由于气候器测资料长度一般只有50年左右，很难从中找到长期的气候变化信息，历史上的气候变化情况也不能从器测资料中得到，因此，古气候研究便成为气候变化研究中非常重要的一个环节，它不但能够得到历史时期的气候变化信息，探讨不同历史时期气候变化的机制，还可以为气候模式结果提供基础材料。人们采用很多代用资料来研究历史时期的气候变化，包括树木年轮、历史文献、冰芯、纹泥、石笋、珊瑚等，树木年轮是其中非常重要的代用资料之一。由于历史时期气候变化在我国西部地区历史文献中的记载很少，因此采用树木年轮研究我国中西部地区的历史时期气候变化显得尤为重要。 

 

　　树木的生长受到其周围的环境影响，包括土壤、水分、温度、光照、风等，以及人为干扰、病虫害、地震、滑坡等，其中某些要素属于气候要素，如温度、降水、湿度等，这些要素的变化就会直接或间接地影响到树木的生长状况。

 

　　而树木的生长有如下特征：即树木生长是由内向外的，而且一般每一年形成一个年轮。这是因为树木生长在一年四季当中是有差别的，其生长速度的快慢受到不同季节的温湿状况等周围条件的制约，在我国北方地区，树木一般在春季开始生长，且生长速度较快，形成的细胞也较大，因此我们用眼睛看到的这一部分木质颜色较浅；到夏末秋初时，由于周围的条件（如温度、降水等）不能满足树木生长，则树木生长逐渐变慢甚至停止，那么这一部分木质的细胞就较小，颜色也就相对较深，直至来年开春开始再次生长，如此周而复始，就形成了一圈一圈的轮印，我们称之为树木年轮。

 

　　此外，树木生长不但受到周围环境条件的制约，还受到其自身的遗传因子的作用，例如：树木在其年轻的时候生长较快，而在其幼年和老年时则生长相对较慢，我们称之为生长趋势。正是在其内部和外部因素的支配和控制下，并经过其内部复杂的生理生化过程，树木才长高、加粗、枝繁、叶茂。

 

　　当气候开始变化时，树木生长的快慢也随着开始变化。因此，我们可以通过树木年轮的大小、深浅、同位素比率等多种指标，采用一系列的统计方法，来恢复树木开始生长以来的气候要素变化情况。这就是树木年轮气候学的基本研究过程。鉴于树木年轮资料具有定年准确、连续性强、分辨率高和易于获取复本等特点，树木年轮分析长期以来在地球科学界受到了高度的重视，在过去全球气候变化研究中，被列为重要的技术途径之一，在古气候研究中得到了广泛的应用。

 

　　树木年轮气候学研究的主要过程包括：

 

　　树木年轮样本的采集和预处理。采集树轮样本的主要工具是生长锥，钻取一条一条的树芯，需要指出的是，这种样本采集方法不会对树木本身造成伤害。然后经晾干、粘贴、打磨等工序，直至能够在显微镜下清晰地分辨出树木的细胞结构。

 

　　交叉定年。这是树木年轮气候学研究中非常重要的一步，因为树木在其生长过程中会出现缺轮或伪轮（特别是在周围环境较为恶劣的情况时），因此需要在一个地区采集足够多的样本，以便能够将多个样本的轮宽变化趋势相互对比，找出缺轮或伪轮，这样才能够确定单个样本中各年轮形成的年代，然后在样本上进行标注。一般在一个样点采集20棵树以上，且每棵树在不同的方向上采集两个甚至更多个样本，以保证定年的需要。

 

　　树木年轮宽度、密度、灰度、同位素比率等指标的获取。通过对树轮宽度、密度、灰度、同位素比率等指标的测量，可以得到各树轮样本的多项指标序列。

 

　　树木年轮年表的建立。对各树轮样本序列进行生长趋势拟合，以去除由于树木的自身遗传特性所导致的树轮宽度变化趋势。鉴于生长在湿润、半湿润地区的树木，其前一年的生长对后一年生长的影响很大，且树木之间的相距较近，树与树之间存在较强的相互影响和相互竞争，其结果会某种程度地反映在年轮指标的变化上，而这种变化并不代表气候或其它环境因子的变化，因此还需要对样本序列进行自回归模型拟合处理。在完成上述过程后，可以得到树轮趋势年表、差值年表以及自回归年表。各年表所具有的统计特征是有差别的。

 

　　树木生长对气候变化的响应分析。采用所建立的树轮年表与气候要素进行响应分析和相关分析，并考虑样点区域气候特征，以确定树木生长的最为重要的气候影响因子。

 

　　气候要素变化的重建。采用转换函数将树轮年表序列转化为气候要素变化序列，称之为气候重建，并分析重建结果的统计特征，从而得到该地区历史时期的气候要素变化特征。

 

　　国外开展系统性的树木年轮气候学研究较早，美国的AndrewE.Dou-glass（1867—1962）被普遍认为是树木年轮学之父，是他创立了树木年轮学的基础，并在美国亚利桑那大学成立了世界上第一个树木年轮实验室，并使之成为世界上的树木年轮学研究中心之一。

 

　　我国的树木年轮气候学研究在近十几年里有了很大的进展。其中原中国科学院地理研究所的吴祥定研究员首次系统地将树木年轮气候学的理论和方法引入我国，为我国的树木年轮气候学研究做出了非常重要的贡献。近几十年来，中国科学院地理科学与资源研究所、中国气象局国家气候中心、中国气象科学研究院、中国科学院地球环境研究所、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、北京师范大学等国内许多研究单位曾先后开展过树木年轮气候学研究，并取得了许多研究成果。目前已在我国新疆、青海、西藏、吉林、陕西、四川、浙江、湖北、内蒙古等地采集了数万个树轮样本，树种主要有祁连圆柏、铁杉、云杉、落叶松、红松、冷杉、胡杨等十余种，其中在我国祁连山采集的祁连圆柏树轮样本久逾千年。研究结果包括对各区域历史时期温度、降水、干湿度、大气二氧化碳含量等多项要素变化史实的重建