Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Пространственно-временной анализ гидрометеорологических рядов Западной Сибири методами дендроиндикации

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временной анализ гидрометеорологических рядов Западной Сибири методами дендроиндикации"

Российская академия наук Сибирское отделение Институт географии

на правах рукописи

Лаврентьева Наталья Ивановна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ МЕТОДАМИ ДЕНДРОИНДИКАЦИИ

11.00.07 - «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

РГБ ОД

21 № &

ИРКУТСК-1998

Работа выполнена в Институте географии СО РАН.

Научный руководитель - кандидат географических наук

Антипов АН.

Официальные оппоненты: доктор географических наук

Шимараев М.Н. кандидат биологических наук Воронин В.И.

Ведущая организация: Институт водных экологических проблем СО РАН (г.Барнаул)

Защита состоится 22 декабря 1998 года в 1300 на заседании специализированного совета Д-002.60.02 при Институте географии СО РАН. Адрес: 664033, Иркутск-33, ул. Уланбаторская, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГ СО РАН.

Автореферат разослан «_»> ноября 1998 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат географических на

совета, кандидат

Ю.В.Рыжов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы: В настоящее время в гидрологии суши одной из основных проблем является пространственно-временной анализ гидрометеорологических рядов. Во многих районах нашей страны и, прежде всего в Сибири, сеть гидрометеорологических станций крайне недостаточна, а длительность наблюдений за процессами ограничена чаще всего шестью-семью десятилетиями. Поэтому выводы, которые получены в ходе анализа рядов, отражают особенности гидрометеорологических элементов в небольшом интервале времени и на ограниченном пространстве. В Западной Сибири исследователи (Петров, 1979; Ландшафтно-гидрологический анализ..., 1992; Агафонов, 1996) отмечают уникальность пойм Оби и Иртыша для исследования гидрологического и климатического режимов не только на региональном уровне, но и в глобальном масштабе. Своеобразие условий существования биоценозов в речных поймах и прилегающих к ним районам связано с влиянием на них весенне-летних половодий, а также летних дождевых и других паводков. В анализе этого гидрологического фактора, реакции на него популяций и сообществ наиболее перспективно искать циклические закономерности.

Прогнозы, разрабатываемые на основе цикличности, позволяют предсказывать длительные тенденции изменений климатических и гидрологических условий. Именно такие прогнозы важны при составлении перспективных планов использования природных ресурсов.

Цель и задачи исследований. Цель работы - на основании материалов о радиальном приросте деревьев и гидрометеорологической информации выявить основные закономерности индикации гидрометеорологических процессов во времени и пространстве для территории Сибири, а также исследовать возможность использования древесно-кольцевых хронологий для реконструкции и прогноза некоторых элементов гидрологического режима.

Для достижения этих целей требуется решить следующие частные задачи:

1. Разработать структуру интегрированной информационной системы (ИИС) для работы с временными рядами большой размерности, включающей в себя базы данных "Дендрохронология", "Гидрология" и

"Метеорология", создать на машинных носителях базы данных (БД), систему управления БД, наполнить их информацией, адаптировать к поставленным задачам.

2. Обосновать применимость методов анализа случайных процессов и временных рядов к разложению на физические составляющие пространственно - временной дендрохронологической информации.

3. Создать программный комплекс, позволяющий выявлять закономерности связи в пространстве гидрометеорологических и дендрохронологмческих рядов.

4. Полученные закономерности использовать для ретроспективной оценки различных элементов гидрологического режима, а также для временной экстраполяции и пространственной интерполяции различных характеристик.

По результатам выполненных исследований на защиту выносятся следующие основные положения:

1. Организация дендрохронологической информации как пространственно -распределенных временных рядов, доказывает применимость методов многомерного статистического моделирования для анализа гидрометеорологических рядов, и предполагает применение информационных систем, как способа пространственной организации сбора, хранения, обработки и воспроизведения дендрохронологических данных;

2. Применение метода факторного анализа для матрицы пространственно-временных дендрохронологических рядов позволяет перейти от количественных характеристик к качественным и вычленить из рядов радиального прироста гидрологическую составляющую, хорошо коррелируемую с элементами гидрологического режима исследуемого района.

3. Дендрохронологическая информация из пойменных местообитаний Нижней Оби может использоваться для реконструкции и прогнозирования гидрологического режима Оби.

Научная новизна работы. Без синтеза знаний невозможно обеспечить комплексный междисциплинарный подход к решению актуальных задач современной науки. Настоящая работа выполнена математическими методами на основе данных радиального прироста

древесины и характеристик гидрометеорологического режима по территории Западной Сибири. Математический подход позволил выявленные закономерности циклических колебаний использовать для долгосрочных прогнозов развития природных процессов.

Доказано, что пространственно-временная дендрохронологическая информация позволяет установить связь с многолетними колебаниями климата и с элементами гидрологического режима в исследуемом районе.

Разработана математическая модель, с помощью которой по дендрохронологическим характеристикам построены ненаблюдаемые функции, через которые можно выйти на наблюдаемые природные процессы.

Показано, что древесно-кольцевые хронологии исследованных деревьев хорошо описывают многолетнюю динамику изменений гидрологического режима Оби и Иртыша и могут использоваться для их реконструкции и прогноза.

Практическая значимость работы. Реконструированные

характеристики элементов гидрологического режима использовались при кратко- и долгосрочном пр лровании прироста древостоев и изменений гидрологического режима рек Оби и Иртыша. Результаты работы автора использовались для анализа уровня водности р. Куда и прогнозирования максимального уровня половодья в ее верховьях.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на Всесоюзном совещании по дендрохронологическим методам в лесоведении и экологическом прогнозировании (Иркутск, 1987), V Всесоюзном совещании по проблемам дендрохронологии и дендроклиматологии (Свердловск, 1990), XI конференции молодых географов Сибири (Иркутск, 1990), российско-германском семинаре по методам временного анализа и ГИС (Ганновер, 1994), Всероссийской конференции «Экологический риск: анализ, оценка, прогноз» (Иркутск, 1998).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 190 стр., содержит 21 рисунок, 12 таблиц. Список литературы включает 209 наименований, в том числе 27 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Использование древесно-кольцевых хронологий для реконструкции гидрологических и климатических факторов среды (литературный обзор).

Анализ литературы показал, что методы индикации природных процессов по изменчивости структур растений достаточно широко используются в различных областях науки. На их основе можно выявлять закономерности погодичной и многолетней изменчивости климатически обусловленной доли прироста деревьев (Битвинскас, 1972, 1974, 1990, Молчанов, 1976; Шиятов, 1974, 1975; 1986; Schweingruber, 1983, 1985, 1988, 1993; Briffa et al., 1988; Ваганов и др., 1996; и т.д.). Полученные дендрохронологические ряды могут быть с успехом использованы для точной датировки и выявления частоты повторяемости таких катастрофических явлений как лавины, сели, буреломы (Адаменко, 1968; Турманин и др., 1968; Алексеев, Новицкая, 1990; и др.), пожары (Молчанов, 1957, 1976; Полюшкин и др., 1980; и т.д.). Наряду с работами по установлению связей между колебаниями стока рек и годичным приростом деревьев (Рудаков, 1964, 1980; Пакальнис, 1971, 1972; Полюшкин и др., 1983; Полюшкин, 1987; Агафонов, 1996; и др.) существует ряд исследований по применению методов дендроклиматологии при определении колебаний уровня воды озер и водохранилищ (Шнитников, 1954; Галазий, 1964; Орлов, 1965; Адаменко и др., 1982; и др.).

Ю.В.Полюшкиным и А.Н.Антиповым использована гидрологическая индикация как совокупность подходов и методических приемов для анализа пространственно-временных различий гидрологических объектов и процессов по косвенным (индикационным) признакам деревьев, произрастающих в экосистемах суши с выраженным гидрогенным характером (Полюшкин, 1979, 1983, 1987; Полюшкин и др., 1983; Ландшафтно-гидрологические..., 1989; Ландшафтно-гидрологический..., 1992). Обзор различных методик гидрологической классификации и районирования территории Западной Сибири (Малик, 1972; Корытный, 1974, 1991; Никитин, Земцов, 1986; Бураков, Земцов, 1989) показал возможность на основании представлений о закономерностях

взаимодействия процессов и факторов осуществлять генетически обоснованную пространственно-временную экстраполяцию.

Рассмотренные методики дают возможность привязать полученные в ходе пространственной дифференциации закономерности ландшафтно-гидрологической организации территории к закономерностям их многолетнего развития через реконструкцию явлений и процессов, временной привязки событий прошлого в локальных объектах.

ГЛАВА 2. Природные условия района исследования.

Исследования проводились на Нижней Оби в Березовском пойменном районе (Петров, 1979), а также на территории, охватывающей Уватский болотно-террасный (Прииртышье) и Курганский террасно-склоновый (Притоболье) долинные массивы, по которой пространственно распределены точки взятия образцов, территориально привязанные к населенным пунктам (Рис.1).

Березовский район расположен в пределах Мансийской синеклизы (Нижнеобской впадины). С запада он ограничен Северо-Сосьвинским сводом, с востока - Белогорским материком. Пойма двухъярусная пониженная, имеет многорукавное разбросанное русло с множеством проток, между которыми расположены обширные соровые слабообвалованные поверхности. Заболоченность Березовской поймы -следствие низкого гипсометрического положения поверхности пойменных массивов относительно меженного уреза и продолжительного стояния высоких уровней половодий. Устойчивая продолжительность половодья 44,5 месяца с окончанием в сентябре, что вызвано растянутостью снеготаяния на огромной площади бассейна Оби, замедленным стеканием талых и дождевых вод в связи с равнинностью и слабой расчлененностью водосборов, малой густотой речной сети, залесенностью, обилием озер и болот, огромной аккумулирующей емкостью пойм (Максимов, 1974).

Уватский район исследования охватывает 4 пойменных района на Иртыше в пределах Тюменской области (Петров, 1979).

Рис. 1. Тюменская и Курганская области. Размещение древесно-кольцевых серий. Районы исследований:

I. Березовский пойменный район;

II. Уватский болотно-террасный район;

III. Курганский террасно-склоновый район.

По признакам растительного покрова рассматриваемый район относится к подтайге благодаря отепляющему влиянию Иртыша и как бы втягивается по долине на север в подзоны южной и средней тайги. Здесь распространены обширные, плоские, слабо дренированные и слабо расчлененные эрозией водно-аккумулятивные равнины, чрезмерно заболоченные. Лишь узкие приречные, несколько осушенные полосы покрыты лесами

Расположен район в центральной пониженной части Западно-Сибирской равнины в широкой долине, изобилующей протоками, старицами, ложбинами, озерами, болотами, которые после спада половодья остаются занятыми водой.

Весеннее половодье на Нижнем Иртыше (главная фаза водного режима, во многом определяющая природные процессы в долине реки) обычно высокое и продолжительное. Общая средняя продолжительность половодья составляет 134-151 день (Петров, 1979).

Для режимной сети характерны ее недостаточная плотность и кратковременность наблюдений.

К числу лет с высокими весенними водами (модульный коэффициент больше 1, обеспеченность менее 20 %) можно отнести 1892, 1898, 1908, 1912, 1914, 1923, 1928, 1941, 1947, 1957, 196?, 1970, 1971, 1975-1977, 1979 - 1980 гг. Выделяются маловодные серии наибольшей продолжительности -с 1930 по 1940г., 1951-1955 и 1975-1978 гг. Одним из экстремальных по всей территории исследуемого района, как по продолжительности, так и по высотным отметкам, был 1941 год, обеспеченностью 2.5 %, что позволяет отнести его к аномальным по водности годам, а также к наиболее неблагоприятному для вегетации растительности году.

Экстремально маловодным является 1967 год, обеспеченность 96%, длительность половодья составила около 100 дней. Этот год помимо низкой водности характеризовался и незначительной суммой осадков, что создало условия для существенной засушливости вегетационного периода.

Начало цикла потепления отмечено одновременно на всей территории и относится к 1918 году, а конец - к 1952-1954 гг. Региональной особенностью является снижение амплитуды колебаний температуры воздуха относительно многолетней средней величины с севера на юг от 2 до 1°С. Потепление, наблюдавшееся более трех десятилетий, постепенно сменилось похолоданием, которое продолжалось больше двух десятилетий (с 1953-1955 до 1977-1978 гг.).

Курганский район исследований расположен в долине р. Тобол в Курганской области в зоне лесостепи. Одна из наиболее важных ее особенностей - обилие болот, особенно на Обь-Иртышском междуречье, в займищно-лугово-солончаковой лесостепи. Остепненные травяно-кустарничковые и травяно-сосновые леса широко представлены как в приуральской части зоны (по Тоболу и его левым притокам), так и в ее восточной части (по Оби и по лощинам стока Приобья); они развиты на оподзоленных (дерново-подзолистых) песчаных и супесчаных почвах. По рельефу зона неоднородна. В ее пределах выделяются более приподнятые и лучше дренированные приуральская и приобская части и центральная пониженная часть

Густота речной сети в северо-восточной наиболее обводненной части зоны достигает 70 - 130 м на 1 км2 площади бассейна, а в южной части Барабы и Ишимской лесостепи - 30 - 50 м на 1 км2. Реки характеризуются малыми уклонами, медленным течением и небольшой глубиной. Весеннее половодье чисто снегового происхождения обычно бывает кратковременным (1,5-2 месяца). ____

Тобольская лесостепь представляет собой плоскую нерасчлененную заболоченную равнину с абсолютными отметками 100 - 120'м. Средняя температура июля здесь 18, а января -18". Сумма средних суточных температур воздуха за период с температурой выше 10° - около 1900°. Продолжительность безморозного периода составляет 100 дней. Вегетационный период продолжается около 160 дней.

Количество выпадающих осадков в Тобольской лесостепи составляет 400-430 мм. Грунтовые воды пресные и располагаются на глубинах 10-12 м и глубже.

Древесная растительность представлена в Тобольской лесостепи, главным образом, сосновыми лесами с березой и осиной или чистыми сосновыми борами (Западная Сибирь, 1963; Природа таежного Прииртышья, 1987).

ГЛАВА 3. Объекты и методы исследования.

Анализ состояния природных компонентов проводился на ключевом участке (на Нижней Оби - Березовский пойменный район (Петров, 1979)) и комплексном физико-географическом профиле (Уватский болотно-террасиый и Курганский террасно-склоновый долинные массивы). При организации профиля были приняты следующие критерии выбора (Антипов и др., 1984);

1. Полный охват в пределах профиля экологической амплитуды -русло, пойма, терраса;

2. Возможность привязки полученных в ходе исследований материалов к рядам наблюдений, осуществляемым на гидрометеорологической сети, географических и иных стационарах, гидрологических постах.

Организация полевых исследований, отбор образцов в натуре, первичные замеры ширины годичных колец и абсолютная точная датировка годичных колец при помощи метода перекрестной датировки (Douglass, 1919; Schweingruber, 1988) осуществлены Ю.В.Полюшкиным.

Для проведения дендрохронологического анализа были отобраны модельные деревья, на прирост которых неклиматические факторы оказывали бы возможно меньшее влияние. Для построения дендрохронологических рядов использовалась сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Анализировались абсолютные величины радиального прироста древесины

Исследовалось 34 серии по 10 деревьев с длиной ряда от 258 до 61 лет, в том числе. Березовский район исследований - 12 серий с длиной ряда от 227 до 84 лет; Уватский - 12 серий (от 258 до 71 года); Курганский -10 серий (от 132 до 61 года). В каждой серии для анализа использовались деревья, в которых связи с факторами среды наиболее четко выражены и синхронность между кривыми прироста разных серий оказалась самой высокой.

В качестве локальных характеристик гидрологического и температурного режимов в исследуемых районах использовались данные гидрометеостанций, расположенных вблизи районов сбора образцов древесины, и располагающих длительными рядами наблюдений.

Для экологических интерпретаций гидрологического режима поймы, а также для характеристики водности реки использовался показатель водности - среднесуточный уровень воды за период открытого русла и для различных отрезков времени внутри этого периода (Агафонов, 1996).

Кроме этого показателя использовались следующие элементы гидрологического режима:

средняя месячная температура воды периода открытого русла; средний уровень воды периода открытого русла (май - сентябрь; максимальный уровень половодья; максимальный уровень воды (май-сентябрь).

При этом использовались связи как с гидрологическими условиями текущего, так и предшествующего года. В последнем случае производился сдвиг ряда собственных значений рассматриваемого фактора на 1 год

назад, относительно ряда наблюдений реконструируемого элемента гидрологического режима

Для определения характера связей радиального прироста исследуемых пробных деревьев с климатическими факторами, использовались среднемесячные температуры воздуха, количество осадков за период с мая по сентябрь; ряды средних годовых значений температуры поверхности океана в квадратах Смеда; числа Вольфа (Витинский, 1989).

Внутривековые колебания среднесуточной температуры воздуха характеризовались материалами наблюдений в придолинных и долинных ландшафтах крупных рек лесотундры (г.Салехард, с 1883 г.), северной (г.Березово, с 1883 г.), средней (г. Ханты-Мансийск, с 1897 г.) и южной (г.Тобольск, с 1885 г.) тайги Западной Сибири (Справочник ..., 1955, 1956, 1972; Природа таежного..., 1987).

Для изучения многолетних колебаний атмосферных осадков использовались длиннорядные данные наблюдений на метеорологических станциях: Салехард (с 1892 г.), Демьянское (с 1897-Т-)Н!обольск (с 1891 г.). Дополнительно взяты материалы метеорологической станции Сургут (с 1892 г.), расположенной в средней части широтного отрезка Оби.

Было сделано предположение, что исследуемая природная система работает как модель с несколькими входами (климатические, гидрологические, антропогенные, катастрофические, почвенные и другие процессы) и одним выходом (дендрохронологические характеристики). Графически это можно представить следующим образом.

существует я линейных систем с постоянными параметрами, задаваемыми частотными характеристиками (Я, (/),! = 1,..,?). На входы

систем поступают полностью определенные наблюдаемые входные процессы (};.(0,¡ = 1,..,<7), которые преобразуются в один наблюдаемый выходной процесс X(t).

В шум на выходе L(t) включены все отклонения от этой модели, в том числе, ненаблюдаемые входные процессы, нелинейные и нестационарные эффекты и инструментальный шум.

Решена обратная задача для нашей модели; т.е. по наблюдаемым дендрохронологическим характеристикам построены ненаблюдаемые функции, . через которые можно выйти на наблюдаемые природные процессы с помощью основной гипотезы факторного анализа.

При установлении тесноты связи радиального прироста с факторами природной среды использовался спектральный анализ, множественный регрессионный анализ, модель Бокса-Дженкинса, расчет коэффициентов синхронности и сходства циклов, а также графический метод сопоставления временных рядов.

Автором разработаны: программный комплекс STAN (методика факторного анализа) и LANA (корреляционный и множественный регрессионный анализ, подбор прогнозных значений), на языке программирования FFortran-IV для IBM - совместимых компьютеров, а также использовался пакет прикладных программ STADIA.

ГЛАВА 4. Структура базы данных «Дендрохронология».

Разработан программный комплекс, включающий в себя интегрированную информационную систему, которая позволяет работать с рядами большой размерности, а также комплекс программ для обработки дендрохронологической информации.

В рассматриваемой системе "Дендрохронология" находятся ряды индексов приростов, причем количество этих рядов ограничено только физическими возможностями машинных носителей.

Каждое дерево, занесенное в БД, имеет уникальный идентификационный номер. Все данные об этом дереве - составляющие объекта «Характеристики дерева» (ХД). Информация о каждом дереве включает: регистрационный номер; географическую привязку; код местоположения (из объекта «Местоположение - гидротоп» (МГ)); код

древостоя (объект «Тип древостоя" (ТД)); код породы (объект «Порода дерева» (ПД)); год взятия керна; описание дерева.

Кроме вышеперечисленных существует еще объект «Ширина годичного кольца» (ШГК), атрибутами которого является регистрационный номер и года, за которые есть данные.

Эталонные дендрошкалы (ДЭД) представляют изменчивость радиального прироста деревьев вида в основных типах его произрастания. Наличие эталонных дендрошкал позволяет учитывать изменение радиального прироста с возрастом, а затем исключать возрастной тренд в целях нормирования рядов, когда это необходимо. Схема работы БД "Дендрохронология" выглядит следующим образом:

ШГК -- о хд ПД

Для решения комплекса данных создана система взаимосвязанных задач обработки данных (СОД). На универсальном языке

программирования, в системе CLIPPER 5.5 написаны программы обработки, заполнения (загрузки) и корректировки БД и программа распечатки выходных форм.

ГЛАВА 5. Анализ связей древесно-кольцевых хронологий с элементами гидрологического и климатического режимов.

Уватско - Курганский физико-географический профиль.

Проведено разложение исходных данных на факторные составляющие. На выделяемые три фактора приходится 74% общей дисперсии. Фактор 1 (/,) является функцией от средней температуры воздуха при р = 65-70 и среднего прироста толщины деревьев.

Коэффициент множественной корреляции Км =0.729. Фактор 2 (/2) -функция от суммы осадков и среднего уровня воды; Ям = 0.657. Фактор (/3) функция отклонения глобальной температуры Земли от среднемноголетней, средней температуры воздуха /^5_70, чисел Вольфа (К). Коэффициент множественной корреляции =0.65 .

Фактор /2 определен как «гидрологический», т.е. фактор, отвечающий за анализ гидрологических показателей исследуемого района, а фактор /, как «климатический».

Дан анализ «гидрологического» фактора на примере гидрологических условий низовий Иртыша и Тобола.

В годы с половодьями катастрофического характера, когда пойма затоплена в течение 4 месяцев, а уровень подъема полых вод достигает высоты почти 12 м над средней многолетней меженью, у деревьев этой зоны местообитаний формируются наиболее узкие годичные кольца и при разложении на факторы подобные циклические совпадения выносятся в отдельный фактор.

Сильные затопления наблюдались в 1914, 1927-1928, 1933, 1941, 1947, 1950, 1957, 1966, 1970, 1971 и 1979-1980 гг., когда глубина затопления достигала примерно 3 м, а продолжительность стояния высоких уровней воды на пойме составляла 100-120 суток. Наибольшая глубина затопления была определена в 1941 г., а наибольшая продолжительность в 1947 г. Годы, когда не затапливались даже пониженные участки поймы и характеристики затопления были наименьшими, относятся к маловодным, они следуют один за другим сериями из 2-3 лет, например, 1900-1901, 19541956, 1972-1974. При сопоставлении исходных рядов радиального прироста сосны с условиями гидрологического режима текущего года по данным гидрометеостанций, ближайших к точкам взятия образцов, отмечено присутствие слабых связей между ними за исключением среднего уровня воды в июне. Сопоставление этих же рядов с условиями гидрологического режима предшествующего года показало незначительное усиление влияния последнего на прирост.

При сопоставлении ряда собственных значений «гидрологического» фактора с полем факторов условий гидрологического режима района исследований, наиболее тесная связь прироста выявлена с такими

элементами гидрологического режима текущего и предшествующего года, как средний уровень воды над низкой поймы и максимальный уровень половодья (г=0,68), а также средний уровень воды в июне (г=0,70).

Для анализа «климатического» фактора рассмотрены ритмы и циклы метеорологических элементов в долинных ландшафтах таежного Обь-Иртышья. Начало цикла потепления отмечено одновременно на всей территории и относится к 1918 г., а конец - к 1952-1954 гг. Потепление, наблюдавшееся более трех десятилетий, сменилось похолоданием (19531955), которое продолжалось более двух десятилетий. Последний весенний цикл потепления начался в 1969-1970 гг.

Климатические ресурсы территории оцениваются по сочетанию условий температуры приземного слоя воздуха и атмосферных осадков. Длительность, интенсивность, время наступления различных фаз циклических колебаний осадков весной и летом имеют совершенно автономный характер во внутригодовом цикле. Особенно устойчива многоводная> фаза первой половины XX века (1907-1950 гг.), которой предшествовала серия весьма засушливых лет, понижение осадков (19531971 гг.), невыраженное повышение осадков в последние 15 лет.

Наблюдается хорошая согласованность вековых циклов по литературным данным с ходом «климатического» фактора.

Известно, что в высоких широтах температура воздуха летних месяцев является основным экологическим фактором, определяющим величину радиального прироста деревьев (Шиятов, 1986; Агафонов, 1996; Ваганов и др., 1996). Однако, не удалось установить зависимостей ряда собственных значений «климатического» фактора со средними месячными температурами воздуха за период с мая по август текущего и предшествующего года, а также с количеством осадков с мая по август, в то время как сами ряды радиального прироста показывали наличие зависимостей, хотя и слабых.

Достаточно сложно определить структуру фактора /¡, у которого не выявлено определенных зависимостей ни с одним отдельным элементом поля глобальных и локальных характеристик, несмотря на достаточно высокий коэффициент множественной корреляции и коэффициенты частной корреляции с исходными данными рядов радиального прироста.

Возможно, это обусловлено тем, что в/этой составляющей собраны

/

биологические особенности вида, возраст древесного растения и условия местообитания. Эта составляющая названа фактором «шумов», и исключена из дальнейшего анализа, хотя для других задач именно этот фактор может представлять наибольшую ценность.

Березовский пойменный район.

В качестве исходных характеристик анализировалась совокупность дендрохронологических рядов. Теснота связи между ними оценивалась коэффициентами корреляции (К). Степень воздействия общих факторов по отношению к двум рассматриваемым рядам оценивалась коэффициентом синхронности Ксинх. Диапазон варьирования этих коэффициентов: Р=0,20-0,77; Ксиих=43-96%.

Проведено разложение исходных данных на факторные составляющие. Фактор 2 (/2) - является функцией от среднего уровня водности, среднего уровня воды над низкой поймой. Коэффициент множественной корреляции Ям = 0.798. Фактор 3 (/,) - функция от средней температуры воздуха за июль и средних месячных осадков за май и июльЛм = 0.689.

По аналогии с рассмотренными выше зависимостями, фактор /2 является «гидрологическим», фактор /3 - «локальным климатическим», фактор / -фактором «шумов».

Зависимость среднего уровня водности и «гидрологического» фактора достаточно высока (14=0,76) и, несмотря на довольно короткий ряд наблюдений, позволяет построить модель для реконструкции данных (Рис.2).

ГЛАВА 6. Реконструкция и прогноз элементов гидрометеорологического режима.

На основе выявленных особенностей в цикличности природы появляется возможность прогнозировать ряд следующих друг за другом циклов природных процессов.

Наши задачи, сформированы и решаемы на основе пространственно - временных выборок и зависят от объема временных

3 О

3000

2500

2000 о

1500

1000 Я

500

-500

Рис. 2. Реконструкция водности Оби открытого русла для Березовского пойменного района —-Ряд собственных значений ■ Реконструированный ряд

выборок. При небольшом числе временных периодов, т.е. в случае короткой предыстории, решается задача выявления пространственных связей результативного показателя с факторными признаками.

При достаточно большом числе временных периодов наблюдения, т.е. в случае длительной предыстории, решается задача выявления закономерностей в динамике показателей. Найденные закономерности могут быть использованы как для объяснения, описания общих закономерностей развития объектов, так и для прогнозирования значений показателей.

Уватско-Курганский район исследования.

Для проведения районирования в исследуемом районе и прогнозирования элементов гидрометеорологического режима использованы методы кластерного анализа и авторегрессии Бокса-Дженкинса (ARIMA), представленные в статистическом пакете-программ STADIA.

Поскольку нами уже быпо доказано, что разложение совокупности природных объектов, характеризуемых древесно-кольцевыми хронологиями оправдано, то для проведения районирования была использована матрица собственных значений (/,/•,), где / - факторы разложения, гу- номер природного объекта. Все природные объекты разбились на два класса, причем в один класс попали природные объекты, расположенные на Нижнем Иртыше (Уватский район исследований); к другому классу относятся объекты, расположенные на реке Тобол (Курганский район исследований). Кроме этого, наблюдался природный объект, который не вошел ни в один из этих классов: обобщенный ряд объекта, пространственно расположенного рядом с Курганом у д. Березовка, но в котором природные циклы настолько частые, что дерево не успевает отреагировать на них и дендроряд практически не отличается от «кривой большого роста» . Этот ряд был добавлен в исследуемую матрицу для возможности проверки данных на несоответствие поставленной задаче при массовой обработке материалов.

Так как проекции различных классов разложения оказались разнонаправленными, то с помощью дополнительных вычислений по каждому классу было выяснено, что при разложении на составляющие факторы на первое место в меньшем по численности классе выходит «гидрологический» фактор, а в большем классе - «климатический». Этот факт подтверждается и литературными данными. На реке Тобол от Кустаная до Кургана в наибольшей степени сказывается влияние зонально-климатического фона, а проявление поемности сокращается до минимума.

При проведении более дробного районирования по отдельным факторам, установлено, что наблюдается хорошее разложение по характеру гидрологического режима и типу водного питания, а также формам рельефа.

Березовский пойменный район.

Дендрохронологические ряды, представленные в Березовском пойменном районе, достаточно однородны. Применение кластерного анализа показало, что все объекты принадлежат одному классу с

достаточно высоким уровнем сходства матрицы собственных значений, что позволяет построить прогнозные ряды для этого района исследований.

Одним из наиболее распространенных методов прогнозирования является метод экстраполяции, т.е. распространение прошлых и настоящих закономерностей, связей и отношений на будущее. Типичным и наиболее применимым приемом экстраполяции является прогноз по одномерному временному ряду. Недостатком этого метода при решении нашей задачи является то, что прогнозируется только детерминированная компонента ряда динамики и не учитывается случайная компонента. Чтобы сделать прогноз более точным, надо отыскать закономерность изменения во времени этой случайной величины и сделать ее прогноз. Затем результаты прогноза детерминированной и случайной компонент объединяются.

Прогнозный ряд «гидрологического» фактора (Рис.3) построен для максимального уровня половодья периода открытого русла. Реконструированный ряд имеет длительность до 133 лет, значимую тесноту связи (г=0.83) и сходство (81 %). Рассматривая полученный прогнозный ряд можно сказать, что:

маловодный период с незначительными подтоплениями прогнозировался с 1985 по 1994 гг., что подтверждено инструментальными наблюдениями;

- очередной многоводный период будет наблюдаться в 1997-1998 году;

- очередной маловодный период ожидается в 2006-2015 гт.

На рис. 4 приведен прогнозный ряд «климатического» фактора, описывающего вековые климатические циклические составляющие (г=0.80; 8=69%).

Прогнозные циклы показали, что:

-с 1985 года начался очередной пик потепления, который будет продолжаться до 2000 года;

- с 2000-2001 года ожидается вступление в период похолодания, который продлится до 2009-2010 года.

Рис. 3. Исходный и прогнозные значения максимального уровня половодья для Березовского пойменного района.

—*— - исходные значения; -- прогнозные значения

1882 1902 1922 1942 1962 1982 2002 2022

Рис. 4. Исходные и прогнозные значения климатического фактора для Березовского пойменного района.

—*- - исходные значения,

■ - прогнозные значения

Выводы.

1. Гидрологический режим Западной Сибири является основным экологическим фактором, определяющим величину и многолетнюю динамику радиального прироста древесной растительности.

2. В Березовской пойме ведущим фактором, определяющим величину радиального прироста дерезьев, является максимальный уровень половодья и гидрологические условия в июне.

3. Применение метода факторного анализа для матрицы пространственно распределенных дендрохронологических рядов вполне оправдано и позволяет вычленять из рядов радиального прироста гидрологическую составляющую, хорошо коррелируемую с элементами гидрологического режима исследуемого района.

4. Выделенная климатическая составляющая пространственно распределенной дендрохронологической информации позволяет установить связь годичного прироста деревьев с многолетними колебаниями климата и провести реконструкцию и временную экстраполяцию элементов климата в исследуемом районе.

5. Решена задача выявления пространственных связей результирующего показателя с факторными признаками. Выделены районы с однородным характером гидрологического режима и типом питания, формами рельефа.

6. Древесно-кольцевые хронологии исследованных деревьев достоверно описывают многолетнюю динамику гидрологического режима Оби и Иртыша. Разработанная модель позволяет провести реконструкцию и прогноз экстремальных элементов гидрологического режима для пойменных местообитаний Нижней Оби.

Список работ по материалам диссертации. 1. Лаврентьева Н.И. Дендрохронологический блок в информационной системе.: сб. Проблемы дендрохронологии и дендрокпиматологии. -Свердловск. 1990, с. 97-98.

2. Лаврентьева H.H. Применение ГИС для дендроиндикации гидрометеорологических процессов.: Мат. XI конф. молодых географов Сибири. - Иркутск. 1990, с. 32-34.

3. Лаврентьева Н.И., Полюшкин Ю.В. База данных "Дендрохронология" как часть интегрируемой геоинформационной системы. :География и природные ресурсы. 1993. -вып. 1., с. 138-143.

4. Лаврентьева Н.И. Прогноз весеннего половодья в лесной зоне ЗападноСибирской равнины методами дендроиндикации: сб. Экологический риск: анализ, оценка, прогноз. - Иркутск, 1998, с. 135-137.

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Лаврентьева, Наталья Ивановна, Иркутск

бо1\ ч -7 у усе 7 ^ гг

оссийская академия наук Сибирское отделение Институт географии

на правах рукописи

Лаврентьева Наталья Ивановна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ МЕТОДАМИ ДЕНДРОИНДИКАЦИИ

11.00.07 - «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель-кандидат географических наук А.Н.Антипов

ИРКУТСК - 1998

Содержание работы

Введение............................................................................................4

ГЛАВА 1. Использование древесно-кольцевых хронологий для реконструкции гидрологических и климатических факторов среды

(литературный обзор)...........................................................................8

ГЛАВА 2. Природные условия районов исследований..............................25

2.1. Региональные характеристики районов исследований..................26

2.1.1. Березовский пойменный район..............................................28

2.1.2. Уватский район исследования................................................30

2.1.3. Курганский район исследований.............................................34

2.2. Гидрологические особенности территории...................................35

2.2.1. Гидрологические условия Березовского пойменного района......36

2.2.2.Гидрологические условия Уватского района исследований........37

2.2.3. Гидрологические условия Курганского района исследований.....45

2.3. Климатические условия территории.......................................... 46

2.3.1. Температура воздуха........................................................... 46

2.3.2. Атмосферные осадки............................................................49

ГЛАВА 3. Объекты и методы исследования.......................................... 52

3.1. Краткая характеристика древесно-кольцевых хронологий в Березовском пойменном районе (район I)..............................................58

3.2. Краткая характеристика древесно-кольцевых хронологий в Уватском и Курганском районах исследований (район II).......................................61

3.3. Методика исследования структуры многолетних колебаний

дендрохронологических рядов..............................................................67

ГЛАВА 4. Структура базы данных «Дендрохронология»...........................78

ГЛАВА 5. Анализ связей древесно-кольцевых хронологий с элементами гидрологического и климатического режимов........................................97

5.1. Анализ обобщенных древесно-кольцевых хронологий Уватско-Курганского физико-географического профиля.....................................101

5.2. Анализ обобщенных древесно-кольцевых хронологий Березовского

пойменного района...........................................................................112

ГЛАВА 6. Реконструкция и прогноз элементов гидрометеорологического режима............................................................................................119

6.1. Район исследования - Уватско-Курганский комплексный физико-географический профиль...................................................................120

6.2. Березовский пойменный район...................................................134

Заключение......................................................................................140

Литература......................................................................................143

Приложение алгоритмов.....................................................................169

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы: Из большого числа проблем, решаемых в настоящее время дендрохронологией совместно с другими смежными дисциплинами, одной из важнейших является оценка связи растений и среды их произрастания в пространстве и во времени. В качестве основной характеристики при изучении изменений прироста использован доступный и хорошо изученный анатомический признак - ширина годичного кольца, измеряемая на поперечных срезах или кернах стволов деревьев.

Дендрохронологические данные по ископаемым и современным деревьям могут быть использованы при выявлении закономерностей многолетней изменчивости гидрологических и метеорологических условий, при разработке фонового прогноза этих условий, а также для определения особенностей проявления геофизических процессов в отдельных районах. Интерпретация дендрохронологических индексов достаточно сложна, тем не менее, анализ массовых материалов по территории позволяет решать вопрос о согласованности изменчивости радиального прироста деревьев с внешними условиями, важнейшими из которых считаются показатели тепло- и влагообеспеченности.

В настоящее время в гидрологии суши одной из основных проблем является пространственно-временной анализ гидрометеорологических рядов. Во многих районах нашей страны и, прежде всего в Сибири, сеть гидрометеорологических станций крайне недостаточна, а длительность наблюдений за процессами ограничена чаще всего шестью - семью десятилетиями. Поэтому выводы, полученные в ходе анализа рядов,

отражают особенности гидрометеорологических элементов в небольшом интервале времени и на ограниченном пространстве. В Западной Сибири исследователи (Петров, 1979; Ландшафтно-гидрологический анализ..., 1992; и др.) отмечают уникальность пойм Оби и Иртыша для исследования гидрологического и климатического режимов не только на региональном уровне, но и в глобальном масштабе. Своеобразие условий существования биоценозов в речных поймах связано с влиянием на них весенне-летних половодий, а также летних дождевых паводков. В анализе этого гидрологического фактора, реакции на него популяций и сообществ наиболее перспективно искать циклические закономерности.

Для некоторых наук естественного профиля, особенно тех, которые занимаются изучением неуправляемых или трудно управляемых явлений и процессов (климатология, гидрология, экология и др.) прогнозирование является основной и часто единственной возможностью выйти в сферу практического применения научных результатов. В связи с разработкой долгосрочных планов использования и охраны возобновимых природных ресурсов необходимость разработки долгосрочных (от 1 до 5 лет) и сверхдолгосрочных (свыше 5 лет) прогнозов резко возросла.

Прогнозы, разрабатываемые на основе цикличности, позволяют предсказывать длительные тенденции изменений климатических и гидрологических условий. Именно такие прогнозы важны при составлении перспективных планов использования природных ресурсов.

Цель и задачи исследований. Цель работы - на основании материалов о радиальном приросте деревьев и гидрометеорологической информации выявить основные закономерности индикации

гидрометеорологических процессов во времени и пространстве для территории Сибири, а также исследовать возможность использования древесно-кольцевых хронологий для реконструкции и прогноза некоторых элементов гидрологического режима.

Для достижения этих целей требуется решить следующие частные

задачи:

1. Разработать структуру интегрированной информационной системы (ИИС), включающей в себя базы данных "Дендрохронология", "Гидрология" и "Метеорология", создать на машинных носителях базы данных (БД), систему управления БД, наполнить их информацией, адаптировать к поставленным задачам.

2. Обосновать применимость методов анализа случайных процессов и временных рядов к разложению на физические составляющие дендрохронологической информации.

3. Создать программный комплекс, позволяющий выявлять закономерности связи в пространстве гидрометеорологических и дендрохронологических рядов.

4. Полученные закономерности использовать для ретроспективной оценки различных элементов гидрологического режима, а также для временной экстраполяции и пространственной интерполяции различных характеристик.

По результатам выполненных исследований на защиту выносятся следующие основные положения:

I. Организация дендрохронологической информации как пространственно - распределенных временных рядов, доказывает

применимость методов многомерного статистического моделирования для анализа гидрометеорологических рядов, и предполагает применение информационных систем, как способа пространственной организации сбора, хранения, обработки и воспроизведения дендрохронологических данных;

II. Применение метода факторного анализа для матрицы пространственно- временных дендрохронологических рядов позволяет перейти от количественных характеристик к качественным и вычленить из рядов радиального прироста гидрологическую составляющую, хорошо коррелируемую с элементами гидрологического режима исследуемого района.

III. Дендрохронологическая информация из пойменных местообитаний Нижней Оби может использоваться для реконструкции и прогнозирования гидрологического режима Оби.

Работа выполнена в лаборатории гидрологии Института географии СО РАН. Автор выражает глубокую благодарность за всестороннюю помощь и поддержку родителям Т.А.Лаврентьевой, И.А.Лаврентьеву, научному руководителю к.г.н. А.Н.Антипову, к.б.н. Полюшкину Ю.В. за предоставленные материалы, а также всем сотрудникам лаборатории за помощь и доброжелательную атмосферу, в которой проходила работа. Отдельная признательность к.г.н. В.Н.Федорову и к.г.н. Т.И.Коноваловой за ценные советы и замечания, которые сделали возможным появление этой работы.

ГЛАВА 1. Использование древесно-кольцевых хронологий для реконструкции гидрологических и климатических факторов среды (литературный обзор).

Основы дендроклиматологии в нашей стране были заложены профессором Одесского университета Ф.Н.Шведовым (1892), который предложил оригинальную методику изучения климатических влияний по годичным кольцам и указал на возможность прогнозирования засух. В статье «Дерево, как летопись засух», помещенной в «Метеорологическом вестнике», Ф.Н. Шведов, исследовав годичные кольца двух экземпляров белой акации, срубленных на улицах Одессы, и отметив синхронность годичного прироста с осадками гидрологического года (сентябрь - август), пришел к выводу, что дендрометрическим результатам можно придавать такую же степень достоверности в указании эпох наименьшего количества осадков или засух, как и плювиометрическим.

Позднее в этой области работали М.Е.Ткаченко, А.В.Тюрин, А.П.Тольский, С.Г.Заозерский (цит. по Молчанову, 1976). Указанные авторы связывали прирост и возобновление сосны с засушливыми периодами, вызывающими возникновение лесных пожаров и формирование новых поколений сосновых насаждений в лесах.

Особенно много публикаций в области дендроклиматологии появилось в последние годы (Рудаков, 1951, 1952, 1953, 1961, 1964, 1970,

1980; Максимов, 1952; Дмитриева, 1959; Костин, 1960, 1962, 1963, 1965, 1968; Вихров, 1962; Вихров, Колчин, 1962, 1967; Колчин, 1962, 1964, 1967; Битвинскас, 1964, 1965а, 19656, 1968, 1974, 1978, 1990; Скрябин, 1964; Corona, 1966; Мухамедшин, 1966; Колищук, 1966, 1967, 1968; Комин, 1967, 1968, 1970, 1971, 1972, 1974, 19906; Дружинин, 1968; Дружинин, Хамьянова, 1969; Адаменко и др. 1972, 1982; Адаменко, Юрченко, 1990; Кайрюкштис, Юодвалькис, 1968, 1970, 1972; Мухамедшин, Крылышкина, 1974; Шиятов, 1974, 1981, 1986; Полюшкин, 1979, 1983, 1987; Pilcher et al., 1982; Gray et al., 1983; Schweingruber, 1983, 1985, 1988, 1993; Hugnes et al., 1984; Антипов и др., 1984; Бокк, 1985; Tessier, 1986; Fritts, 1987; Schweingruber, Braker, et al., 1987; Воронин и др., 1987; Колищук и др., 1987; Briffa et al., 1988; Visser et al., 1988; Миронов, Агафонов, 1990; Берри, Краснушкина, 1990; Борщева, 1990; Дробот, Назаренко, 1990; Жирина, 1990; Schweingruber et al., 1991; Gostev et al., 1996; Jacoby et al., 1996a, 19966; Ваганов и др.,1996; и т.д.).

Влияние климатических условий на изменение природы леса и возникновение лесных пожаров изучали А.А.Молчанов (1961, 1970, 1976); И.Ф.Преображенский (1957; цит. по Молчанову, 1976), Ю.В.Полюшкин (1980), Л.С.Жирина (1990), С.Н.Санников и др. (1990) и т.д.

Рядом ученых освещено влияние климатических характеристик на водные ресурсы, речной сток и уровень воды в озерах(Басов, 1948; Гурский и др., 1953; Schulman, 1956; Кулагин, 1958; Нарышкин, 1961; Рудаков, 1964; Орлов, 1965; Галазий, 1967; Шнитников, 1969 , 1975; Пакальнис, 1971, 1972; и т.д.).

Дендрохронологический анализ применяется в климатологии и метеорологии для ретроспективного изучения климатических условий и сверхдолгосрочного прогнозирования климата (Erlandsson, 1936, цит. по Молчанову, 1976; Schulman, 1956; Костин, 1960, 1962, 1963, 1965, 1968; Колищук, 1966, 1968; Вихров, Протасевич, 1966; Corona, 1966; Комин, 1967,1968,1970,1990а; Болычевцев, 1968; Битвинскас, 1974, 1990; и т.д.).

Дендрохронологические ряды могут быть с успехом использованы для точной датировки и выявления частоты повторяемости таких катастрофических явлений как лавины, сели, буреломы (Адаменко, 1968; Турманина и др., 1968; Мягков, 1979; Tessier, 1986; Алексеев, Новицкая, 1990; и т.д.).

Данные по приросту деревьев использовались также для изучения возрастной структуры насаждений, смены пород, естественного возобновления, для прогнозирования продуктивности лесов и оценки лесохозяйственных мероприятий (Скрябин, 1948, 1964, 1965, 1968; Битвинскас, 1964, 1965а, 19656, 1968, 1974, 1990; Кайрюкштис, Юодвалькис, 1968, 1970, 1972; Звиедрис, Матузанис, 1968; Ловелиус, 1970, 1972, 1979, 1990; Полюшкин, 1983; Полюшкин и др., 1983; и т.д.).

Природе присуща характерная многолетняя цикличность в развитии явлений и событий. Циклы наблюдаются в многолетних колебаниях атмосферной циркуляции и атмосферных осадков, в температуре воздуха, в различных гидрологических характеристиках океанов, морей, озер и рек. Природный цикл всегда прослеживается в сумме явлений. Это единый взаимообусловленный процесс, при развитии которого компоненты в зависимости от их природы реагируют по-разному на смену фаз цикла. Для

явления природной цикличности характерны сопряженность и взаимосвязанность многих процессов, т.е. природные циклы проявляют себя и вовлекают в развитие много событий. Во вскрытии сложных связей и взаимообусловленных зависимостей и состоит задача при исследовании природной цикличности (Максимов, 1989).

Особую актуальность приобретают вопросы долгосрочного прогноза направленных изменений в отдельных компонентах фитогеосферы, которые тесным образом связаны с внутривековыми, вековыми и многовековыми колебаниями увлажненности и теплообеспеченности, определяющими речной сток, развитие горного оледенения, состояния естественных и искусственных фитоценозов и т.д. Большой интерес представляет возможность оценки изменчивости характеристик климата на основании анализа прироста годичных колец дерева, являющегося индикатором изменения погоды и климата прошлого в масштабе столетий.

Дендрохронологические данные по ископаемым и современным деревьям могут быть использованы при выявлении закономерностей многолетней изменчивости природных условий, при разработке фонового прогноза гидрометеорологических условий, а также для определения особенностей проявления геофизических процессов в отдельных районах. Интерпретация дендрохронологических характеристик достаточно сложна, тем не менее анализ массовых материалов по определенной территории позволяет решать вопрос о согласованности изменчивости радиального прироста деревьев с внешними условиями, важнейшими из которых считаются показатели тепло- и влагообеспеченности (Битвинскас, 1974).

«Трудности, обнаружения и изучения циклических колебаний в природе, - подчеркивает Т.В.Покровская (1969, цит. по Битвинскас, 1974), - крайне велики уже по причине большого числа циклов». Поэтому, только раскрывая причинные связи циклов радиального прироста деревьев с факторами, их определяющими, можно надеяться на успешное использование закономерностей ритмического колебания прироста при сверхдолгосрочном прогнозировании климата.

Наиболее простой способ изучения связей годичного прироста с гидроклиматическими факторами - сопоставление прироста с изменениями отдельных природных элементов за определенные периоды. Но, иногда, это не дает желаемого эффекта, так как при всей сходности гидроклиматических условий исследуемого района, локальные характеристики конкретных произрастаний преобладают над глобальными факторами.

Особое место в подобных исследованиях занимают методы оценки параметров циклов. Наиболее распространенным является метод сглаживания рядов при помощи скользящих средних (Рудаков, 1951; Комин, 1970; Борщева, 1990; и т.д.). В последнее время появились работы по применению в дендрохронологии методов спектрального анализа (Дроздов, Малкова, 1972; Черкашин, Кузьмичев, 1977; Битвинскас, 1978; Берри, Либерман, Шиятов, 1979; Шиятов, 1981; Мазепа, 1985, 1986; и т.д.). Активно применяются методы множественной корреляции и регрессионного анализа. Последние два десятилетия ознаменовались в дендроклиматохронологическом исследовании условий среды переходом от анализа отдельных дендрошкал к изучению группы шкал,

определенным образом расположенных в пространстве (вдоль определенной широты или долготы, по берегам крупных водоемов и т.д.) (Битвинскас, 1978; Ловелиус, 1979; Ступнева, 1981,1990; Schweingruber, 1983, 1988, 1993; Ваганов и др., 1996; и т.д.). В качестве основных причин использования профильного метода в дендроклиматологии можно назвать следующие (Ступнева, 1981):

1) отсутствие математической модели формирования годичного кольца, и вследствие этого несостоятельность (в большинстве случаев) попыток выделения и изучения тех или иных факторов среды по отдельным сериям годичных колец;

2) сложность и многофакторность воздействия среды на прирост.

Профильный же метод выделяет индивидуальную реакцию дерева, локальные и глобальные законом�