如何从树木年轮中提取气候变异性

摘要

树木年轮气候重建有助于更好地了解仪器记录之外的过去气候变率。该协议展示了如何使用树木年轮和气象仪器记录重建过去的气候。

摘要

树木年轮已在全球许多地方用于重建气候变量。此外，树木年轮可以为过去几个世纪的气候变化提供有价值的见解，在某些地区，甚至几千年。尽管近几十年来，树木年代学在研究不同生态系统中存在的大量物种的树木气候潜力方面取得了重要进展，但仍有许多工作有待完成和探索。除此之外，在过去几年中，世界各地越来越多的人（学生、教师和研究人员）对实施这门科学感兴趣，以将气候信息的时间轴向后延伸，并了解气候在几十年、几个世纪或几千年尺度上是如何变化的。因此，这项工作的目的是描述进行树木年轮气候重建所需的一般方面和基本步骤，从选址和现场采样到实验室方法和数据分析。在该方法的视频和手稿中，解释了树木年轮气候重建的一般基础，以便新手和学生可以将其用作该研究领域的可用指南。

引言

树木年轮是我们了解树木如何对环境做出反应的基础。此外，由于气候会影响树木的生长，树木可以作为环境量尺，记录其生命周期内的时间变化。因此，树木年轮对于重建过去的气候具有远超任何仪器气候记录的价值。

树木的根、茎、枝、叶的生长过程和繁殖策略受环境因素的调节，如水、光、温度和土壤养分¹。例如，茎呈放射状生长，维管形成层控制径向生长²（radial growth）。维管形成层是一种分生组织，将积极产生新的功能性细胞，例如位于茎外边界的木质部和树皮。此外，维管形成层主要在季节性周期中活跃。然而，这种生长活动可以在休眠期和一年中的特定季节中断。这个休眠期通常发生在环境变量不是最佳时（例如，较短的昼夜周期、延长的干旱期、寒冷的冬天或洪水）。此外，生长和休眠周期转化为形成层活动的变化，导致茎上在解剖学上不同的同心边界，称为树木年轮³。

树木通常每年产生一个树木年轮，因为气候季节性每年都会发生。因此，树木年轮是树木生长过程中维管形成层对年内气候条件的生态生理反应的视觉表现³。雨季在树木年轮上形成的早期木质部细胞簇的特征是称为早木^{4 的}较大细胞。相比之下，在旱季和缺水时，维管形成层会产生较小的木质部细胞（管胞或血管），细胞壁较厚，称为晚木。这种解剖结构的变化在针叶树中更为明显，其中早生木的颜色比晚生木浅，而晚生木则显示出较深的颜色⁵。早木的起点和晚木的终点之间的空间被定义为一个树木年轮（图 8F）。

在雨季和旱季明确的地方生长的树木可能会预期几年的降雨量会更高或更低。这种可变性将导致树木在丰水年份产生较宽的年轮，而在干旱年产生较窄的年轮。这些宽环和窄环的时间模式可以看作是一个条形码。这种树木年轮宽度的时间变化是应用交叉测年过程的基础，这是树木年轮研究中最关键的原则之一⁶。当所有样品中的宽环和窄环图案及时成功同步以分配相应的形成年份时，交叉测年的过程是令人满意的。

在世界上许多出现季节性气候的地区，树木年轮中记录的最主要信号可能与气候变异^性7（climate variability）有关。然而，树木年轮还包含与年龄（幼树比老树生长得更快）、与周围树木争夺资源以及内部和外部干扰（例如，死亡事件、害虫爆发或火灾）相关的其他信息⁸。因此，在尝试使用树木年轮宽度重建过去的气候之前，需要通过本手稿中解释的几个统计程序来消除非气候信号。

该协议的主要目标是展示如何根据树木年轮数据开发气候重建，以了解过去的气候变化。因此，本手稿将展示基本的野外和实验室方法，例如采样、样品制备、交叉测年和测量气候重建所需的树木年轮宽度。此外，该协议还将解释用于从树木年轮宽度中提取常见变化的基本统计分析，并构建与气候数据相关的树木年轮年表。最后，使用简单的线性回归模型，该协议将展示如何使用树木年轮年表作为预测变量，使用气候数据作为预测变量来重建过去的气候。

研究方案

在实地考察之前，如果是保护区，则要得到所有者或相应当局的许可。一些代表当局的人员参与现场工作以避免任何问题，这一点非常重要。

1. 采样策略

1. 确定研究区域
   1. 根据气候信息和森林组成选择最合适的采样区域（森林可以是高度异质的; 图 1A、B）。
   2. 检查采样点是否显示出明显的年度气候季节性和年际气候变化，包括一年中的旱/湿或冷/热季节。检查附近气象站的气候记录，以确定年度气候季节性和年度气候变化。
   3. 确保存在中度至高度气候年际变化，以便研究地点的树木显示出足够的年轮宽变化，以便对树木之间的样本进行交叉日期。
   4. 在感兴趣的区域进行实地考察，以确定具有感兴趣物种的潜在地点（图 1B）
   5. 使用一些推荐的工具（例如制图、无人机和卫星图像）来探索更大的森林区域并检测更多潜在的采样区域。在现场验证来自这些来源的信息。
   6. 从互补来源收集信息，例如区域利益相关者，包括森林服务提供商、森林生产者、农村社区和小土地所有者。根据从这两个来源获得的信息，选择最好的研究地点和最合适的个人来实现目标。
   7. 选择观察到感兴趣物种中寿命最长的个体的区域（图 2A、B）。观察站立的枯树、倒下的树木和树桩。旧的死样本非常重要，因为它们允许将时间顺序向后延伸（图 2A、C、D、E）
   8. 使用 GPS 登记具有上述特征的个体的位置。
2. 选择最佳树的注意事项
   1. 找到最佳地点后，选择要适当采样的树木。位于浅层和岩石土壤以及陡峭斜坡上的树木对气候变化更敏感。使用这些生态地貌特征来确定树木最有可能记录的限制因素（图 2A）。
      注意：避免在竞争激烈的地方采集树木样本;在这些高密度位置，树木将具有较强的林分动态信号和降低的气候信号。
   2. 以字段格式记录站点信息。收集有关该区域的地理和生态信息，例如坐标、高程、地形坡度、位置名称、植被类型、主要物种和当前土地利用。
   3. 记录采样树木的信息，例如直径、高度、是否存在损伤（如果树木位于溪流附近或溪流上、陡峭的斜坡上或峡谷中）。
      注意：在分析样本时，上述信息将很方便，以证实和更好地解释研究结果。由于树木或样本可能会受到损害，或者树木生长的场地条件会改变生长的年度变化。这些元数据将有助于解释独立于气候因素的生长变化，为考虑或消除噪声样本的元素提供元素，始终考虑突出气候信号。
   4. 根据站点名称和样本编号为每个样本提供代码，样本编号由站点名称、树编号和样本编号的前三个字母组成。例如，在此站点中获取的第一个样本将具有以下代码：RMI01A，它对应于站点 Río Miravalles （RMI）、一号树 （01） 和第一个样本 （A）。
      注意：在这种情况下，术语 sample 是指从一棵树上获取的增量核心或横截面的一部分。
   5. 与大多数树木气候学研究一样，通过选择具有特定表型特征并在特定环境条件下生长的个体来执行选择性采样，以实现研究目标。如果目标是预测气候对树木生长的影响，并整合树木大小和林分动态，请执行非选择性采样。
   6. 选择具有长寿外观的树木，在某些情况下具有干燥的顶部、枯萎、扭曲的茎（即螺旋形）和掉落的树枝（图 3A-C）。长寿的个体会将环境记录进一步追溯到过去。
   7. 通过观察最近几年高度紧凑、较窄的年轮来识别长寿树木，因此这些年轮很难观察和交叉测年。识别在同一时期生长的年轻树木，因为它们记录到更宽、更显眼的年轮，从而有助于确定老树的年代。
   8. 考虑在抽样策略中对抽样树木中 10%-20% 的年轻人进行抽样。
   9. 确保树具有坚实的树干，以获得尽可能长的增量核心。此外，避免腐烂区域，因为它们会导致样品切片和内环丢失，并可能使增量钻孔器卡住。
   10. 确保所选树木不是空心的。用塑料锤轻轻敲击树木，聆听木头的共鸣。如果共振很强烈或很深，则意味着树可能是空心的。如果声音是干的，则树是空心的可能性很低。
       注意：此步骤很重要，因为增量钻孔机可能会卡在空心树上，从而难以提取增量钻孔机，并且样品的质量可能不佳。
   11. 即使考虑了上述情况并且没有检测到腐烂，也要密切注意以下内容。引入增量钻孔机时，施加一定程度的力以穿透树木。当这个所需的力发生变化时，钻孔器变得更软，此时停止并抽取样品。
       注意：如果继续用力将增量钻孔器推入，与树脂混合的腐烂木材将聚集在增量钻孔机桶中，并形成一个难以用提取器去除的塞子。发生这种情况时，不要使用刀或一些钢材将木塞从增量钻孔机上释放出来（这可能会损坏切割部分，使其无用）。
   12. 增量钻孔机的边缘对金属生锈非常敏感，使用润滑剂和一块木头压住塞子并释放增量钻孔机气缸。木材不会对增量钻孔机的边缘造成任何损坏。
   13. 当处理树脂树或大量树液时，经常用油清洁蛀虫。使用润滑剂或乙醇清洁粘附在金属上的树脂残留物。
3. 样本采集（收集增量核心）
   1. 使用 Pressler 增量钻孔器（图 4A）收集样品，这是一种精密工具，旨在从活树中提取小核心而不会造成严重损坏⁶。使用任何可用的增量镗孔机，这些镗孔机具有不同的长度 （100-1000 mm）、直径 （4、5、10、12 mm） 和螺纹 （2 和 3;图 4B，C）。与任何木材切割工具一样，保持钻孔器锋利和清洁;未磨尖的钻孔器可能会导致芯部扭曲和断裂。
   2. 根据要取样的树种选择合适的蛀虫。对于大多数木材，使用任意长度或直径的三线程钻孔机进行取样。对于阔叶木树种，使用直径小、长度短的双螺纹钻孔器，以减慢穿透速度，减少对木材的摩擦和应力，并降低在取样过程中折断的可能性。
   3. 在显示高频率假环或年际密度波动 （IADF） 和/或微环的物种中，使用 12 毫米直径的蛀虫而不是 5 毫米的蛀虫。这允许提取更宽的样品表面，以便更好地观察困难的环，并有助于识别这些问题（图 4B）。不要尝试在硬木中使用较长的蛀虫，因为在取样过程中有将其磨碎的风险。
   4. 为了采集木材样本，将增量钻孔机对准树的中心，与树干轴线成 90°（垂直）。
   5. 将增量钻孔器推入树中，同时顺时针转动手柄。这部分是必不可少的，因为在钻孔钻头的初始穿透过程中缺乏压力可能会导致芯部不规则或断裂。钻头完全穿透后，放松压力并转动手柄，直到达到所需的深度（图 5A）。
   6. 每人至少获取两个样品，以确保良好的样品质量。如果树木生长在斜坡上，请平行于斜坡轮廓采集样本（图 4A），以避免树木产生的反应木材⁷。
      注意：在针叶树中，树木在斜坡上产生宽环形式的反应木材，以保持树木直立，它被称为压缩木材。在被子植物（阔叶树）中，宽环在斜坡上产生，称为张力木。必须考虑反应木材，以找到树木的中心，并避免对树木年轮宽度的非气候影响。
   7. 当蛀虫旋转到树木中心足够深时（图 5B），将提取器插入蛀虫并将其推向树木的中心（图 5C）。
   8. 当提取器插入到其全长时，稍微逆时针转动钻孔器以断开样品和树之间的连接（图 5C）。然后，拆下带有核心的提取器（图 5D，E），并通过从树上取下蛀虫逆时针转动来完成提取（图 5F）。
   9. 取样后，密切注意树木形成树脂密封或树液渗出，然后进行次生生长。在特殊情况下，损伤可能是病原体进入的途径，这可能会损害树木⁶.
   10. 在限制区域工作时，例如自然保护区和国家公园，请考虑采取额外措施来保护采样的树木。用坎佩切蜡或蜂蜡覆盖增量钻孔器造成的轻微伤害。
   11. 如果在野外工作期间出现问题，例如木材卡在钻孔器内、尖端断裂或增量钻孔器卡在树上，请参阅步骤 1.2.9.-1.2.12。此外，将不止一台增量钻孔机带到现场。
       注意：请记住，提取核心没有黄金法则。避免不规则性并尝试获取所需的最佳信息（图 4）。有关处理增量核心和采样的更多信息，请查阅在线免费提供的 Maeglin⁹ 和 Phipps¹⁰ 论文。
   12. 小心处理芯，因为它们很脆。提取后立即储存每个样品。对于直径为 5 mm 或更细的样品，请将它们放在带孔的塑料吸管或纸吸管中，以获得更好的通风并避免真菌生长（图 6A）。对于直径为 12 mm 的样品，请用报纸或任何其他类型的纸包裹它们（图 6B）。
   13. 在野外工作和运送到实验室期间，保护样品并将样品储存在带有塑料盖的实心塑料管上。
   14. 在发现枯树或树桩的地方，使用电锯提取横截面。这允许来自小树和大树的样本（图 6C）。
       注意：此类样本的目的是延长年代学的周期，并帮助检测在岩芯上未找到的缺失环。如果树的整个圆周都暴露在外，缺失的年轮是或将很明显⁶.
   15. 对于用电锯采集的样品，如果木材有一定程度的分解，可能会丢失样品碎片。用塑料包裹样品以避免这种情况（图 6D，E）。

图 1：温带针叶混交林。 （A） 蒙特祖梅松、亚利桑那松 和 死松的针叶混交林。（B） Pseudotsuga menziesii、Pinus arizonica 和 Pinus ayacahuite 的针叶混交林。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 2：地点选择。 （A） 具有限制条件（浅层、干燥土壤和陡峭的斜坡）的森林地区，很有可能找到长寿的个体。（B） 长寿个体对于树木气候研究至关重要。（C、D、E）定位和选择枯木（树桩、倒下的树木和具有一定程度劣化的木材），以便时间延长。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 3：最佳树木标本的选择。 （A） 树冠顶部枯死，树枝粗壮，是长寿个体的特征，以及 （B， C） 树干和树枝扭曲的图像，即呈螺旋形，表明长寿个体。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 4：用于样本采集的工具。 （A） 增量钻孔机 （Pressler），提取树木年代学样本的工具。（B） 直径为 12 mm 的钻孔机，推荐用于需要更多材料来定义树木年轮的情况，允许提取更大的样品量，从而提高复杂年轮的可视化，并有助于识别生长问题。（C） 大多数情况下使用的直径为 5 毫米的钻孔机。这种类型的钻孔机用于岩芯取样。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 5：样品采集过程。 （A） 将钻头指向树干中心，呈 90° 角，垂直于树干轴线，同时将钻孔器推向树木并顺时针转动。（B） 当蛀虫已插入 1 英寸深时，继续顺时针转动以到达树干中心，提取器插入蛀虫的内筒中。（C） 当提取器插入到其全长时，将钻孔器逆时针旋转一圈以断开样品与树之间的连接。（D， E）木材样品提取。（F） 逆时针旋转将蛀虫从树干上移走。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 6：保护木材样品的技术。 由于样本可能很脆弱，因此每个样本在采集后必须妥善储存。（A） 使用直径为 5 mm 的钻孔器采集的样品放置在带孔的塑料吸管或纸吸管中。穿孔可以更好地通风并防止真菌生长。（B） 直径为 12 mm 的试样更坚固。这些样品包裹在报纸或其他纸质信封或马尼拉信封中。（C） 用电锯 （D， E） 收集横截面时，应用塑料包裹，以提供进一步的支撑，避免碎片在运输过程中丢失。 请单击此处查看此图的较大版本。

2. 实验室样品制备

1. 遵循 Stokes 和 Smiley⁶ 指示的标准程序在实验室中制备样品并测定其年代。
2. 让样品在阴凉处干燥，以便木材中水分的损失逐渐减少木材变形（图 7A）。在岩芯失去足够的水分后，将它们安装在木制支架或导轨上，用胶水固定（图 7B）并用胶带或线固定（图 7C，D）。
3. 将木芯放在支架上时，请注意木芯的方向。固定核心，例如垂直于平面的木材木质部细胞，被观察并浮出水面（图 7E）。这种方向可以清晰地看到树木年轮的木材解剖结构。
4. 使用不同粒度的砂纸（粒度在 120 到 1200 之间）对样品进行打磨和抛光。对于可能显示明显表面不规则性的截面，请遵循以下两个可能的选项之一。
   1. 选项 1：使用电刷，然后打磨样品。选项 2：从较粗的砂纸砂砾开始打磨过程，范围为 30，然后逐渐将砂砾增加到 1200。这将使生长年轮更容易被看到和区分（图 7F，G）。
5. 抛光样品的整个上部（图 7E）。抛光样品部分的最少 30% 和最多 50%，与粘在木架上的部分相对。这将允许有足够的木材用于以后的抛光过程，目的是使年限过程中放置的环、擦除点和标记更加清晰。

图 7：样品制备。 （A） 在阴凉处干燥样品可确保水分逐渐流失，以最大限度地减少木材（扭曲的芯）的变形。（B） 如何将样品安装在用胶水固定的木架上的示例，以及 （C， D） 显示如何用胶带或细绳将它们连接到装饰件上。（E） 指示木纤维的正确位置，其方向必须垂直于年轮。这种方向将允许清晰地观察年轮的解剖结构。（女、G）这是使用 120 到 1200 的砂纸粒度进行打磨和抛光质量的一个例子。该程序允许可视化和区分年轮。 请单击此处查看此图的较大版本。

3. 树木年轮测年

1. 样品抛光后，在立体镜下以 10 倍至 15 倍的放大倍率分析每个核心。考虑一个立体镜，它可以同时观察和比较几个年轮。
2. 一旦研究人员对什么是年轮有了很好的了解，根据所使用的物种，计算每个样本的年轮。此步骤将提供树龄近似值。此外，识别交叉测年过程中可能遇到的变化类型（图 8A）。对于树木年轮计数，从内环（树的中心）开始到外环（树皮）。
3. 在样品上做小标记，以便返回并重新访问样品，了解时间地点。每个十年放置一个小点，每 50 年段放置两个点，每 100 年放置三个点（图 8A）。
4. 使用其他类型的标记来突出显示具有特定特征的环。例如，当一个只有一小部分生长带的微环很明显时，请使用两个平行点来标记它们。当怀疑或确定没有环时，使用两个交替点或圆圈来标记它，当识别出假环时，使用对角线表示它是一个环。
   注意：有关计数技术的更多详细信息，请遵循 Stokes 和 Smiley⁶ 指示的标准程序。
5. 对树木年轮进行计数后，使用生长图或骨架图来比较宽年轮和窄年轮之间的时间模式和可变性。该图形部分允许同时比较多个样品并确定常见和同步的生长模式（图 8B）。该技术可以检测在计数年轮时可能被错误标记的生长差异。
   注意：有关制作骨架图的更多详细信息，请参阅参考文献⁶ 和下面的链接：https://www.ltrr.arizona.edu/skeletonplot/plotting.htm。
6. 在年轻的活树样本中，如果最后一个外环（除了树皮）的日期已知，则直接在样本上进行初步的树木年轮测年。例如，如果样本是在 2021 年 12 月从北半球的森林中采集的，即生长季节结束并且树木年轮的形成已经完成，则最后一个完全形成的年轮的日期将为 2021 年。使用它，计算从样品外部（树皮）到中心的环。
7. 来自老树的样本显示出较窄的年轮时期，通常在核心的最外侧。为这些核心生成骨架图（图 8C），以将它们的生长模式与已知的日期明确的样品或以前的区域环宽主年表（图 8D）进行比较。
8. 为了比较样品，寻找不同树之间细环和宽环之间的同步性（图 8A、B）。当根据交叉日期技术找到成功匹配时，该样本被视为有日期。
9. 在生长同步模式不清楚的样品中，由于生长变异性差异、环缺失或假环，通过逐环检查样品之间的环来检测问题，并将其与完美测年的样品进行比较。使用附近站点的气候记录来验证可疑的缺失光环，因为这种光环异常发生在极端干燥或寒冷条件的年份。
10. 在发现潜在问题后，更正计数并测试是否实现了同步。
11. 在所有活树都经过交叉测年后，制定一个通常称为主年表的平均生长图表（图 8D），这是所有测年生长图的平均值，并指示该地点在时域⁶ 上的生长模式。对于更多需要交叉测年的样品，例如死亡日期未知的枯树，它可用作测年工具（图 8C）。

4. 测量树木年轮

1. 一旦样品确定了日期，就可以测量树木年轮的宽度。如果可能，测量年轮总宽度以及年际带 - 早木和晚木 - 宽度。使用精度为 0.001 毫米¹¹ 的测量系统执行这些测量（图 8E）。
2. 通过滑动测量系统平台并通过带有交联目镜的立体镜观察样品，逐个测量生长环和部分环。根据测量系统，从最内环到外圈开始测量（图 8F）。
3. 如果没有机械测量系统，在这种情况下，请使用扫描仪拍摄高分辨率图像，并使用专用软件（如 CooRecorder 或 CRAN 的 R 测量）进行树木年轮测量。

图 8：交叉测年和树木年轮测量。 （A） 显示两个样品之间的年轮计数和生长模式比较。（B） 两个样本的生长变异性如何在纸质图表中反映的示例（骨架图）。这种类型的图表允许同时比较许多样品的生长情况（交叉测年），是实现正确测年的基本技术。图表 0、50、60 等顶部的标记表示 A 中所示样品中计数的环数。（C） 使用主年表确定确切年份的枯木样品的骨架图。（D） 主年表示例，正确日期的活树的平均值。（E） 使用精度为 0.001 mm 的测量系统来测量每个年度生长。（F） 显示 Pinus lumholtzii 的年生长情况和年轮的三个不同带部分（全环、早材和晚材）的示意图。 请单击此处查看此图的较大版本。

5. 交叉日期的验证

1. 测量完戒指的宽度后，测试它们的年代准确性和质量。使用软件 COFECHA¹² （https://ltrr.arizona.edu/research/software） 和 dplR¹³ 进行交叉测年。在使用 COFECHA 分析软件中的相同样本构建的主年表中，确定年轮系列片段之间不显著的相关性 （< 0.3281;p > 0.01）。
2. 在软件中查找识别不显著的片段相关性值的标志，从而轻松识别任何样本的片段与整体主年表（分析的每个样本的所有标准化值的平均值）之间的潜在差异。
3. 这些差异可能与所选树木的特定微站点条件造成的测量或年轮识别造成的误差有关，这与其余样本的整体变异性不同步。通过现场观察和记录来验证这些内容，并决定是保留还是消除此样本。
4. 有关 COFECHA 统计数据解释的更多详细信息，请参阅 Speer⁷。

6. 年表发展

1. 对树木年轮测量进行去趋势化或标准化，以去除所有非气候信息（噪声），例如年龄、树木几何形状、林分动态和干扰效应，如前所述。
   1. 根据样本上发现的标准和时间趋势（图 9A），将数学方程拟合到样本数据负指数（图 9A）、直线（图 9C）或三次样条。然后将每个测得的环宽度除以其拟合值或预期值。
   2. 将单棵树的标准化值平均为平均值函数，并针对由于树龄不同和整体生长速率差异而导致的差异生长速率进行调整。这将生成一个标准化的时间序列，具有相对恒定的方差和等于^{1 8} 的平均值（图 9B，D）
2. 没有一个完美的配方来标准化树木年轮宽度系列;在应用任何去趋势方法之前，对所有环宽测量值进行图形检查，以确定样品中的嵌入趋势。
3. 使用任何统计平台实现标准化。ARSTAN 或 dplR 等软件特别适用于此类分析^13,18，可在 https://ltrr.arizona.edu/research/software 上免费获得，也可作为 CRAN 的 R 包获得。
4. 使用称为自回归移动平均建模 （ARMA modelling） 的统计程序执行自相关去除，该程序自动应用于已经提到的两个程序中。这是研究年际气候变化对树木年轮影响所必需的。
5. 一旦树木年轮测量标准化并消除自相关，就开发场地年表（图 10A）。树木年轮地点年表是所有标准化序列的平均值，使用稳健的双加权平均值，与算术平均值不同，该平均值减弱了非典型年份（异常值）的影响。
6. 使用 ARSTAN 或 dplR 生成的站点年表中的三个关键统计指标评估质量和气候重建潜力，即表达的种群信号 （EPS）、平均敏感性 （MS） 和系列之间的相互相关性 （ISC）。
7. 使用 EPS 估计年表中使用的不同样本与具有无限数量样本的假设年表之间的相似程度（图 10B）。大于 0.85 的值被认为是可以接受的，这表明年代学具有足够数量的样本来表示给定站点的共同信号¹⁹。
8. 使用 MS 测量戒指宽度之间的相对可变性。平均敏感度的值范围从 0 到 2，零值表示两个相邻环之间没有差异，2 表示环在值大于零³ 的环旁边具有零值。平均敏感性值大于 0.3 表示足够的年际变化和气候重建的潜力。
   注意：平均敏感度可以解释为树木生长与气候之间潜在关系的指标。
9. 使用 ISC 根据现场所有其他时间序列生成的主年表计算每个样本的平均 Pearson 相关系数。此统计信息表示树木之间树木生长的共同信号。

图 9：从测量到索引的树木年轮宽度测量 （RW） 的去趋势和标准化程序示例。 计算环宽指数 （RWI） 的标准化，因此平均值约为 1 并且具有齐次方差。（A） 环宽系列 RW 表示由于年龄效应导致生长呈指数级下降，应用了最佳拟合的去趋势曲线，在本例中，我们使用负指数曲线（红色）。（C） 这是直线（红色）的第二个示例。（二、二）归一化指数 （RWI） 是在将曲线值除以 RW 序列后生成的。这种划分消除了与曲线拟合的趋势，最大化了气候信号（灰色的时间序列）和 20 年的平滑样条（红色）来观察干旱和潮湿期等低频事件。 请单击此处查看此图的较大版本。

7. 月度相关性分析

1. 执行相关性分析以确定年度树木生长（场地年表）与每月气候变量（降水、温度、蒸发、相对湿度等）之间的关系。使用此分析可根据季节性气候变量与地点年表之间的最高相关性值来评估重建树木年轮的时间段。
2. 与上一年和今年的月度气候记录进行相关性分析（图 11A）。使用几个可用的程序之一来运行这种类型的分析，参见参考文献 ^3,20,13。
   注：使用皮尔逊相关系数的月度到季节性分辨率的分析表明气候变量与树木年轮地点年表之间的关联程度。
3. 使用来自最近气象站的气候记录或来自格网数据集的最近格网点来执行相关性分析。此外，评估记录的质量并使用最佳可用选项。
4. 当对多个气象站进行相关性分析时，在编译一个区域气候记录之前，应逐个探索每个区域记录。仅使用那些显示与树木年轮年表最高相关性值的桩号。
5. 将区域平均值与最佳可用网格数据集进行比较，以评估并避免在组合多个气象站时丢失气候变率。

8. 简单线性回归模型和气候变量的重建

1. 一旦确定了显示最强气候增长的季节（图 11B 和 图 12A），就执行简单或多元线性回归分析以建立重建模型（图 12B）。
2. 对广泛的月度组合执行此过程，以获得最佳重建模型（具有最高解释力的模型，调整后的 R² 值）。在此分析中，将树木年轮年表指数视为自变量，将季节性累积月期的降水量视为因变量。
3. 生成回归模型后，将其应用于观测数据的共同时期的时间顺序。
4. 随后，将观察和重建数据的公共周期分为两个周期，每个周期包含整个共同回归模型中使用的数据的一半，以统计验证模型并执行校准和验证测试。
5. 确定以下统计变量以验证回归模型的统计预测能力和不确定性（有关详细说明，请参阅讨论）：相关系数 （r）、调整后的 R²、误差减少 （RE）、符号检验、配对样本 t 检验、估计标准误差 （SE）、验证均方根误差 （RMSEv） 和 Durbin-Watson 检验。
6. 一旦回归模型得到统计验证，就可以使用它通过树轮年表重建响应的气候变量。
7. 最后，为了给任何气候重建提供额外的可靠性和确定性，请使用历史记录或附近位置的其他树木气候重建来验证重建。

结果

按照协议的步骤 1.1 和 1.2，Pinus lumholtzii BL Rob。& Fernald被选中进行这项研究。在考虑的最重要的方面中，有几个如下：它是 松 属的针叶树，地理分布广泛，从树木年代学的角度来看研究很少;它生长在岩石露头的贫瘠地点，蓄水能力低，其生长受到水和营养供应不足的限制，导致生长速度缓慢，几乎没有商业价值;由于其表型构象和很少的商业利益，可以找到...

讨论

代理记录是依赖于天气的自然系统，这些系统在过去存在并且仍然存在，例如湖泊和海洋沉积物、花粉、珊瑚礁、冰芯、Packrat middens 和树木年轮，因此可以从中获取信息²⁴。然而，从大多数气候敏感的代理来看，树木年轮代表了具有最高精度和年际分辨率的代理，允许将气候和生态事件的年代确定为发生的确切年份，跨越几个世纪，有时长达几千年

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
ARSTAN Software			https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
Belt Sander		Dewalt Dwp352vs-b3 3x21 PuLG	For sanding samples
Chain Saw Chaps	Forestry Suppliers	PGI 5-Ply Para-Aramid	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Chaps
Chainsaw	Stihl or Husqvarna for example	MS 660	Essential equipment for taking cross sections samples (Example: 18-24 inch bar)
Clinometer	Forestry Suppliers	Suunto PM5/360PC with Percent and Degree Scales	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Clinometer
COFECHA Software			https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
Compass	Forestry Suppliers	Suunto MC2 Navigator Mirror Sighting	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=compass
Dendroecological fieldwork programs		Programs where dating skills can be acquired or honed	http://dendrolab.indstate.edu/NADEF.htm
Diameter tape	Forestry Suppliers	Model 283D/10M Fabric or Steel.	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Diameter%20tape
Digital camera	CANON	EOS 90D DSLR	To take pictures of the site and the samples collected (https://www.canon.com.mx/productos/fotografia/camaras-eos-reflex)
Digital camera for microscope	OLYMPUS	DP27	https://www.olympus-ims.com/es/microscope/dp27/
Electrical tape or Plastic wrap to protect samples	uline.com		https://www.uline.com/Product/Detail/S-6140/Mini-Stretch-Wrap-Rolls/
Field format		There is no any specific characteristic	To collect information from each of the samples
Field notebook			To take notes on study site information
Gloves			For field protection
Haglöf Increment Borer Bit Starter	Forestry Suppliers		https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Increment%20borer
Hearing protection	Forestry Suppliers	There is no any specific characteristic	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Hearing%20protection
Helmet	Forestry Suppliers	There is no any specific characteristic	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Wildland%20Fire%20Helmet
Increment borer	Forestry Suppliers	Haglof	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Increment%20borer
Large backpacks		There is no any specific characteristic	Strong backpack for transporting cross-sections in the field
Safety Glasses	Forestry Suppliers	There is no any specific characteristic	https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Safety%20Glasses
Sandpaper			From 40 to 1200 grit
Software Measure J2X		Version 4.2	http://www.voortech.dreamhosters.com/projectj2x/tringSubscribeV2.html
STATISTICA	Kernel Release 5.5 program (Stat Soft Inc. 2000)		Statistical analysis program
Stereomicroscope	OLYMPUS	SZX10	https://www.olympus-ims.com/en/microscope/szx10/
Topographic map, land cover map			Obtained from a public institution or generated in a first phase of research
Tube for drawings		There is no any specific characteristic	Strong tube for transporting samples in the field
Velmex equipment	Velmex, Inc.	0.001 mm precision	www.velmex.com