Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Моделирование стока и эмиссии СО2 в основных типах лесов России

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Моделирование стока и эмиссии СО2 в основных типах лесов России"

ИНСТИТУТ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА И ЭКОЛОГИИ ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи СЧС' УДК 577.4:634.9(47+57)

^ ЛЕлкМн АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ СТОКА И ЭМИССИИ С02 В ОСНОВНЫХ ТИПАХ ЛЕСОВ РОССИИ.

11.00.11 — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов (физико-математические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Институте глобального климата и экологии Росгидромета и РАН

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук,

Кокорин Алексей Олегович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук С.М. Семёнов (ИГКЭ), доктор географических наук М.В. Глазов (ИГАН).

Ведущее учреждение:

Государственный гидрологический институт.

Защита диссертации состоится "18" ноября 1998 г. в 14 часов на заседании Специализированного совета К 003.36.01 по специальности 11.00.11 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" в Институте глобального климата и экологии по адресу: 107258, Москва, ул. Глебовская, Д.20-Б.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института глобального климата и экологии по адресу: 107258, Москва, ул. Глебовская, Д.20-Б.

Ваш отзыв в 2-х экземплярах, заверенный печатью, просим отправлять по адресу: 107258, Москва, ул. Глебовская, Д.20-Б, Спецсовет ИГКЭ.

Автореферат разослан "30" сентября 1998 г.

Учёный секретарь Специализированного совета

кандидат геолого-минералогических наук Т.Г. Орлова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Леса России покрывают около 763 млн. га (или, примерно í-5% площади страны). Они играют ключевую ландшафтообра-$уюшую экологическую роль и представляют собой гигантский эезервуар углерода. Запасы углерода на землях Лесного Фонда уцениваются как около 40 млн. т в фитомассе и 200 млн. т — ючвенный органический углерод [Исаев и др., 1995], [Кобак, 1988].

Согласно современным представлениям, бореальные леса в делом (и в том числе леса России) в настоящее время являются стоком С02 из атмосферы, кроме того, существенные климатические изменения прогнозируются именно в этих широтах. Всё это обуславливает важность изучения углеродного цикла в бореаль-1ых лесах и его взаимодействия с климатической системой.

Актуальность этой задачи получила дополнительный им-1ульс после подписания в 1992 году в Рио-де-Жанейро Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Страны-участники Кон-зенции, включая Россию, приняли на себя обязательства ограни-швать эмиссию С02 в определенных рамках, а также регулярно шформировать Мировое сообщество о ведущейся работе в спе-диальных докладах — Национальных Сообщениях. В свете при-зятых обязательств, роль лесов как поглотителей С02 из атмосферы, является для нашей страны ключевой. Проведение соответствующих детальных и максимально обоснованных расчетов становится важной практической задачей рационального исполь-ювания природных ресурсов.

Как сейчас, так и в ближайшем будущем прямые измерения ютоков С02 невозможны в столь больших масштабах. Единственным выходом является построение модели, специально ори-

ентированной на такие расчёты. Имеющиеся модели решают дру гие задачи (моделирование отдельных процессов, исследовашк небольших лесных массивов, расчёт экономического эффекта и т.п.) и не годятся для детальных крупномасштабных оценок по глощения С02 в лесах России.

Цель исследования

Целью работы является получение оценок стока/эмиссш С02 в лесных экосистемах России как в настоящее время, так и I будущем при различных сценариях климатических изменений \ влиянии изменения химического состава атмосферы на леса.

Для достижения этой цели была поставлена задача построения компьютерной модели углеродного цикла, которая объеди нила бы накопленные данные о лесных экосистемах России I единую, внутренне согласованную систему и позволила бы еде лать оценку текущих потоков С02 и прогноз на будущее.

Научная новизна

Впервые разработана крупномасштабная модель для ком плексной оценки и прогноза влияния антропогенных климатических и экологических факторов на цикл углерода и потоки СО между атмосферой и лесными экосистемами в лесах России Главными особенностями модели являются: 1) описание полногс цикла углерода в лесной экосистеме (включая разложение, верховые и низовые пожары, зарастание гарей и др.); 2) рассмотрение крупномасштабной динамики возрастной структуры лесов; 3 учет комплекса внешних факторов, влияющих на разбаланс угле родного цикла: климатических изменений и антропогенных изменений химического состава атмосферы. В структуре модели также предусмотрена возможность учета локальных эффекта! воздействия загрязнения окружающей среды и прочих факторов.

Ряд модельных решений, в частности, представление комплекса эффектов, связанных с низовыми лесными пожарами; модельное описание роста молодых деревьев в первые годы жизни; старых деревьев во вновь образовавшемся молодом лесу; были впервые реализованы для крупномасштабного модельного описания цикла углерода.

Защищаемые положения

Построена принципиально новая динамическая модель для крупномасштабной оценки и прогноза влияния климатических факторов и изменения химического состава атмосферы на углеродный цикл в лесах России.

С помощью построенной модели получены оценки текущего и прогнозируемого стока/эмиссии С02 для различных лесных регионов России.

Практическая ценность работы

С помощью разработанной модели были проведены практически важные расчеты, которые позволили дифференцировано и детально оценить разбаланс углеродного цикла в лесных экосистемах. Впервые получены прогностические оценки влияния возможных изменений температуры, количества осадков, концентрации С02 и тропосферного озона на нетто-сток С02 в лесах России в целом и отдельно по 30 экорегионам. Такие оценки тре-эуются для подготовки Национальных Сообщений Российской Федерации по Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. эезультаты расчётов использовались при подготовке Первого и Зторого Национального Сообщения Российской Федерации.

Выявлены лесные массивы, где следует ожидать наиболее :ильных негативных последствий (наибольшего снижения нетто-;тока), что позволяет дифференцировано подойти к планирова-

нию и осуществлению мер по смягчению климатических измене ний и их последствий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объём и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключе ния. Она изложена на I(Остраницах, содержит У-6* рисунков, таблиц. Список литературы содержит наименований

Глава 1

Первая глава посвящена комплексному анализу разнород ной информации по рассматриваемой проблеме, позволившем] сформулировать требования к новой модели.

В модели, безусловно, должен описываться полный дик; углерода в лесной экосистеме, включающий как стволовую дре весину, так и ветви, корни, зеленую биомассу, сухостой и другук отмершую древесину, подстилку и почвенный гумус. За основу начальные данные, нами был взят детальный учёт [Исаев и др. 1995]. Обязательное рассмотрение подземной биомассы и гумус; является спецификой северных широт, где большая часть углерода сосредоточена именно в почве. Детализация данного резервуара также является желательной. В описываемой ниже модели мь рассматриваем два вида гумуса: лабильный и стабильный [Кобак 1988]; [Кононова, 1979], граница между которыми, конечно, очень условна. Другой спецификой северных широт являете* учёт сухостоя, так как здесь время его разложения весьма велико.

Необходимо детальное рассмотрение возрастной структуры лесов. Молодые — быстро растущие леса — представляю! собой нетто-сток, а перестойные леса, с учётом процессов разложения, — нетто-источник поступления С02 в атмосферу.

Важной чертой модели должно быть детальное описание "рубочного" и "пожарного" звеньев углеродного цикла — основных источников "возмущения" возрастной структуры лесов. Причём надо иметь возможность прямого использования соответствующих лесоучётных данных, т.е. явного описания рассматриваемых процессов в модельных уравнениях.

Принципиально важной чертой модели должен быть учет комплекса эколого-климатических внешних факторов,

влияющих на разбаланс углеродного цикла лесных экосистем России в рассматриваемом нами пространственно-временном масштабе. Под внешними факторами здесь понимаются: 1) климатические изменения; 2) антропогенное изменение химического состава атмосферы; 3) загрязнение окружающей среды, воздействие насекомых и т.п.

В контексте конечных целей данной работы в текущей версии модели расчёты были проведены с учётом первых двух групп факторов.

Для третей группы факторов в модели зарезервировано место для соответствующих блоков. Ориентировочные оценки показывают, что эти факторы дают лишь небольшую поправку к общему нетто стоку С02 в России, но резко повышают объем работы и требующихся исходных данных.

Имеющиеся для расчётов данные могут быть подразделены на пять категорий:

• Данные государственных учетов Лесного Фонда (площади лесов, их породная и возрастная структура, запасы стволовой древесины).

• Данные измерений запасов биомассы в различных элементах лесных экосистем. (Например [Исаев и др., 1995]).

• Данные о процессах роста лесов, опада и разложения органического вещества. (Например [Кобак, 1988]).

• Данные об изменениях климата и соответствующие сценарии (Например [Будыко и др., 1991], [1РСС, 1997])

• Разнородные данные о влиянии внешних факторов (климатические вариации, химический состав атмосферного воздуха и т. п.) на развитие лесов. (Например [Кокопп, Шгагоу, 1995]. [Бетепоу, КоиШа, 1996],)

Первая категория данных содержит детальную информации: о лесах с лесохозяйственной точки зрения. В нашем распоряжении имелись детальные Справочники последних Государственных Учетов Лесного Фонда России (1993 г.) и СССР (1988 г.), а также рад публикаций ВНИЦЛесресурс, в частности [Страхов и ДР-, 1996]

Недостаточная точность этих данных делает практически невозможным расчет потоков С02 при помощи прямого вычитания данных последнего и предпоследнего учета лесов. По данным учета лесов, общая площадь лесов России за 1988-1993 незначительно уменьшилась: с 771,1 до 763,5 млн. га., а в 19931995 площадь земель Рослесхоза увеличилась на 4,3 млн.га [Страхов и др., 1996]. Анализ этих изменений показывает, что это, в основном, более точное определением одних и тех же площадей и перевод части площадей, покрытых лесом, в иные категории земель.

Следует заметить, что важной и неотъемлемой частью цикла углерода в бореальных лесах являются лесные пожары. Данные о пожарах имеются только для, примерно, 60% земель Лесного Фонда. Для остальных земель обычно проводится та или иная экстраполяция данных. Эти земли —труднодоступные и малонаселенные районы Восточной Сибири и Дальнего Востока (см. например [81тс1епко е! а1., 1994]).

Вторая категория данных содержит обширные материалы измерений запасов биомассы и органического углерода, прове-

денные Базилевич, Вомперским, Исаевым, Кобак, Коровиным, Молчановым, Уткиным и другими авторами.

Детальный анализ данных о содержании живой биомассы в лесах различных лесных экосистем России был проведен в работе А.С.Исаева, Г.Н.Коровина, А.И.Уткина и др. в 1995 году [Исаев и др., 1995]. В частности ими были рассчитаны коэффициенты, характеризующие отношение общей живой биомассы лесных экосистем к запасам древесины (наземной, учитываемой при лесохо-зяйственной инвентаризации). Данные по фитомассе базировались на работе А.С.Исаева с соавторами. Данные по почвам, подстилке и мортмассе базировались на работах [Базилевич, 1993], [Кобак, 1988] и др.

Следует отметить, что данные о процессах роста лесов, опа-де и разложении органического вещества рассматриваются в данной работе исключительно с точки зрения задания параметров модели. Рост лесов разных пород и бонитетов детально описан в большом количестве работ, сводные таблицы хода роста имеются в "Справочниках таксатора". Мы использовали данные об изменении числа деревьев на 1 га и запаса древесины на 1 га. Эти данные позволяют задать в модели как скорость роста отдельного дерева, так и его смертность (вероятность гибели) в зависимости от возраста. Опад зеленой биомассы определяется как долями хвойных и лиственных пород в том или ином лесу, так и временем жизни хвои. Скорость разложения подстилки, лабильного и стабильного гумуса детально анализировалась в монографии К.И. Кобак [Кобак, 1988]. Полученные ей обобщенные данные использовались и в нашей работе.

При построении сценариев климатических факторов использовались следующие данные:

Температура: 1) Данные о трендах в прошлом, собранные во ВНИИГМИ МЦД в г. Обнинске и в ИГКЭ [№МО 1993]. 2) Сценарии МГЭИК, разработанные в последние годы [1РСС, 1996;

IPCC, 1997]. 3) Расчеты по глобальным моделям общей циркуляции атмосферы (GISS, GFDC, UKMO, OSO и некоторым другим' и палеоклиматические реконструкции выполненные в Государственном Гидрологическом Институте в С.-Петербурге.

Для хода осадков использовались те же данные, хотя надо отметить, что неопределённость этих данных существенно выше.

Сценарии изменения концентраций С02 детально рассматривались во Втором Оценочном Докладе МГЭИК [IPCC, 1996]. Для базового сценария использовались средние из предложенных там сценариев.

При рассмотрении тропосферного озона мы встретились с почти полным отсутствием соответствующих прогнозов. Имеются данные сети ЕМЕР для Европы (включая Европейскую часть России). Аналогичные данные для Азиатской части, вероятно отсутствуют. Для Азиатской части использовались экстраполяция данных сети ЕМЕР проведённая с учётом уровня промышленногс развития регионов.

Глава 2

В главе 2 описывается модель цикла углерода, построенная на основании рассмотренных в предыдущей главе требований и обзора имеющихся в настоящее время данных для ее численной реализации. Общая схема резервуаров и потоков углерода, учитываемых в модели, представлена на рисунке 1.

Резервуары, рассматриваемые без распределения по возрастам, описываются линейными дифференциальными уравнениями. Резервуары живой биомассы образуется интегрированием функций распределения по возрастам. Кроме уравнений для указанных резервуаров, модель содержит уравнения для распределения площадей лесов по возрастам. Наиболее сложные уравнения возникают при описании лесов, подвергшихся низовым пожарам.

Рисунок 1. Общая схема модели.

Здесь в добавление к распределению по возрастам введено распределение по времени после пожара. Такой подход, несмотря на значительные упрощения, позволяет описать широкий комплекс эффектов, связанных с низовыми пожарами (мгновенное и постепенное отмирание, задержка в росте).

Принципиально важным является способ описания в модели динамики покрытых лесом площадей и распределения лесов по возрастам. Модель построена в предположении, что лес может быть разбит на участки однородного леса. Основными характеристиками такого участка являются его площадь, возраст леса, запасы биомассы. К изменению границ участков приводят пожары и рубки. В модели принято предположение о единой зависимости плотности запасов биомассы от возраста леса в лесах одного эко-региона (всего леса России были разбиты на 30 экорегиопов). Это предположение позволяет работать не с отдельными участками, а с совокупностью всех участков леса одного возраста. Эту совокупность мы будем называть возрастной когортой. Каждый год когорта стареет на год и из её площади вычитается сгоревшая и вырубленная часть. Залесение гарей происходит постепенно, не

на первый же год после пожара. Поэтому кроме площадей занятых лесами различного возраста, учитываются гари различных возрастов.

Рост деревьев описывается на основе таблиц хода роста с учётом воздействия эколого-климатических внешних факторов, которые включают в себя: 1) климатические изменения в интересующем нас временном масштабе (изменение средней за вегетационный период температуры и количества осадков); 2) изменения концентрации С02 и тропосферного озона. Кроме того, учитывается воздействие климатических изменений на скорости разложения. Влияние указанных факторов учитывалось в виде поправок к скоростям процессов роста. Поэтому состояние лесов получалось в результате интегрирования дифференциального уравнения.

Стартовой точкой для расчётов была "доиндустриальная" эпоха — 1870 год. Состояние лесов тогда полагалось равновесным. Такой подход позволял учесть реальные климатические данные, данные о рубках и пожарах за прошлые годы. Кроме того условие равновесия позволяет замкнуть систему уравнений и оценить ряд недостающих данных модели (например, начальное распределение лесов по возрастам).

Необходимо отметить, что счёт с доиндустриальной эпохи использовался только для расчёта возрастного распределения и кумулятивного эффекта эколого-климатических факторов. Мы не ставили задачи детального воссоздания истории лесов за столь длительный срок. Моделировались лишь современные площади лесов на основе последних лесоучётов (1988 и 1993 год).

Глава 3

Эта глава содержит оценки современных потоков углерода, полученные в результате расчетов по модели. Заметим, что в данной работе, в соответствии с требованиями подготовки Нацио-

Рисунок 2. Оценка динамики петто-стока С02 во всех лесах России в целом, млн.тС/г.

200-|

150 -

100-

50-

л.

-50! Т" 1Ш)0 1985 1970 1975 1980 1985 1990 1995

-100

Таблица 1. Оценка петто-стока СОг го атмосферы по регионам России, млн.тС/год.

год Природно-климатический регион Россия в целом

Европейско-Уральский Западная Сибирь [ Южная Сибирь Центральная Сибирь СевероВосточная Сибирь Приморье и Приамурье

1980 27,6 12,3 18,4 6,1 1,6 5,9 71,8

1990 37,0 17,4 33,8 10,9 3,4 4,6 107,1

1993 55,2 22,7 40,7 10,3 3,6 12,0 144,6

1994 59,0 24,0 42,9 11,0 3,9 14,0 154,9

яальных Сообщений, вся вывезенная из леса древесина считалась эмиссией С02 и вычиталась из стока С02 в лесах.

В целом можно выделить три группы лесов:

1) Крупнейшие лесные массивы Центральной Сибири и севера Дальнего Востока, где уровень лесохозяйственного освоения тесов и их рубки очень невелики. Фактически эти леса находятся з состоянии близком к природному и, соответственно, разбаланс

углеродного цикла очень мал. Их существенный вклад в общи? нетто-сток (на 1993 год, примерно, 10% или 14 млн.тС/год) объясняется только их огромными размерами. Рост концентрации С02 и даже небольшое потепление для этих лесов играют важнугс роль.

2) Европейско-Уральская часть страны и леса Южной Сибири, которые характеризуются очень интенсивными рубками г лесовосстановительными мерами в прошлом, что послужилс причиной современного большого нетто-стока С02 в этих лесах (на 1993 год, 38 и 28% от общего нетто-стока соответственно).

3) Леса Западной Сибири, Приморья и Приамурья, занимающие промежуточное положение по отношению к первым двум группам как по величине удельного стока, так и по степеш хозяйственного освоения лесов.

Точность полученных оценок зависит от региона и составляет, примерно, 20-30% для лучше изученных лесов Европейской части страны и Южной Сибири и до 50% для лесов Центральной Сибири и севера Дальнего Востока (вклад которых в оцениваемый нетто-сток относительно невелик). Для оценки точности были проведены специальные расчеты, при которых входные данные варьировались в пределах их точности. Итоговая точность во многом определяется точностью задания возрастного состава лесов, натурные данные о котором наиболее неопределенны. Большое значение имеет и точность параметров, определяющих влияние концентраций С02 и тропосферного озона на рост лесов.

Вероятно несколько неожиданный вывод связан с лесными пожарами, которые ежегодно охватывают огромные территории Сибири и Дальнего Востока. Прямая эмиссия С02 при пожарах, конечно, очень существенна (около 20% нетто-стока). Однако в контексте всего цикла углерода вклад пожаров в "разбаланс" цикла для лесов России в целом невелик, так как с этой точки зрения, пожары означают лишь более быстрый "вариант" отми-

рания и разложения части биомассы с последующим ростом лесов на гарях.

Полученные данные в целом хорошо согласуются с данными других авторов ([Dixon et.al., 1994]; [Исаев и др., 1995]; [Kolchugina and Vinson, 1993]). По мнению всех авторов, леса России являются значительным нетто-стоком. Первые оценки говорили об очень большом эффекте и ежегодном нетто-стоке 300500 млн.тС/год. Однако, более поздние и детальные работы дали более скромные оценки. А.С.Исаев с сотрудниками проанализировали возрастную структуру лесов и рассчитали, что общее нет-то-поглощение углерода, обусловленное ростом лесов на всех покрытых лесом площадях равно 184 млп.тС/год. Принимая во внимание типичную точность подобных оценок, можно заключить, что наши расчеты хорошо согласуются с этой оценкой. Полученные нами оценки удельного нетто-стока (на 1 га леса) хорошо согласуются с соответствующими данными для Канады и стран Скандинавии ([Kurz and Apps, 1993], [Finland, 1997], [Sweden, 1997]). Удельные нетто-стоки C02 в лесах этих стран сопоставимы (они немного больше) с нашими оценками для районов с относительно развитым лесным хозяйством - Европейской части России и Южной Сибири.

Глава 4

В четвёртой главе приведены результаты прогностических расчётов. Для проведения таких расчётов были необходимы сценарии изменения основных параметров, учитываемых в модели. Эти факторы распадаются на две группы: 1) от того как будет восстанавливаться и развиваться лесное хозяйство страны, то есть от объемов и типов рубок, от мер по лесовосстановлению, от того насколько успешной будет борьба с лесными пожарами и т.п.; 2) от того как на процессы роста и разложения органического вещества будут влиять климатические изменения и изменения концентраций С02 и тропосферного 03.

Построение прогностических сценариев восстановления лесного хозяйства выходит далеко за рамки задач данной работы, и безусловно представляет собой очень сложную экономическук задачу. Поэтому при проведении прогностических расчетов былс решено использовать упрощённый подход. Во всех расчетах брался один и тот же сценарий, который ранее использовался в ряде работ [Израэль и др., 1997], [Филлипчук и др., 1996].

Сценарий предполагает медленный, но устойчивый рост лесного сектора экономики в 1998-2010 годах и полное восстановление к 2010 году объемов всех видов рубок на уровне 199С года. Рассматривая 2010-2040 годы, мы предположили, что вся лесохозяйственная деятельность будет на неизменном уровне 1990/2010 годов. Заметим, что этот уровень предполагает не только очень большие объемы рубок и связанного с ними экспорта древесины, но и широкомасштабные лесовосстановительные меры полностью покрывающие объемы рубок, а также дорогостоящие противопожарные мероприятия с использованием самолетов и вертолетов [81тс1епко сЬ а1., 1994; Израэль и др., 1997]. Отметим, что ценность построенной модели состоит в возможности взять любой сценарий развития лесохозяйственной отрасли и провести расчёты без доработки модели.

Оценки поглощения С02 для разных регионов России представлены на рисунке 3.

Нарастание и последующий спад стока С02 в Европейско-Уральском регионе, Южной Сибири и Приморье и Приамурье объясняется восстановлением равновесного возрастного распределения лесов. Отклонение от равновесия было вызвано интенсивными рубками в 60-70-е годы. Кроме того оказывают влияние климатические изменения. Особенно велика роль потепления в Центральной Сибири и Северо-Восточной Сибири, где оно в основном и обеспечивает рост поглощения С02.

Рисунок 3. Оценки поглощения С02 по регионам России.

70 -г

60.. 50..

5 404

30.. 20.. 10.. 0

Евроиейско-Уральский

Южная Сибирь

Западная Сибирь ¥1 ~ ~

Центральная Сиоирь_

Приморье^ Приамурье__ Северо-Востбчная Сибирь

1990

2000

2010

2020

2030

2040

Необходимо отметить, что в отдельных экорегионах (лесах определённого типа в рамках того или иного региона) динамика нетго-стока С02 может различаться и в ряде мест она далеко не столь благополучна, как для региона в целом. Так, например, смешанные леса Европейско-Уральского региона могут стать источником, а не стоком С02.

Для оценки неопределённости полученных результатов были произведены расчёты по минимальным и максимальным сценариям по 4 факторам: изменение температуры, количества осадков, концентрации С02 и тропосферного озона. Имеющиеся сценарии, безусловно, весьма неточны и получаемые результаты фактически являются оценкой неопределенности наших средних прогностических оценок. Был проведён большой объём вычислений: для каждого из 30 экорегионов по 8 прогностических расчетов, попарно для 4 факторов.

Для Европейско-Уральского региона выбор сценария потепления и сценария изменения количества осадков почти не влияет на прогноз нетто-стока С02. С другой стороны, влияние выбора сценариев роста концентраций С02 и 03 весьма велико. Максимальный С02 сценарий прогнозирует прекращение снижения нетто-стока, примерно в 2020 году, и затем его постепенный рост. Минимальный сценарий приводит к быстрому снижению нетто-стока после 2010 года, особенно в 2030-ые годы. Влияние "озоновых" сценариев почти также велико, но противоположно по знаку.

Нетто-сток С02 в лесах Западной Сибири также слабо зависит от сценариев потепления и изменения количества осадков. Однако, в отличие от Европейско-уральского региона зависимость от сценария роста концентрации озона не очень велика, на 2020 год размах примерно ± 10%.

Для лесов Южной Сибири вероятно ожидать тех же зависимостей, как и для лесов Западной Сибири. Прогнозируемое по среднему сценарию снижение нетто-стока (см. Рис. 2) может смениться его ростом только при максимальном сценарии роста концентрации С02 и только после 2020 года. Неопределенность, вносимая озоновым сценарием здесь выше, чем в Западной Сибири.

Для лесов Центральной и Северо-Восточной Сибири наблюдается принципиально иная ситуация. Очень холодный климат и малая вероятность интенсивного экономического развития региона приводят к тому, что здесь выбор сценария потепления столь же важен как и сценарий роста концентрации С02. С другой стороны, можно отметить, что существенные расхождения между сценариями отмечаются только после 2020 года. Выбор сценария изменения количества осадков играет небольшую роль.

Прогностические оценки для лесов Приморья и Приамурья обладают рядом особенностей: небольшая зависимость от сцена-

рия потепления, но существенная зависимость от количества осадков. Рост осадков в целом приводит к негативному эффекту.

В результате, наибольший размах прогностических оценок нетто-стока С02 может быть оценен как 100-180 млн.тС/год в 2020 году и 70-250 млн.тС/год в 2040 году.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Разработана крупномасштабная модель для комплексной оценки и прогноза влияния антропогенных факторов на цикл углерода и потоки С02 между атмосферой и лесными экосистемами в лесах России.

2) С помощью разработанной модели были проведены практически важные расчеты, которые позволили дифференцировано и детально оценить разбаланс углеродного цикла в лесных экосистемах. В целом разбаланс представляет собой нетто-сток С02 из атмосферы* - 145 млн.тС/год (1993). Согласно проведенным оценкам в 1990-1993 нетто-сток резко вырос.

3) Получены прогностические оценки влияния возможных изменений температуры, количества осадков, концентрации С02 и тропосферного озона на нетто-сток С02 в лесах России в целом и отдельно по 30 экорегионам. Показано, что в целом, можно ожидать небольшого, порядка 10%, роста нетто-стока С02 в 1995-2000 годах и практически такого же снижения в 2000- 2010 годах, после чего, до 2040 года вероятна стабилизация нетто-стока на уровне 150 млн.тС/год.

4) Выявлены лесные массивы, где следует ожидать наиболее сильных негативных последствий (наибольшего снижения

* В соответствии с требованиями подготовки Национальных Сообщений вся вывезенная из леса древесина считалась эмиссией С02 и вычиталась из нетто стока С02.

нетго-стока), что позволяет дифференцировано подойти к планированию и осуществлению мер по смягчению климатических изменений и их последствий. К таким массивам относятся: южнотаежные, среднетаежные и, особенно, смешанные леса Европейско- Уральской части страны; южнотаежные леса юга Сибири и Дальнего Востока.

5) С помощью многовариантных прогностических расчетов выполнена оценка степени неопределенности получаемых прогнозов, выявлено какие пробелы в имеющихся климатических сценариях приводят к наибольшим неопределенностям прогнозов нетто-стока С02 в лесах России в целом и в отдельных их частях. Получено, что выбор сценариев потепления и изменения количества осадков обычно оказывает небольшое влияние на результаты расчета нетто-стока (или не тто-эмиссии) С02, однако он очень важен для огромных лесных массивов Центральной Сибири и севера Дальнего Востока. Наибольшие неопределенности связаны со сценариями роста концентрации С02 и, особенно, концентрации тропосферного озона.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах

1. Kokorin А.О., Nazarov I.M., Lelakin A.L. The influence of climate changes on carbon cycle in the Russian forests. Data inventory and long-scale model prognoses. The 10th World Clean Air Congress, Finland, Espoo, 28 May - 2 June, 1995, Proceedings, vol.3, Impacts and Management, report 439,4pp.

2. Kokorin A.O., Lelakin A.L., Nazarov I.M. C02 sinks and emissions in forests of the Russian Federation. Idojaras, Quaterly J. of Hungarian Meteorological Service, vol.99, No.3-4, 1995, pp.307318.

3. Кокорин A.O., Лелякин A.JI. Модель для расчета потоков С02 в системе лес-атмосфера, обусловленных "неравновесной" возрастной структурой лесов и пожарами. Проблемы

экологического мониторинга и моделирования экосистем, том. 16, 1996г., с. 198-213.

4. Kokorin Л.О., Lelakin A.L., Nazarov I.M., Fillipchuk A.N. Calculation of C02 net sink/emissions in Russian forests and assessment of mitigation options. Environmental Management, vol.20, 1996, PP.S101-S109.

5. Кокории A.O., Лелякин A.Jl., Назаров И.М. Поглощение С02 лесами России. Научная конференция по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды. Москва, Росгидромет, Межгосударственный Совет по гидрометеорологии стран СНГ, 1996г., Тезисы докладов, секция 3, с.48-49.

6. Kokorin А.О., Lelakin A.L., Nazarov I.M. Influence of climate changes on carbon cycle in the Russian forests. Prognostic modelling of C02 exchange with the atmosphere. Phys. Chem. Earth, vol.21, 1996, No.3, pp.219-223.

7. Izrael Yu.A., Nazarov I.M., Anokhin Yu.A., Kokorin A.O., Yakovlev A.F., Lelakin A.L., et.al. Russian Federation Climate Change Country Study. 1997. Final Report. Moscow. Russian Federal Service on Hydrometeorology and Environmental Monitoring. Vol.2 Inventory of GHG emissions and sinks related to terrestrial ecosystems, 98pp. Vol.3 Vulnerability assessment and adaptation measures, 105 pp. Vol.4 Mitigation assessment, 87 pp.

8. Lelakin A.L., Kokorin A.O., Nazarov I.M. Vulnerability of Russian forests to climate changes Model estimation of C02 fluxes. Climatic Change, vol. 36,1997, pp.123-133.