Ann. For. Sci. 64 (2007) 743-756
DOI: 10.1051/forest:2007054

Solar activity, global surface air temperature anomaly and pacific decadal oscillation recorded in urban tree rings

Xingyuan He^a, Zhenju Chen^a, Wei Chen^a, Xuemei Shao^{b, c}, HongS He^{a, d} and Yu Sun<sup>a

a</sup>  Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, 72 Wenhua Road Shenhe District, Shenyang, 110016, China
^b  Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Jia 11 Datun Road, Beijing, 100101, China
^c  Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, 18 Shuangqing Road, Beijing,100085, China
^d  School of Natural Resources, University of Missouri, Columbia, USA

(Received 26 October 2006; accepted 10 May 2007; published online 11 October 2007)

Abstract - A tree ring width chronology developed from 58 samples taken from Chinese pine trees (Pinus tabulaeformis Carr.) growing in Shenyang city was studied to analyze the effects of solar activity, Global Surface Air Temperature Anomalies (GSATA) and the Pacific Decadal Oscillation (PDO) on annual radial growth. An excellent response of tree rings to solar activity and global environmental change was revealed, indicating that these urban Chinese pine trees are a suitable proxy for Sun-Earth system research despite their location in Shenyang, an industrial city. The information derived from annual growth rings of urban Chinese pine trees coincides with records from undisturbed trees in a natural location, and demonstrates significant synchronous response to solar activity in the periodic bands of 5-8, 10-12 and 20-30 years. The wave signal of tree growth was also affected and amplified by the combined effect of the PDO from 1900 to 2004 and GSATA from 1880 to 2004 with a short lag time, revealing 5-8, 11-13, and 20-23 year oscillatory modes. At 20-30 year timescale, Chinese pines validated the strong GSATA influence signal at 20.8 years, and may be the primary cause of the 20 and 23 year periodic waves of tree rings. Shenyang urban tree ring growth also showed high frequency variation (2-4 y) that may be due to low periodicity of solar activity, GSATA, PDO and local climate variations, especially in the 2-4 years band width.

Résumé - Impact de l'activité solaire, anomalie globale de température de l'air et oscillation décadaire pacifique sur les cernes d'arbres en milieu urbain. Une chronologie de largeur de cernes a été développée à partir de 58 échantillons prélevés sur des pins chinois (Pinus tabulaeformis Carr.) poussant dans la ville de Shenyang, afin d'analyser les effets de l'activité solaire, de l'anomalie globale de surface de la température de l'air (GSATA) et de l'Oscillation Pacifique décadaire (OPD) sur la croissance radiale. Cette étude a révélé une forte corrélation entre croissance des cernes et activité solaire d'une part, et changement global de l'environnement d'autre part, indiquant que ces pins urbains permettent des études sur les relations Soleil - Terre, malgré leur localisation dans une ville industrielle comme Shenyang. L'information dérivée de la croissance annuelle des cernes coïncide avec des enregistrements sur des arbres non perturbés dans un environnement naturel. De plus elle révèle une réponse significative synchrone avec l'activité solaire avec des périodes de 5-8, 10-12, et 20-30 ans. Le signal de vague de croissance des arbres a été aussi affecté, amplifié par l'effet combiné d'OPD de 1900 à 2004 et de l'anomalie globale de 1880 à 2004 avec un temps de latence réduit, et des modes d'oscillations de 5-8, 11-13 et 20-23 ans. À une échelle de temps de 20-30 ans, les pins chinois ont validé la forte influence du signal de l'anomalie globale à 20,8 années. L'anomalie globale peut être la cause primaire des 20 et 23 années de vagues périodiques des cernes des arbres. La croissance des cernes des arbres urbains de Shenyang a aussi montré une variation importante de fréquence de 2-4 ans qui est peut-être due une faible périodicité de l'activité solaire, de GSATA, de PDO et à des variations climatiques locales, en particulier dans une période de temps de 2-3 ans.

Key words: urban tree rings / sunspot number / Pacific decadal oscillation / global surface air temperature anomaly / wavelet analysis

Mots clés : cernes d'arbres urbains / oscillation pacifique décadaire / anomalie globale de surface de la température de l'air / analyse d'ondes / nombre de taches solaires

Corresponding author: chenzhenjuf@163.com

© INRA, EDP Sciences 2007