樹木年輪分析長期以來在地球科學界受到高度重視。在過去的全球變化(PAGES)研究中，被列為重要的技術途徑之一。
研究歷史
樹木年輪氣候學的奠基人是美國天文學家 A．E．Douglass，他在研究太陽黑子活動的時候，意外發現當地樹輪寬窄形態有類似的變化，故而開始研究樹輪寬窄與地球氣候間的可能聯繫。早在 1939 年，他就構造出一個從公元 700 年至 1929 年的延續年輪寬度年表，並首次論證了 500 多年的樹輪寬度年表。他最早論證了大約 500 年之久的年輪寬度變化和實際降水量之間的關係，並在 30 年代創建了專門研究樹木年輪的實驗室。此後，年輪氣候學家對形成年輪的生理過程與氣候的關係作了詳細研究，並在樣本樹種的選擇和年輪序列的統計分析技術方面取得進展，逐步建立起年輪氣候學的基本原理和分析方法。
現代年輪學可以說起源於60年代關國生物學家Fritts在亞利桑那大學的研究工作，他和其他科學家通過多年的實驗發現了樹輪生長的一般規律，並且發現從一個樹輪形成的情況可以推斷出當時的氣候。隨後研究了樹輪的生長情況受酸雨的影響問題，以及其與火山爆發、地震等自然現象間的可能聯繫。對樹輪研究工作起到了重要的推動作用，使得樹輪的研究領域得到了拓展。
中國自20世紀30年代就開始研究年輪氣候學。研究表明，在華北和西北廣大地區，用年輪分析了解歷史時期的氣候變遷，尤其用以反映降水量的變化，很有價值。70年代後期，北方的許多省（區）和青藏高原等地都廣泛開展了這項工作。各地得到許多反映溫度或降水的長達數百年的序列，為研究歷史時期氣候變遷的史實提供更多科學的依據。
時至今日，樹木年輪研究已經不局限於傳統研究區域（北美、歐洲、俄羅斯），該研究在除南極大陸以外的其餘六大陸地全面展開，不僅在全球中高緯度和高海拔地區進行研究，在中低緯度地區也開展了此項工作。在所有的全球幾個大陸上，北美有多達上百個的樹木年輪樣本序列。其次較多的樹木年輪樣本在歐洲。國際樹木年輪庫中的採樣點已超過2000 多個，已研製完成的超過 1000a 的樹輪長年表有 150 多個，最長的年表在北美洲達8600 多年，歐洲為 10000 多年，俄羅斯為 3200 多年，南美洲為 3600 多年，澳大利亞為3600 多年。在利用樹木年輪寬度重建古氣候變化的研究方面，也取得了可喜的成績。
此外，隨著樹輪研究的不斷深入，樹輪研究的手段也在不斷更新。從最初的樹輪寬度的研究，到樹輪密度的研究，再到利用化學方法對樹輪進行研究，方法在不斷地更新，技術也在不斷地成熟。
研究範圍
隨著樹木年輪氣候學的進一步發展，其研究範圍也己經由單純利用樹輪序列重建過去的歷史氣候，逐漸擴大到如下領域：
①從特殊生長環境下的樹木年輪取樣分析到對暖溫地區的樹木年輪分析，重建氣候變化圖；
②除注意溫度降水等影響外，近年來對與厄爾尼諾現象緊密關連的南方濤動指數、冰川進退、徑流與水位、全球性CO2增溫等，利用樹木年輪得到更多的再現；
⑧利用炭化木和化石木分析和重建古代氣候的變化；
④對今後氣候的預測。
基本原理
樹木年輪氣候學是根據樹木年輪的逐年變異推斷過去氣候變化的一門交又學科，其主要包括以下六個基本原理：
①均一性原理
均一性原理，是自然科學研究中普遍使用的一個原理，在研究氣候變化和預測中常被套用。例如，現代出現的氣候型，在今後氣候變化的歷程中，能尋找到相似的氣候型：在過去出現過的氣候型，現代、今後有可能出現。這種假設，是根據古今氣候有著同一屬性原理而定出的。
這一原理，套用到樹木年輪氣候學中，是根據現代氣象資料的分析研究，發現年輪生長與氣候的關係，有著密切的物理、生物學過程。這一過程同樣適用於過去。其根本依據是套用樹木年輪可推斷出現今年輪與氣候型的關係，依此關係，也可以推斷以往歷史的氣候型。
②限制因子定律
任何一種生物學過程，它必須遵守一條生物學定律，即它進行的生物學過程、變化速度都不可能超過土要限制因子所允許的程度。若某個因子發生變化，不起限制作用，則某生物學過程就加快，直到出現另一個限制因子，或出現兒個限制因子為止。任何一個生物過程，總要受到外部環境或有機體內部物理、化學過程的一個或兒個（一組）因子的限制。樹木生長受到上壤、水分、溫度、沮度、光照、風、人為干擾、病蟲害、地震、滑坡等環坡因子的影響，被稱之為樹木生長的影響因子。某些影響因子的變化會對樹木生長的快慢起決定作用，此影響因子稱為樹木生長的限制性因子。當某氣候要素成為樹木生長的限制性因子時，客觀卜能夠觀察到樹輪指數序列的變化與此氣候要素的變化具有良好的同步關係，進而推斷過去的氣候變化狀況。
③生態環境選擇原理
作為樹木年輪氣候學研究套用的樹木年輪樣本，在採集時應儘量選擇氣候要素影響最大的那個地點上的樹木，以避免那些非氣候噪音的影響，非氣候噪音大多由以下原因引起：
a．樹木生長地點的環境差異；
b．樹木之間的群落狀況差異；
c．樹木不同樹齡間的環境差異。
在採樣時，不僅察看現在的環境差異（坡度、坡向、遮蔽度、樹間養分、水分競爭力、土壤濕度、土厚等）還要了解歷史環境差異，從採樣點察看自然死去樹樁的情況（死亡原因、有否自然災害發生及年代、有否更新等）。除遵循上述原則外，採樣時還應注意株組間環境生態和樹齡等，務必求其相似。
④敏感性原理
平均敏感度是測量年輪時間序列對氣候信息敏感的一個量值指標，也是樹木年輪年表不可缺少的參數，一個年表的優劣，一個年輪里氣候信息量的多少，平均敏感度是一個重要又不可缺少的指標。但應指出，平均敏感度指標僅僅是建立年表中一個充分條件，而不是必要條件。當敏感度值大時，一般說，氣候因子限制作用很顯著，相關性好，但也有極個別的例外情況。
⑤交叉定年原理
交義定年原理，是年輪分析中的重要原理，也是年輪測量的重要步驟和不可缺少的方法。其目的首先在於給每一個年輪確定出其形成的正確年代：其次，分辨真假，定出假輪、斷輪、缺輪等變異輪的序號所對應的年代。
在同一生態環境中生長的樹木，受氣候因素限制的年輪生長的寬窄變化，應該是同步的，若兩組以上的序列，甚至同一株樹、不同方位採取的樣木，所測出年輪序列無法重疊，則將兩序列年輪寬度點在坐標帶上，畫出年輪變化曲線，可明顯看出它的錯位，若將其中偽、缺輪進行刪補，兩個或更多序列就能重合起來，而後就能正確地檢查出某序列每個年輪的正確年代。
交義定年是通過幾個或幾組樣本年輪寬度序列進行相互比較，其步驟有：
a．首先在校準序列中確定控制點，選擇窄輪和氣候要素對應；
b．對控制點不同序列進行年輪特徵甄審，包括輪寬、早晚材色調進行判斷；
c．檢查相對控制點之內的輪數，是否吻合相重疊，確定某序列第某輪出現不吻合，並顯現變異輪的特性，作出記號；
d．判斷形成不吻合原因，確定變異輪性質（偽、缺輪），進行刪、補後，使該序列整休性與其它序列年輪相吻合，即確定該時段所包括年輪數是正確年代；
e．以此延續。
⑥復木原理
複本就是在同一地點，採取多個重要樣本，進行年輪年表的研製。用複本的原因是：
a．用一棵樹的樣木建立年輪序列來推測氣候，所得到的結果有局限性，特別是小氣候、立地條件、營養供應等都受到小範圍的環境控制；
b．以一對樣本進行交叉定年，很難定出正確的年代，其中一株樹，同時存在偽輪、缺輪（尤其是在校準期以前的時期），會給年輪測量帶來偏差；
c．單序列中，某些年份，某個時段，可存在非氣候因子影響，且峰谷值相反。因此，只有通過大量樣木比較、鑑別，才能確定年輪序列中的各年輪的實際年代。通過大量樣木的分析，取其樣木參數最好的序列，取其均值，消除非氣候噪音干擾，以取得最佳限度的年表值。
復木原理具體做法：
a，在一個採集點（上、下林緣）儘可能採集多的樣木，且在同一株樹上，在不同方位上採取兩個或多於兩個樣木，尤其是第一點，必不可少的；
b．一般在一個地點採取10~20株樹的樣木，最多可用30多株樹的樣木。
影響
樹木年輪氣候學研究在世界範圍內的重大進展，對我國無疑起了極大的推動作用。我們自己多年來的研究工作，也積爪了不少經臉與資料，為深入開展我國的年輪氣候學分析奠定了基礎。同時，我國地域遼闊，森林分布廣，樹齡長的老樹與古木資撅豐富，表明我國在利用樹木年輪變異探討氣候變化的研究方面，其有巨大的潛力。
