Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Дендроклиматический анализ длительных изменений температурного режима в Субарктике Евразии
ВАК РФ 03.00.16, Экология
Автореферат диссертации по теме "Дендроклиматический анализ длительных изменений температурного режима в Субарктике Евразии"
На правах рукописи
Наурзбаев Мухтар Мухаметович
ДЕНДРОКЛИМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДЛИТЕЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА в СУБАРКТИКЕ ЕВРАЗИИ
03.00.16.-Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Красноярск - 2005
Работа выполнена в Институте леса имени В.Н. Сукачева СО РАН
Научный консультант:
доктор биологических наук, профессор, академик РАН
Ваганов Евгений Александрович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук Ефремов Станислав Петрович
доктор геолого-минералогических наук, профессор
Леви Кирилл Георгиевич
доктор географических наук, профессор
Чеха Виталий Петрович
Ведущая организация:
Институт экологии растений и животных УрО РАН
Защита диссертации состоится 13 апреля 2005 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д 003.056.01 при Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН.
Адрес:
660036, г. Красноярск, Академгородок, Институт леса.
Fax: 8 (3912) 43-36-86
E-mail: institute @forest. akadem.ru
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН.
Автореферат разослан / fj февраля 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета А.В. Шашкин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Прогнозы глобального потепления климата в высоких широтах Северного полушария, следующие из расчетов ряда климатических моделей, до сих пор не подкреплены обоснованной экспериментальной базой, опирающейся как на анализ естественных (доиндустриальных) длительных изменений температуры, так и особенностей колебаний температуры на региональном уровне в масштабах столетий и тысячелетий. Наиболее заметны расхождения между изменениями средней приземной температуры воздуха Северного полушария и субарктических регионов Евразийского континента в последние 40 лет. Анализ реакции древесной растительности в зоне наибольшего влияния климата на процессы роста - полярном пределе распространения лесной растительности представляется важным в оценке текущих и прошлых изменений скорости роста и продуктивности древесных растений при изменении климата. Познание изменений климата Субарктики Евразии в позднем голоцене на региональном и глобальном уровнях разрешения по реакции прироста древесной растительности на эти изменения представляется важным для ответа на вопросы: а) каков вклад антропогенной составляющей в современных изменениях климата, и существенен ли он на фоне естественных факторов изменения климата?; б) может ли скорость увеличения температуры в современный период рассматриваться как беспрецедентная, не имеющая аналогов в прошлом? Цель и задачи работы. Основная цель работы - выявление и количественная оценка пределов естественных колебаний приземной температуры воздуха в позднем голоцене в Субарктике Евразии по приросту годичных колец деревьев. В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
1. Построение длительных (тысячелетних) древесно-кольцевых хронологий для севера Средней и Восточной Сибири.
2. Анализ изменчивости прироста деревьев ныне произрастающих и произраставших в голоцене, выделение климатического сигнала и получение добротных моделей количественной реконструкции приземной температуры воздуха.
3. Пространственно-временная сопряженность длительных (сверхвековых и вековых) и погодичных изменений летней температуры в субарктических и континентальных районах Евразии, выявление и оценка пределов естественных колебаний летней температуры.
4. Сравнительный анализ изменений приземной температуры Субарктики Евразии по дендроклиматическим данным и по иным косвенным источникам климатической информации.
Защищаемые положения:
Тысячелетние древесно-кольцевые хронологии севера Евразии четко выявляют длительные колебания климата Северного полушария (средневековое потепление, малый ледниковый период, современное потепление).
Прошлые и текущие изменения температуры на севере Евразии характеризуются пространственной неоднородностью - разной величиной колебаний температуры в разных секторах субарктической области.
Современное потепление, начавшееся в середине XIX века, по амплитуде увеличения температуры не превысило пока уровня средневекового потепления.
Разные косвенные источники изменений температуры в субарктических широтах показывают совпадающие результаты в реконструкции сверхвековых колебаний температуры.
Характер изменения температуры в высоких широтах Евразии, выявленный по тысячелетним древесно-кольцевым хронологиям, не совпадает с таковым, полученным для всего Северного полушария: изменения температуры по дендроклиматическим данным не выявляют необычно резкого повышения температуры в последние 40 лет в этой области Субарктики. Научная новизна заключается в построении календарно непрерывных древесно-кольцевых хронологий длительностью почти 2500 лет на Восточном Таймыре и в низовье Индигирки. На Таймыре получен ряд плавающих хронологий (от 6000 лет до н.э.), обоснованно построение календарно непрерывной 8000-летней древесно-кольцевой хронологии. Впервые установлено, что на верхней границе леса в Субарктике Средней и Восточной Сибири в условиях резко континентального климата ныне живущие деревья лиственницы достигают рекордного для рода Ьапх возраста - лиственница Гмелина на Восточном Таймыре до 700 лет и лиственница Каяндера в низовье Индигирки до 950 лет. В этих условиях давно отмершие деревья (стволы) лиственницы сохраняются на дневной поверхности в течение более чем 2000 лет, анатомическая структура годичных колец не претерпевает значительных изменений и пригодна для дендроклиматических исследований. Наиболее старые деревья произрастали в первом и на рубеже первого и второго тысячелетий. Их возраст достигает на Таймыре до 840 лет, а в низовье Индигирки лиственница превышает 1200-летний возрастной рубеж. На древесине лиственницы подтверждено, что дендрохронологическим методом возможна оценка точности радиоуглеродных дат древесины и калибровка методов радиоуглеродного датирования. Реконструкции климатических параметров, определяющих погодичную изменчивость прироста деревьев, дают возможность количественно проанализировать пространственно-временные закономерности в колебаниях климата обширного сектора Северного полушария. Подтверждается высокая информативность полученных древесно-кольцевых хронологий для ретроспективной оценки изменений климата Северного полушария. Показано, что тысячелетние древесно-кольцевые хронологии могут быть использованы для календарного датирования слоев ледовых кернов. Коррекция календарных дат слоев ледовых кернов выявляет особенности формирования слоев, когда в периоды потеплений климата увеличивается объем отложения твердых осадков на Гренландском щите и усиливается сезонность их отложения. Это согласуется с расчетами климатических моделей - потепление в высоких широтах сопровождается увеличением выпадения осадков. Несомненно, что этот результат работы представляет интерес для коррекции расчетов по прогнозным климатическим моделям, особенно для арктической области Северного полушария.
Практическое значение. Результаты работы и полученные древесно-кольцевые хронологии позволяют точно датировать (календарный год, сезон) образцы древесины, собранные на обширной территории Субарктики в археологических, этнографических и иных исследованиях истории позднего голоцена. Дендроклиматические реконструкции позволяют проводить сравнение и
калибровку иных косвенных источников климатической информации обладающих меньшим временным разрешением и (или) меньшим уровнем разрешения в количественной оценке прошлых и современных изменений климата и соответственно - пространственную оценку естественных и антропогенных компонент современных изменений климата регионального и глобального уровня разрешения за последние 2000 лет. Количественные реконструкции климата позднего голоцена, адекватность и добротность которых подтверждена на независимом материале, представляют несомненный интерес для специалистов в области экологического мониторинга, климатологии и палеоклиматологии.
Апробация работы. Основные результаты и положения работы были представлены и обсуждались на научных конференциях и рабочих совещаниях: 10-ти международных: «Workshop on spitial-temporal dimentions of high-latitude ecosystem change (the Siberian IGBP transect)», Krasnoayarsk, Russia, 1998; «"Larix-98" IUFRO Interdivisional Symposium», Krasnoyarsk, Russia 1998; «IBFRA'98», Norway, Oslo, 1999; «IGARSS'99», Hamburg, Germany, 1999; International Conference on «Dendrochronology for the Third Millennium», Mendoza, Argentina, 2000; International Conference «Tree Ring and People», Davos, Swiss, 2001; International Conference «The role of permafrost ecosystems in global climate change», Yakutsk, Russia, 2001; «The second international conference on sustainable agriculture for food, energy and industry», China, 2002; Второй международной конференции «Окружающая среда и экология Сибири Дальнего Востока и Арктики», Томск, Россия, 2003; «Всемирная конференция по изменению климата», Москва, Россия, 2003.
7-ми Всероссийских: Второй всероссийской конференции «Проблемы региональной экологии», Томск, 2000; Всероссийском совещании «Реакция растений на глобальные и региональные изменения природной среды», Иркутск, 2000; Всероссийской конференции «Средообразующая роль бореальных лесов: локальный, региональный и глобальный уровни», Красноярск, 2002; «XIV Российской конференции по использованию синхротронного излучения (СИ-2002)», Новосибирск, 2002; Всероссийском совещании «Дендрохронология: Достижения и Перспективы», Красноярск, 2003; Всероссийская конференция «Структурно-функциональная организация и динамика лесов», Красноярск, 2004. Публикации. Основное содержание и защищаемые положения отражены в 53-х публикациях, в том числе 29 статей в научных изданиях, из них: 16 статей в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских диссертаций, и 5 статей в зарубежных.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 257 страницах, состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы (167 наименований), иллюстрирована 62 рисунками, содержит 28 таблиц. На различных этапах работы частичная финансовая поддержка осуществлялась РФФИ (гранты 96-04-48258, 99-05-64182, 01-05-64234, 02-0449938,02-05-65119) и интеграционными проектами СО РАН (№74 и №121).
Глава 1. ДЛИТЕЛЬНЫЕ ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫЕ ХРОНОЛОГИИ В ИССЛЕДОВАНИИ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА
Интегрированные по международной сети метеорологических станций данные наблюдений за температурой показывают, что два последних десятилетия были рекордно теплыми в Северном полушарии (Mann et al., 1999). Прямые измерения свидетельствуют об устойчивом повышении глобальной приземной температуры воздуха на 0,6±0,2°С за последние 140 лет (Bradley, 2001). Наметившийся тренд на потепление находит отражение и в динамике растительности, например, большем аккумулировании фитомассы (Myneni et al., 1997). Косвенные оценки, сделанные по двадцатилетним трендам NDVI, свидетельствуют о большем росте запасов и продукции растительных сообществ в средних широтах Северного полушария (Zhou et al., 2001; Шишов и др., 2002). Используя результаты климатических моделей некоторые авторы утверждают, что фиксируемое потепление непосредственно связано с повышением концентрации тепличных газов в атмосфере. Согласно расчетам по климатическим моделям и моделям-аналогам наибольшее потепление должно наблюдаться в высоких широтах Северного полушария и составить соответственно 3-4°С (Будыко, Израэль, 1987). Однако данные анализа радиального прироста деревьев из субарктической области Евразии, наиболее тесно связанного с изменениями температуры, не показывают таких существенных изменений в климатических условиях. Нерешенным остается и вопрос о пределах естественных колебаний климата - диапазоне изменений приземной температуры воздуха в высоких широтах Северного полушария в голоцене. Реальным инструментом для реконструкции естественных колебаний температуры в высоких широтах на интервалах тысячелетий являются древесно-кольцевые хронологии, отличающиеся в сравнении с иными косвенными источниками климатической информации рядом важных преимуществ: во-первых, в годичных кольцах деревьев четко зафиксирована климатическая информация (Шиятов, 1986; Ваганов и др., 1996; Briffa et al., 1998 б; Naurzbaev, Vaganov, 2000); во-вторых, на северном пределе распространения лесной растительности в Евразии деревья достигают максимально возможного возраста (до 1200 лет), а сеть дендроклиматических станций, равномерно размещенная на обширной территории Сибири, позволяет проводить пространственно-временные реконструкции температуры; и, в третьих, сохранившиеся в толще вечной мерзлоты остатки погибших деревьев позволяют получить сверхдлительные древесно-кольцевые хронологии для всего периода голоцена (Шиятов, 1986; Ваганов и др., 1996,1999; Хантемиров, 1999; Наурзбаев, Ваганов, 1999аб; Наурзбаев, Ваганов, Сидорова, 2001; Schweingruber, Briffa, 1996; Briffa et al., 1998ab; Jacoby et al, 1989, Hughes et al., 1999).
Анализ данных научной литературы свидетельствует, что наиболее важные задачи в дендроклиматических исследованиях Субарктики следующие: - Получение длительных (более 1000 лет) и надежных рядов для реконструкции климатических условий прошлого. Эти исследования являются составной частью Циркумполярного субарктического дендроклиматического проекта (Ваганов, Шиятов, Мазепа, 1996). Наиболее перспективными районами проведения дендроклиматических работ, в ближайшие годы, определены несколько ключевых участков Урало-Сибирской Субарктики: Ямал, Таймыр и низовье
б
Индигирки. Здесь возможно существенное продление в глубь веков (на тысячелетия назад) древесно-кольцевых хронологий на основе использования древесины давно отмерших деревьев, сохранившихся до настоящего времени в достаточном количестве, как на поверхности, так и в голоценовых отложениях (аллювиальных, торфяных, озерных и др.).
- Сопоставление данных дендроклиматических реконструкций с данными по изменению климата, полученных с помощью других косвенных источников такого же или меньшего временного разрешения, что для районов Северного полушария, особенно в высоких широтах, обеспечивает взаимопроверку климатических реконструкций и подтверждение аномалий одного знака в одни и те же временные интервалы, может дать объективную картину изменений климата за период голоцена, особенно за последние 2000 лет. Это одна из главных задач проекта PAGES на ближайшие годы (Ваганов, Шиятов, Мазепа, 1997).
- Разработка более совершенных методов стандартизации длительных древесно-кольцевых хронологий, максимальное выделение длительных изменений климата, по периодичности соизмеримых с длительностью жизни деревьев (и/или трендовых составляющих). (Шиятов, 1986; Briffa et al., 1992, 1996; Methods ..., 1990). Способ и процедура выделения полезного сигнала в каждом конкретном случае может быть ориентированной на частный отклик деревьев на изменяющиеся условия среды, такими сигналами могут быть солнечная активность (Костин, 1961; Мухамедшин, 1966; Ловелиус, 1979), засухи (Шведов, 1892; Дж. М. Митчелл мл. и др., 1982), наводнения, пожары, вспышки насекомых и др. (Fritts et al., 1989; Schweingruber, 1996). Корректность в разделении возрастных и климатически обусловленных вариант радиального прироста (на фоне локальных пожаров и эпизоотий насекомых) до сих является приоритетной проблемой дендроклиматических исследований.
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Приведены описания районов сбора дендрохронологического материала, охарактеризованы природно-климатические условия и подробно описаны методические приемы и методы анализа прироста годичных колец, включая построение дендроклиматических рядов и расчет моделей реконструкции климата.
Основным экспериментальным материалом для пространственно-временного анализа изменений приземной температуры воздуха в высоких широтах Евразии послужили тысячелетние древесно-кольцевые хронологии, полученные перекрестным датированием ширины годичных колец живых деревьев, хорошо сохранившихся остатков стволов отмерших деревьев и полуископаемой древесины аллювиальных отложений (рис. 1). В работе также использованы хронологии более плотной сети дендроклиматических станций, ряды которых значительно короче (до 600 лет) и данные содержания сульфатов и стабильного изотопа |80 станций бурения ледового щита Гренландии GISP2 и GRIP.
Рис. 1. Карта-схема расположения тысячелетних древесно-кольцевых хронологий Субарктики Евразии (SWE, YAM, TAY, IND), станций бурения ледового щита Гренландии (GISP2, GRIP) и сети дендрохронологических станций.
Сбор дендрохронологического материала для построения тысячелетних хронологий проведен в двух субарктических регионах на северном пределе произрастания лиственниц Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) и Каяндера (Larix cajanderi Mayr.) в лесотундровой зоне восточного Таймыра и на северо-востоке Якутии в низовье реки Индигирка.
В период 1994-2003 гг. на востоке Таймыра и плато Путорана сборы живых и остатков отмерших деревьев лиственницы Гмелина выполнены: 1) на современном северном пределе произрастания лиственницы (72°28 с.ш.) в урочище Ары-Mac Таймырского биосферного заповедника; 2) в пределах современной верхней границы леса, с абсолютными отметками высот 200-350 м. над уровнем моря (река Котуй 70°30 - 71°00 с.ш.); 3) а так же по древесным остаткам голоценовых аллювиальных отложений пойменных и надпойменных террас крупных притоков реки Хатанга, в районе ограниченном 70°30-73°00 с.ш. Маршрутными исследованиями по сбору полуископаемой древесины охвачены аллювиальные отложения на протяжении: реки Новая - 120 км.; реки Боганида -240 км.; реки Хета - 450 км.; реки Маймеча - 80 км.; реки Хатанга - 230 км.; реки Большая Балахня - 200 км.; реки Котуй - 240 км. и в верховье реки Попигай. Этот материал позволил получить древесно-кольцевую хронологию позднеголоценового периода и ряд плавающих хронологий для волн потепления климата среднего голоцена.
В 1997-1999 гг. в окрестности горы Ат-Хая Кондаковского плоскогорья (69°24 с.ш. 148°25 в.д.) на верхней границе леса (с отметками высот 200-350 метров над уровнем моря) и в лесотундровой зоне Среднеиндигирской
низменности проведены сборы дендрохронологического материала (диски и буровые образцы) с ныне живущих и давно отмерших деревьев лиственницы Каяндера. Маршрутные и с закладкой пробных площадей исследования в подгольцовых лиственничных редколесьях и рединах на современной верхней границе леса в долине ручья Кусаган-Мастах Кондаковского плоскогорья позволили получить дендрохронологический материал для построения древесно-кольцевой хронологии, перекрывающей позднеголоценовый период.
Районы сборов характеризуются суровым континентальным климатом и входят в субарктический климатический пояс. Соответствующие зональные типы климата представлены резко континентальными формами. Холодный период с устойчивыми отрицательными среднемесячными температурами воздуха длится более 8 месяцев. Продолжительность безморозного периода 5070 дней и вегетационного 35-65 дней характеризует летний термический режим. Среднегодовое количество осадков не превышает 300 мм более 50% выпадающих осадков приходится на теплый период. Большая часть осадков формирует сток, который практически полностью осуществляется в весенне-летний период. Эти регионы относятся к области сплошных вечномерзлых грунтов, мощность залегания которых превышает 300 м. Глубина сезонного протаивания почвогрунтов не превышает 50-70 см. на минерализованных участках и 10-30 см. под мощным моховым покровом. Для лесных растительных сообществ характерна изреженность древесного полога и низкая продуктивность, доминирование типов леса с мохово-лишайниковым, кустарниковым и кустарничковыми покровами, своеобразное сочетание элементов бореальной и тундровой флоры.
Использованные в работе метеорологические данные по Гренландскому сектору и северу Евразии получены из базы данных приземной температуры воздуха по всему Земному шару с пространственным разрешением 5x5° (Jones, 1994). Для калибровки тысячелетних хронологий использованы данные прямых метеорологических наблюдений отдельных метеорологических станций Субарктики Евразии расположенные в одном климатическом районе с местами сборов дендрохронологического материала.
Особенности сбора живых, отмерших деревьев и полуископаемой древесины для построения тысячелетних древесно-кольцевых хронологий. В разновозрастных древостоях, когда поколения деревьев отчетливо различаются по морфометрическим показателям (ярус, высота и диаметр ствола, тип кроны, жизненное состояние), буровые образцы отбирались из разных возрастных групп (старовозрастные, средневозрастные, молодое поколение). Для каждого поколения бралось не менее чем 25 буровых образцов. Сбор дисков отмершей древесины, сохранившейся на дневной поверхности или в аллювиальных отложениях, осуществлялся при помощи ножовки или бензомоторной пилы, диски дублировались (по возможности) на уровне корневой шейки и на уровне высоты груди (1,3 м.). В отдельных случаях, прежде всего для моделей с собственным возрастом 400 и более лет, с тонкими годичными слоями и плохой сохранности структуры древесины, образцы дублировались на иных высотах ствола. При сборе полуископаемой древесины отмечалось стратиграфическое положение древесного горизонта с краткой характеристикой обнажения и степени сохранности видимой части ствола.
Первичная обработка дендрохронологического материала, измерения и датировка годичных колец выполнены согласно методических указаний, разработанных совместно с лабораторией дендрохронологии ИЭРиЖ УрО РАН (Методы дендрохронологии .. , 2001)
Построение древесно-кольцевых хронологий и статистическая обработка, включая выявление климатического сигнала и моделирование связи «прирост-климат», выполнены согласно современных и общепризнанных в дендроклиматологии приемов и методов (Fritts, 1976, 1991; Methods .., 1990) Наиболее подробно рассмотрен прием стандартизации и получения индексных древесно-кольцевых хронологий с помощью RCS-метода (метода региональной возрастной кривой).
Глава 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗРАСТНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОСТА ДЕРЕВЬЕВ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫХ ХРОНОЛОГИЯХ
Для исследования общих закономерностей возрастных изменений в росте деревьев лиственницы, применимых к реконструкции климата с использованием параметров возрастных кривых в оценке изменений климата в масштабах столетий и тысячелетий, рассмотрена возрастная динамика радиального роста деревьев, как на локальных участках, так и в пространственном масштабе на примере дендрохронологичесих станций Енисейского меридиана (рис. 1б). Анализ пространственных закономерностей возрастных кривых радиального прироста, выполнен на двух трансектах на территории Средней Сибири: меридиональном (рис. 2а) и высотном (рис. 2б)
Как тот, так и другой характеризуются четко выраженным градиентом температур. Проанализированы изменения параметров модели аппроксимации возрастного тренда в зависимости от широты места произрастания деревьев, что также связано с летней и среднегодовой температурой воздуха.
Для меридионального трансекта образцы лиственницы были собраны на 34 участках, расположенных от 72 30' до 56 05' с.ш. Енисейского меридиана (рис. 16.). Участки сборов распределены с севера на юг: лесотундровая зона, северная, средняя и южная тайга. На каждом участке образцы в количестве 15-25 деревьев отобраны в доминирующих типах леса. Точно так же образцы были собраны на 23 участках вертикального трансекта в Туве, и на одном участке в Монголии по высотному профилю от 1120 по 2350 метром над уровнем моря. Чтобы получить среднюю возрастную кривую для каждого участка, ширина годичных колец деревьев была усреднена согласно камбиального («собственного») возраста отложения годичных колец. Оказалось, что возрастные тренды наилучшим образом описывает негативная экспонента вида:
1л=10ехр(-а*А)+1мм (3.1)
где - ширина годичного кольца в возрасте А; ¡о, 1мт — множитель и постоянная (константа) прироста.
1д - постоянная характеризующая начальный (стартовый) прирост. 1мт - константа прироста. Минимально возможный (или предельный) прирост, • экспериментальный (ц/или теоретический) уровень стабилизации прироста (приурочен к возрастной стадии роста спелых и перестойных древостоев).
а - показатель степени определяющий ви д экспоненциальной кривой, этот показатель отвечает за форму возрастной кривой.
Возраст, лет
Рис. 3. Пример аппроксимации возрастных кривых.
Расчеты формы возрастных кривых выполнены для всех участков. На рисунке 3 приведены примеры аппроксимации возрастных трендов для двух местообитаний различных по условиям произрастания (нижняя кривая -лесотундра 72° с.ш. и верхняя кривая - средняя тайга 56° с.ш.). Значение константы характеризует стабильность прироста деревьев при достижении определенного возраста, а значение средний прирост деревьев в начальный период роста.
Рис. 4. Линейная аппроксимация зависимости между константой прироста и широтой (а), среднегодовой и летней температурой воздуха (б).
Оценка корреляционной связи между значением константы прироста широтой местопроизрастания и значениями среднегодовой и летней температур убедительно свидетельствует о четкой зависимости прироста от широты местности и температуры воздуха (Рис 4). Подобного рода анализ выполнен для оценки высотной градации прироста деревьев, произрастающих в Алтае-Саянской горной стране. Изменение параметров формы возрастных кривых прироста деревьев меридионального и высотного трансектов, в частности четкая связь параметров формы возрастной кривой с градиентами температуры воздуха, свидетельствует, что форма возрастных кривых есть отражение термических условий. Наиболее точно (адекватно) эту связь характеризует следующее уравнение:
(3.2)
Количественная оценка закономерности между формой возрастной кривой роста деревьев, широтой и температурой послужила основанием для реконструкции пределов флуктуации среднегодовой, летней температуры и палеоширот по форме возрастных кривых деревьев произраставших в различные эпохи голоцена на востоке Таймыра (табл. 1).
Таблица 1.
Оценка среднегодовой и летних температур по параметрам возрастных кривых деревьев, произраставтттих на восточном Таймыре в голоцене._
Широта
Древесный материал.
Годы,
н.э и до н.э.
Расчетные температуры (°С)
среднегодовая
Широтный эквивалент с.ш.
летняя (+/-2.15°)* (+/-1,57')*
72°27' Живые деревья 1600-1900 н.э. -10.8 ( + 1.3)** 4.3 (+3 6)** 71°15'
71°00' Отмершие деревья 900-1200 н.э. -9.9 ( + 1.5)** 5.1 (+2.3)** 69°42'
72"00' Полу ископаемая 4140-2700 до н.э. -6.6 ( + 5.6)** 9.2 (+7.6)** 64"48'
древесина
73°30' Полуископаемая 5600-7100 до н.э. -7.8 ( + 5.5)** 7.7 (+8.2)** 66в50'
древесина
()* - плюс-минус среднеквадратическое отклонение ()** - различие относительно современной температуры
Среднегодовые и летние температуры и соответствующие эквиваленты широт, вычисленные по параметрам возрастных кривых, совпадают с дендроклиматической реконструкцией, выполненной нами с использованием RCS стандартизации (Naшzbaev, Vaganov, 2001). Характеристики возрастных кривых деревьев, которые произрастали в период средневекового потепления климата (900-1200 гг.), свидетельствуют о более теплой среднегодовой и летней температуре (выше на 1.5° и 2.3°С, соответственно). Для периода оптимума голоцена получена плавающая хронология длительностью 1443 года с радиоуглеродной привязкой 4140 - 2700 гг до н.э. Среднегодовая температура столетий этого периода соответствует -6.6°С и летняя 9.2°С, широтный эквивалент 65°с.ш. То есть, условия местообитания деревьев на широте 72°с.ш. в период оптимума голоцена соответствовали условиям современной северной тайги. Анализ возрастных кривых другого участка, расположенного севернее современной границы леса на 170 км (73°40') свидетельствует о среднегодовой и летней температуре воздуха -7.8°С и 7.7°С, то есть, соответствуют современным условиям северной тайги. Полученные данные хорошо согласуются с результатами палеоботанических и палеоклиматических реконструкций палеоклиматов и динамики растительного покрова севера Средней Сибири в Голоцене (Кошкарова, Кошкаров, 2004; Антропоген Таймыра, 1982). Константа прироста /д^у и возраст стабилизации запаса древостоев лиственницы Енисейского трансекта. Анализируя ход возрастных кривых прироста из различных условий произрастания отмечена закономерность стабилизации прироста при достижении деревьев определенного возраста (рис. 3). Значение константы прироста свидетельствует: во-первых, о
стабилизации радиального прироста при достижении деревьями определенного возраста и, во-вторых, о близком для всех рассматриваемых хронологий возрасте (150-200 лет) при котором эта стабилизация отмечается. Сопоставление расчетов возраста стабилизации запаса лиственничников выполненные для экорегионов Восточной Сибири (Соколов, 1997) и наши оценки возраста стабилизации прироста (/длу) лиственницы Енисейского трансекта показало совпадающие результаты.
Возрастная и климатически обусловленная изменчивость прироста деревьев на северной границе леса. На примере древостоев произрастающих на северной границе леса рассмотрена возрастная структура, оценен вклад климатической и ценотической компонент в изменчивость прироста для разных возрастных периодов жизни деревьев.
Анализ возрастных закономерностей в росте деревьев показал, что расчет численных параметров возрастных кривых помимо ряда преимуществ, связанных с индексацией прироста, может служить инструментом для количественной оценки широтных и высотных градиентов роста деревьев, независимой оценки моделей дендроклиматической реконструкции за пределами инструментальных метеорологических данных, количественной оценки климатических условий для плавающих хронологий и реконструкции динамики верхней и северной границы леса за длительные промежутки времени. Анализ возрастной структуры древостоев на северной границе леса убедительно свидетельствуют о циклическом характере возобновления лиственницы. Подтверждается неявно выраженный характер возрастной изменчивости
прироста, однако в начальный период роста (первые 100 лет жизни) у более 70% деревьев четко выражен т.н. «период большого роста». Расчет коррелятивных связей прироста с температурой убедительно свидетельствует о снижении чувствительности к внешним климатическим условиям в начальный период роста (первые 100 лет жизни дерева). На северном пределе произрастания лиственницы на фоне синхронности прироста, обусловленной климатическими условиями, в росте деревьев четко зафиксированы изменения локального окружения деревьев.
Глава 4. ТЫСЯЧЕЛЕТНИЕ ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫЕ ХРОНОЛОГИИ СУБАРКТИКИ СРЕДНЕЙ И ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ
Ряд обобщающих работ, равно как и результаты применения глобальных климатических моделей свидетельствуют о значимом влиянии антропогенной составляющей на "скорость роста температуры" Северного полушария (Mann et al., 1999, 1999а). Однако, подъем температуры в высоких широтах по данным длительных древесно-кольцевых хронологий оказывается ниже прогнозируемого (Наурзбаев и др., 2001; Esper et al., 2002). Чтобы уверенно ответить на вопрос о необычной скорости современного потепления, необходимо иметь хорошие количественные данные для периода голоцена, по которым можно выделить участки резких естественных увеличений температуры в прошлом и оценить амплитуду таких повышений. Поэтому построение сверхдлительных древесно-кольцевых хронологий для субарктических районов с достаточным количеством полуископаемой древесины является одним из важных направлений дендроклиматологических исследований. Эта работа интенсивно проводится на Скандинавском полуострове, Полярном Урале, Западной, Средней и Восточной Сибири (Шиятов, 1986; Jacoby et al, 1989; Ваганов и др., 1996, 1999; Schweingruber, 1996, 1996а; Briffa et al., 1998a; Хантемиров, 1999; Наурзбаев, Ваганов, 1999; Hughes et al., 1999).
На северной и верхней границе леса в Субарктике Средней и Восточной Сибири обилие хорошо сохранившейся древесины на дневной поверхности, а также в аллювиальных отложениях позволило построить тысячелетние древесно-кольцевые хронологии, по которым можно восстановить и проанализировать изменчивость климата позднего голоцена и в перспективе за весь голоцен.
По радиоуглеродным датировкам полуископаемой древесины, собранной на восточном Таймыре (Антропоген Таймыра, 1982; Белорусова и др., 1986; Наурзбаев, Ваганов, 2000;), проанализировано широтное распределение находок древесных остатков (рис. 5). Отмечено наличие остатков древесины последней волны потепления каргинского времени (потепление давности 34-38 тыс. лет назад и более раннего 44-48 тыс. лет назад). Отсутствие древесных находок сартанского времени свидетельствует о деградации лесной растительности на востоке Таймыра в период сартанского оледенения. Наиболее представительна коллекция голоценового периода, что обусловлено обилием в сборах полуископаемой древесины этого периода. Рисунок полезен также для оценки пределов продвижения северной границы леса в различные периоды по радиоуглеродным датам находок древесных остатков. Видно, что в периоды потепления в каргинское времени и в климатический оптимум голоцена северная граница леса продвигалась до 74° северной широты. Сопоставление
радиоуглеродных дат, выполненных в различных организациях, свидетельствует, что в оптимум голоцена большая часть Северо-Сибирской низменности в ее восточной части была покрыта лиственничными лесами, тогда как в настоящее время леса занимают узкую полосу на границе низменности с плато Путорана и Анабарского плато. Эти данные соответствуют результатам, полученным в предшествующей главе, где в качестве грубой оценки климатических условий и динамики лесной границы в голоцене использовались возрастные кривые роста по ныне живущим деревьям и полуископаемой древесине.
Каргинское время Голоцен
годы до нашей эры и годы нашей эры
Рис. 5. Широтное распределение радиоуглеродных дат полуископаемой древесины восточного Таймыра за последние 54 тыс. лет.
На рисунке 6 представлены кривые индексированных значений прироста деревьев обобщенных хронологий Таймыра: 1) 2430-летняя, полученная по 148 перекрестно датированным образцам (от 431 до н.э. по 1999 гг. н.э.); 2) 951-летняя, полученная по 9 перекрестно датированным образцам (от 1400 по 450 гг. до н.э.); 3) 1442-летняя, полученная по 27 перекрестно датированным образцам (от 4140 по 2700 гг. до н.э.); 4) 475-летняя, полученная по 32 перекрестно датированным образцам (от 5990 по 5516 гг. до н.э.).
Рис. 6. Радиоуглеродные даты Таймырского материала (а), кривые индексированных значений прироста (б) и количество перекрестно датированных деревьев (в).
Кривые изменчивости прироста деревьев свидетельствуют о наилучших условиях их роста в период около 6000 лет назад. Этот период потепления классифицируется как «климатический оптимум голоцена» (Lamb, 1977). Прирост деревьев лиственницы, произраставших в «климатический оптимум голоцена», в 1.5-1.6 раза превышает средний прирост деревьев, произраставших в 1-м и 2-м тысячелетиях н.э.
По результатам обработки экспериментального материала впервые построены календарно непрерывные древесно-кольцевые хронологии позднего голоцена (длительностью 2500 лет) на Восточном Таймыре и в низовье Индигирки. Установлено, что определяющими изменчивость прироста лиственницы климатическими факторами в данных районах являются летняя (июнь-июль) температура и наиболее эффективным методом сохранения длительных климатических изменений является RCS-метод (т.н. метод региональной возрастной кривой).
Рис. 7. Парные коэффициенты корреляции между приростом и среднемесячной температурой воздуха (а - Таймыр, б -Индигирка) и пример сопоставления инструментальных данных и расчетного ряда реконструкции температуры по Индигирской хронологии (в).
Климатические функции отклика показывают, что изменчивость текущего прироста, объясненная климатом, по оценкам множественной регрессионной модели составляет от 65 до 69%. На рисунке 7а,б показаны гистограммы расчета корреляционной связи среднемесячных температур воздуха с приростом колец деревьев для двух регионов - верхний снимок (а) для Таймыра и метеостанции «Хатанги» и на нижнем (б) для Индигирки и метеостанции «Чокурдах». Четко видно, что прирост деревьев обусловлен ходом температуры летних месяцев и в первую очередь июня и июля (р<0,01). На рисунке 7в показан пример реконструкции раннелетней температуры по Индигирской хронологии в сопоставление с инструментальным рядом метеостанции «Чокурдах» ^=0,80).
Глава 5. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СОПРЯЖЕННОСТЬ ДЛИТЕЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОСТА ДЕРЕВЬЕВ НА СЕВЕРЕ ЕВРАЗИИ
Анализ доиндустриальных изменений климата ограничен как длительностью инструментальных наблюдений, так и неравномерной пространственной сетью метеорологических станций (Vinnikov et al, 1993). Для восполнения пробелов в прямых метеорологических наблюдениях широко используются косвенные источники информации. В сравнение с иными косвенными источниками климатической информации (ледовые, донные, лессовые, торфяные и др. отложения) годичные кольца деревьев обладают рядом преимуществ: во-первых, - высокой разрешающей способностью по времени (календарный год, сезон) и, во-вторых, - четкой синхронностью реакции прироста деревьев на погодичные изменения климатических условий и, что не менее важно, возможностью получения пространственной сети дендроклиматических станций. Погодичная изменчивость радиального прироста деревьев, произрастающих в Субарктике, до 70% объясняется сезонным ходом летней температуры, поэтому можно с уверенностью выполнить сравнительный анализ длительных изменений температуры разных регионов Субарктики и соответственно решить следующие задачи:
□ Оценить пространственно-временную сопряженность прироста деревьев
Субарктики Евразии на региональном и глобальном уровне, а Проанализировать интегральные данные о прошлых и современных природно-климатических вариациях, зафиксированных в годичных кольцах, озерных отложениях, изотопах в слоях ледников и океанических осадков из субарктических областей Северного полушария.
Измерения прироста деревьев и значения индексов прироста, как показателей длительных изменений температуры для четырех 2000-летних хронологий из разных секторов Субарктики, взяты из опубликованных источников (Briffa, 2000; Хантемиров, 1999; Naurzbaev, Vaganov, 2000; Hughes et al., 1999; Sidorova 2001; Hughes et al., 2001; Сидорова, Наурзбаев, 2002) (Таблица 2). Расположение древесно-кольцевых хронологий субарктики Евразии показано на рисунке 1. В работе использованы также данные 44-х дендроклиматических станций, расположенные от 65° по 155° восточной долготы и от 66° по 72° северной широты (рис. 1А), эти данные доступны на сайте http://ipae.uran.ru/dendrochronology/index.html
Пространственная сопряженность прироста деревьев на севере Евразии за последние 600 и 2000 лет. Анализируемые древесно-кольцевые хронологии равномерно заполняют пространственную плоскость Сибирской субарктической области в пределах географических рубежей от Урала до полуострова Чукотка.
Нормированные ряды точечных дендроклиматических источников (региональных кривых) изменений летней температуры воздуха за последние 600 лет в Субарктике Азии были интерполированы в плоскости «долгота - время» (с градацией 8° долготы и 12 лет). Графическая реализация расчетов приведена на рисунке 3. Можно отметить, что пространственно-временная динамика полученных кривых отличается наличием периодов, как с синхронным, так и с асинхронным ходом. На этом фоне, наиболее четко выделяется общее похолодание в первой половине XIX века и положительный тренд современного потепления (от 1850 года по настоящее время), которое отличается аномально
высоким подъемом температуры. Асинхронность в поведении интерполированных кривых от 1400 по 1750 гг. обусловлена, как показано далее, пространственно-временной неоднородностью в изменениях температуры отдельных регионов. Полученная картина изменений приземной температуры в Субарктике Азии хорошо согласуется с известными временными рубежами в дои постиндустриальных изменениях климата Северного полушария.
Рис. 8. Пространственная сопряженность древесно-кольцевых хронологий Сибири за последние 600 лет.
Визуализация на плоскости позволяет выполнить оценку пространственно-временной однородности анализируемых рядов. Точечные пространственно разнесенные данные сети станций интерполированы в плоскости 3-х координат (рис. 3б) при помощи метода минимальной кривизны. Три уровня градации показывают основные черты пространственного распределения анализируемых дендроклиматических материалов. Полученная поверхность отражает пространственно-временную сопряженность изменений летней температуры воздуха различных регионов субарктической области Азиатского континента. Отчетливо выделяются пространственно синхронные внутривековые колебания:
1. похолодания, синхронные с проявлением вековых минимумов (экстремумов) солнечной активности (Шпорера и Маундера) в середине XV века и на рубеже XVII - XVIII веков;
2. похолодание в первой половине XIX века;
3. потепление климата в 30-40-е годы и незначительное похолодание в 60 - 70-е годы прошлого столетия;
4. четкая пространственно-временная сопряженность изменений температуры на протяжении последних 200 лет.
Выполненный анализ пространственно-временной сопряженности вековых доиндустриальных и современных изменений летней температуры воздуха по данным Сибирской дендрохронологической сети свидетельствует: □ на фоне региональных флуктуации летней температуры отчетливо проявляются глобальные изменения климата за последние 600 лет:
- ряд пространственно-синхронных внутривековых похолоданий в течение «малого ледникового периода», с кульминацией последнего похолодания в первой половине XIX века;
- потепление климата, с кульминацией в восточном секторе субарктической области Сибири в 30 - 40-е годы прошлого столетия;
- похолодание в 60 - 70-е годы прошлого столетия;
современное потепление характерно увеличением частоты лет с аномально теплым летом на всей субарктической территории Сибири (широтном трансекте длиной около 5000 км). Иными словами, современное потепление чаще «синхронизирует» увеличение температуры в разных секторах Субарктики Северного полушария, поэтому эффект потепления даже в прогнозируемых пределах может иметь глобальные последствия, особенно для изменения продуктивности растительности субарктических областей и ее статуса, как аккумулятора углекислоты или выделения ее в атмосферу.
Детально рассмотрена синхронность дендрохронологических рядов расчетом коррелятивных связей между ними. Очевидно, что в нашем случае анализ корреляционной матрицы будет чрезвычайно затруднен ввиду большого количества рядов (матрица размерности 44x44) и для анализа наиболее приемлем метод главных компонент. Поля распределения коррелятивных связей между хронологиями и факторные нагрузки трех главных компонент отражены в графической форме (рис. 9). В первой компоненте сгруппированы обобщенные хронологии Таймырского полуострова (Северо-Сибирская низменность и плато Путорана) - 16% суммарной дисперсии. Вторая компонента представлена хронологиями Яно-Индигирской низменности (14%) и третья компонента (12%) - хронологиями западной и центральной части Западно-Сибирской низменности. Таким образом, суммарная доля дисперсии приходящаяся на первые три компоненты достигает 42%. Доля остальных компонент представлена или отдельными обобщенными хронологиями или объединяет не более 3-х обобщенных хронологий с вкладом не более 5%, это свидетельствует о локальности климатических условий или местообитаний, а также много меньшем представительстве соответствующих дендрохронологических станций. Выполненный анализ позволил «агрегированием-преобразованием» (оптимизацией) фактической модели в модель с меньшим числом факторных признаков заключить, что группы хронологий: во-первых, отличает высокая согласованность (синхронность) между собой и соответственно их можно объединить в региональные; во-вторых, хронологии в наибольшей степени отличает репрезентативность регионов Субарктики Сибири и, соответственно, можно рассматривать региональные хронологии как индикаторы прошлых изменений климата Субарктики Западной, Средней и Восточной Сибири; и, в-третьих, асинхронность высокочастотных колебаний свидетельствует об отличии климата (погоды) регионов на фоне высокой согласованности внутривековых и вековых изменений прироста. Анализ пространственно-временных закономерностей в изменениях древесно-кольцевых серий, высокая согласованность длительных изменений в росте деревьев позволяет выполнить обобщение региональных хронологий в генерализированную ДКХ для анализа длительных изменений климата Субарктики Сибири.
Рис. 9. Поля распределения корреляционных связей между локальными хронологиями.
На рисунке 10 показана хронология Субарктики Сибири на фоне флуктуации
региональных хронологий. Отчетливо видно, что на фоне погодичной (межгодичной) несогласованности в росте деревьев Западной, Средней и Восточной Сибири
(высокочастотные колебания) наблюдается высокая
согласованность хронологий в низкочастотной области (>40 лет)
Анализ пространственно-временной сопряженности
свидетельствует, что на протяжении последних 600 лет сохраняется устойчивая
синхронность между
региональными хронологиями и, следовательно, подобного рода согласованности следует
ожидать и в более ранние исторические периоды.
Рис. 10. Хронология Субарктики Сибири (черная линия) на фоне трех региональных хронологий (хронологии Западной, Средней и Восточной Сибири обозначены серыми линиями).
Дендроклиматические хронологии Субарктики Евразии.
Хронологии* Географическое Координаты, Длительность
положение в градусах хронологии,
(с.ш. -в.д.). календарные
годы
SWE Скандинавский 68N -20Е 1—1993
полуостров
YAM Ямальский 67N - 70 Е 1«1996
полуостров
TAY Таймырский 72N-102E 1—1996
полуостров
IND Низовье реки 70N-148E 1«-»1998
Индигирка
* - Условное обозначение хронологии
** - Условное обозначение метода стандартизации:
«RCS» - Briffa et al., 1996;
«коридор» - Шиятов, 1986
Таблица 2.
Ссылки на опубликованные календарно погодичные данные индексов прироста древесно-кольцевых хронологий
«ЫС8»
ВпНа еХ а1., 2000
http://www.cш.uea.ac.uk/cш/people/bI^ifFa/qsrl999/
Хантемиров, 1999; ВгИГа Ы а1., 2000 http://www.cш.uea.ac.uk/cш/people/bI^iffa/qsrl999/
«ЫСв»
ШтхЪяеч, Уаяапоу, 2000; ВгИГа еХ а!., 2000 МаигеЪаеу е! а1., 2002, 2003 http://www.cш.uea.ac.uk/cш/people/briíГa/qsrl999/
«ЫСв»
НтщЬев Ыа!, 1999, 2001; Сидорова, Наурзбаев, 2002
Представляло интерес выполнить подобного рода анализ для субарктического сектора Евразии по тысячелетним древесно-кольцевым хронологиям. В предыдущих главах проанализированы более чем 2-тысячелетние региональные хронологии Восточного Таймыра и низовья Индигирки и, кроме того, нам были доступны тысячелетние древесно-кольцевые хронологии для других ключевых районов севера Евразии (табл. 2). Подобного рода анализ был выполнен впервые (Наурзбаев, Ваганов, Сидорова, 2000). Этот материал позволил более детально проанализировать изменчивость прироста деревьев и температуры, сравнив XX век и средневековье, а также дать количественные оценки для отдельных периодов последних двух тысячелетий.
Каждая из хронологий получена на материале, собранном в пределах некоторого района с примерным радиусом в 150-200 км, а координаты центра района приведены в таблице 2.
На протяжении последних 1250 лет длительные изменения радиального прироста деревьев на севере Евразии имеют сходный характер. На рисунке 11. приведены графики, показывающие диапазон изменения индексов прироста в тысячелетних хронологиях во времени (б) и пространстве (в) на фоне хронологического подразделения климата позднего голоцена (а) по Ламбу (Lamb, 1977). В длительных изменениях отчетливо увеличение прироста деревьев в последние столетия, которое несколько ранее и более интенсивно отмечается в западной части исследуемого сектора Субарктики и не столь значительно в восточной.
iiin пинт— МмыДлммныЯмрма ftHHIHIIIHiinW
a) zzzzzzzzzzzzzzzzzzmmmmmmmmmm,zzzzz7-
800 800 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
Рис. 11. Амплитуда вековых колебаний (б) и пространственно-временная изменчивость (в) прироста деревьев субарктики Евразии на фоне хронологического подразделения климата позднего голоцена (a) (Lamb, 1977).
Все тысячелетние хронологии четко выявляют средневековое потепление, причем оно имело две фазы - XI и XII века и вторая половина XIII и XIV век, разделенные относительно коротким периодом депрессии радиального прироста деревьев (конец ХП-го - первая половина ХШ-го веков). Снижение радиального прироста было более продолжительным в западной части Евразии, но более
сильным - в восточной части сектора. Не менее четко все хронологии фиксируют снижение радиального прироста в малый ледниковый период (с начала XVI-ro до начала XIX-го веков) и в период, предшествующий средневековому потеплению (VШ-X-e века).
Региональная вариабельность радиального прироста за последние 2000 лет даже в многолетних изменениях значительна (рис. 12.). По согласованности изменений общими для всего севера Евразии надежно выделены периоды потепления в первую половину первого тысячелетия, средневековое потепление, текущее потепление, малый ледниковый период и резкие кратковременные похолодания, сопровождающиеся депрессией прироста в начале 4-го столетия, первой половине 6-го столетия и в конце 13-го - начале 14-го столетий.
Рис. 12. Изменчивость прироста деревьев субарктики Евразии за последние 2000 лет по данным обобщенной древесно-кольцевой хронологии (а), согласованность и скорость роста в отдельные периоды (б - средневековое и в - текущее потепление).
В другие эпохи можно отметить больше региональной специфики в согласованности и скорости роста деревьев. Рассмотрим фрагменты обобщенной древесно-кольцевой хронологии, соответствующие двум календарным периодам - началу средневекового потепления и текущему потеплению. Сделанные оценки свидетельствуют, что средняя скорость длительного увеличения прироста приблизительно одинакова, но амплитуда несколько различается - она выше в текущем периоде, если за нижнюю точку отсчета принимать наибольшую депрессию радиального прироста деревьев в начале 19-го столетия. Тем не менее, по максимальным значениям текущее потепление не отличается от начала средневекового. Обращает на себя внимание увеличение дисперсии в радиальном приросте в текущее столетие - т.е. увеличение региональных особенностей изменчивости радиального прироста деревьев в разных районах севера Евразии, тогда как увеличение прироста деревьев в течение Х-го века было более синхронизировано.
Рассмотрена сопряженность хронологий Субарктики Евразии расчетом парных коэффициентов корреляции между хронологиями и обобщенной хронологией представленной первой главной компонентой (табл. 3). Расчеты
свидетельствуют о тесной связи между хронологиями и большем вкладе Таймырской и Ямальской (срединных). Для 300-летних интервалов тесная коррелятивная связь сохраняется, вклад в обобщенную хронологию Евразии стабилен на уровне 28-42 процента, т.е. обобщенная хронология Субарктики Евразии аккумулирует 33% дисперсии региональных хронологий для последних двух тысячелетий голоцена.
Таблица 3.
Коэффициенты корреляции региональных хронологий с первой главной компонентой на разных временных интервалах (р<0,001)_
Хронологии
Первая главная компонента
1-1993 1-300 201- 501- 801- 1101- 1401- 1701-1993
гг гг 500 гг 800 гг 1100 1400гг 1700гг гг
гг
0,46 0,62 0,58 0,34 0,72 0,55 0,71 0,62
0,69 0,51 0,19 0,56 0,69 0,54 0,63 0,70
0,67 0,80 0,54 0,77 0,58 0,73 0,73 0,68
0,40 0,17 0,69 0,44 0,45 0,47 0,37 0,58
Объясненная
доля 33 33 28 30 38 34 39 42
дисперсии, в
%
Реконструкция и анализ длительных изменений летней температуры на севере Евразии. Для калибровки тысячелетних хронологий (трансформации значений индексов радиального прироста в отклонения температуры) использовали инструментальные данные метеостанций, расположенных в районах сбора материала (табл. 4). Поскольку ранее было надежно выявлено, что погодичная изменчивость радиального прироста зависит от летней температуры (главным образом, июнь-июльской), то калибровка состояла в расчете регрессионного уравнения, в котором температура июня-июля была зависимой переменной, а индексы прироста - независимой. В таблице 4 приведены основные статистические характеристики полученных моделей реконструкции для всех четырех использованных тысячелетних хронологий. Все полученные коэффициенты корреляции между температурой и индексами прироста высокозначимы (р<0,01), коэффициенты синхронности также показывают высокую согласованность погодичных изменений.
Рассмотрим количественные оценки средних летних температур по результатам реконструкции для каждого из столетий последнего тысячелетия (табл. 5.). Диапазон изменений летней температуры воздуха близок к 2°С. Исключение составляет Ямал, где он существенно ниже. Текущее потепление наиболее проявляется в западной части Евразии и заметно меньше - в восточной. При сравнении текущего потепления со средневековым можно заметить, что амплитуда отклонений средних вековых температур средневекового и текущего потепления по сравнению с малым ледниковым периодом невелика - до 1,5°С, и существенно неоднородна в пространстве: несколько больше в восточных районах и меньше - в западных.
Таблица 4.
Результаты калибровки моделей реконструкции июнь-июльской температуры воздуха.
Хронологии/ метеостанции Период калибровки годы Статистика инструментальных рядов Статистика моделей реконструкции
Средняя температура градусы Цельсия Дисперсия (ЭО) градусы Цельсия Коэффициент корреляции: ежегодные/ сглаженные (5-ти летние) Оценка различия между фактической и остаточной дисперсией по критерию Фишера Коэффициенты уравнения вида: У = В<, + (В,*Х) Коэффициент синхронности, %
Во в,
Швеиия/КагезиаЫо 1830-1838
1951-1980 11,5 1,71 0,48/0,60 Р,.з7=11,3;р<0,01 10,3 1,12 67
Ямал/Салехард 1883-1995 11,1 1,80 0,60/0,74 Fi.ni =63,4;р<0,01 10,5 0,77 72
Таймыр/Хатанга 1933-1996 8,8 1,70 0,60/0,66 Р,.62 = 33,7; р<0,01 8,1 1,19 63 *
Инлигирка/Чокурдах 1945-1989 7,9 1,54 0,61/0,71 1^*1,43 = 25,2; р<0,01 8,8 1,73 68
Таблица 5.
Результаты реконструкции июнь-июльской температуры воздуха для отдельных столетий (в градусах Цельсия).
Длительные климатические изменения в арктической области Северного полушария. Сравнительный анализ косвенных источников информации о климате. Оверпек с соавторами (Overpeck е1 а1, 1997) выполнил интегральную оценку климатических изменений (температуры) в арктических областях Северного полушария, основываясь на информации, зафиксированной в годичных кольцах, озерных отложениях, изотопах в слоях ледников и океанических осадков. И наиболее полно был использован материал из субарктических областей Северной Америки. Азиатскую часть Евразии представляли только три точки и соответственно три временные серии палеоклиматических индикаторов. Представило интерес сопоставить интегральную кривую реконструкции температуры для субарктики Азии,
полученной нами с усредненными нормированными изменениями температуры в арктической области северного полушария (рис. 13). Можно уверенно констатировать, что обе кривые сходны, т.е. изменения температуры за последние 400 лет в арктической области Азии соответствуют таковым, наблюдающимся, главным образом, в Северной Америке. До 1800 г. отмечается хорошая синхронность в наступлении коротких по времени потеплений и похолоданий при общем слабом положительном тренде температуры.
-5
1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Годы
Рис. 13. Сопоставление длительных изменений температуры по данным (Oveipeck et. al, 1997) (1) и сети древесно-кольцевых хронологий субарктики Азии (2).
Наиболее четко на обеих кривых выражено возрастание температуры с первых десятилетий 19-го до середины 20-го столетия. Наибольший температурный минимум в арктической области Азии приходится на второе десятилетие 19-го столетия, в то время как ранее опубликованный ряд показывает наибольшее понижение температуры за последние 400 лет в 1840-х годах. Интересные результаты показывает корреляция между сравниваемыми кривыми за отдельные интервалы времени и за весь период. Так, за периоды с 1600 по 1750 гг. и с 1750 по 1900 гг корреляция значима при р<0,05, но невелика (R=0,38). За индустриальный период (с 1800 по 1990 гг.) корреляция заметно возрастает (R=0,65, p<0,001) вследствие четко выраженного возрастания температуры, которое уверенно проявляется на обеих кривых. Интересно отметить, что за период с 1900 по 1990 корреляция между двумя интегрированными кривыми снижается (R=0,43). За весь исследуемый период (с 1600 по 1990 гг.) корреляция между двумя кривыми изменения температуры в арктической области Северного полушария составила 0,54 при р<0,001.
Сопоставление двух интегральных кривых реконструкции температуры: для всего северного полушария (Mann et al., 1998) и для севера Евразии, полученную нами свидетельствует, что на фоне значительного различия в амплитуде изменений температуры (для северного полушария за последнее тысячелетие - в пределах 0,6-0,8°С, для севера Евразии - в пределах 2,5-3,0°С), можно отметить сходство в длительных (вековых) колебаниях температуры воздуха (рис. 14). Однако кривая для севера Евразии не показывает резкого
повышения температуры в последнем столетии, которое Манн с соавторами интерпретируют как значимое влияние увеличения парниковых газов в атмосфере. Кривая изменения температуры на севере Евразии более напоминает циклический процесс. Значимое сходство между ними отмечается в вековых колебаниях температуры, также четко выделяются отдельные годы и календарные периоды синхронных изменений температуры, сочетающиеся с вулканической деятельностью, например: 854, 1259, 1600, 1641, 1812-15 годы, 1912, 60-е годы прошлого века.
гооо 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Го ДН
Рис. 14. Сравнение рядов реконструкции температуры (градусы Цельсия в отклонениях от средней): 1) для северного полушария, полученную Манном с соавторами (Mann et al., 1998); 2) для субарктики Евразии, полученную нами. Толстой линией выделены кривые 51-летней НЧ фильтрации исходных рядов.
Выполненный анализ пространственно-временной сопряженности вековых доиндустриальных и современных изменений летней температуры воздуха по дендроклиматическим и иным косвенным источникам климатической информации свидетельствует, что длительные (вековые) изменения температуры достаточно синхронны на всей территории Субарктики Евразии.
Глава 6. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ВЫБРОСОВ НА ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИРОСТА ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ НА СЕВЕРЕ ЕВРАЗИИ
В последнее время большое значение в связи с глобальными изменениями климата приобретает изучение повторяемости и интенсивности различных катастрофических явлений в доиндустриальном прошлом (не антропогенного происхождения): весенние и осенние заморозки, сход селей и лавин, тайфуны, извержение вулканов, лесные пожары, массовые вспышки насекомых-вредителей. Все эти явления четко фиксируются в структуре и изменениях
прироста годичных колец деревьев (Fritts et al., 1989; Schweingruber, 1996; Ваганов и др., 1977, 1996; Арбатская и др, 1997). Датировкой катастрофических событий с помощью древесно-кольцевого анализа занимались многие исследователи, однако масштабы проведенных работ явно недостаточны. Неоднократно предпринимались попытки сопоставления данных о значительных изменениях температуры, с датами мощных вулканических извержений (Zielinski, 1994, Briffa et al., 1996). Однако, такие попытки ограничивались длительностью рядов инструментальных наблюдений за температурой и приближенной исторической информацией в календарных датах извержений, когда для такого сопоставления необходима разрешающая способность с точность в один календарный год.
Известно, что результатом мощного вулканического извержения является выброс в атмосферу частиц пыли и аэрозолей, что уменьшает ее прозрачность и, как следствие, приводит к ослаблению солнечной радиации, достигающей земной поверхности. В зависимости от суммарного объема выбросов это явление может привести к кратковременному или длительному нарушению теплового баланса и похолоданию (Логинов, 1984). Представляло интерес выявить общий ответ в изменении прироста деревьев исследуемой области Северного полушария на значительные вулканические извержения как документально зафиксированные, так и имеющие даты, определенные по слоям сульфатов в ледовых кернах. Исторические сведения о наиболее мощных вулканических извержениях (по индексу вулканической активности (http://wwvv.volcano.si.edu), содержание сульфатов в слоях ледовой колонки GISP2 (http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/icecore/greenland) сопоставлены с тысячелетними древесно-кольцевыми хронологиями Субарктики Евразии.
Из исторических сведений известно, что 536 год и последующее десятилетие в Европе, Средиземноморье и Среднем востоке сопровождались холодным летом с мощным густым туманом, низким урожаем, голодом, эпидемиями и гибелью растительных и животных популяций (Stothers, 1984, 1999; Baillie 1994, 1999). Высказывались предположения, что данные изменения могут быть вызваны, главным образом, вулканическими извержениями (Briffa et al., 1992; Lara and Villalba, 1993; Stothers, 1999; D'Arrigo et al., 1999). Альтернативой может быть гипотеза о космическом феномене (астероиде или комете), который мог бы объяснить странные климатические условия и другие сопровождающие эффекты в это время (Baillie, 1999). В слое ледового керна это событие может быть соотнесено с увеличением содержания сульфатов в 529 году. В приросте деревьев Субарктики Евразии аномальное снижение прироста зафиксировано в 536 году. Прирост этого года выходит за пределы одного среднеквадратического отклонения (о) и равен для Шведской хронологии 1.7а, Ямальской 2.2а, Таймырской 2.5а и Индигирской7а (рис. 15). В кривых четко прослеживается спад (снижение) прироста в течение более 20 лет. Лишь только к 560 году прирост деревьев выходит на средний уровень. Синхронность снижения прироста в течение этих десятилетий может быть вызвана только катастрофическим событием планетарного масштаба (мощное извержение вулкана?) следствием которого стало синхронное похолодание в разных секторах Субарктики Евразии.
Рис. 15. Прирост деревьев Субарктики Евразии в середине VI в.
I
, Февраль и июнь
I 1258 года для Европы I были достаточно
■>. холодными, а для России
0
1 1259 год сопровождался I необыкновенно S холодным апрелем. В
этот год высокое содержание сульфатов зафиксировано в слоях ледовых колонок (Zielinski, 1995). В хронологиях Субарктики Евразии 1259-й холодный год четко зафиксирован синхронным снижением прироста (1.0а, 1.5а, 1.7о, и 1.1а соответственно).
Начало 1600 года сопровождалось холодным летом, так называемым "годом без лета" (Biiffa et al., 1998; Zielinski, 2000). После извержения вулкана Уянопутина в 1600 году в слоях ледовых кернов найдено большое содержание микрочастиц вулканического стекла и серы (Thompson et al., 1989). Например, в Скандинавии 1601 год характеризуют как год лунного затмения при красном солнце и луне (De Silva et al., 1998). Все это свидетельствует о большом возмущении атмосферы. В России 1600-1603 годы также были холодными. Из исторических источников известно, что в Москве в эти годы выпадал снег и в июле и в августе. Ряд холодных лет, следовавший один за другим, вызвал гибель урожая, и, следовательно, голод и повышенную смертность. «... Страшный голод поразил Россию в 1601-1603 годах ...» (В. Маркин, 2002).
Рис. 16. Прирост деревьев Субарктики Евразии в XVII в
Отклонения прироста деревьев Субарктики Евразии (рис. 16) в 1600 году не превышают от среднего уровня (в Индигирской хронологии снижение прироста равно синхронное снижение прироста отмечено на следующий
год в Шведской, Таймырской и Индигирской хронологиях (3.2а, 1.2О И 0.8а соответственно).
В 1641 г. произошло мощное вулканическое извержение вулкана Паркер. В хронологиях Субарктики Евразии это событие отразилось снижением прироста и только в Индигирской хронологии превышало средний
уровень на 0.8а, но наибольшее и синхронное снижение только на следующий год (З.Оо, 1.5о, 2.3а и 1.7а соответственно).
Заслуживает внимания изменчивость прироста деревьев в первой половине XIX века, ассоциируемое с последней волной похолодания малого ледникового периода. В 1815 году произошло мощное извержение вулкана Тамбора (УЕ1 >7) в Южном полушарии. Из исторических источников известно, что извержение вулкана Тамбора в 1815 году также привело к так называемому "году без лета", точно такому же периоду, как в 1600 и 1641 годах ^ЬэШек, 1984). Событие, имевшее место в Южном полушарии, отражается снижением прироста у деревьев, произрастающих в Субарктике Евразии, прежде всего, в азиатском секторе. Но для этого периода наиболее синхронно снижение прироста, начавшееся в 1809 году с минимумом в 1812 году. В слое ледового керна это событие (неизвестный вулкан?) может быть соотнесено с увеличением содержания сульфатов в 1808 году.
Резюмируя приведенные примеры, можно уверенно подтвердить климатический эффект вулканических извержений, выраженный в понижении температуры и прироста деревьев Субарктики Евразии. На большей выборке (вулканические извержения с индексом проанализирована
суммарная реакция прироста деревьев Субарктики Евразии (рис. 17).
Рис. 17. Кривая реакции прироста деревьев на вулканические извержения в Северном полушарии
Полученные результаты показали четкое совпадение с расчетами об изменении приземной температуры воздуха в Северном полушарии при мощных вулканических извержениях ^еНгвЫ, 2000). Сравнение этих результатов для последних 200 и 2000 лет подтверждает, что после мощных вулканических извержений происходит значительное понижение температуры и, соответственно, снижение прироста деревьев Субарктики Евразии.
В погодичной изменчивости прироста деревьев, произрастающих на севере Евразии, достоверно зафиксирована хронология наиболее мощных вулканических извержений. Крупные вулканические извержения в Северном полушарии (с индексом вулканической активности обуславливают снижение температуры и, соответственно, депрессию роста древесных растений на севере
1,04
.8.7 -в- 5 -4-3 -2 -1 0123 46676
Годы до и после извержения вулканов
Евразии. Снижение роста деревьев может наблюдаться в диапазоне от нескольких лет до десятилетий. Средний период депрессии прироста составляет =4-5 лет после извержения. Продолжительность его четко обусловлена мощностью и географическим положением источника вулканического извержения. Для отдельных календарных интервалов можно отметить суммирование эффекта вулканических выбросов (периоды интенсивной вулканической деятельности) в снижении прироста и температуры на протяжении нескольких десятилетий. Ближайший аналог подобного рода эффекта это похолодание Субарктики и снижение прироста деревьев в 60-е годы прошлого века.
ГЛАВА 7. ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СЕВЕРЕ ЕВРАЗИИ ПО ДЛИТЕЛЬНЫМ ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫМ ХРОНОЛОГИЯМ И ИЗОТОПНОМУ СОСТАВУ ЛЕДОВЫХ КЕРНОВ
Циркумполярная область Северного полушария рассматривается как район земного шара, в котором можно ожидать наибольшие по амплитуде и наиболее быстрые изменения климата (Kelly et al., 1982; Будыко, Израэль, 1987; Величко, 1991; Bradley, Jones, 1993; Ваганов, Шиятов, 1998). Важнейшим индикатором этих изменений выступают колебания приземной температуры воздуха. Д ля периода голоцена косвенных источников информации о прошлых изменениях климата, регистрирующие изменения термических условий в субарктической и арктической области с высоким (календарно погодичным) временным разрешением немного. Для позднего голоцена добротными источниками палеоклиматической информации являются слои ледовых кернов Гренландии. Характеристики ледовых кернов, в первую очередь содержание стабильного изотопа кислорода 18О как индикатора изменения среднегодовой температуры воздуха (Bradley, Jones, 1993, Dahl-Jense et al., 1998; Stuiver, 2000; Hammer et al., 1997), широко используются для выявления длительных изменений климата в Северном полушарии, а также для сопоставления с данными ледовых колонок из других частей Земного шара с целью выявления согласованных изменений климата глобального характера (Dahl-Jensen et al., 1998; Humlum, 1999; Cufey, Marshall, 2000). Слои ледовых кернов датируются радиоуглеродным методом (Либби, 1954), с пропуском в радиоуглеродной датировке отдельных слоев керна (на уровне превышающим десятилетия), в отличие от погодичной календарной датировки слоев годичного прироста деревьев дендрохронологическим методом (Douglass, 1919). Каждому слою соответствует примерный календарный год его формирования, с учетом погрешности радиоуглеродного метода. Ошибка в привязке к календарному году голоценового периода для слоев GISP2 достигает плюс-минус 2% от радиоуглеродной даты. Калибровка позволяет повысить точность календарной привязки радиоуглеродных дат (Stuiver, Reimer, 1993; Telford et. al, 2004).
До недавнего времени длительность древесно-кольцевых хронологий в субарктической области не превышала 600-700 лет, что было недостаточным для сопоставления с хронологиями ледовых кернов (Ваганов и др., 1996; Шиятов, 1996; Brffa et al., 1998; Hughes et al., 1999). В последнее время для севера Евразии получены несколько тысячелетних древесно-кольцевых хронологий в разных секторах (Хантемиров, 1999; Сидорова, Наурзбаев, 2002; Наурзбаев и др.,
2002, 2003; Grudd et al., 2002), что обеспечило достаточную длительность рядов для надежного сопоставления с климатическими данными ледовых кернов Гренландии для периода позднего голоцена. В нашем исследовании внимание сфокусировано на следующих вопросах:
1) Как согласуются длительные изменения температуры в Арктической области в позднем голоцене по данным ледовых кернов Гренландии и тысячелетних древесно-кольцевых хронологий севера Евразии?
2) Можно ли использовать тысячелетнюю древесно-кольцевую хронологию по северу Евразии для калибровки (корректировки) календарных дат слоев ледовых кернов?
3) Если такая корректировка необходима, то, что дает ее результат для анализа прошлых изменений климата в арктической области Северного полушария?
Данные по содержанию изотопа 18 кислорода в слоях ледовых колонок GRIP и GISP2 получены с сайтов:
ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/paleo/icecore/greenland/summit/grip/is6tDpes/gripdl8o.txt: ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/paleo/icecore/greenland/summit/gisp2/isotopes/gispdl8o.txt)
Инструментальные данные изменения температуры в Гренландском секторе (20-45°W, 60-75°N) хорошо согласуются с изменениями температуры на севере Евразии (20-150°Е, 60-75°N) и изменениями температуры для Северного полушария. Так, корреляция за период с 1893 по 1999 гг. между Гренландией и Севером Евразии составляет 0,69 (р<0,001), для периода с 1893 по 1965 еще выше (R= 0,86; р<0,001). Практически отсутствует корреляция для интервала с 1966 по 1987 гг (R=-0,04) и снова становится значительной для последнего интервала (R=0,71). Амплитуда изменений температуры за инструментальный период в гренландском секторе выше (около 2,4°С), чем на севере Евразии (1,6°С). Это обусловлено более высокоширотным расположением Гренландии по отношению к субарктической области Евразии. Корреляция возрастает, если исключить короткопериодические (годовые и короче пяти лет) колебания в рядах температуры.
Сопоставление генерализированной древесно-кольцевой хронологии по северу Евразии с инструментальными изменениями температуры в этом секторе для периода с 1851 по 1999 гг. дает корреляцию, равную 0,85 (r^O.73; F=120; р<0,001). В тоже время, калибровка содержания 180 по температуре воздуха Гренландии показывает заметно меньшие величины (R=0,54; F=14,2; p<0,001). Еще меньшие значения имеет корреляция между длительными изменениями содержания кислорода в ледовых кернах и древесно-кольцевыми хронологиями за последние 2000 лет (R=0,34; p<0,001). Основная причина уменьшения корреляции между данными ледовых кернов и древесно-кольцевых хронологий -расхождение в основных максимумах и минимумах длительных изменений показателей температуры,' наблюдающихся, в основном, на интервале 1-1500 AD. Так, средневековое потепление согласно генерализированной древесно-кольцевой хронологии севера Евразии, приходится на 950-1170 гг н.э., в то время как на гренландской кривой потепление наблюдается в 920-1020 гг н.э. Глубокий минимум в росте деревьев на севере Евразии зафиксирован в период с 530 по 560 гг н.э., в то время как в колонке GISP2 этот период имеет существенные пропуски слоев в колонке GRIP глубокий минимум наблюдается раньше на 45-50 лет.
Для инструментального периода отмечено высокое совпадение длительных изменений температуры в двух исследуемых секторах Арктики. В это же время, в контексте двух тысячелетий, имеющиеся расхождения в календарной привязке изменений температуры, выявляемые ледовыми кернами и тысячелетними древесно-кольцевыми хронологиями могут быть следствием двух причин: 1) неточностями в календарной датировке слоев ледовых кернов; 2) реально присутствующими в историческом прошлом расхождениями в сроках сильных потеплений и похолоданий в разных секторах Арктики, то есть пространственной неоднородностью колебаний климата. Рассмотрим ниже, есть ли основания для первой из перечисленных причин.
Как отмечено выше, наиболее значимая и высокая корреляция в динамике температуры между обоими секторами Арктики отмечается в длительных изменениях. Кросс-корреляция древесно-кольцевой хронологии Субаркгики Евразии с двумя кривыми 180 ледовых кернов четко фиксирует расхождения в характере кривых на отдельных интервалах времени. Различия в динамике длительных изменений температуры между двумя секторами Субарктики могут быть причиной расхождения в календарной датировке слоев ледовых кернов. Если рассматривать зафиксированные в разные интервалы позднего голоцена
18л
сдвиги кривых ледовых кернов относительно древесно-кольцевой
хронологии как результат неточной календарной датировки ледовых слоев, то можно эти кривые скорректировать в пределах отмеченных временных сдвигов. К сожалению, к процедуре корректировки нельзя применить метод перекрестного датирования - базовый прием дендрохронологии вследствие малого числа повторностей (2 керна) и наличия пропусков слоев в ледовых кернах. Можно только осуществить более грубую коррекцию участков кривых ледовых кернов, основываясь на расчетах кросс-корреляции. Такая эмпирическая процедура была проведена, после чего данные обоих кернов были усреднены и сопоставлены с древесно-кольцевой хронологией.
Пример деццрохронологической калибровки ледовых слоев станции по данным содержания стабильного изотопа 180 для последних 2000 лет. На
рисунке 18 показаны кривые Евразийской ДКХ и станции 018Р2. Графическое сопоставление этих кривых свидетельствует о том, что наряду с календарной синхронностью в отдельные периоды (первое 500-летие первого тысячелетия и второе 500-летие второго тысячелетия) существует заметное несовпадение кривых на рубеже тысячелетий. Причем асинхронность кривых с 600 по 1400 гг. представляет удивительную закономерность фазового сдвига, сохраняющего однонаправленность на протяжении более чем 800 лет.
Для более детального выяснения фазовой асинхронности выполнен кросс-корреляционный анализ. Анализируемые синхронные и асинхронные календарные интервалы обозначим временными маркерами (1,2,3). В таблице 6 показаны результаты расчетов. Расчеты свидетельствуют, что сдвиг на шаг в 13 лет для первого периода приводит к существенному повышению коррелятивной связи (от Я=0,65 до Я=0,80). Аналогичная ситуация отмечена для второго периода (от Я=0,26 до Я=0,54 при лаге 45 лет). В третьем периоде при шаге сдвига на 3 года повышение коэффициента корреляции незначительно.
Рис. 18. Сравнение индексов прироста обобщенной ДКХ Субаркгики Евразии и данных содержания стабильного изотопа |80 в слоях ледовых кернов станции ОВР2.
Результат кросскорреляционного анализа
Таблица 6
Календарный Коэффициент Результат кросскорреляционного
интервал, корреляции анализа
маркер исходных рядов Лаг, лет Коэффициент корреляции
1 0,65 13 0,80
2 0,26 45 0,54
3 0,32 3 0,33
Для объяснения отмеченной календарной асинхронности кривой содержания стабильного изотопа
IIq
в слоях ледового керна станции GISP2 в сравнение с погодично календарной кривой древесно-кольцевых индексов обобщенной хронологи Субарктики Евразии необходимы пояснения о пределах точности определения календарного возраста по данным радиоуглеродного датирования слоев ледового керна станции GISP2:
1) Использование данных (в том числе содержание 180) ледовых кернов (www.ngdc.noaa gov/paleo/icecore/gieenland) основано на том, что слои керна датированы радиоуглеродным методом, т.е. каждому слою соответствует примерный календарный год его формирования, с учетом погрешности радиоуглеродного метода (плюс-минус ошибка), посредством моделирования зависимости «возраст - глубина залегания слоя» (Meese et al, 1994).
2) Ошибка в привязке к календарному году голоценового периода для слоев GISP2 достигает плюс-минус 2% от радиоуглеродной даты (Alley et al., 1993; Sowers et al., 1993; Meese et al., 1999)
3) Калибровка радиоуглеродных дат (в основе которой полагается временная неоднородность содержания радиоуглерода атмосфере) позволяет повысить точность календарной привязки в зависимости от экспертной кривой
содержания радиоактивного изотопа углерода в атмосфере (Stuiver, Reimer, 1993) Эта калибровка достигает величины поправки до плюс 1000 лет в радиоуглеродную дату для периода голоцена.
Полагая, что возраст пропорционален глубине слоя, рассчитаем модель зависимости «возраст-глубина» исходя из кросс-корреляционного анализа кривых радиоуглеродного и календарного датирования слоев керна. Модель аппроксимации этой зависимости полиномом (R=0,98) - пример решения задачи «возраст-глубина» календарного датирования слоев ледового керна станции GISP2 для периода от 1 года нашей эры.
Y=1994,107+(-0,0029*X2)-(-2,9097*X) (7.1)
Где, Y - календарный год нашей эры и X - глубина залегания ледового слоя.
Модель позволяет выполнить календарное датирование слоев ледового керна станции С18Р2 для периода от 1 года нашей эры. Визуализация модели калибровки подтверждает правомочность решения проблемы «возраст-глубина» для слоев ледового керна ОВР2 (рис. 19, 20).
Рис. 19 Сопоставление калибровочных кривых датировки слоев ледовых кернов 1-Мее5е,БЛ^а1,1997; 2 - по нашим расчетам.
Рис. 20. Сравнение индексов прироста деревьев обобщенной ДКХ Субарктики Евразии и кривой содержания стабильного изотопа в датированных слоях ледового керна станции ОВР2 (уравнение 7 1)
Аналогичный подход использован для расчета модели календарного датирования слоев ледового керна станции GRIP (уравнение 7.2).
Y=1988,266+(-0,0030*xV(-31605*X) (7.2)
Таблица 7
Результат корреляционного анализа хронологии Субарктики Евразии с рядами данных содержания изотопа 18О в исходных и расчетных датировках слоев ледовых кернов GISP2 и GRIP Гренландии для 500-летних календарных интервалов позднего голоцена.
GISP2 GRIP GISP2 + GRIP
Календарный Радио- Расчетная Радио- Расчетная (расчетная
период, годы углеродная датировка углеродная датировка датировка
датировка уравнение 7.1 датировка уравнение 7.2 слоев)
1501-1986 0,62 0,69 0,40 0,31 0,70-
1001-1500 0,09 0,48 -0,13 0,31 0,44
501-1000 0,59 0,62 -0,02 0,08 0,36
1-500 0,22 0,21 0,32 0,36 0,33
1-1986
0,47
0,57
0,06
0,27
0,51
Результаты показывают (Таблица 7 и Рис. 21), что корреляция становится значимой для отдельных пол-тысячелетий (особенно высока для последних 500 лет, приближаясь по величине к таковой, зафиксированной между температурными кривыми для севера Евразии и Гренландии). В целом для всего 2000-летнего периода корреляция составила 0,51, что практически не отличается от значений, полученных при калибровке ледовых данных по инструментальным измерениям температуры для Гренландии (0,54) и гораздо выше, чем корреляция, рассчитанная для исходных данных ледовых кернов и индексов прироста древесных растений (0,34).
Рис. 21. Сопоставление хронологии Евразии с содержанием о в датированных (скорректированных) слоях ледовых кернов Гренландии.
Резюмируя выполненный анализ, следует подчеркнуть ряд важных результатов исследования: Согласованные количественные оценки длительных изменений температуры в Субарктике Евразии по данным прироста деревьев и данным ледовых кернов Гренландии свидетельствует о синхронности и общности изменений климата разных арктических регионов в позднем голоцене. Сравнение изменений температуры по древесно-кольцевым хронологиям Субарктики Евразии с изменениями температуры по слоям ледовых кернов острова Гренландия свидетельствует, что текущее потепление климата Субарктики пока не превышает средневекового. Установлено, что длительные изменения температуры в позднем голоцене по данным ледовых кернов Гренландии и тысячелетней древесно-кольцевой хронологии Субарктики Евразии лучше согласуются при календарной коррекции в датировке слоев ледовых кернов. Тысячелетние древесно-кольцевые хронологии Субарктики Евразии могут быть использованы для календарной калибровки слоев ледовых кернов Гренландии.
Вне сомнений, результат нашего сопоставления и коррекции в календарном датировании слоев ледовых кернов Гренландии не дает окончательного решения календарной калибровки ледовых слоев, поскольку формирование слоев отражает не только региональную специфику климата, но и особенности отложения и захоронения твердых осадков на Гренландском щите.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основное внимание в работе было уделено пространственно-временной изменчивости прироста древесных растений в ответ на длительные изменения приземной температуры воздуха в Субарктике Евразии в течение позднего голоцена, оценке вклада внешних (климатически обусловленных) и внутренних (возрастных) факторов в изменения радиального прироста деревьев лиственницы Енисейского меридионального трансекта, сравнению древесно-кольцевых хронологий с иными источниками климатической информации. Решение подобного рода задач потребовало выполнение большого объема экспедиционных работ, география сборов экспериментальных данных простирается от Енисея до Колымы в широтном направлении и от устья до истоков Енисея в меридиональном.
Впервые установлено, что на верхней границе леса в Субарктике Средней и Восточной Сибири в условиях резко континентального климата ныне живущие деревья лиственницы достигают рекордного для рода Ьапх возраста -лиственница Гмелина на Восточном Таймыре до 700 лет и лиственница Каяндера в низовье Индигирки до 950 лет. Давно отмершие деревья (стволы) лиственницы сохраняются на дневной поверхности в течение более чем 2000 лет. Наиболее старые деревья произрастали в первом и на рубеже первого и второго тысячелетий, их возраст достигает на Таймыре 840 лет и в низовье Индигирки превышает 1200-летний возрастной рубеж. В аллювиальных вечномерзлых отложениях многочисленных притоков рек, слагающих бассейн Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского морей, многочисленные находки древесных останков датируются от первой волны потепления голоцена (8 тыс. лет назад), сохранность анатомической структуры древесины позволяет выполнить
перекрестное датирование годичных колец, реконструкцию климата и сделать оценки пространственной динамики лесной растительности голоцена. Благодаря систематическому поиску подобного рода дендрохронологического материала построены календарно непрерывные древесно-кольцевые хронологии длительностью почти 2500 лет на Восточном Таймыре и в низовье Индигирки. На Таймыре получен ряд плавающих хронологий для отдельных периодов голоцена и очевидна возможность построения календарно непрерывной 8000-летней древесно-кольцевой хронологии.
Выявление длительных колебаний климата, превышающих возраст деревьев, потребовало разрешения проблемы стандартизации и наиболее эффективным методом выделения длительных климатических изменений в кольцах деревьев является ИО-метод (т.н. метод региональной возрастной кривой). Расчет и моделирование численных параметров возрастных кривых деревьев привлечен для количественной оценки широтных и высотных градиентов роста деревьев, независимой оценки дендроклиматических реконструкций за пределами инструментальных метеорологических наблюдений, количественной оценки климатических условий для плавающих хронологий и реконструкции динамики верхней и северной границы леса за длительные промежутки времени.
Анализ возрастной структуры редкостойных древостоев на северной и верхней границе леса на востоке Таймыра и северо-востоке Якутии свидетельствует о циклическом характере возобновления лиственницы. Волны возобновления сформировали четыре возрастные группы ныне произрастающих древостоев: старовозрастное поколение - сохранившиеся «реликты» средневекового потепления и потепления XVIII в. (10-20%), средневозрастное поколение 140-160-летнего возраста, по времени возникновения совпадающее с потеплением 1840-1860 гг. (от 50% и более), молодое поколение 1930-1950 гт. (волна потепления в Субарктике в середине ХХ-го века) и подрост 1980 гг. (волна потепления в конце ХХ-го века после кратковременного похолодания в 1970-х г.). В настоящее время молодое поколение и подрост превалирует на северном и верхнем пределе древесной растительности в «залесении» открытых пространств.
Основным внешним фактором, лимитирующим радиальный прирост лиственницы в данных районах, является летняя (июнь-июль) температура, определяющая высокочастотные (погодичные) флуктуации роста деревьев. В отдельные периоды ход «ранне-летней» температуры (последние декады июня и первая декада июля) объясняют до 70% ширины годичных колец.
Анализ пространственно-временной сопряженности вековых доиндустриальных и современных изменений летней температуры воздуха по дендроклиматическим и иным косвенным источникам климатической информации свидетельствует, что длительные (вековые) изменения температуры достаточно синхронны на всей территории Субарктики Евразии.
Крупные вулканические извержения в Северном полушарии обуславливают снижение температуры и, соответственно, депрессию роста древесных растений в Субарктике Евразии. Продолжительность депрессии (=4-5 лет после извержения.) четко обусловлена мощностью и географическим положением источника вулканического извержения. Для отдельных
календарных интервалов можно отметить суммирование эффекта вулканических выбросов (периоды интенсивной вулканической деятельности) в снижении прироста и температуры на протяжении нескольких десятилетий. Ближайший аналог этого эффекта - похолодание Субарктики и снижение прироста деревьев в 60-е годы прошлого века.
Согласованные количественные оценки длительных изменений температуры в Субарктике Евразии по данным прироста деревьев, данным ледовых колонок Гренландии и иным палеоклиматическим источникам свидетельствуют о синхронности и общности вековых изменений климата субарктических регионов в позднем голоцене. Сравнение изменений температуры позднего голоцена по древесно-кольцевым хронологиям Субарктики Евразии с изменениями температуры по слоям ледовых кернов Гренландии свидетельствует, что текущие изменения климата Субарктики пока не превышают уровня средневекового потепления.
Потенциал древесных растений как источников климатической информации высокого разрешения значительно увеличивается при использовании тысячелетних древесно-кольцевых хронологий. Имеющаяся мировая сеть дендроклиматических станций в ближайшее время будет существенно пополнена сетью с тысячелетними хронологиями, которая позволит более детально проанализировать естественные циклические составляющие в изменчивости климата (температуры в первую очередь) и даст более надежную основу для калибровки созданных климатических моделей.
Основные результаты и выводы:
1. Хорошая сохранность стволов деревьев на верхней границе леса и в аллювиальных отложениях в вечной мерзлоте в субарктическом поясе Средней и Восточной Сибири позволяет получать календарно непрерывные и абсолютно датированные древесно-кольцевые хронологии более чем 8000-летнего периода голоцена.
2. Развит метод стандартизации прироста деревьев - метод региональных возрастных кривых. Возрастные кривые радиального прироста деревьев показывают закономерные изменения их параметров в меридиональном и высотном направлении, что позволит использовать их для оценки длительных климатических изменений и построения теоретических региональных возрастных кривых для стандартизации индивидуальных серий и более адекватного выделения климатического сигнала.
3. Для двух крупных секторов Субарктики Евразии (Таймырский полуостров и низовье реки Индигирка) получены 2,5 тысячелетние абсолютные древесно-кольцевые хронологии.
4. Определяющими изменчивость прироста лиственницы климатическими факторами в данных районах являются летняя (июнь-июль) температура, определяющая высокочастотные (погодичные) изменения прироста и среднегодовая температура воздуха, обуславливающая низкочастотные (декадные и выше) изменения прироста деревьев.
5. Полученные для севера Евразии климатические реконструкции являются добротным материалом для верификации (и калибровки) существующих
климатических моделей, дающих расчеты как региональных, так и глобальных изменений климата.
6. Длительные древесно-кольцевые хронологии севера Евразии четко выявляют текущие и прошлые изменения глобального климата планеты в позднем голоцене (средневековое потепление, малый ледниковый период, современное потепление).
7. Как прошлые, так и текущие изменения температуры характеризуются пространственной неоднородностью - разной величиной колебаний температуры в разных секторах субарктической области. На этом фоне региональных флуктуаций климата в приросте деревьев отчетливо выражены трендовые составляющие, коррелированные с глобальными изменениями климата планеты.
8. Современное потепление, кульминация которого в Субарктике приурочена к 30-40 годам XX века, по амплитуде увеличения температуры пока не превысило уровня средневекового потепления. Ближайшим аналогом текущего потепления климата является потепление на рубеже 1 и 2-го тысячелетий.
9. Древесно-кольцевые хронологии Субарктики Евразии четко фиксируют наиболее мощные возмущения климата кратковременного характера, обусловленные вулканическими извержениями.
10. Длительные изменения температуры в позднем голоцене по данным ледовых кернов Гренландии и тысячелетней древесно-кольцевой хронологии Субарктики Евразии четко согласуются при календарной коррекции в датировке слоев ледовых кернов. Тысячелетние древесно-кольцевые хронологии Субарктики Евразии могут быть использованы для календарной калибровки слоев ледовых керпов Гренландии.
11. Характер современных изменений температуры в высоких широтах Евразии, выявленный по тысячелетним древесно-кольцевым хронологиям, не совпадает с таковым, полученным для всего Северного полушария. Деревья, произрастающие в Субарктике Евразии пока не испытывают влияния глобального потепления климата.
СПИСОК ОСНОВНЫХ СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ
ДИССЕРТАЦИИ
а) В журналах:
1. Ваганов ЕА, Панюшкина И.П., Наурзбаев М.М. Реконструкция летней температуры воздуха в Восточной части Таймыра за последние 840 лет // Экология, 1997, Т.6, с. 403-407
2. Ваганов ЕА, Шиятов С.Г., Хантемиров Р.Н., Наурзбаев М.М. Изменчивость летней температуры воздуха в высоких широтах Северного полушария за последние 1.5 тыс. лет: сравнительный анализ данных годичных колец деревьев и ледовых колонок //ДАН, 1998, Т. 358, №5, с. 681-684
3. Андреев С.Г, Ваганов ЕА, Наурзбаев М.М., Тулохонов А.К. Регистрация годичными кольцами сосны многолетних колебаний атмосферных осадков, стока Селенги и уровня озера Байкал // ДАН, 1999, Т.368, №3, с.400-403
4. Ваганов Е.А., Наурзбаев М.М., Егерь И.В. Предельный возраст деревьев лиственницы в Сибири // Лесоведение, 1999, №6, с. 66-70
5. Наурзбаев М.М., Ваганов Е.А. Изменчивость радиального прироста лиственницы на востоке Таймыра и Путорана за последние 2000 лет // Лесоведение, 1999, №5, с. 24-34
6. Наурзбаев М.М., Ваганов Е.А. 1957-летняя древесно-кольцевая хронология по Востоку Таймыра // Сибирский экологический журнал, 1999, Т. VI, №2, с. 159165
7. Ваганов ЕА., Бриффа К.А., Наурзбаев М.М., Швейнгрубер Ф.Г., Шиятов С.Г., Шишов В.В. Длительные климатические изменения в арктической области северного полушария // ДАН, 2000, Т375, №1, с. 103-106
8. Ваганов Е.А., Наурзбаев М.М. Хьюс М.К. Свидетели средневекового потепления климата // Природа, 2000, №12, с. 54-57
9. Наурзбаев М.М., Сидорова О.В., Ваганов Е.А. История климата позднего голоцена на востоке Таймыра по данным сверх-длительной древесно-кольцевой хронологии // Археология этнография и антропология Евразии, 2001, Вып. №3(7), с. 17-25
Ю.Андреев С.Г, Тулохонов А.К., Наурзбаев М.М. Региональные закономерности изменчивости прироста сосны в степной зоне Бурятии // География и природные ресурсы, Новосибирск, 2001, №1, с. 73-78
П.Андреев С.Г, Наурзбаев М.М., Тулохонов А.К., Ваганов Е.А. Радиальный прирост деревьев как индикатор длительных изменений гидрологического режима в бассейне озера Байкал // География и природные ресурсы, 2001, №4, с. 49-54
12. Сидорова О.В., Наурзбаев М.М Реакция на климатические изменения лиственницы Каяндера на верхней границе леса и в долине реки Индигирка // Лесоведение, 2002, №2, с. 73-75
13. Наурзбаев М.М., Ваганов ЕА., Сидорова О.В. Изменчивость приземной температуры воздуха на севере Евразии по данным тысячелетних древесно-кольцевых хронологий // Криосфера Земли, 2003, т. VII, №2, с. 84-91
14. Ойдупаа О.Ч., Ваганов Е.А., Наурзбаев М.М. Длительные изменения летней температуры и радиальный рост лиственницы на верхней границе леса в Алтае-Саянской горной стране // Лесоведение, 2004, №6, с. 14-24
15.Харук В.И., Им СТ., К.Дж. Рэнсон, Наурзбаев М.М. Экспансия лиственницы в тундру по данным космосъемки // ДАН, 2004, Т.398, №3, с. 404-408
16. Сидорова О.В., Наурзбаев М.М. Длительные изменения температуры в Сибири в контексте современных глобальных изменений // Сибирский экологический журнал, 2005, №1, с.
17. Vaganov E.A., Naurzbaev M.M., Schweingruber F.H., Briffa K.R. and Moell M. An 840-year tree-ring width chronology for Taymir as an indicator of summer temperature changes //Dendrochronologia, 1996, №14, pp. 193-205
18. Naurzbaev M.M, Vaganov E.A. Variation of summer and annual temperature in the East of Taymir and Putoran (Siberia) over the last two millenia inferred from tree-rings // Journal of Geophysical Research, Vol. 105, 2000, №6, pp. 7317-7327
19. Naurzbaev M.M., Vaganov EA., Sidorova O.V., Schweingruber F.H. Summer temperatures in eastern Taimyr inferred from a 2427-year late-Holocene tree-ring chronology and earlier floating series // The Holocene, 2002, №12.6, pp. 727-736
20. Naurzbaev M.M., Hughes M.K., Vaganov E.A. Tree-ring age curves as sources of climatic information // Quaternary Research, 2004, Volume 62, Issue 2, pp. 126-133
б) В иных изданиях:
21. Воронин В.И., Наурзбаев М.М. Климат. Аэроклиматические характеристики. Синоптические ситуации, обуславливающие формирование повышенных уровней загрязнения атмосферного воздуха. // В кн. Оценка окружающей природной среды по трассе проектируемого нефтепровода «Россия-Китай» на территории национального парка «Тункинский», Отв. ред. В.Ж. Сыренов, Сибирский Международный институт леса, Красноярск, 2003, с. 26-31
22.Наурзбаев М.М., Сидорова О.В. Пространственно-временная изменчивость приземной температуры воздуха циркумполярного сектора Евразии по данным тысячелетних древесно-кольцевых хронологий //В кн. «Исследование природы Таймыра», Отв. ред. Поспелова Е.Б., Вып. 2. Вост.-Сиб. филиал Международного института леса, Красноярск, 2002, с. 169-176
23. Николаев А.Н., Наурзбаев М.М., Егерь И.В., Силкин П.П. О возрасте лиственницы в среднетаежной подзоне Якутии // Сб. «Флора и фауна особо охраняемых природных территорий республиканской системы Ытык Кэрэ Сирдэр». Якутск: Кудук, 2001, с. 190-191
24. Панюшкина И.П, Наурзбаев М.М Климатическая информативность радиальных размеров трахеид в годичных кольцах лиственницы // Сб. "Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена Сибири", Новосибирск, 2000, Вып. 2, с. 420-421
25. Сидорова О.В., Наурзбаев М.М. Климатический отклик деревьев лиственницы, произрастающих на верхней границе леса и надпойменной террасе в низовьях реки Индигирки // Сб. «Основные закономерности глобальных и региональных изменений климата и природной среды в позднем кайнозое Сибири», Вып. 1, Новосибирск, 2002, с. 391-401
26. Шиятов С.Г., Ваганов Е.А., Кирдянов А.В., Круглов В.Б., Мазепа B.C., Наурзбаев М.М., Хантемиров Р. М. Методы дендрохронологии. Часть I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации // Учебно-методич. пособие, КрасГУ, Красноярск, 2000, 80 с.
27. Харук В.И., Шиятов С.Г., Касишке Е., Федотова Е.В., Наурзбаев М.М. Реакция экотона «лес-тундра» на изменения климата // В кн. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем, том XVII, под ред. Ю.А. Израэля и др., Ин-т глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, С-Пб, Гидрометеоиздат, 2002, с. 234-260
28. Иванченко В.Г., Наурзбаев М.М., Проценко Е.В. Леса Таймыра // Изд. «Растр», Дудинка, 2003,26 с.
29. Briffa K.R., Baillie M.G.L., Bartholin Т., Bonde N., Kalela-Brundin M., Eckstein D., Eronen M., Frenzel В., Friedrich M., Groves C, Grudd H., Hantemirov R., Hillam J., Jansma E., Jones P.D., Karlen W., Kuschner H.H., Lindnolm M., Makowka I., Naurzbaev M.M., Nogler P., Osborn T.J., Reimer Т., Salmon M., Sander C, Schweingruber F.H., Shiyatov S.G., Spur K.M., Timonen M., Tyers I., Vaganov E.A., Wazny Т., Zettenberg P. Analysis of dendrochronological variability and associated natural climates in Eurasia - the last 10,000 years (ADVANCE - 10K) // In: European Climate Science, Vienna, 2000, pp. 37-49
30. Kharuk V.I., Shiyatov S.G., Naurzbaev M.M., and Fedotova E.V. Forest-tundra ecotone response to climate change // Proceeding from IBFRA'98, Severin Woxhott (ed), Oslo, 1999, pp. 19-23
УОП ИЛ СО РАН Заказ №87, тираж 100 экз. 43
2096
Содержание диссертации, доктора биологических наук, Наурзбаев, Мухтар Мухаметович
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. ДЛИТЕЛЬНЫЕ ДРЕВЕСНО-КОЛЫДЕВЫЕ
ХРОНОЛОГИИ В ИССЛЕДОВАНИИ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА
1.1. Изменения климата.
1.2. Дендроклиматические исследования в анализе проблем глобального климата.
1.3. Длительные древесно-кольцевые хронологии и дендроклиматические реконструкции за рубежом.
1.4. Длительные древесно-кольцевые хронологии и климатические реконструкции Субарктики России.
1.5. Дендроклиматические исследования на Таймыре и Северо-востоке Якутии.
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.
2.1. Местоположение сборов дендрохронологического материала
2.2. Краткая характеристика природных условий.
2.3. Метеорологические данные.
2.4. Особенности сбора живых, отмерших деревьев и полуископаемой древесины для построения тысячелетних древесно-кольцевых хронологий.
2.5. Первичная обработка дендрохронологического материала.
2.6. Измерение и датировка.
2.7. Стандартизация.
2.8. Построение древесно-кольцевой хронологии.
2.9. Статистические оценки изменчивости прироста.
2.10. Спектральный анализ.
2.11. Выявление климатического сигнала и моделирование
- взаимосвязи прирост-климат.
Глава 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗРАСТНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОСТА ДЕРЕВЬЕВ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ
ИЗМЕНЕНИЙ В ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫХ ХРОНОЛОГИЯХ.
3.1. Закономерности возрастных изменений прироста деревьев.
3.2. Возрастная и климатически обусловленная изменчивость прироста деревьев на северной границе леса.
Введение Диссертация по биологии, на тему "Дендроклиматический анализ длительных изменений температурного режима в Субарктике Евразии"
Одна из важнейших задач в исследовании истории климата Земли -выявление и количественная оценка пределов естественных колебаний климата, в первую очередь приземной температуры воздуха. Вследствие недостаточной длины рядов инструментальных наблюдений за климатом используются данные косвенных источников информации. В настоящее время в исследованиях истории климата с помощью косвенных источников информации интенсивно развиваются два направления. Во-первых, это создание сети станций и базы данных по земному шару с длительными рядами измерений (инструментальные данные, годичные кольца деревьев, озерные осадки, ледовые керны, слои роста кораллов и др.) для реконструкции пространственно-временной изменчивости температуры и осадков (Mann et al., 1998). Во-вторых, сопоставление количественных реконструкций климата с высоким временным разрешением (год, сезон) для отдельных районов, полученных по разным косвенным источникам (Briffa et al., 1998). Древесно-кольцевые хронологии, среди прочих косвенных источников климатической информации (соотношение изотопов кислорода в ледовых кернах, структура донных отложений и др.), обладают несомненными преимуществами, а именно: 1) позволяют получить длительные (несколько тысячелетий) и календарно датированные во времени ряды с использованием живых деревьев и древесины отмерших и полуископаемых остатков деревьев; 2) позволяют проводить надежные количественные реконструкции климатических переменных, оказывающих лимитирующее влияние на погодичную изменчивость прироста деревьев. По данным структуры годичных колец такие количественные реконструкции можно осуществлять с высоким временным разрешением (год, сезон, месяц).
В субарктической области Северного полушария, области наиболее чувствительной к изменениям температуры (Будыко и др., 1987), в настоящее время ведущие мировые дендрохронологические лаборатории и группы проводят интенсивные работы по созданию сверхдлительных древесно-кольцевых хронологий. Почти тысячелетние хронологии получены для Аляски и двух районов севера Канады, полуторатысячелетняя хронология получена для севера Скандинавии, тысячелетняя хронология получена для полярного Урала (Шиятов, 1986), трехтысячелетняя для полуострова Ямал (Хантемиров, Сурков, 1996). Создание сверхдлительных древесно-кольцевых хронологий Субарктики Сибири позволило сопоставить изменения температуры в циркумполярной области северного полушария для последних тысячелетий позднего голоцена, как за отдельные годы, так и столетия.
Дендроклиматические реконструкции за несколько тысячелетий позволяют получить надежные данные для прогноза изменений климата в нескольких аспектах: а) оценить значимые длительные (внутривековые, вековые и сверхвековые) и высокочастотные составляющие этих изменений; б) выявить и оценить составляющую изменений естественных прошлых колебаний климата, т.е. за пределами вклада антропогенной компоненты; в) построить модели, описывающие реакцию древесной растительности на изменения климата, и дать количественный прогноз динамики роста при ожидаемых (прогнозируемых) изменениях климата. География длительных древесно-кольцевых хронологий позволяет сравнить пространственно-временные изменения температуры в субарктической области Евразии и континентальной части Сибири.
Научная проблема и актуальность. Работа направлена на решение фундаментальной проблемы - анализ соотношения естественных и антропогенных изменений климата позднего голоцена на севере Евразии на региональном и глобальном уровнях разрешения по реакции прироста древесной растительности на эти изменения. Создание сверхдлительных (несколько тысячелетий) древесно-кольцевых хронологий в ключевых для оценки изменений климата районах Северного полушария имеет в этих исследованиях важнейшее значение. Полученные с их помощью реконструкции позволяют не только выявить и количественно оценить пределы естественных колебаний климата, в первую очередь приземной температуры воздуха, но и использовать их для калибровки (и верификации) других косвенных источников, не имеющих такого высокого временного разрешения (год, сезон), или не позволяющих выполнить погодичное календарно непрерывное датирование.
Цели и задачи работы. Основная цель работы - выявление и количественная оценка пределов естественных колебаний приземной температуры воздуха в позднем голоцене в Субарктике Евразии по приросту годичных колец деревьев. Представляло интерес исследовать закономерности возрастных и климатически обусловленных длительных колебаний радиального прироста деревьев, оценить полученные древесно-кольцевой хронологии, как косвенного источника ретроспективной оценки региональных и глобальных изменений климата. В задачи исследования входило:
1. Построение длительных (2-тысячелетних) древесно-кольцевых хронологий для севера Средней и Восточной Сибири.
2. Анализ статистических характеристик изменчивости древесно-кольцевых хронологий, выделение климатического сигнала, получение добротных моделей для количественной реконструкции приземной температуры воздуха.
3. Сравнительный анализ сопряженности длительных и погодичных изменений летней температуры в субарктических и континентальных районах Сибири, оценка пределов естественных колебаний летней температуры за последние два тысячелетия голоцена, выявление доли антропогенной составляющей в современных изменениях климата, количественная оценка пространственно-временных закономерностей в колебаниях климата позднего голоце для обширного сектора Северного полушария.
4. Сопоставление и статистический анализ изменений летней температуры с другими косвенными данными изменения климата северного полушария, оценка глобальной и региональной составляющих в естественных колебаниях температуры воздуха в Субарктике Евразии.
Научная новизна и личный вклад заключается в построении календарно непрерывных древесно-кольцевых хронологий длительностью почти 2500 лет на Восточном Таймыре и в низовье реки Индигирка. На Таймыре получен ряд плавающих хронологии (от 6000 лет до н.э.), обоснованно построение календарно непрерывной 8000-летней древесно-кольцевой хронологии. Впервые установлено, что на верхней границе леса в Субарктике Средней и Восточной Сибири в условиях резко континентального климата ныне живущие деревья лиственницы достигают рекордного для рода Ьапх возраста - лиственница Гмелнна на Восточном Таймыре до 700 лет и лиственница Каяндера в низовье Индигирки до 950 лет. В этих условиях давно отмершие деревья (стволы) лиственницы сохраняются на дневной поверхности в течение более чем 2000 лет, анатомическая структура годичных колец не претерпевает значительных изменений и пригодна для дендроклиматических исследований. Наиболее старые деревья произрастали в первом и на рубеже первого и второго тысячелетий. Их возраст достигает на Таймыре до 840 лет, а в низовье Индигирки лиственница превышает 1200-летний возрастной рубеж. На древесине лиственницы подтверждено, что дендрохронологическим методом возможна оценка точности радиоуглеродных дат древесины и калибровка методов радиоуглеродного датирования. Реконструкции климатических параметров, определяющих погодичную изменчивость прироста деревьев, дают возможность количественно проанализировать пространственно-временные закономерности в колебаниях климата обширного сектора Северного полушария. Подтверждается высокая информативность полученных древесно-кольцевых хронологий для ретроспективной оценки изменений климата Северного полушария. Показано, что тысячелетние древесно-кольцевые хронологии могут быть использованы для календарного датирования слоев ледовых кернов. Коррекция календарных дат слоев ледовых кернов выявляет особенности формирования слоев, когда в периоды потеплении климата увеличивается объем отложения твердых осадков на Гренландском щите и усиливается сезонность их отложения. Это согласуется с расчетами климатических моделей - потепление в высоких широтах сопровождается увеличением выпадения осадков. Несомненно, что этот результат работы представляет интерес для коррекции расчетов по прогнозным климатическим моделям, особенно для арктической области Северного полушария.
Обоснованность и достоверность результатов исследования.
Диссертационная работа выполнена на базе современных дендроклиматических методов и с использованием испытанных на практике подходов к сбору и обработке дендрохронологического материала. Работа выполнена в отделе дендроклиматологии и истории лесов Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, который имеет большой опыт как в создании длительных древесно-кольцевых хронологий, так и в выявлении и анализе климатических составляющих изменений роста деревьев. За последние годы создана сеть дендроклиматических станций по всей территории Сибири, что позволило провести пространственно-временную реконструкцию изменений температуры и построить карты аномалий летней температуры для всей субарктической области Сибири с 1610 по 1990 гг. (Ваганов и др., 1996). В районах, где были найдены хорошо сохранившиеся остатки отмерших деревьев и полуископаемая древесина из аллювиальных отложений, начаты работы по созданию тысячелетних хронологий (Ваганов и др., 1996; Наурзбаев, Ваганов, 1999). Найдены в обилии сохранившиеся остатки отмерших деревьев и в континентальных районах Сибири (вблизи ледников на Алтае и верхней границы леса в Становом нагорье). С помощью аппаратуры денситометрической лаборатории и оригинальных установок для анализа клеточной структуры годичных колец проведены измерения дополнительных к ширине годичных колец характеристик годичных колец, позволяющих получить информацию о внутрисезонных изменениях климатических переменных. Разработаны оригинальные имитационные модели прироста и модели реконструкции изменений температуры и увлажнения в течение сезона роста по характеристикам структуры годичных колец (профилям плотности древесины, размерам клеток, толщине клеточных стенок) (Ваганов и др., 1977, 1996). В отделе имеется весь современный набор экспериментального оборудования для дендроклиматического анализа: автоматические измерители годичных колец (производства Германии), денситометрическое оборудование (производства Швейцарии), установка для анализа изображений (производства Германии), автоматизированные приборы для измерения клеточной структуры годичных колец (собственной разработки), специализированные пакеты программ для осуществления количественной реконструкции климатических изменений по данным годичных колец деревьев (стандартные и оригинальные), что позволяет проводить исследования на самом высоком уровне. Постоянно пополняется созданная дендроклиматическая база данных для Сибири. В базе данных имеется информация по сети (более 400) метеорологических станций для Сибири (месячные и суточные данные) и сети длительных древесно-кольцевых хронологий (135 хронологий по ширине годичных колец, 52 хронологии по плотности древесины, 12 хронологий по данным клеточной структуры годичных колец).
Установлен обмен информацией с Мировым Банком Дендрохронологических Данных (Боулдер, Колорадо, США) и базами данных ведущих дендрохронологических лабораторий (США, Швейцария, Канада, Екатеринбург), с рядом иностранных коллег проводятся совместные работы.
Работа является составной частью Сибирского субарктического дендроклиматического проекта и выполняется в рамках интеграционного проекта СО РАН «Изменения климата и природной среды в Сибири в голоцене и плейстоцене в контексте глобальных изменений» и международной Геосферно-Биосферной программы (IGBP) в ра-мках проекта PAGES (направления: Focus II, PEP II, и Temporal Streem I).
Методы исследования включают как набор традиционных для дендроклиматологии и широко используемыми в ведущих лабораториях мира экспериментальных измерений и статистических подходов (сбор материала, измерение параметров годичных колец на автоматизированных установках, проведение процедуры перекрестного датирования, стандартизация измерений и выделение климатического сигнала, расчет климатических функций отклика регрессионных моделей для реконструкции ведущих климатических факторов, спектральный анализ длительных временных рядов и др.) так и оригинальных методов и компьютерных программ обработки временных рядов (использование автоматизированных систем и систем для анализа изображений для измерений клеточной структуры годичных колец, статистические множественные методы для реконструкции внутрисезонной изменчивости климатических переменных по параметрам структуры годичных колец и др.). Последние являются не только пионерными, но и определяют приоритеты отдела дендроклиматологии и истории лесов ИЛ СО РАН в мировой дендроклиматической науке.
Защищаемые положения.
Тысячелетние древесно-кольцевые хронологии севера Евразии четко выявляют длительные колебания глобального климата планеты (средневековое потепление, малый ледниковый период, современное потепление);
Как прошлые, так и текущие изменения температуры на севере Евразии характеризуются пространственной неоднородностью — разной величиной колебаний температуры в разных секторах субарктической области;
Современное потепление, начавшееся в середине XIX века, по амплитуде увеличения температуры не превысило пока уровня средневекового потепления;
Разные косвенные источники изменений температуры в субарктических широтах показывают совпадающие результаты в реконструкции сверхвековых колебаний температуры;
Характер изменения температуры в высоких широтах Евразии, выявленный по тысячелетним древесно-кольцевым хронологиям, не совпадает с таковым, полученным для всего Северного полушария: изменения температуры по дендроклиматическим данным не выявляют необычно резкого повышения температуры в последние 40 лет в этой области Субарктики.
Практическое значение. Результаты работы и полученные древесно-кольцевые хронологии позволяют точно датировать (календарный год, сезон) образцы древесины, собранные на обширной территории Субарктики в археологических, этнографических и иных исследованиях истории позднего голоцена. Депдроклиматические реконструкции позволяют проводить сравнение и калибровку иных косвенных источников климатической информации обладающих меньшим временным разрешением и (или) меньшим уровнем разрешения в количественной оценке прошлых и современных изменений климата и соответственно - пространственную оценку естественных и антропогенных компонент современных изменений климата регионального и глобального уровня разрешения за последние 2000 лет. Количественные реконструкции климата позднего голоцена, адекватность и добротность которых подтверждена на независимом материале, представляют несомненный интерес для специалистов в области экологического мониторинга, климатологии и палеоклиматологии.
Апробация работы. Основные результаты и положения работы были представлены и обсуждались на научных конференциях и рабочих совещаниях:
10-ти международных: «Workshop on spitial-temporal dimcntions of high-latitude ecosystem change (the Siberian IGBP transect)», Krasnoayarsk, Russia, 1998; «"Larix-98" IUFRO Interdivisional Symposium», Krasnoyarsk, Russia 1998; «IBFRA'98», Norway, Oslo, 1999; «IGARSS'99», Hamburg, Germany, 1999; International Conference on «Dendrochronology for the Third Millennium»,
Mendoza, Argentina, 2000; International Conference «Tree Ring and People», Davos, Swiss, 2001; International Conference «The role of permafrost ecosystems in global climate change», Yakutsk, Russia, 2001; «The second international conference on sustainable agriculture for food, energy and industry», China, 2002; Второй международной конференции «Окружающая среда и экология Сибири Дальнего Востока и Арктики», Томск, Россия, 2003; «Всемирная конференция по изменению климата», Москва, Россия, 2003.
7-ми Всероссийских: Второй всероссийской конференции «Проблемы региональной экологии», Томск, 2000; Всероссийском совещании «Реакция растений на глобальные и региональные изменения природной среды», Иркутск, 2000; Всероссийской конференции «Средообразующая роль бореальных лесов: локальный, региональный и глобальный уровни», Красноярск, 2002; «XIV Российской конференции rio использованию синхротронного излучения (СИ-2002)», Новосибирск, 2002; Всероссийском совещании «Дендрохронология: Достижения и Перспективы», Красноярск, 2003; Всероссийская конференция «Структурно-функциональная организация и динамика лесов», Красноярск, 2004.
Публикации. Основное содержание и защищаемые положения отражены в 53-х публикациях, в том числе 29 статей в научных изданиях, из них: 16 статей в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских диссертаций, и 5 статей в зарубежных.
На различных этапах работы частичная финансовая поддержка осуществлялась РФФИ (гранты 96-04-48258, 99-05-64182, 01-05-64234, 02-0449938,02-05-65119) н интеграционными проектами СО РАН (№74 и №121).
Глава 4. ТЫСЯЧЕЛЕТНИЕ ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫЕ ^ ХРОНОЛОГИИ СУБАРКТИКИ СРЕДНЕЙ И ВОСТОЧНОЙ
СИБИРИ. 110
4.1. Таймырская хронология. 111
4.2. Индигирская хронология. 148
Глава 5. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СОПРЯЖЕННОСТЬ ДЛИТЕЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОСТА ДЕРЕВЬЕВ НА
СЕВЕРЕ ЕВРАЗИИ. 163
5.1. Пространственная сопряженность прироста деревьев на севере
Евразии в позднем голоцене. 166 ф 5.2. Реконструкция и анализ длительных изменений летней температуры на севере Евразии. 180
5.3. Длительные климатические изменения в арктической области Северного полушария. Сравнительный анализ косвенных источников информации о климате. 184
Глава 6. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ВЫБРОСОВ НА ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИРОСТА ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ НА СЕВЕРЕ ЕВРАЗИИ. 195 щ Глава 7. ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СЕВЕРЕ ЕВРАЗИИ ПО ДЛИТЕЛЬНЫМ ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫМ ХРОНОЛОГИЯМ И ИЗОТОПНОМУ СОСТАВУ ЛЕДОВЫХ КЕРНОВ. 204
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.' 225
ЛИТЕРАТУРА. 231
Заключение Диссертация по теме "Экология", Наурзбаев, Мухтар Мухаметович
Основные результаты и выводы:
1. Хорошая сохранность стволов деревьев на верхней границе леса и в аллювиальных отложениях в вечной мерзлоте в субарктическом поясе Средней и Восточной Сибири позволяет получать календарно непрерывные и абсолютно датированные древесно-кольцевые хронологии более чем 8000-летнего периода голоцена.
2. Развит метод стандартизации прироста деревьев - метод региональных возрастных кривых. Возрастные кривые радиального прироста деревьев показывают закономерные изменения их параметров в меридиональном и высотном направлении, что позволит использовать их для оценки длительных климатических изменений и построения теоретических региональных возрастных кривых для стандартизации индивидуальных серий и более адекватного выделения климатического сигнала.
3. Для двух крупных секторов Субарктики Евразии (Таймырский полуостров и низовье реки Индигирка) получены 2,5 тысячелетние абсолютные древесно-кольцевые хронологии.
4. Определяющими изменчивость прироста лиственницы климатическими факторами в данных районах являются летняя (июнь-июль) температура, определяющая высокочастотные (погодичные) изменения прироста и среднегодовая температура воздуха, обуславливающая низкочастотные (декадные и выше) изменения прироста деревьев.
5. Полученные для севера Евразии климатические реконструкции являются добротным материалом для верификации (и калибровки) существующих климатических моделей, дающих расчеты как региональных, так и глобальных изменений климата.
6. Длительные древесно-кольцевые хронологии севера Евразии четко выявляют текущие и прошлые изменения глобального климата планеты в позднем голоцене (средневековое потепление, малый ледниковый период, современное потепление).
7. Как прошлые, так и текущие изменения температуры характеризуются пространственной неоднородностью — разной величиной колебаний температуры в разных секторах субарктической области. На этом фоне региональных флуктуаций климата в приросте деревьев отчетливо выражены трендовые составляющие, коррелированные с глобальными изменениями климата планеты.
8. Современное потепление, кульминация которого в Субарктике приурочена к 30-40 годам XX века, по амплитуде увеличения температуры пока не превысило уровня средневекового потепления. Ближайшим аналогом текущего потепления климата является потепление на рубеже 1 и 2-го тысячелетий.
9. Древесно-кольцевые хронологии Субарктики Евразии четко фиксируют наиболее мощные возмущения климата кратковременного характера, обусловленные вулканическими извержениями.
10.Длительные изменения температуры в позднем голоцене по данным ледовых кернов Гренландии и тысячелетней древесно-кольцевой хронологии Субарктики Евразии четко согласуются при календарной коррекции в датировке слоев ледовых кернов. Тысячелетние древеснокольцевые хронологии Субарктики Евразии могут быть использованы для календарной калибровки слоев ледовых кернов Гренландии.
1 ¡.Характер современных изменений температуры в высоких широтах Евразии, выявленный по тысячелетним дрсвесно-кольцевым хронологиям, не совпадает с таковым, полученным для всего Северного полушария. Деревья, произрастающие в Субарктике Евразии пока не испытывают влияния глобального потепления климата.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основное внимание в работе было уделено пространственно-временной изменчивости прироста древесных растений в ответ на длительные изменения приземной температуры воздуха в Субарктике Евразии в течение позднего голоцена, оценке вклада внешних (климатически обусловленных) и внутренних (возрастных) факторов в изменения радиального прироста деревьев лиственницы Енисейского меридионального трансекта, сравнению древесно-кольцевых хронологий с иными источниками климатической информации. Решение подобного рода задач потребовало выполнение большого объема экспедиционных работ, география сборов экспериментальных данных простирается от Енисея до Колымы в широтном направлении и от устья до истоков Енисея в меридиональном.
Впервые установлено, что на верхней границе леса в Субарктике Средней и Восточной Сибири в условиях резко континентального климата ныне живущие деревья лиственницы достигают рекордного для рода Larix возраста - лиственница Гмелина на Восточном Таймыре до 700 лет и лиственница Каяндера в низовье Индигирки до 950 лет. Давно отмершие деревья (стволы) лиственницы сохраняются на дневной поверхности в течение более чем 2000 лет. Наиболее старые деревья произрастали в первом и на рубеже первого и второго тысячелетий, их возраст достигает на Таймыре 840 лет и в низовье Индигирки превышает 1200-летний возрастной рубеж. В аллювиальных вечномерзлых отложениях многочисленных притоков рек, слагающих бассейн Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского морей, многочисленные находки древесных останков датируются от первой волны потепления голоцена (8 тыс. лет назад), сохранность анатомической структуры древесины позволяет выполнить перекрестное датирование годичных колец, реконструкцию климата и сделать оценки пространственной динамики лесной растительности голоцена. Благодаря систематическому поиску подобного рода дендрохронологического материала построены календарно непрерывные древесно-кольцевые хронологии длительностью почти 2500 лет на Восточном Таймыре и в низовье Индигирки. На Таймыре получен ряд плавающих хронологий для отдельных периодов голоцена и очевидна возможность построения календарно непрерывной 8000-летней древесно-кольцевой хронологии.
Выявление длительных колебаний климата, превышающих возраст деревьев, потребовало разрешения проблемы стандартизации и наиболее эффективным методом выделения длительных климатических изменений в кольцах деревьев является КСБ-метод (т.н. метод региональной возрастной кривой). Расчет и моделирование численных параметров возрастных кривых деревьев привлечен для количественной оценки широтных и высотных градиентов роста деревьев, независимой оценки дендроклиматических реконструкций за пределами инструментальных метеорологических наблюдений, количественной оценки климатических условий для плавающих хронологий и реконструкции динамики верхней и северной границы леса за длительные промежутки времени.
Анализ возрастной структуры редкостойных древостоев на северной и верхней границе леса на востоке Таймыра и северо-востоке Якутии свидетельствует о циклическом характере возобновления лиственницы. Волны возобновления сформировали четыре возрастные группы ныне произрастающих древостоев: старовозрастное поколение — сохранившиеся «реликты» средневекового потепления и потепления XVIII в. (10-20%), средневозрастное поколение 140-160-летнего возраста, по времени возникновения совпадающее с потеплением 1840-1860 гг. (от 50% и более), молодое поколение 1930-1950 гг. (волна потепления в Субарктике в середине ХХ-го века) и подрост 1980 гг. (волна потепления в конце ХХ-го века после кратковременного похолодания в 1970-х г.). В настоящее время молодое поколение и подрост превалирует на северном и верхнем пределе древесной растительности в «залесении» открытых пространств.
Основным внешним фактором, лимитирующим радиальный прирост лиственницы в данных районах, является летняя (июнь-июль) температура, определяющая высокочастотные (погодичные) флуктуации роста деревьев. В отдельные периоды ход ((ранне-летней» температуры (последние декады июня и первая декада июля) объясняют до 70% ширины годичных колец.
Анализ пространственно-временной сопряженности вековых доиндустриальных и современных изменений летней температуры воздуха по дендроклиматическим и иным косвенным источникам климатической информации свидетельствует, что длительные (вековые) изменения температуры достаточно синхронны на всей территории Субарктики Евразии.
Крупные вулканические извержения в Северном полушарии обуславливают снижение температуры и, соответственно, депрессию роста древесных растений в Субарктике Евразии. Продолжительность депрессии (»4-5 лет после извержения.) четко обусловлена мощностью и географическим положением источника вулканического извержения. Для отдельных календарных интервалов можно отметить суммирование эффекта вулканических выбросов (периоды интенсивной вулканической деятельности) в снижении прироста и температуры на протяжении нескольких десятилетий. Ближайший аналог этого эффекта - похолодание Субарктики и снижение прироста деревьев в 60-е годы прошлого века.
Согласованные количественные оценки длительных изменений температуры в Субарктике Евразии по данным прироста деревьев, данным ледовых колонок Гренландии и иным палеоклиматическим источникам свидетельствуют о синхронности и общности вековых изменений климата субарктических регионов в позднем голоцене. Сравнение изменений температуры позднего голоцена по древесно-кольцевым хронологиям Субарктики Евразии с изменениями температуры по слоям ледовых кернов
Гренландии свидетельствует, что текущие изменения климата Субарктики пока не превышают уровня средневекового потепления.
Потенциал древесных растений как источников климатической информации высокого разрешения значительно увеличивается при использовании тысячелетних древесно-кольцевых хронологий. Имеющаяся мировая сеть дендроклиматических станций в ближайшее время будет существенно пополнена сетью с тысячелетними хронологиями, которая позволит более детально проанализировать естественные циклические составляющие в изменчивости климата (температуры в первую очередь) и даст более надежную основу для калибровки созданных климатических моделей.
Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Наурзбаев, Мухтар Мухаметович, Красноярск
1. Абаимов А.П., Бондарев А.И., Зырянова O.A., Шитова С.А. Леса Красноярского Заполярья // Новосибирск. Наука, 1997. - 207 с.
2. Адаменко В.Н. Климат и озера // Л., Гидрометеоиздат, 1985 а. 263 с.
3. Адаменко В.Н. (ред.) География озер Таймыра// Л., Наука, 1985 б. 221 с.
4. Андреев С.Г, Ваганов Е.А., Наурзбаев М.М., Тулохонов А.К. Регистрация годичными кольцами сосны многолетних колебаний атмосферных осадков, стока Селенги и уровня озера Байкал // ДАН, 1999. Т.368. №3. -С. 400-403.
5. Андреев С.Г, Наурзбаев М.М., Тулохонов А.К., Ваганов Е.А. Радиальный прирост деревьев как индикатор длительных изменений гидрологического режима в бассейне озера Байкал // География и природные ресурсы, 2001. №4. С. 49-54.
6. Антанайтис В.В., Загреев В.В. Прирост леса // изд. «Лесная промышленность», 1968.240 с.
7. Антропоген Таймыра // Под ред. Н.В. Кинд Б.Н. Леонова, М. Наука, 1982. 184 с.
8. Арбатская М.К., Ваганов Е.А. Многолетняя изменчивость частоты пожаров и прироста сосны в средней подзоне тайги Средней Сибири // Экология, 1997. № 5. - С. 330-336.
9. Арбатская М.К. Многолетняя изменчивость климата, прироста деревьев и частоты пожаров в тайге Средней Сибири // Автореф. канд. биол. наук., ИЛ СО РАН, Красноярск. 1998. 24 с.
10. Ю.Ары-Мас. Природные условия, флора и растительность // Ленинград, "Наука", 1978.-С. 184.
11. П.Белов М.И., Овсянников О.В., Старков В.Ф. Мангазея. Мангазейский морской ход//-Л.: Гидрометеоиздат, 1980, 4.1. 163 с.
12. Белорусова Ж.М., Ловелиус Н.В., Украинцева В.В. Региональные особенности изменения природы Таймыра в голоцене // Бот. журн., 1987.Т 72.- №5. -С. 610-618.
13. П.Берри Б.Л., Либерман A.A., Шиятов С.Г. Восстановление и прогноз температур северного полушария по колебаниям индексов прироста деревьев на полярной границе леса // Вестник МГУ, серия 5 (География), 1983, N4. С. 41-47.
14. Берри Б.Л., Либерман A.A., Шиятов С.Г. Периодические колебания индексов прироста лиственницы в Тазовской лесотундре и их прогноз // Экология, 1979, N 6. С. 22-26.
15. Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования // Гидрометеоиздат, Ленинград, 1974. 172 с.
16. Борзенкова И.И. Основные этапы развития растительности и климата Северного полушария за последние 20 тысяч лет И Труды ГГИ «Исследование изменений климата .» (вып. 340), Москва, 1988. С. 1131.
17. П.Будыко М.И., Израэль Ю.А. Антропогенные изменения климата // Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 406 с.
18. Ваганов Е.А., Высоцкая Л.Г., Свидерская И.В., Особенности сезонного роста и структуры годичных колец на северном пределе леса на п-ове Таймыр как отражение динамики термических условий // География озер Таймыра. Л.: Наука, 1985а. - С. 89-119.
19. Ваганов Е.А., Шашкин A.B., Свидерская И.В., Высоцкая Л.Г. Гистометрический анализ роста древесных растений // Новосибирск, изд. Наука, 19856.- 102 с.
20. Ваганов Е.А., Терсков И.А. Анализ роста дерева по структуре годичных колец// Новосибирск. Наука. Сиб. Отделение. 1977. 93 с.
21. Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа B.C. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике // Новосибирск, изд. Наука, Сиб. изд. РАН. 1996. - 324 с.
22. Ваганов Е.А., Шиятов С.Г. Дендрохронологические методы в изучении истории климата Сибири // Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена Сибири. Новосибирск, 1998. С. 56-63.
23. Ваганов Е.А., Панюшкина И.П., Наурзбаев М.М. Реконструкция летней температуры воздуха в Восточной части Таймыра за последние 840 лет // Экология, 1997. Т. 6. - С. 403-407.
24. Ваганов Е.А., Наурзбаев М.М., Егерь И.В. Предельный возраст деревьев лиственницы в Сибири // "Лесоведение", 1999. № 6. - С. 65-75.
25. Ваганов Е.А., Шашкин A.B. Рост и структура годичных колец хвойных // Новосибирск, Наука, 2000. 214 с.
26. Ваганов Е.А., Бриффа К.А., Наурзбаев М.М., Швейнгрубер Ф.Г., Шиятов С.Г., Шишов В.В. Длительные климатические изменения в Арктической области Северного полушария // Доклады Академии наук, 2000. Т. 375. -№ 1.-С. 103-106.
27. Величко А. А. Глобальные изменения климата и реакция ландшафтной оболочки // Изв. АН СССР. Сер. геогр., 1991, № 5, с.5-22.
28. Галазий Г.И. Дендрошкалы Прибайкалья и плато Путорана // Дендроклиматологические шкалы Советского Союза. Каунас, 1981. 4.2. -С. 31-38.
29. Горчаковский П.Л., Шиятов С.Г. Фитоиндикация условий среды и природных процессов в высокогорьях. Изд-во "Наука", 1985. 186 с.
30. Джансеитов К.К., Шишов В.В. "Эль-Ниньо"- погодные "качели" планеты? // Препринт, Красноярск, ИЛ СО РАН, 1999, 29 с.
31. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Изд-во. Мир, 1971.-Т.1.-312 с.; - 1972.-Т.2.-287 с.
32. Кендалл М. Ранговая корреляция // М., Статистика, 1975,289 с.
33. Кнорре A.B., Ловелиус Н.В., Норин Б.Н. Колебания Larix dahurica Titrez. В лесном острове Ары-Mac (Таймыр) // Бот. журн., 1971, №5, с. 627-632
34. Комин Г.Е. К методике дендроклиматических исследований // В. кн.: Лесообразовательные процессы на Урале, Свердловск, 1970.
35. Комин Г.Е. Применение дендрохронологических методов в экологическом мониторинге лесов // Лесоведение, 1990, № 2, с. 3-11
36. Кондратьев К.Я., Демирчян К.С. Климат земли и "Протокол Киото" // Вестник РАН, 2002.- № 11. Т 71. - С. 1002-1009.
37. Коротков В.Н. Новая парадигма в лесной экологии // Биологические науки. М.: Высш. шк., 1991. № 8 (332). С. 7-20.
38. Костин С.И., Солнечная активность и влияние ее состояния на прирост деревьев и лесных насаждений в центральной части лесостепи русской равнины // «Труды ГГО», 1961, вып. 111, с. 108-117.
39. Кошкарова В.Л., Кошкаров А.Д., Региональные особенности изменения ландшафтов и климата севера Средней Сибири в голоцене // Геология и геофизика, 2004, т.45, №6, с. 717-729
40. Либби У.Ф. Радиоуглеродный метод определения возраста // «Курьер ЮНЕСКО», 1968, №7 с. 41-64.
41. Ловелиус Н.В. Теплообеспеченность гор Путорана и ледовитость Балтики // Изв. ВГО. 1970. Т. 102. - Вып. 1 - С. 63-65.
42. Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенного воздействия // Л. Наука. 1979. -232 с.
43. Логинов В.Ф. О природе полувекового цикла в тропосфере // Труды. Гл. геофиз. Обсерватория им. А.И. Воейкова, 1969, Вып. 245. С. 25-30.
44. Логинов В.Ф. Вулканические извержения и климат // Гидрометеоиздат. -Л. 1984. 64 с.
45. Мазепа B.C. Использование спектрального представления и линейной фильтрации стационарных последовательностей при анализе цикличности в дендрохронологических рядах // Дендрохронология и дендроклиматология. Новосибирск. 1986. С. 49-68.
46. Мазепа B.C. Пространственно-временная изменчивость радиального прироста хвойных видов деревьев в субарктических районах Евразии: Автореф. дис. док. биол. наук.- Екатеринбург, 1998. 24 с.
47. Маркин В. Мангазейский «морской ход» (торговый центр на Енисейском Севере) // Изд. «Вече», Москва, 2002, с. 45-49
48. Методы дендрохронологии. Часть 1. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации: Методическое пособие, под ред. Шиятова С.Г., Ваганова Е.А. // Изд-во КрасГУ, Красноярск, 2000. 80 с.
49. Миддендорф А.Ф. Путешествие на север и восток Сибири // СПб., 1860, Ч.1., 1867,4.2.
50. Митчелл мл. Дж. М., Стоктон Ч. У., Меко Д. М. Доказательство 22-летнего ритма засух в западной части США, связанных с солнечнымциклом Хейла начиная с XVII в. // В кн. Солнечно-земные связи, погода и климат. —М.: Мир. 1982. С. 152-171.
51. Мухамедшин A.A. Связ возрастной структуры арчевых древостоев с солнечной активностью // Конф. По вопросам лесного хозяйства в Казахстане, изд. «Кайнар», Алма-Ата, 1966
52. Наурзбаев М.М., Ваганов Е.А. 1957-летняя древесно-кольцевая хронология по Востоку Таймыра // Сибирский экологический журнал, 1999.-№2.-С. 159-165.
53. Наурзбаев М.М., Ваганов Е.А. Изменчивость температуры воздуха на востоке Таймыра и на Путоране за последние 2000 лет по данным радиального прироста лиственницы // Лесоведение, 1999 а. № 5. - С. 2434.
54. Наурзбаев М.М., Сидорова О.В., Ваганов Е.А. История климата позднего голоцена на востоке Таймыра по данным сверхдлдительной хронологии // Археология этнография и антропология Евразии, 2001. Вып. 3 (7). - С. 17-25.
55. Наурзбаев М.М., Ваганов Е.А., Сидорова О.В. Изменчивость приземной температуры воздуха на севере Евразии по данным тысячелетних древесно-кольцевых хронологий // Криосфера Земли, 2003, т. VII, №2, с. 84-91
56. Николаев A.A. Влияние климата на пространственно-временную изменчивость радиального прироста хвойных в Северной и Центральной Якутии // Автореф. дис. канд. биолог, наук Красноярск, 1999 а. — 23 с.
57. Николаев А.Н., Тимофеев П.А. Анализ влияния климатических факторов на радиальный прирост деревьев в Северной и Центральной Якутии // Флора и растительность Якутии сборник статей ИБПК СО РАН. М.: Изд-во ФИПС, 1999. - С. 85-89.
58. Овчинников Д.В., Ваганов Е.А. Дендрохронологические характеристики лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.) на верхней границе леса в Горном Алтае//Сиб. Экол. ж. 1999, 6(2), с. 145-152.
59. Панюшкина И.П, Наурзбаев М.М Климатическая информативность радиальных размеров трахеид в годичных кольцах лиственницы // Сб. "Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена Сибири", Новосибирск, 2000, Вып. 2, с. 420-421
60. Пармузин Л.К. Тундролесье СССР //-М.: Мысль, 1979,296 с.
61. Полозова Л.Г., Шиятов С.Г. Вековые колебания климата на основе анализа годичного прироста деревьев вдоль полярной границы леса // История биогеоценозов СССР в голоцене. М.: Наука. 1976. - С. 14-23.
62. Полозова Л.Г., Шиятов С.Г. Структура колебаний индексов ширины годичных колец деревьев, произрастающих вблизи полярной границы леса // Труды Главной Геофизической Обсерватории им. А.И.Воейкова. Вып. 354. Л.: Гидрометеоиздат. 1975а. С. 95-101.
63. Полозова Л.Г., Шиятов С.Г. Влияние термического режима на радиальный прирост деревьев в различных условиях их местообитания // Экология, 19756, N6. С. 30-35.
64. Рудаков В.Е. Метод изучения колебаний климата на толщину годичных колец// Докл. АН АрмССР, 1951, Т. 13, № 3, с. 75-79.
65. Сидорова О.В. Сравнительный анализ 2000-летних древесно-кольцевых хронологий по востоку Таймыра и северо-востоку Якутии. // Материалыконференции молодых ученых "Исследования компонентов лесных экосистем Сибири", 2001. Вып. 3, - С. 85-88.
66. Сидорова О.В., Наурзбаев М.М. Реакция на климатические изменения лиственницы Каяндера на верхней границе леса и в долине реки Индигирки // Лесоведение, 2002. № 2. - С. 73-75.
67. Сидорова О.В., Наурзбаев М.М. Хронология вулканических извержений, зафиксированная в годичных кольцах деревьев Субарктики восточной Сибири // Тезисы докладов II совещания. Экология пойм Сибирских рек и Арктики, Томск, 2000. С. 10.
68. Симачев И.В., Ваганов Е.А., Высоцкая Л.Г. Дендроклиматический анализ роста лиственницы в зоне выбросов Норильского горнометаллургического комбината // География и природные ресурсы, 1992. -№ 4.- С. 65-73.
69. Соколов В.А. Основы управления лесами Сибири // Изд. СО РАН, Красноярск, 1997,308 с.
70. Троицкий В.А. Записки Харитона Лаптева // изд. «Мысль», Москва, 1982, 31 с.
71. Тюлина Л.Н. Лесная растительность Хатангского района у ее северного предела // Тр. Аркт. Ин-та, 1937, Т.:63, с. 83-180
72. Украинцева В.В. Новые палеоботанические и палинологические свидетельства раннеголоценового потепления климата в высоких широтах Арктики // Ботан. Журн, 1990. Т. 75. - № 1. - С. 70-73.
73. Урванцев H.H. Следы четвертичного оледенения центральной части севера Сибири // Труды ГТРУ, Л., 1931.
74. Фильрозе Е.М., Гладушко Г.М. Способ проявления границ и структуры годичных колец // Дендрохронология и дендроклиматология. -Новосибирск: "Наука". 1986.-С. 68-71.
75. Хантемиров P.M. Древесно-кольцевая реконструкция летних температур на севере Западной Сибири за последние 3248 лет // Сиб. Экол. Журн., 1999. -№ 2.- С. 185-191.
76. Хантемиров P.M. Реконструкция изменений климата и динамики лесотундровых экосистем на Ямале с использованием сверх-длительнойдревесно-кольцевой хронологии // Тезисы докладов Всероссийскогосовещания, Иркутск, 2000. С. 99.
77. Хантемиров P.M., Горланова JI.A., Шиятов С.Г. Можжевельник сибирский (Juniperus sibirica Burgsd.)-HOBbm перспективный вид в дендроклиматологии // Тезисы докладов Всероссийского совещания, Иркутск, 2000. С. 98.
78. Хантемиров P.M., Горланова JI.A., Шиятов С.Г. Патологические структуры в годичных кольцах можжевельника сибирского (Juniperus sibirica Burgsd.) и их использование для реконструкции экстремальных климатических событий // Экология. 2000. № 3. С. 185-192.
79. Хантемиров P.M., Сурков АЛО. 3243-летняя древесно-кольцевая реконструкция климатических условий для севера Западной Сибири // Проблемы общей и прикладной экологии.- Екатеринбург, 1996.- С. 266278.
80. Хантемиров P.M., Шиятов С.Г. Основные этапы развития древесной растительности на Ямале в голоцене // Экология. 1999. № 3. С. 163-169.
81. Харук В.И., Им С.Т., К.Дж. Рэнсон, Наурзбаев М.М. Экспансия лиственницы в тундру по данным космосъемки // ДАН, 2004, Т.398, №3, с. 404-408
82. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами М.: "Мир", 1973.-947 с.
83. Хотинский H.A. Голоцен Северной Евразии // М.: Наука, 1977, 198 с.
84. Черных Н.Б. Дендрохронология и археология // Изд.-во "ИОХ", М., 1996. -213 с.
85. Шведов Ф.Н. Дерево как летопись засух // Метеорологический вестник, 1892, №5.
86. Шишов В.В. Статистическая связь между проявлениями "Эль Ниньо" и летней температурой в Субарктике Сибири // ДАН, 2000. - Т. 375-5. - С. 676-679.
87. Шишов В.В., Ваганов Е.А., Хьюз М.К., Корец М.А. Пространственная изменчивость прироста древесных растений на территории Сибири в последнем столетии.// Докл. АН — М.: ДАН, 2002. Т.387, №5. С. 690-693.
88. Шиятов С.Г. Верхняя граница леса на полярном Урале и ее динамика в связи с изменениями климата // Докл. Первой науч. Конф. Молодых специалистов-биологов. Свердловск: Ин-т биологии УФ АН СССР, 1962. - С. 37-48.
89. Шиятов С.Г. Возрастная структура и формирование древостоев лиственничных редколесий на верхней границе леса в бассейне реки Соби (Полярный Урал) // География и динамика растительного покрова. Труды Ин-та биологин УФ АН СССР. 1965а. Вып. 42. С. 81-96.
90. Шиятов С.Г. Рост лиственницы в высоту в течение вегетационного периода на верхней границе леса в горах Полярного Урала // Труды Ин-та биологии УФ АН СССР. 19656. Вып.43. С. 249-253.
91. Шиятов С.Г. Колебания климата и возрастная структура древостоев лиственничных редколесий в горах Полярного Урала // Растительность лесотундры и пути ее освоения. Л.: Наука, Ленинград, отд-ние. 1967а. С. 271-278.
92. Шиятов С.Г. О некоторых особенностях роста древесных растений на верхнем и полярном пределах лесов // Вопросы древесного прироста в лесоустройстве. Каунас. 19676. С. 107-111.
93. Шиятов С.Г. К методике расчета индексов прироста деревьев // Экология, 1970, N 3. С. 85-87
94. Шиятов С.Г. Дендрохронология и ее применение // Проблемы экспертизы растительных объектов. М. 1972а. С. 45-53.
95. Шиятов С.Г. Изучение снежного покрова и его влияния на растительные сообщества Крайнего Севера // Изучение биогеоценозов тундры и лесотундры. Л.: Наука. 19726. С. 40-43.
96. Шиятов С.Г. Дендрохронологическая шкала кедра сибирского на северной границе его произрастания в долине р. Таз // Лесоведение, 1973. -№ 4. С. 40-45.
97. Шиятов С.Г. Длительная дендрохронологическая шкала по лиственнице сибирской для низовья р.Таза // Записки Свердловского отделения ВБО. Вып. 7. 1977, С. 16-21.
98. Шиятов С.Г. Датировка деревянных сооружений Мангазеи дендрохронологическим методом // Мангазея. Мангазейский морской ход. Л: Гидрометеоиздат, 1980. 4.1. - С. 93-107.
99. Шиятов С.Г. Опыт реконструкции динамики верхней границы леса на Полярном Урале за последнее тысячелетие // Тез. Докл. Всесоюзн. Конф.
100. Растительный покров субарктических высокогорий и проблема арктоальпийских флористических связей". Апатиты. 1984. С. 38-39.
101. Шиятов С.Г. Экологические типы верхней границы леса на Урале // Ботанические исследования на Урале. Свердловск. 1984а. С. 39-41.
102. ИЗ. Шиятов С.Г. Циклическая динамика предтундровых лесов и ее использование при планировании лесохозяйственных мероприятий // Материалы Отчетной сессии по итогам НИР Архангельского ин-та леса и лесохимии за 1983. Архангельск. 1984в. С. 94-95.
103. Шиятов С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале, М. Наука, 1986.- 136 с.
104. Шиятов С.Г., Мазепа B.C. Цикличность радиального прироста деревьев в высокогорьях Урала // Дендрохронология и дендроклиматология.-Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986. С. 134-160.
105. Шиятов С.Г., Ваганов Е.А. // Сибирский экологический журнал, 1998. -№4.
106. Эйгенсон М.С. Очерки физико-географических проявлений солнечной активности // Львов: Изд-во Львов. Ун-та, 1957. 229 с.
107. Andreev A.A., Siegert C., Klimanov V.A., Derevyagin A.U., Shilova G.N., Melles M. Late Pleistocene and Holocene vegetation and climate on the Taymyr lowland, northern Siberia // Quaternary research, 2002.-№ l.-Vol. 57.-P. 138150.
108. Baillie M.G.L. Dendrochronology and the chronology of the Irish Bronze Age // Tree-ring evidence of climatic change in northern Eurasia during the last 2000 years. 1997. P. 30-37.
109. Baillie M.G.L. Dendrochronology raises questions about the nature of the A.D. 536.- 1994.
110. Baillie, M.G.L. 'Exodus to arthur, catastrophic encounters with comets,' Bastrop Ltd., 1999.
111. Barber, V.A., Juday, G.P., Finney, B.P. Reduced growth of Alaskan white spruce in the twentieth century from temperature-induced drought stress. Nature, 2000, №405, pp. 668-673.
112. Bauch J. Tree-ring chronologies for the Netherlands. // DE., 1978.
113. Bebber A., Corona E. Nota dendrochronologica su una trave di tasso // Dendrochronologia, 1986. № 4.
114. Becker B. An 11000-year German oak and pine dendrochronology for radiocarbon calibration // Radiocarbon, 1993. V. 35. P. 201-213.
115. Becker B., Schmidt B. Extention of the European Oak chronology to the past 9224 years // PACT. № 29. 1990. - V.2.
116. Bradley R. S. Many citations support global warming trend // Science, 2001, 292, p. 2011
117. Bradley R.S. Paleoclimatology. Reconstructing climate of the quaternary // International geophysics Series. 1999. V. 64. - 613 p.
118. Bradley R.S. Past global changes and their significance for the future // Quaternary Science Reviews, 2000, No. 19, p. 391-402
119. Bradley R.S., Jones P.D. Records of explosive volcanic eruptions over the last 500 years // In Bradley R.S., Jones P.D. (Eds.), Climate since A.D. 1500. Routledge, New York, 1992. P. 606-622.
120. Bradley, R.S. and Jones, P.D. "Little Ice Age" summer temperature variations: their nature and relevance to recent global warming trends // The Holocene, 1993, V3, pp. 367-376
121. Briffa K.R. Annual climate variability in the Holocene: interpreting the message of ancient trees // Quaternary Science Reviews, 2000. — 19. P. 87105.
122. Briffa K.R., Jones P.D., Bartholin T.S., et al. Fennoscandian summers from AD 500: temperature changes on short and long timescales // Climate Dynamics, 1992. № 7. - P. 111-119.
123. Briffa K.R., Jones P.D., Schweingruber F.H. et al. Climatic variations and forcing mechanisms of the last 2000 years (Jones P., Bradley R, Jouzel J, Eds.). Berlin, Springer-Verlag, 1996 a. P. 9-41.
124. Briffa K.R., Jones P.D., Schweingruber F.H., Osborn T.G. Influence of volcanic eruptions on Northern Hemisphere summer temperatures over the past 600 years // Nature, 1998. 393. - P. 450-455.
125. Briffa K.R., Jones P.D., Schweingruber F.H., Osborn T.J., Shiyatov S.G., Vaganov E.A. Reduced sensitivity of recent tree-growth to temperature at high northern latitudes // Nature, 1998 a. 391. - P. 672-682.
126. Briffa K.R., Jones P.D., Shiyatov S.G., Schweingruber F.H., Cook E.R. Unusual twenyieth-century warmth in a 1000-year temperature record from Siberia//Nature, 1995. V. 376.-P. 156-159.
127. Bruckner E. Limaschwankungen seit 1700 nebst Bemerkungen über die Klimashwankungen der Diluvialzeit. Geogr. Abh. A. Penk, Wien, 1890. - Bd. 4.H2, S.- 155-485.
128. Carrer M., Urbinati C. A chronology of Pinus cembra (L.) in the Italian Eastern Alps // Dendrochronologia, 1996. Vol. 14. - P. 209-215.
129. Cook E.R. A Time Series Analysis Approach to Tree-Ring Standartization // Unpuplished Ph.D. Dissertation, University of Arizona, Tucson, AZ, USA, 1985.
130. Cook E.R., Buckley B.M., D'Arrigo R.D. Warm season temperatures since1600 BC reconstructed from Tasmanian tree-rings and their relationship to large-scale sea-surface temperature anomalies // Climate Dynamics, 1999, (in press).
131. Cuffey K.M., Marshal S.J. Substantial contribution to sea-level rise during the last interglacial from Greenland ice sheet // Nature, 2000. 404. - P. 591594.
132. Dahl-Jensen D., Mosegaard K., Grundestrup N. et al. Past temperatures directly from the Greenland ice sheet // Science, 1998,282, p. 268-271
133. Dansgaard W., Johnsen S.J., Reeh N., Gundestrup N., Clausen H.B., Hammer C.U. Climatic changes, Norsemen and modern man. //Nature. 255. 1975. P. 24-28.
134. Dansgaard, W., J.W.C. White, and S.J. Johnsen. 1989. The abrupt termination of the Younger Dryas climate event. Nature 339:532-533.
135. D'Arrigo, R.D., Jacoby, G.C. 1991. A 1000-year record of winter precipitation from northwestern New Mexico, USA: a reconstruction from tree-rings and its relation to El Nino and the Southern Oscillation. The Holocene 1(2): 95-101.
136. De Silva S.L., Zielinski G.A. Global influence of the AD 1600 eruption of Huaynaputina, Peru. Nature, 1998. 393. - P. 455-458.
137. Diaz H.F., Kiladis G.N. Atmospheric teleconnections associated with the extreme phases of the Southern Oscillation. In: Diaz, H.F., Markgraf V. (Eds.), El Nino. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1992. P. 7-28.
138. Douglass A.E. Climatic cycles and tree-growth. A study of the annual rings of trees in relation to climate and solar activity. Washington: Carnegie Inst., 1919. Vol. 1.- 127 p.
139. Douglass A.E. Climatic cycles and tree-growth: A study of the annual rings of trees in relation to climate and solar activity. Wash., Carnegie Inst., 1928. -Vol.2. 166 p.
140. Eckstein D. Dendrochronological Dating of the Medieval Settlement of Haithabu // DE, 1978.
141. Eckstein D., Baillie M.G.L., Egger H. Handbooks for archaeologists. // Dendrochronological Dating, 1984, №2.
142. Erlandsson S. Dendrochronological studies // Upsala: Almqvist and Wiksells, 1936.- 119 p.
143. Eronen M., Hyvarinen H., Zetterberg P. Holocene changes in humidity inferred from lake sediment and submerged Scots pine dated by tree rings in northern Finnish Lapland // The Holocene, 1999. № 9. - P. 569-580.
144. Esper J., Cook E.R., Schweingruber F.H. Low-frequency signals in long tree-ring chronologies for reconstructing past temperature variability // Science, 2002. 295. P. 2250-2253.
145. Fletcher J. Tree-ring chronologies for the 6th to 16th centuries for oaks of southern and eastern England // Journal of Archaeology Science, 1997. № 4. -P. 335-352.
146. Fritts H.C. Computer programs for tree-ring research // Tree-Ring Bulletin 1963. 25.-P. 2-6.
147. Fritts H.C. and Wu X. A comparison between response function analysis and other regression techniques // Tree-Ring Bulletin, 1986. 46. - P. 31-46.
148. Fritts H.C. Reconstruction Large-scale Climatic Patterns from Tree-Ring Data // University of Arizona Press. Tucson-London, 1991.286 p.
149. Fritts H.C. Tree-rings and climate. London; New York; San Francisco: Acad. Press, 1976.-567 p.
150. Genova, Fuster M. Pointer years in central Spain for the last 400 years // Intern. Conf. on Dendrochronology for the Third Millennium (abstracts). Mendoza, Argentina, 2000. P. 18.
151. Graybill D.A., Shiyatov S.G. Dendroclimatic evidence from the northern Soviet Union // Climate Since A.D. 1500 / Eds. R.S. Bradley, P.D. Jones. -London; New York: Routledge, 1992. P. 397-401.
152. Grissino-Mayer H.D. A 2129-year reconstruction of participation for northwestern New Mexico, U.S.A. In: Dean J.S. Meko D.M., Swetnam T.W. (Eds.). Tree-rings, environment and humanity. Radiocarbon, University of Arizona Press, Tucson, 1996. P. 191-204.
153. Grootes, P.M., M. Stuiver, J.W.C. White, S.J. Johnsen, and J. Jouzel. 1993. Comparison of oxygen isotope records from the GISP2 and GRIP Greenland ice cores // Nature, 366. P. 552-554.
154. Grudd H., Briffa K.R., Karlen W., Bartholin T.S., Jones P.D., Kromer B. A 7400 year tree-ring chronology in northern Swedish Lapland: natural climatic variability expressed on annual to millennial timescales // The Holocene, 2002. 12.6.-P. 657-665.
155. Guiot J. ARMA techniques for modeling tree-ring response to climate and for reconstructiong variations of paleoclimates. Ecological Modeling, -1986. -№33.-P. 149-171.
156. Gunnarson B.E. Lake level changes indicated by Dendrochronology on subfossil pine, Jamtland, central Scandinavian mountain range, Sweden // Intern. Conf. on Dendrochronology for the Third Millennium (abstracts). -Mendoza, Argentina, 2000. P. 102.
157. Hammer C., Mayenski P.A., Peel D., Stuiver M. Greenland summit Ice core //J. of Geophysical Research. 1997. 102 (012). 26. P. 315-26.
158. Hantemirov R.M., Shiyatov S.G. A continuous multimillennial ring-width chronology in Yamal, northwestern Siberia // The Holocene. 2002. V. 12, №. 6. -P. 717-726.
159. Hattenschwiler S., Korner C. Responses to recent climate ofPinus sylvestris and Pinus Cembra within their mountain transition zone un the Swiss Alps // J. Veg. Sci., 1995. Vol. 6. - P. 368-375.
160. Hollstein E. Wood technology and the dating of oak: West German chronologies for oak and beech. // DE, 1978.
161. Holmes R.L. Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement // Tree-ring Bulletin, 1983. V. 44. - P. 69-75.
162. Huber B. Uber die Sicherheit jahrringchroologischer datierung // Holz als. Roh-und Werkstoff. Goettingen-Heideldberg., 1943, Jg. 6, H 10/12, s. 263-268.
163. Hughes M.K. Tree Rings. From the Past to the Future. Proc. Int. Symp. On Asian and Pacific Dendrochronology, FFPRI, Tsukuba, 1995. P. 1-7.
164. Hughes M.K., Diaz H.F. Was there a "Medieval Warm Period" and if so, where and when? Climatic Change, 1994. 26. - P. 109-142.
165. Hughes M.K., Graumlich L.J. Multimillennial dendroclimatic studies from the western United States. In Jones P.D., Bradly R.S., Jouzel J (Eds). Climatic variations and forcing mechanisms of the last 2000 years. Springer, Berlin, 1996.-P. 109-124.
166. Hughes M.K., Vaganov E.A., Shiyatov S.G., Touchan R., Funkhouser G. Twentieth-century summer warmth in northern Yakutia in a 600-year context // The Holocene, 1999. 9,5. - P. 603-608.
167. Huntley, B., Prentice, I.C. July temperatures in Europe from Pollen data, 6000 years before present // Science 1988. 241. P. 687- 690.
168. Humlum O. Late-Holocene climate in central west Greenland: meteorological data and rock-glacier isotope evidence // The Holocene, 1999. 9(5).-P. 581-594.
169. IGBP-NES. Working Plan., IGBP-NES Secretariat, Stockholm, 1996.
170. Jacoby G.C., D' Arrigo R. Reconstructed Northern Hemisphere annual temperature since 1671 based on high-latitude tree-ring data from North America. J J Climate Change, 1989. № 14. - P. 39-59.
171. Jacoby G.J., D' Arrigo D.D., Davaajamts T.S. Mongolian tree rings and 20 th century warming//Science 1996. -273.-P. 771-773.
172. Jahrig M. Dating for archaeological research in the GDR. // DE. 1978.
173. Jones P.D., Briffa K.R., Barnett T.P., Tett S.F.B. High-resolution palaeoclimatic records for the last millennium: interpretation, integration and comparison with General Circulation Model control-run temperatures // The Holocene, 1998(4). P. 455-471.
174. Jones, P.D. Hemispheric surface air temperature variations: a reanalysis and an update to 1993 //J. Climate, 1994,-7.-P. 1794-1802.
175. Kaennel M., Schweingruber F.H. Multilingual glossary of dendrochronology. Bern Switzerland: Paul Haupt publishers, 1995. 467 p.
176. Kelly P.M., Jones P.D., Sear C.B., et al. Monthly Weather Review, 1982. -110.-P. 71-83.
177. Kirchhefer A.J. Reconstruction of summer temperatures from tree-rings of Scots pine (Pinus sylvestrius L.) in coastal northern Norway // The Holocene, 2001.- 11.1.-P. 41-52.
178. Kullman L. Short-term dynamics approach to tree-limit and thermal climate; evidence from Pinus sylvestris in the Swedish Scandes // Ann. Bot. Fenn., 1986. -Vol. 25.-P. 219-227.
179. Lamb H.H. Climate: Present, Past and Future. Vol.2. Climate History and Future // London, Methuen, 1977. 603 p.
180. Lara A. and Villalba R. 1993. A 3620-year temperature record from Fitzroya cupressoides tree rings in Southern south America // Science, 1993. 260. - P. 1104-1106.
181. Lean, J., J. Beer and R.S. Bradley: Reconstruction of solar irradiance since A.D. 1600: implications for climate change // Geophysical Research Letters, 1995. 22.-P. 3195-3198.
182. Liese W., Yuber B. Pioneer of European Dendrochronology // DE. 1978.
183. Linderholm H. Peatland pines as climate indicators — a regional study of scots pine in Sweden // Intern. Conf. on Dendrochronology for the Third Millennium (abstracts). Mendoza, Argentina, 2000. - P. 130.
184. Lindholm M., Eronen M., Merilainen J., Zetterberg P. A tree-ring record of past summer temperatures in northern Finish Lapland // Fennoscandia Archaeologia, 1995. 12. - P. 95-101.
185. Luckman B.H., Briffa K.R., Jones P.D., Schweingruber F.H. Tree ring based reconstruction of summer temperatures at the Columbia Ice field, Alberta, A.D. 1073-1983 //The Holocene, 1997.-7. P. 375-389.
186. MacDonald, Glen M., Edwards, Tom W.D., Moser, Katrina A., Pienitz, Reinhard, Smol, John P. Rapid response of treeline vegetation and lakes to past climate warming // Nature 1993. 361. P. 243- 246.
187. Mann M.E., Bradley R.S., Hughes M.K. Global scale temperature patterns and climate forcing over the past six centuries // Nature, 1998. № 392/23. - P. 779-787.
188. Mann M.E., Bradley R.S., Hughes M.K. Northern Hemisphere during the past millennium: inferences, uncertainties, limitations // Geophisical Research Letters, 1999. 26. P. 759-762.
189. Mann M.E., Gille E., Bradley R.S., Hughes M.K., Overpeack J.T., Webb R.S., Keimig F.T. Annual temperature patterns in past centuries: an interactive presentation // Earth Interactions, 2000,4-4. P. 1-29.
190. Meese D A., Alley R B, Gow A. J., Grootes P., Mayewski PA., Ram M., Taylor K.C., Waddington ED., and Zielinski G. The accumulation record from the GISP2 core as an indicator of climate change throughout the Holocene, Science, 1994.266. P. 1680-1682.
191. Meese, D.A., A.J. Gow, R.B. Alley, G.A. Zielinski, P.M. Grootes, M. Ram, K.C. Taylor, P.A. Mayewski, and J.F. Bolzan The Greenland Ice Sheet Project 2 depth-age scale: Methods and results // Journal of Geophysical Research, 1997. 102: P. 26411-26423.
192. Methods of Dendrochronology. Applications in the environmental sciences / Eds. Cook E.R., Kairiukstis L.A.- Dordrecht; Boston; London: Kluwer Acad. Publ., 1990. -394 p.
193. Myneni R.B., Keeling C.D., Tucker C.J., Asrar G., Nemani R.R. Increased plant growth in the northern high latitudes from 1981-1991 //Nature, 1997. № 377. - P. 388-392.
194. Nasland M. Den gampo norrlandska granskogens reaktionformaga efter genomhugning//"Medd. fr. Stat. Skogsforsoksanst", 1942, 331 H.
195. Naurzbaev M.M, Vaganov E.A. Variation of summer and annual temperature in the East of Taymir and Putoran (Siberia) over the last two millenia inferred from tree-rings // Journal of Geophysical Research, Vol. 105, 2000. №6.-P. 7317-7327.
196. Naurzbaev M.M., Hughes M.K., Vaganov E.A. Tree-ring age curves as sources of climatic information // Quaternary Research, 2004, Volume 62, Issue 2.-P. 126-133.
197. Naurzbaev M.M., Vaganov E.A., Sidorova O.V., Schweingruber F.H. Summer temperatures in eastern Taimyr inferred from a 2427-year late-Holocene tree-ring chronology and earlier floating series // The Holocene, 2002.№12.6.-P. 727-736.
198. Overpeck J., Hughen K., Hardy D. et al. Arctic environmental change of the last four centuries//Science, 1997, 278(14).-P. 1251-1256.
199. Pilcher J.R, Baillie M.G.L., Schmidt B and Becker B. A 7272-year tree-ring chronology for Western Europe//Nature, 1984. № 312. - P. 150-152.
200. Richter K., Eckstein D. Estudio dendrochronologico e Espana // Dendrochronologia, 1986. № 4.
201. Rinn F. Tsap V 3.6 Reference manual: computer program for tree-ring analysis and presentation // Bierhelder weg 20, D-69126, Heidelberg, Germany, 1996.-263 p.
202. Schweingruber F.H. Tree rings and environment dendroecology. Bern, Stuttgart, Vienna, Paul Haupt Publ., 1996. 609 p.
203. Schweingruber F.H., Naurzbaev M.M., Briffa K.R., Loosi H.H. The dendrochronological of Holocene wood from the polar tree limit in Taimyr, Russia//IAWA J. 1996 a.
204. Schweingruber, F.H. and Briffa, K.R. Tree-ring density networks for climate reconstruction // In (P.DJones, R.S.Bradley and J.Jouzel, Eds.) Climatic Variations and Forcing Mechanisms of the Last 2000 Years, Springer-Verlag, Berlin, 1996.-P. 43-66.
205. Schweingruber F.H. Tree Ring: Basics and Applications of Dendrochronology. Reidel. Publ, Dordrecht, 1988, 276 pp.
206. Shiyatov S.G. Reconstruction of climate and the upper timberline dynamics since A.D. 745 by tree-ring data in the Polar Ural Mountains // Intern. Conf. on Past, Present and Future Climate. Helsinki: Acad. Publ, 1995. - № 6. - P. 144147.
207. Shiyatov S.G., Mazepa V.S. Natural fluctuations of climate in the eastern regions of the USSR based on tree-ring series // Collaborative Paper. Regional Resource Managment. Vol.1. Laxenburg, Austria. 1986,47-73 pp.
208. Shiyatov S.G., Mazepa V.S., Vaganov E.A., Schweingruber F.H. // Radiocarbon, 1996. P. 61-70.
209. Southon J. A radiocarbon Perspective on Greenland Ice-Core Chronologies? Can We Use Cores for 14C Calibration? // Radiocarbon, 2004, No 46(3). P. 1239-1260
210. Sowers, T., M. Bender, L. Labeyrie, D. Martinson, J. Jouzel, D. Raynaud, J.J. Pichon, and Y.S. Korotkevich A 135,000 year Vostok-SPECMAP common temporal framework // Paleoceanography, 1993, No 8, pp. 737-766
211. Stothers R. Climatic and demographic consequences of the massive volcanic eruption of 1258. Climatic Change, 2000. 45. - P. 361-374.
212. Stothers R. The great Tambora eruption in 1815 and its aftermath // Science, 1984.-№224.-P. 1191-1198.
213. Stothers R. Volcanic dry fogs, climate cooling and Plague pandemics in Europe and the Middle east // Climate change, 1999. № 42. - P. 713-723.
214. Stuiver K.M., Grootes P.M. GISP2 oxygen Isotope Ratios // Quaternary Research. 2000. № 53. P. 277-284.
215. Stuiver M., Reimer P.J. Extended I4C data based and revised Calib. 3.0 14C age calibration program // Radiocarbon, 1993. № 35. - P. 215-230.
216. Stuiver, M., Braziunas, T. F., Grootes, P. M., and Zielinski, G.A. Is there evidence for solar forcing of climate in the GISP2 oxygen isotope record // Quaternary Research, 1997. V. 48. P. 259-266
217. Stuiver, M., P.M. Grootes, and T.F. Braziunas The GISP2 180 climate record of the past 16,500 years and the role of the sun, ocean and volcanoes // Quaternary Research. 1995.44. P. 341-354.
218. Swetnam T.W., Betancourt J.L. Mesoscale disturbance and ecological response to decadal climatic variability in the American southwest // Journal of Climate 11, 1998. P. 2138-3147.
219. Thompson L.G. Ice-core records with emphasis on the global record of the last 2000 years // Global changes of the past (R. Bradley, ed.), UCAR/OIES, Boulder, Colorado, 1989. P. 201-224.
220. Urbinati C., Carrer M., Sudiro S. Dendroclimatic response variability of Pinus cembra L. in upper timberline forests of Italian Easten Alps // Dendrochronologia, 1997.-Vol. 15.-P. 1-16.
221. Vaganov E.A., Hughes M.K., Kirdyanov A.V. et al. Influence of snowfall and melt timing on tree growth in subarctic Eurasia // Nature, 1999. 400. - P. 149-151.
222. Vaganov E.A., Naurzbaev M.M., Schweingruber F.H., Briffa K.R. and Moell M. An 840-year tree-ring width chronology for Taymir as an indicator of summer temperature changes // Dendrochronologia 1996, 14. P. 193-205.
223. Villalba R., Lara A., Boninsegna J.A., Aravena J.C. Millennial temperature reconstructions in southern South America, 1999 (in preparation).
224. Zetterberg P. Dendrochronological dating in Finland // PACT, 1992, № 36.
225. Zetterberg P. Dendrochronological dating of the timber of the medieval stone church of Lempaala in Satakunta, Southern Finland // Fennoscandia archaeologia. Helsinki, 1988.
226. Zielinski G.A. Use of paleo-records in determining variability within the volcanism-climate system. Quaternary Science Reviews, 2000. — 19. P. 417-438.
-
Наурзбаев, Мухтар Мухаметович
-
доктора биологических наук
-
Красноярск, 2005
-
ВАК 03.00.16
- Закономерности пространственно-временной изменчивости прироста лиственницы на севере Средней Сибири
- Радиальный прирост древесных растений как показатель увлажнения на юге Сибири
- Пространственно-временная изменчивость радиального прироста хвойных видов деревьев в субарктических районах Евразии
- Влияние климатических факторов и условий произрастания на изменчивость радиального прироста и структуры годичных колец
- Изменчивость режима увлажнения степной зоны Западного Забайкалья по геоэкологическим данным
