Реконструкция гидрометеорологических условий на Северном Кавказе по дендрохронологическим данным за период с 1800-2005 гг.

Долгова, Екатерина Антоновна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Реконструкция гидрометеорологических условий на Северном Кавказе по дендрохронологическим данным за период с 1800-2005 гг.
ВАК РФ 25.00.25, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Реконструкция гидрометеорологических условий на Северном Кавказе по дендрохронологическим данным за период с 1800-2005 гг."

На правах рукописи

Долгова Екатерина Антоновна

Реконструкция гидрометеорологических условий на Северном Кавказе по дендрохронологическим данным за период с 1800-2005 гт.

Специальность 25.00.25 - Геоморфология и эволюционная география

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

4857877

20 о;

Москва-2011 г.

4857877

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте географии РАН

Научный руководитель: чл.-корр. РАН,

доктор географических наук Ольга Николаевна Соломина

Официальные оппоненты:

доктор географических наук,

ведущий научный сотрудник Борисова Ольга Кимовна

кандидат географических наук,

доцент Виктор Владимирович Поповнин

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Защита состоится «28 » октября 2011 г. в 1100 на заседании Диссертационного совета Д 002.046.04 в Учреждении Российской академии наук Институте географии РАН по адресу: 119017 Москва, Старомонетный переулок, 29

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института географии РАН Текст объявления и автореферат размещены на сайте Института географии РАН www.igras.ru

Автореферат разослан « 28 » сентября 2011 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим отправлять по адресу: 119017 Москва, Старомонетный переулок, 29. Факс: (495) 959-00-33; E-mail: igras@igras.geonet.ru, direct@igras.geonet.ru

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук

И.С. Зайцева

Актуальность темы. Годичные кольца деревьев являются важным источником косвенной информации о климате прошлого. Дендрохронологический метод позволяет реконструировать температуру, осадки, речной сток с годовым или сезонным разрешением, и таким образом, удлинить ряд наблюдений и использовать эти данные для прогноза, оценить частоту и суровость экстремальных явлений, тренды и ритмику изменений климатических параметров и связанных с ними природных процессов. Высокогорные районы дают уникальную возможность для определения и анализа изменчивости климата в прошлом по годичным кольцам деревьев. Это связано с тем, что деревья, растущие на пределе своего существования, обладают повышенной чувствительностью к изменению тех климатических параметров, которые ограничивают их рост (лимитирующие факторы). Именно в горах встречаются высоковозрастные деревья, которые обеспечивают построение реконструкций продолжительностью в несколько столетий, а иногда даже и тысячелетий. Несмотря на относительно высокую изученность Кавказского региона в отношении современных изменений климата, климатические реконструкции высокого разрешения, основанные на результатах дендрохронологического метода, здесь до сих пор отстутствуют. Абсолютно сдатированных древесно-кольцевых хронологий для этой территории почти нет. Поэтому создание таких хронологий, исследование зависимостей прироста деревьев от климатических колебаний и использование этих данных для реконструкции климатической изменчивости на Кавказе в прошлом, представляют интерес, как с научной, так и с практической точки зрения. Этим проблемам посвящена настоящая работа.

Цель работы - создание абсолютно сдатированных хронологий по ширине и максимальной плотности колец сосны и пихты и выявление их возможностей для реконструкции температуры тёплого периода, баланса массы ледников и речного стока для территории Северного Кавказа.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие взаимосвязанные задачи:

1. Создание сети абсолютно сдатированных древесно-кольцевых хронологий по ширине и плотности годичных колец сосны и пихты в долинах рек Теберды и Баксана; пространственно-временной анализ этих дендрохронологических рядов.

2. Построение сводных древесно-кольцевых хронологий, отражающих региональные особенности прироста.

3. Анализ связи метеорологических параметров с древесно-кольцевыми хронологиями.

4. Создание количественной реконструкции температуры воздуха теплого периода для территории центральных районов северного макросклона Кавказа и оценка ее достоверности.

5. Анализ связей индексов древесно-кольцевых хронологий со значениями баланса массы ледников Приэльбрусья. Оценка возможности применения хронологий для реконструкции баланса массы ледников.

6. Исследование возможности создания реконструкции стока р. Теберды по дендрохронологическим данным.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые представлены абсолютно сдатированные хронологии сосны и пихты по ширине годичных колец и максимальной плотности древесины в долинах рек Баксан и Теберда продолжительностью 205-456 лет. В результате этого исследования была создана первая количественная реконструкция летних температур для Кавказа с годичным разрешением за период 1800-2005 гг. Впервые показана возможность применения дендрохронологического метода для рекнструкции баланса массы ледника Гарабаши и стока р. Теберды.

Защищаемые положения

• На Кавказе на верхней границе леса на радиальный прирост сосны текущего года оказывают влияние температуры мая, июня и ноября предыдущего года. На формирование ширины годичного кольца пихты отрицательно влияют температуры августа и сентября предыдущего года. Устойчивой статистически значимой связи (пригодной для реконструкции) между индексами ширины годичных колец сосны и пихты со среднемесячными температурами и количеством осадков текущего года не обнаружено.

• Максимальная плотность древесины сосны вблизи верхней границы леса на Кавказе более тесно связана с климатической изменчивостью, чем ширина годичных колец. Самая высокая статистически значимая связь, которая объясняет более 50% изменчивости, обнаружена между индексами хронологии по максимальной плотности колец и среднемесячной температурой апреля-сентября высокогорной метеостанции Северный Клухор (2047 м). Такая связь статистически значима и для ряда наблюдений на гмс Пятигорск продолжительностью 110 лет, что свидетельствует о её устойчивости во времени и подтверждает достоверность полученной реконструкции.

• Согласно выполненной реконструкции, за последние два столетия самое холодное лето за 200 лет отмечалось в 1817 году, возможно, в связи с крупным извержением вулкана Тамбора в 1815 году, самое теплое - 1872 г. Частота экстремумов за 200 лет не обнаруживает статистически значимого группирования во времени. Периоды летних похолоданий на Кавказе отмечались в 1832-1838, 1895-1906, 1926-1936 гг. Линейных трендов в ходе реконструированных температур за последние 50, 100, 150, 200 лет не обнаружено. Тренды температуры апреля-сентября отсутствуют и в ряду инструментальных наблюдений г. Пятигорска за последние 110 лет.

• Ширина и максимальная плотность годичных колец сосны коррелируют с речным стоком р.Теберды и балансом массы ледника Гарабаши.

Личный вклад автора. Работа основана на обширном дендрохронологическом материале, полученным автором в ходе полевых работ в 2006-2007 гг., а также сотрудниками ИГРАН с 2002 по 2009 гг. Автор проводил полевые работы по сбору дендрохронологического материала, лабораторную обработку образцов, измерение ширины годичных колец, химическую обработку образцов и измерение максимальной плотности колец, перекрёстную датировку полученных древесно-кольцевых серий и построение хронологий, статистическую обработку метеорологической и дендрохронологической информации, построение реконструкций гидрометеорологических параметров и оценку их точности и надежности, сопоставление построенной реконструкции температуры с реконструкциями других авторов по Северному полушарию.

Практическая значимость работы. Полученные данные о температурном режиме тёплого периода на Кавказе позволяют уточнить характер и особенности климатической изменчивости этого района в прошлом, что обеспечивает более надежный прогноз, причем как длительных изменений, так и короткопериодных флуктуаций. Этот прогноз, в свою очередь, позволит обеспечить более обоснованное долгосрочное планирование хозяйственной и рекреационной деятельности на территории Северного Кавказа. Практический интерес представляют и полученные данные об изменчивости в прошлом стока реки Теберды, притока Кубани, питающей район с сельскохозяйственной специализацией. Построенные хронологии могут быть в дальнейшем использованы для датировки погребённой древесины и исторических памятников. Информация о климатическом отклике деревьев может использоваться в лесоводстве при прогнозе реакции радиального прироста деревьев на изменения климата.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на российских и международных конференциях: симпозиум «Гляциология в канун Международного Полярного Года», Пушкинские Горы (октябрь 2006), международная конференция «Вклад России в МПГ 2007/2008» в г. Сочи (октябрь 2009), конференция «Лёд и снег в климатической системе» в г. Казань (май 2010), на международной конференции «\VorldDendro 2010» в г.Рованиеми (Финляндия, июнь 2010), тезисы представлены на конференции РусДендро, Екатеринбург (октябрь 2011).

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Список литературы включает 120 наименования, в том числе 51 - на иностранных языках. Текст иллюстрирован 70 рисунками и содержит 25 таблиц.

Глава 1. Район работ и состояние его изученности в отношении дендроклиматологии.

Работы проводились на Северном Кавказе на территории Тебердинского Государственного Биосферного заповедника и в национальном парке Приэльбрусье (рис. 1).

Kilometers О 4.5 9 18

LANDSAT, 2003

Гмс Архыз

КНТР КНАТ

8 Гмс Теберда

л-к Марух

-K'z .ч BAZ, KV fpyT-кГарабаши

«,. GAR.CHS;-» ГмсТер.ркол*'?

. •■ • GHEJERS * * ■ ?

'Гмс Северный*-, ■

Клухор • f Л-к Дж^нкуат

Рис. 1. Расположение пробных площадей отбора дендрохронологического материала (жёлтые кружки), используемых метеостанций (зелёные кружки), некоторых ледников (голубые квадраты). Площадки отбора в Тебердинском заповеднике: KYZ - долина реки Кызгыч, КНТР и КНАТ - долина р. Теберда, AL1 - предполье ледника Алибек. В Приэльбрусье: BAZ - конечная морена ледника Большой Азау, GAR - предполье ледника Гарабаиш. СНЕ -верхняя граница леса склона г. Чегет восточной экспозиции. CHS - верхняя граница леса склона г. Чегет южной экспозиции, KV - морена 14 в. ледника Большой Азау, TERS - верхняя граница леса близ ледника Терскол.

Тебердинский Государственный Биосферный заповедник, представленный двумя участками Тебердинским и Архызским, располагается на северном макросклоне Главного Кавказского хребта. На юге заповедник ограничен отрезком Главного хребта между вершиной Джаловчат (3870 м) и Клухор-баши (3450 м), на западе граница проходит по водораздельному гребню между реками Теберда и Малая Марка, восточная - охватывает водораздельную цепь между реками Теберда и Даут. Река Теберда образуется при слиянии рек Аманаус и Гоначхир и является левым притоком реки Кубани. Приэльбрусье вместе с Эльбрусом (5642 м) - самая западная часть Центрального Кавказа (Природные процессы..., 2004). Большой Кавказ входит в состав Альпийского (Средиземноморского) геосинклинального пояса (Гвоздецкий и др., 1987). Современный рельеф изучаемой территории создавался под влиянием длительного воздействия разнообразных факторов, главнейшими из которых являются геологическое строение, влияние древнего оледенения, водная и лавинная эрозия (Тушинский, 1957). Существенной особенностью орографии является большая разница относительных высот, что, оказывает влияние на формирование природных особенностей района, а также обуславливает вертикальную поясность ландшафтов.

Климат района определяется его положением в умеренном широтном климатическом поясе, с чем связаны особенности радиационного режима и циркуляции атмосферы. Зимой на процессы атмосферной циркуляции на Северном Кавказе влияют Исландский минимум и Азиатский антициклон. Средние температуры воздуха и суммы выпавших осадков за холодный период (ноябрь-март) составляют: -2,9 °С и 733 мм, -0,4 °С и 271 мм, -4,7 сС и 294 мм для гмс Северный Клухор, Теберда и Терскол, соответсвенно. В тёплый период года на циркуляционные процессы на Северном Кавказе большое влияние оказывает Азорский максимум. На эти макроциркуляционные процессы накладывается влияние Чёрного и Каспийского морей. Средние значения температуры воздуха и суммы выпавших осадков за тёплый период (апрель-октябрь) для гмс Северный Клухор, Теберда и Терскол составляют: +8,6 °С и 900,5 мм, +11,5 °С и 504,7 мм, +7,9 °С и 648,9 соответственно.

На высоте 1300 м (гмс Теберда) переход температур через ноль наблюдается в конце февраля - в марте. На гмс Северный Клухор и Терскол, расположенных выше 2000 м, температуры становятся положительными в середине марта.

Ход средних летних температур на гмс Северный Клухор не обнаруживает статистически значимого тренда за период 1957-2005 гг. Для гмс Теберда характерно увеличение среднегодовых температур (г=0,33, р<0,05) за счёт их роста в летние месяцы (г=0,35; 0,48; 0,44; р<0,05) и в сентябре (г=0,38; р<0,05). Статистически значимый отрицательный тренд обнаружен для ряда среднегодовых температур на гмс Терскол (г=-0,35; р<0,05) за период 19512005 гг. Из трёх метеостанций лишь для гмс Терскол обнаружен статистически значимый положительный тренд в ходе осадков за год, а также в июне (г=0,33; р<0,05) и сентябре (г=0,35; р<0,05).

В исследуемом районе ледники относятся к бассейнам двух морей: Азовского и Каспийского. В бассейне реки Кубань, в истоках которой находится Тебердинский заповедник, площадь оледенения достигает 23,9% от общей площади оледенения Северного Кавказа, в бассейне реки Терек - 69,9% (Панов и др., 2008). Ледникам и снежникам принадлежит большая роль в питании рек, берущих начало из ледников. Так, в Тебердинском заповеднике, где проводились работы по реконструкции речного стока, вклад ледникового питания составляет 26% от общего объема речного стока.

Основные дендрохронологические работы по отбору образцов велись на пределе распространения сомкнутого высокоствольного леса. Условия произрастания растений в пределах экотона верхней границы леса характеризуются сочетанием низких температур и значительного увлажнения, короткого вегетационного периода при интенсивной солнечной радиации; почвы имеют малую мощность и низкую плодородность. На Северном Кавказе с увеличением степени континентальности климата с запада на восток возрастает количество солнечных дней и, следовательно, интенсивность радиации, что способствует продвижению вверх лесной растительности, поэтому высота верхней границы леса на Эльбрусе выше, чем в Тебердинском

заповеднике. На Западном Кавказе верхнюю границу леса составляют разнотравно-злаковые буковые криволесья, сменяющиеся берёзовыми криволесьями. В более континентальных условиях Центрального Кавказа верхнюю границу леса на высоте 2400 м образуют сосновые леса с травяным ярусом с доминированием осоки низкой, овсяницы овечьей и других видов сухих лугов (Биота экосистем Большого Кавказа, 1990).

Дендрохронологические работы в высокогорье Центрального Кавказа начались еще в 1970-х гг. В.И.Турманина (1971, 1972, 1979) установила, что прирост сосны в Приэльбрусье снижается в годы существенного понижения температур вегетационного периода и/или в периоды снижения нормы годовых осадков при повышении температур вегетационного периода. Обширные дендрохронологические работы на Кавказе в 1970-е-1980-е гг. велись Институтом Ботаники АН Литовской ССР. Результаты этих работ (ширина колец и ее индексированные значения) публиковались в сборнике «Дендрошкалы Советского Союза». Позже П.В. Ковалёвым и др. (1984) была предпринята попытка использования одного спила пихты для реконструкции среднегодовых температур для гмс Теберда на Западном Кавказе. В последние годы на кафедре ландшафтоведения МГУ дендрохронологический метод используется для индикации динамики изменений ландшафтов в высокогорьях Кавказа (Бочкарёв, Дьяконов, 2009). Одна хронология для тиса ягодного (Taxus baccata L.) за период с 1556-1980 гг. представлена для территории Грузии (N=42, Е=45,17; Н=2000 м) в Международном банке дендрохронологических данных http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/treering.html (Kuniholm, Steele, Tovar).

Несмотря на интересные результаты, полученные исследователями в конце 20-го века, детальные работы по выявлению сопряженности динамики приростов в пространстве, по идентификации климатического сигнала в ширине годичных колец у разных древесных пород, по реконструкции колебаний климата и других параметров среды все еще составляют задачи будущего. Некоторые аспекты этих проблем будут рассмотрены ниже в этой работе.

Глава 2. Материалы и методы

Дендрохронологический материал.

С 2002 года вблизи верхней границы леса и на предпольях ледников на высоте 1900-2500 м сотрудниками отдела гляциологии ИГРАН было отобрано около 200 кернов сосны обыкновенной (Pinns sylvestris L.) и пихты кавказской (Abies nordmaniana (Steven) Spach.)\ они послужили основой для этой работы (Долгова и др., 2007) (рис. 1). Все дендрохронологические площадки, использованные в диссертации, расположены в природоохранной зоне, что обеспечивает минимальное антропогенное влияние на местообинания деревьев.

В работе использовались данные метеостанций Теберда, Северный Клухор, Терскол и Пятигорск (табл. 1). Отбор образцов был организован вблизи высокогорных метеостанций для более успешного поиска климатического сигнала. Данные гмс Пятигорск были использованы при анализе устойчивости модели.

Таблица 1. Использованные в работе метеорологические и гидрологические данные

Метеостанция Координаты (с.ш., в.д.) Высота, м Длина ряда Метеопараметры

Теберда 43°27,4Г44. 1313 1956-2005 Среднемесячные температуры и осадки

Северный Клухор 43°15., 4Г50 2047 1956-2005

Пятигорск 44°05,43 "05 538 1891-1997

Терскол 43° 15, 42°30 2214 1951-2005

Гидрологический пост Теберда 43°26, 4Г44 2210 1927-2002 Среднемесячный сток р. Теберда

Методика исследования. Отбор и анализ образцов древесины (керны и спилы) проводился в соответствии с общепринятыми методическими требованиями древесно-кольцевого анализа (Шиятов и др., 2000; Cook and Kairiukstis, 1990). Измерения ширины годичных колец произведены на полуавтоматической установке LINT AB с точностью 0,01 мм. Далее данные по ширине годичных колец подвергались перекрёстной датировке в программе TSAP-Win с последующей проверкой в программе COFECHA (Holmes, 1983). Оценка возрастного тренда производилась для каждого индивидуального дерева, возрастная кривая аппроксимировалась негативной экспонентой или прямой с отрицательным наклоном, относительно которой рассчитывались индексы прироста. Для целей стандартизации и удаления возрастного тренда использовалась программа ARSTAN (Cook, 1991). Для сохранения долгопериодной изменчивости в рядах в последние годы многими исследователями (Esper et al., 2002; Esper, 2003; Frank et al., 2005) возрастной тренд удаляется при помощи так называемой стандартизации региональной кривой (Regional Curve Standardization). В данной работе использованы стандартные хронологии, а метод RCS не был применён в виду отсутствия субфоссильной древесины с датами гибели, отличными от современных живых деревьев.

Известно, что максимальная плотность поздней древесины является более интегральным показателем температуры периода вегетации, чем ширина колец (Schweingruber, 1988; D'Arrigo, 1992). С одной стороны, максимальная плотность поздней древесины отражает температурные условия того времени, когда она формируется (конец лета), а с другой - находится под гормональным контролем условий начала вегетационного периода (апрель-май) (Hughes, 2001; Vaganov et al., 2006). На основе максимальной плотности колец восстановлены температуры для Северной Америки (Davi et al., 2003; D'Arrigo et al., 2004; Luckman and Wilson, 2005), Сибири (Briffa et al. 2001; Kirdyanov et al., 2008), Европы (Briffa et al., 1988, 2004; Biintgen et al., 2008).

Анализ плотности древесины, методические основы которых впервые предложены Польжем (Polge, 1966), является сложным, трудоёмким и дорогостоящим процессом (Ваганов, 2000). В связи с этим возникло новое альтернативное направление — измерение оптической плотности древесины с использованием сканеров высокого разрешения и специального программного обеспечения для анализа (Sheppard et al., 1996; Campbell et al., 2007). Профили

максимальной плотности сосны для территории северной Финляндии, полученные традиционным и альтернативным способами, согласуются между собой и практически одинаково отражают изменчивость температуры (Campbell et al., 2007). Эти теоретические и технологические разработки послужили основанием для применения альтернативного метода измерения плотности древесины («оптическая плотность») в данной работе.

Древесина сосны содержит значительное количество смол (Shweingruber, 1988), поэтому для получения корректных результатов керны были предварительно обработаны в аппарате Сокслета в растворах этанола и толуола (Jensen, 2007), так как наличие смолы в древесине может серьёзно повлиять на результаты измерений плотности. Затем поверхность кернов была зачищена с помощью микротома. Отсканированные керны в высоком разрешении (1000 dpi) обрабатывались в програме Lignovision (Rinntech), которая использует изменчивость яркости колец для построения профиля плотности. Удаление смолы из кернов и измерения плотности производились в лаборатории древесно-кольцевых исследований, Аризона, США в 2009 году.

Для оценки качества древесно-кольцевых рядов использовались такие показатели как коэффициент чувствительности и стандартное отклонение рядов. Качество хронологии оценивается с помощью разных показателей, в том числе EPS (Expressed Population Signal (Briffa et al., 1995). Значения EPS в нашем случае были посчитаны для каждой хронологии с помощью 30-летнего «плавающего» окна с 29-летним перекрытием. Значение индекса EPS 0,85 гарантирует, что ширина кольца за данный год адекватно отражает прирост всей совокупности (Wigely et al., 1984). В данной работе пороговое значение индекса было принято 0,8, что позволило удлинить ряд с незначительной потерей качества.

Для определения статистических связей между различными климатическими параметрами и индексами древесно-кольцевых хронологий использовался корреляционный анализ. Рассчитывались коэффициенты корреляции Пирсона дендрохронологических данных с ежемесячными или ежегодными параметрами за период январь-октябрь текущего года прироста и май-декабрь предыдущего года (Fritts, 1976). После того, как была установлена связь метеорологическх показателей с древесно-кольцевыми хронологиями, строилась регрессионная модель, позволяющая перейти от показателей ширины и плотности кольца к климатическим параметрам. В нашем случае это была модель линейной регрессии.

При создании статистической модели, описывающей связь дендрохронологических и метеорологических показателей, калибровочный ряд обычно делят на две части, собственно калибровочную и верификационную, для того, чтобы проверить устойчивость модели. В нашем случае, учитывая короткий калибровочный ряд (25 лет), для оценки устойчивости и надежности нашей модели мы дополнительно использовали ряд гмс Пятигорск 1891-1997 гг.

Короткий ряд инструментальных наблюдений за балансом массы ледника Гарабаши не позволил использовать стандартную методику деления на калибровочную и верификационную части. В данном случае для оценки

качества модели был использован метод скользящего контроля: модель строилась по (п-1) точкам, а в оставшейся точке рассчитывалось отклонение от прогноза, и описанная процедура повторялась п раз (т.е. для каждой точки) (Вапник, 1974).

Глава 3. Влияние климатических факторов на ширину и плотность годичных колец и реконструкции летних температур

Хронологии ширины и плотности годичных колец. Всего в ходе этого исследования построено 7 хронологий по ширине годичных колец сосны, 1 по ширине годичных колец пихты и 1 по максимальной плотности колец сосны. Длительность хронологий составляет от 264 до 456 лет для сосны и 205 лет для пихты (рис. 2, табл.2). Статистические характеристики хронологий показывают, что ограничений для их использования в целях климатических реконструкций нет. Хронология по максимальной плотности колец получена для деревьев с площадок урочища Хатипара (КНТР и КНАТ), которые впоследствии были объеденены в хронологию MaxD. Корреляционный анализ, а также применение метода главных компонент показали, что первый фактор 6 хронологий по ширине годичных колец сосны объясняет почти 50% дисперсии (рис. 3). Второй фактор объясняет 13% общей изменчивости и может быть выделен только для хронологии KYZ. Очевидно, что условия произрастания сосен в долине реки Кызгыч отличаются от остальных и являются уникальными. Сводная хронология сосны, таким образом, не включает хронологию KYZ и построена путем осреднения 6 локальных хронологий. Региональная хронология покрывает период с 1708 года (при наличии 5 образцов в ее начале) по 2009 год.

Влияние климатических факторов на прирост сосны и пихты. Для

хронологий по ширине годичных колец сосны и пихты Тебердинского района, а также для Эльбруских хронологий, расположенных на верхней границе леса, обнаружена положительная статистически значимая связь индексов прироста и температуры ноября предыдущего года (г = 0,36-0,42; р<0,05). На прирост пихты отрицательно сказываются высокие температуры августа и сентября предыдущего года (г = -0,33;-0,43; р<0,05). Величина прироста сосны вблизи верхней границы леса не обнаруживает статистически значимых связей с температурой лета и количеством осадков текущего года. Для некоторых хронологий по ширине колец (BAZ, KV и КНТР) обнаружена слабая положительная связь с осадками июня и июля. Очевидно, что в самые жаркие месяцы лета отсутствие атмосферных осадков негативно сказывается на приросте деревьев. На формирование максимальной плотности древесины сосны положительно влияют высокие среднемесячные температуры тёплого периода года марта - сентября (рис. 4).

1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2

CHS .1 1

' i

TERS - I 1 ! 1 i i

—i----- i;;i

20 S

AU i

1TÍPV П t'iv.br Vм'л

Рис.2. Индексы хронологий по ширине (KYZ, КНТР, CHS, GAR, KV, BAZ, TERS) плотности (MaxD) годичных колец сосны, по ширине годичных колец пихты (ALI) количество используемых образцов.

Название хронологии куг КУ КНТР ОАЯ СНЭ влг А1Л ТЕК$ МахО

Длина хронологии 1550- 1640- 1678- 1693- 1738- 1660- 1800- 1714- 1759-

2006 2002 2005 2002 2002 2004 2005 2009 2005

Кол-во образцов 20 8 57 13 15 18 24 15 25

(деревьев), вошедших (14) (4) (29) (7) (8) (И) (13) (9) (43)

в хронологию

Межсериальный коэффициент 0,4 0,55 0,51 0,61 0,53 0,44 0,28 0,58 0.5

корреляции

Стандартное 0,23 0,18 0,22 0,22 0,15 0,14 0,13 0,16 0.06

отклонение

Средняя 0,16 0,13 0,16 0,13 0,11 0,12 0,12 0,12 0.07

чувствительность

Средняя 0,66 0,55 0,51 0,61 0,52 0,44 0,28 0,58 0.02

автокорреляция 1-ого

порядка

Средняя длина 203 283 175 160 160 233 114 233 120

сегмента

ЕР8>0,8 (год) 1783 1805 1753 1892 1961 1752 1883 1776 1800

Доля первой главной 47,1 46,0 42,0 39,7 44,2 42,6 38 32,0 41

компоненты, %

1 1 1 1 куг ! \ ' 7~ ' ' ! 1 1 ;

\ __________г—;:>"" О-"' 1..'-' ; XV.--"''! Г- 1 ; ! 1 ! 1 ^ 1 1 ( ' ! !

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

Первая главная компонента : 48,93%

Рис. 3. Поля распределения корреляционных связей между локальными хронологиями по ширине годичных колец в проекции двух главных компонент за общий период 1738-2002.

Рис. 4. Корреляция индексов максимальной плотности сосны и среднемесячной температуры воздуха гмс Северный Клухор.

Реконструкция температур вегетационного периода. Для реконструкции была выбрана наиболее устойчивая, статистически значимая и экологически обусловленная зависимость между индексами хронологии сосны по максимальной плотности древесины и среднемесячными температурами апреля-сентября гмс Северный Клухор (Я2 =0,63; р<0.05). При сравнении восстановленных и инструментальных данных можно отметить, что практически все пики обоих параметров совпадают во времени и по амплитуде (рис. 5). Для независимой проверки модели инструментальный период наблюдений был разделён на 2 части: верификации (1956-1980 гг.) и калибровки (1981-2005 гг.). Все полученные коэффициенты корреляции для этих отдельных периодов достигают статистически значимых значений (табл.3).

Таблица 3. Результаты верификации модели

Период [^иаге ЬШ СЕ

1956-2005 0,5196 - -

1956-1980 0,7044 0,2481 0,1554

1981-2005 0,3702 0,5747 0,5319

Из реконструкции температуры апреля-сентября, представленной в виде аномалий относительно климатической нормы 1961-1990 гг., следует, что самые холодные вегетационные периоды за последние 200 лет наблюдались в 1817 (-2,6 °С), 1810 (-2,ГС), 1884 (-2,1°С) гг. (в скобках - аномалии температур апреля-сентября, рассчитанные относительно 1961-1990 гг.). Периоды положительных аномалий отмечались в 1820-1831, 1839-1894, 1907-1925, 19371944, 1948-1955 гг., отрицательных - в 1832-1838, 1895-1906, 1926-1936, 19561962 гг. (рис. 5). На рис. 5 также заметно отсутствие долгопериодных трендов за последние 200 лет и за более короткие вековые и полувековые интервалы времени.

1800. 1820 1840 1860 1 880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Годы

Рис 5. Аномалии температур апреля-сентября, рассчитанные относительно климатической нормы 1961-1990 гг., полученные по максимальной тотности годичных колец сосны (синяя линия), по инструментальным данным гмс Северный Клухор (красная линия), и по инструментапьньш данным гмс Пятигорск (зелёная линия). Ряды восстановленных и инструментальных температур гмс Пятигорск сглажены 7-летним скользящим средним. Корреляция посчитана между несглаженными рядами среднемесячных температур апреля-сентября по инструментальным данным гмс Пятигорск и восстановленных по дендрохронологии.

Гмс Пятигорск (1891-1997 гг.) расположена в предгорьях Кавказа на расстоянии около 150 км от площадок отбора дендрохронологических образцов. Возможность использования температурных данных этой станции обусловлена их высокой согласованностью с температурами высокогорных метеостанций. Сравнение температуры апреля-сентября гмс Пятигорск с температурой, реконструированной по дендрохронологическим данным (рис. 5), показывает высокую согласованность рядов (г = 0,63; р<0,05), в том числе для периода 1891-1960 гг. (г = 0,59; р<0,05), который не был использован для построения модели. Самая низкая корреляция между рядами, которая обнаружена для самых ранних периодов наблюдений в начале 20 века (19051934 гг., г = 0,42; р<0,05), все же остаётся на статистически значимом уровне.

Это сравнение с более длинным рядом наблюдений подтверждает адекватность построенной модели и устойчивость сигнала во времени, а также означает, что хронология по максимальной плотности колец сосны, полученная для верховьев р. Теберды, отражает климатический сигнал не только на локальном уровне, но значима и для всего центрального региона Северного Кавказа. Это также подтверждается сравнением реконструкции с данными реанализа (рис. 6), которое показывает положительную корреляцию этой реконструкции с температурой всего причерноморского региона. Особенно высока эта корреляция для западной и центральной части Кавказа. Интересно, что корреляция отмечается и для южного макросклона Кавказа, и даже для Закавказья. Область положительных корреляций выделяется также в Малой

Азии, в восточном Средиземноморье и в Северной Африке, откуда на Кавказ часто приходят воздушные массы летом.

согг Apr-Sep averaged IV-tX temperature rtith Apr-Sep averaged NCEP/NCAR surfoce temp 1948.2005 p<IO%

Ё04----------r—-<---.-

?0К К/К " IfiF ''-01 .ЮГ i '4. 'M; 7Qf дог

Рис. 6. Пространственная корреляция реконструированной температуры апреля-сентября с данными реанализа NCEP/NCAR доступными с 1948-2005 гг.

Хронологии были проанализированы на предмет цикличности динамики прироста с помощью вэйвлет-анализа и спектрального (Фурье) анализа. Во всех хронологиях (по ширине и плотности) выделяется ритм в 24-27 лет. В сводной хронологии по ширине годичных колец сосны для Кавказа также обнаружены циклы в 60 и 10 лет. Циклы более высокого порядка достоверно не идентифицируются в виду относительно небольшой длины рядов.

Глава 4. Подходы к реконструкции речного стока и баланса массы ледников на Кавказе. Прирост древесины может быть использован для реконструкции речного стока, так как в засушливых районах оба показателя находятся под влиянием сходного набора климатических факторов (например, осадки и суммарное испарение) (Fritts, 1976; Meko et а]., 1995). В связи с этим древесно-кольцевые хронологии успешно использовались для реконструкции стока рек в аридных районах Северной Америки (например, Woodhouse et al., 2004; Diaz et al., 2001), в горах Тянь-Шаня (Yuan et al., 2007), в Монголии (Davi et al., 2006). По-видимому, некоторый дефицит увлажнения наблюдается и в районе нашего исследования, так как ширина колец сосны коррелирует здесь с такими интегральными показателями засушливости, как объем речного стока в летние месяцы.

Ширина годичных колец сосны положительно коррелирует с величиной речного стока р. Теберды за отдельные месяцы, хотя теснота этой связи и невелика. До 60 % стока р. Теберды приходится на лето, 17 % на осень, 5 % на зиму и 18 % на весну. 55,8 % стока, измеренного на гидрологической станции Теберда, приходится на таяние снега и льда. Среднегодовой расход воды здесь равен 26,8 м3/с. Ежемесячный сток реки Теберды коррелирует с температурой

весеннего сезона (г до 0,62 в апреле) и с осадками осеннего сезона (г до 0,72 в октябре). Значимые отрицательные тренды присутствуют и в среднем стоке за летние месяцы и в среднегодовом стоке за период с 1927 по 2005 г.

Для создания моделей реконструкции стока р. Теберды мы использовали метод регрессии на главные компоненты. Модели были сгенерированы для каждого из 12 месяцев и для всего гидрологического года. Семь стандартных древесно-кольцевых хронологий использовались в качестве предикторов. Для определения наилучшего набора предикторов для каждой из моделей, были испробованы все возможные их комбинации (полный перебор) и выбран набор, показавший максимальный коэффициент детерминации R' на скользящем контроле. Реконструкции годичного разрешения показали недостаточно хорошие результаты на скользящем контроле. Поэтому мы сгладили реконструированные ряды 10-летним скользящим средним. В результате обнаружены связи: майский сток (лучший набор предикторов - хронологии ALI, BAZ, CHS и КНАТ, R2 = 0,6487), июльский сток (ALI, BAZ и КНАТ, Я"= 0,6567) и августовский сток (ALI, CHS и КНАТ, R2 = 0,6615) (рис. 7, а). Согласно инструментальным данным, на эти месяцы приходится 12 %, 22 % и 17 % годового стока, соответственно. Был проведен анализ вейвлет-когеренции между инструментальными и реконструированными (не сглаженными) данными для оценки возможности реконструкции воспроизводить низкочастотную изменчивость. Майская и июльская реконструкции показали сильную и стабильную когеренцию с инструментальными данными на периодах колебаний более 25 лет, в отличие от августовской реконструкции (рис. 7, б).

Нарушение декадной изменчивости майского и июльского стока заметно при визуальном анализе сглаженных реконструкций (рис. 7, а). Вейвлет-анализ может определить точный год этих изменений. Непрерывное вейвлет-преобразование реконструкций стока (не сглаженных) (см. рис. 7, г) показывает ослабление долгопериодных циклов (периоды от 16 до 32 лет) после 1929 г. для июля и 1938 г. для мая. Мы не проводили вейвлет-анализ августовской реконструкции из-за слабой вейвлет-когеренции реконструкции и инструментальных данных. Сток всех трех реконструированных месяцев (май, июль и август), также как и годовой сток, имеет значимый отрицательный тренд в период с 1927 по 2005 г. Значения трендов равны -0,063, -0,140, -0,165 и -0,429 м3/с/год, соответственно.

н - __ Г

я w т ¡¿ЗЭК- *

Рис. 7. Реконструкции стока реки Теберды и их спектральные характеристики, а -значения стока по (1) инструментальным данным, (2) реконструкция по данным дендрохронологии; б — вейвлет-когеренция реконструированного и инструментального стока за 1927-2002 гг., черные границы обозначают области, значимые с вероятностью более 95 % на фоне красного шума: скользящие тренды реконструированного стока (движущееся окно в 76 лет) за 1850—2002 гг., год соответствует первому году в окне, пунктирными линиями обозначены границы значимости на уровне 95 %.

Возможности реконстуркции баланса массы ледников (на примере ледника Гарабаши).

Данные баланса массы и колебаний концов ледников могут быть использованы в качестве источников информации об изменчивости климата в прошлом. Прирост деревьев, растущих вблизи верхней границы леса на Кавказе, определяется набором параметров сходным с тем, что и для баланса массы ледников. В первую очередь это - летние температуры и осадки, в том числе и твердые. Это сходство было замечено ранее и во многих других горных странах (Альпы, Скалистые Горы, Скандинавия), где дендрохронологический метод успешно применялся для реконструкции баланса массы ледников (Linderholm et al., 2007; Luckman et al., 1993; Watson et al., 2003; Nicolussi et al., 2000; Wood et al., 2011).

В данной работе предпринята попытка использования древесно-кольцевых хронологий сосны по ширине и максимальной плотности колец для восстановления баланса масс ледников Джанкуат и Гарабаши. Для территории Северного Кавказа подобная работа выполнена впервые.

Наиболее детальные балансовые наблюдения на Кавказе проводятся на леднике Джанкуат с 1967 года по настоящее время. Джанкуат - типичный долинный ледник северо-западной экспозиции площадью около 3 км2, расположенный в верховьях долины Адылсу в Приэльбрусье (см. рис.1). Хронология сосны по максимальной плотности коррелирует с балансом массы ледника Джанкуат (г=-0,44; р<0,05). Однако, использование одной хронологии по максимальной плотности для реконструкции баланса массы ледника невозможно не только из-за слабости корреляционной связи, но и потому что в этом случае в балансе окажется выраженным лишь сигнал, связанный с летней температурой, от которой зависит плотность древесины. Применив модель множественной регрессии, мы обнаружили, что самый высокий коэффициент корреляции (г=0,6; р<0,05) достигается при наборе всех 8 хронологий. Однако на скользящем контроле значения корреляции становятся незначимыми, что делает эту модель недостоверной.

Более удачными были эксперименты с балансом массы другого ледника -Гарабаши. Ледник Гарабаши расположен на южном склоне Эльбруса в непосредственной близости от Эльбрусских дендрохронологических площадок. Это — часть ледниковой шапки Эльбруса южной экспозиции. Его площадь составляет 4,47 км2 ( Рототаева и др., 2000). За весь период инструментальных наблюдений (1983-2005 гг.) (www.geo.uzh.ch/microsite/wgms/), включающий 23 года, значения аккумуляции и абляции ледника оказались почти равными (1222 и 1330 мм в.э. соответственно). Среднеквадратическое отклонение величин аккумуляции 174,7 мм в.э., относительная изменчивость Су = 14,3%, для абляции, соответственно, 426,6 мм в.э. и 32,1%. Таким образом, летнее таяние на леднике характеризуется большей изменчивостью, чем аккумуляция. Летние температуры вносят больший вклад в изменчивость баланса массы ледника Гарабаши, по сравнению зимними осадками. Анализ изменчивости аккумуляции, абляции и баланса массы не выявил статистически значимых линейных трендов.

Корреляционный анализ показывает более тесную, чем для ледника Джанкуат, связь баланса массы ледника Гарабаши и хронологии по максимальной плотности (г=-0,62; р<0,05). В этом случае также наиболее адекватной для целей реконструкции баланса оказывается модель множественной регрессии, которая включает несколько предикторов, ответственных за разные климатические параметры. Поиск наилучшей модели (с наивысшими коэффициентами корреляциями) производился путём перебора всех возможных наборов предикторов (индексы хронологий) для каждого отклика (аккумуляция, абляция, баланс массы). В модель вошли 2 хронологии по ширине годичных колец сосны, а именно KYZ и КНТР, и хронология по максимальной плотности. Отметим, что параметры годичных колец сосны (плотность и ширина) с высокой точностью отражают амплитуду и пики хода баланса массы ледника. Особенно это заметно при самом низком значении баланса массы за инструментальный период в 1998 году. В то же время отмечаются некоторые различия. Так, например, в 2000 году значение баланса массы недооценено по дендрохронологическим данным, т.е. реальные значения

несколько ниже, чем реконструированные. Отметим, однако, что даже в случае 2000 года, для которого заметно существенное различие модели и данных измерений, реконструированный баланс массы остается отрицательным (рис. 8).__

800 400

5 2 -400 -800 —-» реканструфо еаньые д ежые, г - « 074 • ■ ■ рекамстру*» »#*>« Д 8жыв (скопьзяш.иинскгропь), г-« 057 Ж*Л

1935 1990 1995 2000 2005

Годы

Рис. 8. Сравнение хода инструментальных наблюдений за балансом массы ледника Гарабаши (красная линия) с балансом массы, реконструированным по дендрохронологии до (голубая линия) и после (голубая пунктирная линия) скользящего контроля.

Обнаруженная статистическая связь теоретически позволяет реконструировать баланс массы ледника Гарабаши до 1800 г. (рис. 9). Для того чтобы оценить полученную реконструкцию, мы сравнили её с реконструкцией О.В. Рототаевой и др. (2000) за 1905-2000 гг. Для продления ряда абляции авторы использовали метеостанцию Пятигорск с 1891 г. Реконструкция аккумуляции на леднике опиралась на косвенные расчёты осадков по данным метеостанции Сухими-Хаиши для 1904/05-1937/38 гг. и Местия - 1938/391950/51 гг. Данные прямых наблюдений, использованные для калибровки модели, охватывают 1983/84-1994/95 гг.

Реконстуркции баланса массы ледника Гарабаши, основанные на дендрохронологических и метеорологических данных, в целом имеют высокую взаимную погодичную согласованность (г = 0,53; р<0,05), особенно для периода 1975-2000 гг. Однако при сравнении двух реконструкций обнаружены и существенные различия. Так, в 1920-е гг., согласно реконструкции О.В.Рототаевой с коллегами, значения баланса массы были близки к нулю, в то время как в реконструкции по дендрохронологическим данным в этот период преобладали отрицательные значения баланса массы. С 1929 г. обе балансовые кривые идут вниз вплоть до 1950 гг. Это согласуется с ходом летней температуры по данным гмс Терскол, которая в это время была в целом высокой. В 1960-е гг. произошла резкая смена циркуляционных условий, которая благоприятно сказалась на состоянии ледников Кавказа. Однако кривые реконструкций существенно различаются в это время. Так ряд, полученный по дендрохронологии, имеет отрицательные значения, а реконструкция Рототаевой и др. - положительные. Интересно, что дендрохронологическая реконструкция в этот период времени согласуется с реконструкцией баланса массы Джанкуат (Дюргеров и др. 1981). После 1975г. ряды по Гарабаши имеют высокую корреляцию и значимых различий не

обнаружено. Несогласованность хода двух реконструкций в отдельные периоды может быть связана с рядом причин. Как одну из наиболее вероятных можно назвать влияние на баланс лет с аномально высокой аккумуляцией, которая не всегда находит отражение в дендрохронологических рядах. К недостаткам реконструкции можно также отнести короткий инструментальный ряд наблюдений, на котором строится модель, и возможная нестационарность сигнала во времени (Leonelli et al., 2011).

На рис. 9 видно, что у двух рассмотренных здесь реконструкций баланса массы ледников Грабаши и Джанкуат, основанных на метеорологических данных, также есть существенные расхождения, и коэффициент их взаимной корреляции составляет всего г = 0,53; р<0,05. Это связано с различной методикой их построения. Интересно, что дендрохронологическая реконструкция в период 1880-1920 гг. больше похожа на баланс массы ледника Джанкуат и достаточно точно воспроизводит его внтуривековую изменчивость (рис. 9).

Несмотря на некоторые различия при сравнении с гляцио-метеорологическими реконструкциями, можно утверждать, что в целом полученная дендрохронологическая реконструкция адекватно отражает тенденции изменений ледников на Кавказе. Так, она показывает накопление массы ледников в 1830-х- 1860-х гг., когда граница питания на ледниках Кавказа была примерно на 150 м ниже, чем в конце 20-го века, а ледники были существенно длиннее и имели большую толщину (Серебрянный и др., 1988; Золотарёв, 2009).

-2 -—>I-1-1-'-1-1-'-'----'-

1800 1 833 1810 1860 1880 19ГО 1320 1910 I 960 1980 2000

ГОДЫ

Рис. 9. Сравнение реконструкций баланса массы ледника Гарабаши, полученные автором по дендрохронологии (зелёная линия), Рототаевой и др. (2000) построенные путем продления рядов метеорологических наблюдений (голубая линия), Дюргеровым и др. (1981) для ледника Джанкуат. Ряды нормированы и сглажены 7-летним скользящим средним.

Глава 5. Сравнение дендрохронологических данных на Кавказе с другими данными об изменениях климата.

Известно, что эксплозивные вулканические извержения вызвают кратковременные, но сильные похолодания летом, что часто отражается в

Л-к Дкэнк^вт (Дюргероо М .6. и др.) Л-к Гера5аши(РсгтотаеЕаОВ. идр) Л-к Гарабашиподдадрофэнэлогии

структуре, ширине и плотности колец либо в тот же год, либо с запаздыванием на 1-3 года (LaMarche et al., 1984; Jones et al., 1995; Hughes et al., 1999; Robock, 2000).

Для оценки влияния вулканизма на климат Северного Кавказа древесно-кольцевые хронологии и реконструкция температуры сравнивалась с рядом лет климатически эффективных вулканических извержений, восстановленных по концентрации сульфатов в слоях ледовых колонок Гренландии (GISP2) (http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/pubs/ipcc2007/fig614.html).

Отметим, что при визуальном обследовании кернов сосны и пихты, полученной на Кавказе, морозобойных колец обнаружено не было. Однако, было установлено, что в сводной Кавказской хронологии по ширине годичных колец 1818 год отличался самой большой депрессией прироста за весь период (индекс 0,67). Лишь к 1821 прирост стал положительным. Возможно, это понижение прироста связано с понижением летних температур в Северном полушарии после извержения вулкана Тамбора (Индонезия) в 1815 году. Такой же эффект трёхлетнего запаздывания отмечен в хронологии по ширине колец в Монголии (D'Arrigo al., 2003) и в Восточных Карпатах (Рора et al., 2008).

В хронологии по максимальной плотности колец сосны на Кавказе самая низкая температурная аномалия отмечена на год раньше, чем в хронологии по ширине годичных колец - т.е. в 1817 году. Запаздывание отклика на один год отмечено в реконструкции летних температур по максимальной плотности для Европейских Альп (Büntgen et al., 2006): самое холодное за 1250 лет лето зафиксировано в 1816 году (аномалия -4,5°С). Интересно, что реконструкция температур тёплого периода для Северного Кавказа в целом согласуется с кривой вулканической активности Северного полушария (рис. 10).

0 пт 2 £ 1 8 , —l/ti—\fl/vy—*-г . JMUm Jj Д^ТТ^ 2 1 1 |

i « ё ~ & ™ m -10 '"Wl|ip чпц'| pvill W'lf'i'W ■ .1 i s 5 о

lll|ii|| Года

Рис.10. Сравнение восстановленной температуры апреля-сентября на Северном Кавказе и вулканической активности Северного полуишрия.

Сравнение с региональными реконструкциями.

Грузия, Кахетия. Ближайшая к району нашего исследования дендрохронологическая площадка расположена в Грузии, Кахетия. Сравнение этой хронологии со сводной по сосне, построенной нами, показывает некоторое их сходство, как на уровне межгодовой изменчивости (г=0,22; р<0,05, N=341), так и при сравнении сглаженных средних (рис. 11). Самая высокая корреляция между рядами отмечена в 1640-1670 гг. (г=0,78; р<0,05), в один из периодов похолодания и наступания ледников на Кавказе в малом ледниковом периоде

(Соломина, 1999). В то время как в 20 веке корреляция значительно снижается и достигает отрицательных значений.

Рис. 11. Сравнение хронологии «Кахетия» и сводной Кавказской хронологии, сглаженые 11-летним средним.

Альпы и Татры. Статистически значимого сходства между реконструкциями летней температуры в ближайших районах - в Альпах (Frank et al, 2008) и в Татрах (Buntgen et al., 2007) - с кавказской реконструкцией не обнаружено. Корреляция становится значимой после 10-летнего сглаживания рядов (рис. 12). После 1976 года для рядов Альп и Татр заметно значительное повышение летних температур. Такая тенденция для Кавказской реконструкции не обнаружена. Альпийская реконструкция имеет долгопериодный тренд, который отсутствует у двух остальных кривых. Это может отражать рельные климатические тенденции, но может быть связано и с особенностями стандатризации рядов Кавказа и Татр (применение стандартизации региональной кривой для Альпийской хронологии).

(голубая линия), июня-сентября для Альп (зелёная линия), апреля-сентября для Кавказа (красная линия). Все ряды сглажены 10-летнич скользящим средним. Значение коэффициентов корреляции и их статистическая значимость указаны на графике.

Реконструкции температуры Северного полушария. До сих пор в

реконструкциях температуры Северного полушария не были представлены кавказские хронологии. Между тем - это важный в климатическом отношении район, расположенный на границе умеренной и субтропической зоны.

Сравнение аномалий годовых температур для Северного полушария, полученных по базе данных НасКЖШу (ВгоИап е1 а1„ 2006) и реконструированных для периода апрель-сентябрь по максимальной плотности колец на Кавказе за общий период 1850-2005 гг. показывет их существенное различие и, прежде всего, отсутствие долгоперидных флуктуаций у кавказской реконструкции (рис. 13).

Рис. 13. Аномалии температур апреля-сентября Северного полушария из базы данных HadCRU3v (синия линия) и реконструированные температуры апреля-сентября на Северном Кавказе (красная линия), рассчитанные относительно климатической нормы 1961-1990 гг.

Реконструкции температур по Северному полушарию (Wilson et al., 2007; Moberg et al., 2005; D'Arrigo et al., 2006) существенно различны на уровне внутривековых и межгодовых колебаний, однако их объединяет наличие положительного линейного тренда, особенно заметного на реконструкции Вильсона (Wilson et al., 2007). Кавказская реконструкция - единственная, которая не показывает этого положительного тренда. Скорее всего, это связано с ее положением в низких широтах, где и по инструментальным данным положительный тренд выражен гораздо слабее, а в некоторых районах и вовсе отсутствует (IPCC, 2007).

Заключение

В климатических реконструкциях, построенных на основе денрохронологических данных, реконструкции из низких широт представлены в очень ограниченном объеме. В частности, Кавказ до сих пор не был включен в эти модели. Настоящая работа дает возможность в какой-то мере заполнить этот пробел. В ней представлена первая количественная реконструкция температуры тёплого периода, построенная по дендрохронологическим данным за период 1800-2005 гг., которая характеризует условия на севером макросклоне Центрального и Западного Кавказа. В ходе этого исследования было построено семь абсолютно сдатированных хронологий сосны и хронология пихты по ширине годичных колец, а также хронология по максимальной плотности колец сосны. Обнаружена положительная

статистически значимая связь индексов прироста сосны и температуры ноября предыдущего года. Установлено, что на формирование максимальной плотности древесины влияют среднемесячные температуры тёплого периода года (апрель-сентябрь). С помощью модели линейной регрессии построена реконструкция температур апреля-сентября. Верификация модели показала, что реконструированный сигнал является устойчивым. Обнаружена также корреляционная связь между индексами хронологии по максимальной плотности колец сосны с балансом массы ледника Гарабаши. Корреляция ширины колец с речным стоком Теберды за лето позволила реконструировать и этот параметр за период с 1850-2005 гг.

В результате этой работы мы пришли к выводу, что открываются большие перспективы для дендрохронологических реконструкций на Кавказе. Мы планируем в ближайшем будущем представить наши хронологии в международную базу данных, продлить реконструкцию по плотности, по крайней мере, еще на два века, удлинить хронологии за счет исторической древесины, сохранившейся в старых домах Осетии и Кабардино-Балкарии, использовать стабильные изотопы для реконструкции других климатических параметров. Все эти данные будут использованы для лучшего понимания и более надежного моделирования изменений климата на Кавказе в прошлом и будущем.

Благодарности

Автор выражает благодарность научному руководителю О.Н. Соломиной, сотрудникам отдела гляциологии ИГ РАН, и другим людям, помогавшим в сборе и обработке дендрохронологического материала и консультировавшим автора: Г.А.Носенко И.Ф.Хмелевскому, Ю.О.Юриной, В.Н.Михаленко, И.И.Лаврентьеву, И.С.Бушуевой, ВВ. Мацковскому, С.С.Кутузову, О.Е.Максимовой; М.Хьюзу за помощь проведении лабораторных работ, за предоставление метеорологических данных А.Д. Салпагарову и А.Боку за помощь в проведении полевых работ в Тебердинском заповеднике.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Е.Долгова, О.Соломина (2010) Первая количественная реконструкция температуры тёплого периода на Кавказе по дендрохронологическим данным. // Доклады Академии Наук, 2010, том 431, № 2.

2. Мацковский В.В., Долгова Е.А., Соломина О.Н. (2011) Применение дендрохронологических данных для реконструкции стока реки Теберды за 1850-2005 гг.//Лед и снег, 2011-1 (119)-С. 119-123.

В других изданиях

1. Долгова Е.А., Соломина О.Н, Жомелли В., Юрина Ю.О., Олейников А.Д., Володичева Н.А.(2007) Дендрохронологическое датирование морен ледников Большой Азау, Шхельда, Терскол, долина р. Баксан, Приэльбрусье. // Новые

методы в дендроэкологии: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием (Иркутск, 10-13 сентября 2007 г.) - Иркутск: Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2007, 87-89с.

2. Долгова Е.А., Соломина О.Н., Салпагаров А.Д., Бок А.А.(2007) Датировка засух в период 18-20 вв. в древесно-кольцевой хронологии сосны (Pinus Hamata) в долине реки Теберды, Западный Кавказ. // VI Пущинская международная школа-семинар по экологии «Экология 2007: эстафета поколений» 13-15 декабря 2007 г.

3. Dolgova Е.А., Solomina O.N., Bok А.С., Salpagarov A.D. (2007) Glacier retreat and climate change in Teberda valley, West Caucasus, Russian Federation. // Geophysical Research Abstracts, Vol. 9, 00877

4. Solomina, O.N., Jomelli, V., Dolgova, E.A. (2008) Last millennium climate and glacier variations in the Northern Caucasus. // Geophysical Research Abstracts Vol. 10, EGU2008-A-12114.

5. Matskovskiy V.V., Dolgova E.A., Solomina O.N. (2009) Teberda valley runoff variability (AD 1797-2003) based on tree-ring reconstruction (Northern Caucasus, Russia). //Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU2009-1047-4.

6. Matskovskiy V.V., Dolgova E.A., Solomina O.N. (2009) Exploring climatic signal in pine ring width chronologies at the high elevation sites in the Northern Caucasus, Russia. // PAGES 3rd Open Science Meeting. Program and Abstracts, OC2-5.

7. Мацковский В.В., Кононова Н.К., Соломина О.Н., Долгова Е.А. (2009) Связь ширины годичных колец на Северном Кавказе с типами атмосферной циркуляции. // Современные проблемы климатологии. Материалы Всероссийской конференции посвященной 100-летию профессора О. А. Дроздова (1909-2001) 20-22 октября 2009 г. СПб: ВВМ. 2009. С. 94-96.

8. Мацковский В.В., Долгова Е.А. (2009) Реконструкция стока реки Теберды по ширине годичных колец сосны на Северном Кавказе 1797-1999 гг. // Третья международная научная конференция молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность». Сборник трудов. М.: ИВП РАН. 2009. С. 81-84.

9. Е.Долгова, О.Соломина. (2009) Реконструкция температуры тёплого периода на Кавказе по дендрохронологическим данным. Тезисы конференции «Вклад России в МПГ 2007/2008», Сочи, октябрь 2009, с. 18.

10. Мацковский В.В., Е.А.Долгова. (2010) Перспективы использования годичных колец для реконструкции баланса массы ледников и речного стока на Северном Кавказе // Международный гляциологический симпозиум, 31 мая - 4 июня, 2010 г., Казань.

11. Matskovsky V.V., Е.А. Dolgova and O.N. Solomina (2010) Teberda River runoff variability (AD 1850-2005) based on tree ring reconstruction (Northern Caucasus, Russia). // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science Volume 9, 2010. http://iopscience.iop.org/1755-1315/9/1/012017.

12. Dolgova E.A. (2010) The first quantitative warm period temperature reconstruction in the Caucasus mountains derived from tree-rings // Abstracts of the 8-th International Conference on Dendrochronology WorldDendro 2010.

Подписано в печать 27.09.2010 г.

Заказ № 5976 Тираж: 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 yyww.autorefef3t.ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Долгова, Екатерина Антоновна

Введение.

ГЛАВА 1. Район работ. Состояние его изученности в отношении дендроклиматологии.

Структура экотона верхней границы леса на Северном Кавказе.

Колебания климата по инструментальным данным в районе работ.

Предшествующие дендрохронологические работы на Кавказе.

Выводы:.

ГЛАВА 2. Материалы и методы.

Дендрохронологический материал.

Климатические данные.

Наблюдения за балансом массы ледников и речным стоком.

Летописи природы и исторические сведения.

Полевые методы исследования. Отбор образцов на дендрохронологический анализ.

Подготовка образцов к лабораторным исследованиям.

Измерение ширины годичных колец.

Измерение максимальной плотности древесины.

Перекрёстное датирование.

Индексирование древесно-кольцевых серий.

Оценка качества хронологий.

Выявление климатического сигнала в древесно-кольцевых хронологиях и построение реконструкции.

Оценка трендов, аномалий и цикличности в рядах.

Выводы:.

ГЛАВА 3. Влияние климатических факторов на ширину и плотность годичных колец и реконструкция летних температур.

Хронологии ширины годичных колец и их характеристики.

Хронология по максимальной плотности.

Взаимная корреляция древесно-кольцевых серий и локальных хронологий.

Региональная хронология по ширине годичных колец.

Цикличность в хронологиях.

Влияние климатических факторов на прирост сосны и пихты.

Реконструкция температур апреля-сентября по максимальной плотности сосны.

Верификация модели.

Выводы:.

ГЛАВА 4. Подходы к реконструкции речного стока и баланса массы ледников на Кавказе на основе дендрохронологических данных.

Использование дендрохронологического метода для реконструкции стока р. Теберды.

Возможности реконструкции баланса массы ледников по дендрохронологии (на примере ледников Гарабаши и Джанкуат).

Выводы:.

ГЛАВА 5. Сравнение дендрохронологических данных на Кавказе с другими сведениями об изменениях климата.

Сравнение с историческими сведениями.

Региональные хронологии и реконструкции.

Реконструкции температуры Северного полушария.

Выводы:.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Реконструкция гидрометеорологических условий на Северном Кавказе по дендрохронологическим данным за период с 1800-2005 гг."

Инструментальные метеорологические наблюдения выявили положительный линейный тренд в ходе среднегодовой температуры воздуха Земли, составляющий 0,76 °С за последние полтора столетия (1РСС, 2007). Существенные изменения климата в этот период наблюдаются и на региональном уровне (ТгепЬег&е! а!., 2007). Понимание механизмов, стоящих за этими процессами, прогноз региональной климатической изменчивости и отдельных ее элементов имеет важнейшее значение для жизни и хозяйственной деятельности людей. Изменчивость климатических параметров в районе с сельскохозяйственной специализацией может серьёзно повлиять на урожайность и экономику регионов. Есть предположение, что потепление, приводящее к перестройкам атмосферной циркуляции, вызывает изменения: в частоте и амплитуде экстремумов (засухи, ливневые осадки и др.) и природных бедствий (лавины, сели, наводнения). Короткие ряды инструментальных метеорологических наблюдений, которые на территории России обычно охватывают лишь последние 100-50 лет; не позволяют достоверно оценить долгопериодную составляющую изменчивости климата, его спектральные характеристики, частоту возникновения экстремальных природных явлений.

Годичные кольца деревьев являются важным источником косвенной информации о климате прошлого. Этот метод позволяет реконструировать температуру, осадки, речной сток с годовым или сезонным разрешением, и таким образом, удлинить ряд наблюдений и использовать эти данные для прогноза, оценить частоту и суровость экстремальных явлений, тренды и ритмику изменений климатических параметров и связанных с ними природных процессов (речной сток, баланс массы ледников'и др.).

Высокогорные районы обеспечивают уникальную возможность для определения и анализа изменчивости климата в прошлом по годичным кольцам деревьев. Это связано с тем, что деревья, растущие на пределе своего существования, например, на верхней или нижней границе леса, обладают повышенной, чувствительностью к изменению тех климатических параметров, которые ограничивают их рост (лимитирующие факторы). Именно здесь встречаются высоковозрастные деревья, которые обеспечивают построение реконструкций продолжительностью в несколько столетий, а иногда даже и тысячелетий (БлИз, 1976).

Несмотря на относительно высокую изученность кавказского региона в отношении современных изменений климата (Панов и др., 2008), климатические реконструкции 4 высокого разрешения, основанные на результатах дендрохронологического метода, здесь до сих пор отсутствуют. Абсолютно датированных древесно-кольцевых хронологий для этой территории почти нет. Поэтому создание таких хронологий, исследование зависимостей прироста деревьев на климатические колебания, и использование этих данных для реконструкции климатической изменчивости на Кавказе в прошлом, которые рассматривается в этой работе, представляют интерес, как с научной, так и с практической точки зрения.

Цель работы — создание абсолютно датированных хронологий по ширине и максимальной плотности колец сосны и пихты и выявление их возможностей для реконструкции температуры тёплого периода, баланса массы ледников и речного стока для территории Северного Кавказа.

1. Создание сети абсолютно датированных древесно-кольцевых хронологий по ширине и плотности годичных колец сосны и пихты в долинах рек Теберда и Баксан; пространственно-временной анализ этих дендрохронологических рядов.

2. Построение сводных древесно-кольцевых хронологий, отражающих региональные особенности прироста.

3. Анализ связи метеорологических параметров с древесно-кольцевыми хронологиями.

5. Анализ связей индексов древесно-кольцевых хронологий с балансом массы ледников Приэльбрусья. Оценка возможностей применения хронологий по ширине и плотности годичных колец для реконструкции баланса массы ледников.

6. Исследование возможностей создания реконструкции стока р. Теберды по дендрохронологическим данным.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые представлены абсолютно датированные хронологии сосны и пихты по ширине годичных колец и 5 максимальной плотности древесины в долинах рек Баксан и Теберда продолжительностью 205-456 лет. В результате этого исследования была создана первая количественная реконструкция летних температур для Кавказа с годичным разрешением за период 1800-2005 гг. Впервые показана возможность применения дендрохронологического метода для реконструкции баланса массы ледника Гарабаши и стока р. Теберды.

Защищаемые положения:

• На Кавказе на верхней границе леса на радиальный прирост сосны текущего года оказывают влияние температуры мая, июня и ноября предыдущего года. На формирование ширины годичного кольца пихты отрицательно влияют высокие температуры августа и сентября предыдущего года. Устойчивой статистически значимой связи (пригодной для палеоклиматических реконструкций) между индексами ширины годичных колец сосны и пихты со среднемесячными температурами и количеством осадков текущего года не обнаружено.

Максимальная плотность древесины сосны вблизи верхней границы леса на Кавказе более тесно связана с климатической изменчивостью,.чем ширина годичных колец. Самая высокая статистически значимая связь, которая объясняет более 50% изменчивости, обнаружена между индексами хронологии по максимальной плотности колец и среднемесячной температурой апреля-сентября высокогорной метеостанции Северный Клухор (2047 м). Такая связь статистически значима и для ряда наблюдений- на гмс Пятигорск, продолжительностью 110 лет, что свидетельствует об её устойчивости во времени и подтверждает достоверность полученной реконструкции.

• Согласно выполненной реконструкции, самое холодное лето за 200 лет отмечалось в 1817 году, возможно, в связи с крупным извержением вулкана Тамбора в 1815 году, самое теплое — в 1872 году. Частота экстремумов за 200 лет не обнаруживает статистически значимого группирования во времени. Периоды летних похолоданий на Кавказе отмечались в 1832-1838, 1895-1906, 1926-1936 гг. Линейных трендов в ходе реконструированных температур за последние 50, 100, 150, 200 лет не обнаружено. Тренды температуры апреля-сентября отсутствуют и в ряду инструментальных наблюдений гмс Пятигорск за последние 110 лет.

• Ширина и максимальная плотность годичных колец сосны коррелируют с речным стоком р. Теберды и балансом массы ледника Гарабаши.

Личный вклад автора. Работа основана на обширном дендрохронологическом материале, полученным автором в ходе полевых работ в 2006-2007 гг., а также сотрудниками ИГРАН с 2002 по 2009 гг. Автор проводил полевые работы по сбору дендрохронологического материала, лабораторную обработку образцов, измерение ширины годичных колец, химическую обработку образцов и измерение максимальной плотности-колец, перекрёстную датировку полученных древесно-кольцевых серий и построение хронологий, статистическую обработку метеорологической и дендрохронологической информации, построение реконструкций- гидрометеорологических параметров и оценку их точности и надежности, сопоставление построенной реконструкции» температуры с реконструкциями других авторов по Северному полушарию.

Практическая-значимость работы. Полученные данные о температурном режиме тёплого периода на Кавказе позволяют уточнить характер и особенности климатической изменчивости этого района в прошлом, что обеспечивает более надежный прогноз, причем как длительных изменений, так и короткопериодных флуктуаций. Этот прогноз, в свою очередь, позволит обеспечить более обоснованное долгосрочное планирование хозяйственной и рекреационной деятельности на территории Северного Кавказа. Практический интерес представляют и полученные данные об изменчивости* в прошлом* стока реки Теберды, притока Кубани, питающей район с сельскохозяйственной, специализацией. Построенные хронологии могут быть в дальнейшем использованы для датировки погребённой древесины и исторических памятников. Информация о климатическом отклике деревьев может использоваться в лесоводстве при прогнозе реакции радиального прироста деревьев на изменения климата. #

WorldDendro 2010» в г.Рованиеми (Финляндия, июнь 2010), тезисы представлены на конференции РусДендро, Екатеринбург (октябрь 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 2 в журналах

ВАК:

3. Долгова Е.А., Соломина О.Н, Жомелли В., Юрина Ю.О., Олейников А.Д., Володичева Н.А.(2007) Дендрохронологическое датирование морен ледников Большой Азау, Шхельда, Терскол, долина р. Баксан, Приэльбрусье. // Новые методы в дендроэкологии: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием (Иркутск, 10-13 сентября 2007 г.) - Иркутск: Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2007, 87-89с.

4. Долгова Е.А., Соломина О.Н., Салпагаров А.Д., Бок А.А.(2007) Датировка засух в период 18-20 вв. в древесно-кольцевой хронологии сосны (Pimis Hamata) в долине реки Теберды, Западный Кавказ. // VI Пущинская международная школа-семинар по экологии «Экология 2007: эстафета поколений» 13-15 декабря 2007 г.

5. Dolgova Е.А., Solomina O.N., Bok А.С., Salpagarov A.D. (2007) Glacier retreat and climate change in Teberda valley, West Caucasus, Russian Federation. // Geophysical Research Abstracts, Vol. 9, 00877.

6. Solomina, O.N., Jomelli, V., Dolgova, E.A. (2008) Last millennium climate and glacier variations in the Northern Caucasus. // Geophysical Research Abstracts Vol. 10, EGU2008-A-12114.

7. Matskovskiy V.V., Dolgova E.A., Solomina O.N. (2009) Teberda valley runoff variability (AD 1797-2003) based on tree-ring reconstruction (Northern Caucasus, Russia). // Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU2009-1047-4.

8. Matskovskiy V.Y., Dolgova E.A., Solomina O.N. (2009) Exploring climatic signal in pine ring width chronologies at the high elevation sites in the Northern Caucasus, Russia. // PAGES 3rd Open Science Meeting. Program and Abstracts, OC2-5.

9. Мацковский B.B., Кононова H.K., Соломина O.H., Долгова Е.А. (2009) Связь ширины годичных колец на Северном Кавказе с типами атмосферной циркуляции. // Современные проблемы климатологии. Материалы Всероссийской конференции посвященной 100-летию профессора О.А. Дроздова (1909-2001) 20-22 октября 2009 г. СПб: ВВМ. 2009. С. 94-96.

10. Мацковский В.В:, Долгова Е.А. (2009) Реконструкция стока реки Теберды по ширине годичных колец сосны на Северном Кавказе 1797-1999 гг. // Третья международная научная конференция молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность». Сборник трудов. М.: ИВП РАН. 2009. С. 81-84.

П.Е.Долгова, О.Соломина. (2009) Реконструкция температуры тёплого периода на Кавказе по дендрохронологическим данным. Тезисы конференции «Вклад России в МПГ 2007/2008», Сочи, октябрь 2009, с. 18.

12. Мацковский В.В., Е.А.Долгова. (2010) Перспективы использования годичных колец для реконструкции баланса массы ледников и речного стока на Северном Кавказе // Международный гляциологический симпозиум, 31 мая - 4 июня, 2010 г., Казань.

13. Matskovsky V.V., Е.А. Dolgova and O.N. Solomina (2010) Teberda River runoff variability ■ (AD 1850-2005) based, on tree ring reconstruction (Northern Caucasus, Russia). // IOP

Conference Series: Earth and Environmental Science Volume 9, 2010. http://i0pscience.i0p.0rg/l 755-1315/9/1/012017.

14. Dolgova E.A. (2010) The first quantitative warm period temperature reconstruction in the Caucasus mountains derived from tree-rings // Abstracts of the 8-th International Conference on Dendrochronology WorldDendro 2010.

Заключение Диссертация по теме "Геоморфология и эволюционная география", Долгова, Екатерина Антоновна

Выводы:

• Отрицательные аномалии реконструированной температуры апреля-сентября, превосходящие два стандартных отклонения в 1715 и 1736 гг., совпадают с жаркими летними сезонами в сопредельных с Кавказом районах. Аномально низкие приросты сосны в 1818 г. и низкая плотность колец в 1817 г., вероятно, являются реакцией на извержение крупного вулкана Тамбора (1815 год). Эффект такого запаздывания зафиксирован и в других районах Северного полушария.

• Понижения температуры апреля-сентября, согласно нашей реконструкции, согласуются с периодами вулканической активности северного полушария. Вероятно, именно с этим связана некоторая сопряженность нашей кривой с реконструкциями по другим районам -южному макросклону Кавказа, Альпам, Татрам, а также с реконструкциями температур Северного полушария в целом.

• Кавказская реконструкция температур, в отличие от других для Северного полушария, не показывает положительного тренда за последние 200 лет. Отсутствие такого тренда за период с 1891 г. (гмс Пятигорск) подтверждается инструментальными данными. Возможно, отсутствие выраженного тренда связано с положением Кавказа в низких широтах, для которых в целом отмечается очень слабый долгопериодный тренд в ходе летних температур или он вовсе отсутствует.

Заключение

Одним из актуальных направлений в изучении климатической изменчивости в прошлом является получение косвенных данных с высоким разрешением (год, сезон). Древесно-кольцевые хронологии обеспечивают требуемое разрешение и многие из них являются чувствительными к метеопараметрам. В климатических реконструкциях, построенных на основе дендрохронологических данных, реконструкции из низких широт представлены в очень ограниченном объеме. В частности, Кавказ до сих пор не был включен в эти модели. Настоящая работа дает возможность в какой-то мере заполнить этот пробел. В ней представлена первая количественная реконструкция температуры тёплого периода, построенная по дендрохронологическим данным за период 1800-2005 гг., которая характеризует условия на севером макросклоне Центрального и Западного Кавказа.

В результате этого исследования установлено, что Северный Кавказ, в частности, долины рек Баксан и Теберда, благоприятен для проведения дендроклиматических работ. Все дендрохронологические площадки, использованные в этой работе, расположены в природоохранной зоне, что обеспечивает относительно низкое влияние на местообитания деревьев. В районе работ расположены три высокогорных метеостанции (Теберда, Северный Клухор и Терскол) и одна равнинная (Пятигорск). Отбор образцов для этой работы был организован вблизи высокогорных метеостанций для более успешного поиска климатического сигнала. Все образцы были подвергнуты процессу перекрёстного датирования. Получены 7 абсолютно датированных хронологий сосны и 1 пихты по ширине годичных колец и одна хронология по максимальной плотности колец сосны. Обнаружена положительная статистически значимая связь индексов прироста сосны и температуры ноября предыдущего года. Установлено, что на формирование максимальной плотности древесины влияют среднемесячные температуры тёплого периода года (апрель-сентябрь). С помощью модели линейной регрессии построена реконструкция температур апреля-сентября. Верификация модели показала, что реконструированный сигнал является устойчивым. Обнаружена также высокая корреляционная связь между индексами хронологии по максимальной плотности колец сосны со значением баланса массы ледника Гарабаши (г = -0,5). Путём перебора предикторов (всех хронологий) в модели множественной регрессии был обнаружен наивысший коэффициент корреляции (г = 0,7) для трёх хронологий и реконструирован баланс массы ледника Гарабаши до 1800 г. Корреляция ширины колец с речным стоком Теберды за лето позволила реконструировать и этот параметр.

Благодарности

Автор выражает благодарность научному руководителю О.Н. Соломиной, сотрудникам отдела гляциологии ИГ РАН, и другим людям, помогавшим в сборе и обработке, дендрохронологического материала и консультировавшим автора: Г.А.Носенко И.Ф.Хмелевскому, Ю.О.Юриной, В.Н.Михаленко, И.ИЛаврентьеву, И.С.Бушуевой, В.В. Мацковскому, С.С.Кутузову, О.Е.Максимовой; М.Хьюзу за помощь в проведении лабораторных работ, за предоставление метеорологических данных А.Д. Салпагарову и А.Боку за помощь в проведении полевых работ в Тебердинском заповеднике, О.В.Рототаевой и А.Ф.Глазовскому за ценные консультации.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Долгова, Екатерина Антоновна, Москва

1. Baillie,M. G. L. (1994) Dendrochronology raises questions about the nature of the AD 536 dust-veil event TheHolocene, 4,212-217.

2. Braker, O. U. (2002) Measuring and data processing in tree-ring research a methodological introduction. Dendrochronologia, 20,203-216:

3. Briffa, K. R. (1995) Interpreting high-resolution proxy climate data: the example of dendroclimatology. In: H. von Storch and A. Navarra, eds., Analysis of Climate Variability: Applications of Statistical Techniques. Berlin, Springer Verlag.

4. Briffa, K. R., jones P. D., Schweingruber F. H., Osborn T. J. (1998) Influence of volcanic eruptions on Northern Hemisphere summer temperature over the past 600 years. Nature, 393, p. 450-455.

5. Briffa, K. R., Jones, P.D., Schweingruber, F.H. (1988) Summer temperature patterns over Europe: A reconstruction from 1750 A.D. based on maximum latewood density indices of conifers. Quaternary Research, 30, 36-52.

6. Briffa, k. R., Osborn T.J., Schweingruber F.H. (2004) Large-scale temperature inferences from tree-rings: a review. Global Planet Change, 40, 11-26.

7. Briffa, k. R., Osborn T.J., Schweingruber F.H., Harris I.C., Jones P.D., Shiyatov S.G. and Vaganov E.A . (2001) Low-frequency temperature variations from a northern tree-ring-density network. Journal of Geophysical Research 106 2929-2941.

8. Briffa, K.R., and P.D. Jones,B (1990) Basic chronology statistics and assessment, in Methods of Dendrochronology: Applications in the Environmental, Sciences, edited by E.R. Cook and L.A. Kairiukstis, pp. 137-152, Kluwer Acad., Norwell, Mass.

9. Briffa K.R., T.J. Osborn, F.H. Schweingruber (2004) Large-scale temperature inferences from tree rings: a review // Global and Planetary Change 40, pp. 11 -26

10. Brohan, P., Kennedy J.J., Harris I., Tett S.F.B., and Jones P.D. (2006) Uncertainty Estimates in Regional and Global Observed'Temperature Changes: A New Dataset from 1850 Journal of Geophysical Research, 111.

11. Biintgen U, Esper J, Frank DC, Nicolussi K, Schmidhalter M (2005) A 1,052-year tree-ring proxy for Alpine summer temperatures. Clim Dynam. 25, 141—153.

12. Biintgen, U., Frank D.C., Nievergelt D., and Esper J. (2006) Summer Temperature Variations in the European Alps, a.d. 755—2004. Journal of Climate, 19.

13. Biintgen, U., Esper J., Frank D.C. , Nicolussi, K., Schmidhalter, M. (2008) A 1052-year tree-ring proxy for Alpine summer temperatures. Climate Dynamics, 25, 141-153.

14. Biintgen, U., Frank D.C, Kaczka, R.J, Verstege A, Zwijacz-Kozica T, Esper J (2007) Growth/climate response of a multi-species tree-ring network in the Western Carpathian Tatra Mountains, Poland and Slovakia. Tree Physiology 27, 689-702.

15. Campbell, R., Mccarroll D., Loader N. J., Grudd H., Roberston I., Jalkanen R. (2007) Blue intensity in Pinus sylvestris tree-rings: developing a new palaeoclimate proxy. The Holocene, 17, 821-828.

16. Cook, E. R. (1985) A time-series analysis approach to tree-ring standardization. Ph.D.Dissertation, Tucson, AZ, Arizona Univ. Press

17. Cook, E. R., Kairiukstis L.A. (1990) Methods of dendrochronology. Applications in the Enviromental Sciences, Dordrecht; Boston, London, Kluwer Acad. Publ.

18. Crowley, T. J. (2000) Causes of Climate Change Over the Past 1000 Years. Science, 289, 270-277.

19. D'arrigo, R., Frank, D., Jacoby, G., Pederson, N. (2001) Spatial response to major volcanic events in or about AD 536, 934 and 1258: Frost rings and other dendrochronological evidence from Mongolia and northern Siberia. Climatic Change 49 239-246.

20. D'arrigo, R., Wilson R., and Jacoby G. (2006) On the long-term context for late twentieth century warmingD03103. 111, D03103.

21. D'arrigo, R., Jacoby G., Free.C,. (1992) Tree-ring width and maximum latewood density at the North American tree line: parameters of climatic change. Canadian Journal of Forest Research 22, 1290-1296.

22. Darrigo R. D., Mashig, E., Frank, D.C., Jacoby, G.C., Wilson, R. (2004) Reconstructed warm season temperature for Nome, Seward, Peninsula, Alaska. Geophys. Res. Lett. ,31,.

23. Davi N. K, Jacoby, G.C., Curtis, A.E., Baatarbileg, N. (2006) Extension of drought records for central Asia using tree rings: West-central Mongolia. Journal of Climate 19 288-299.

24. Davi, N. K., Jacoby, G.C., Wiles, G.C., (2003) Boreal temperature variability inferred from maximum latewood density and tree-ring width data, Wrangell Mountain region, Alaska. . Quat. Res., 60,252-262.

25. Diaz, S. C., Touchan, R., Swetnam, T.W. ( 2001) A tree-ring reconstruction of past precipitation for Baja California Sur, Mexico. International Journal of Climatology 2, 10071019.

26. Esper, J. (2003) Tests of the RCS method for preserving low-frequency variability in long tree-ring chronologies. Tree-ring research, 59, 81-98.

27. Frank D.C. , Esper J. (2005) Characterization and climate response patterns of a high elevation, multi species tree-ring network for the European Alps Dendrochronologia, 22, 107-121.

28. Frank, D., Wilson, R. & Esper, J. (2005) Synchronous variability changes in Alpine temperature and tree-ring data over the past two centuries. Boreas, Vol. 34, pp. 498-505.

29. Frank, d. C., Esper J. (2005) Characterization and climate response patterns of a high elevation, multi species tree-ring network for the European Alps Dendrochronologia, 22, 107-121.

30. Fritts, H. C. (1976) Tree-ring and climate, London-New-York.

31. Grace, J. (1977) Plant response to wind, London, Academic Press.

32. Grinsted, A., Moore J., Jevrejeva S. (2004) Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series Nonlinear Processes in Geophysics, 11, 561566.

33. Grissino-Mayer (2001) Evaluating crossdating accuracy: a manual and tutorial for the computer program COFECHA Tree-Ring Research 57 205-221.

34. Grissino-Mayer, H. D. (2003) A manual and tutorial for the proper use of an increment borer. Tree-Ring Research, 59, 63-79.

35. Haeberli, W., R. Frauenfelder, M. Hoelzle and M. Zemp, EDS. ( 2003) Glacier Mass Balance Bulletin No.7 (2000-2001). Zu" rich, World Glacier Monitoring Service.

36. Holmes, R. L. (1983) Computer-assisted quality control in tree-ring datig and measurment. Tree-Ring Bulletin, 43, 69-78.

37. Hughes, M. K. (2001) An improved reconstruction of summer temperature at Srinagar, Kashmir since 1660 AD, based on tree-ring width and maximum latewood density of Abies pindrow Royle. Spach. . Palaeobotanist 50, 13-19.

38. Hughes, M. K., Vaganov, E.A., Shiyatov, S., Touchan, R., Funkhouser, G. (1999) Twentieth-century summer warmth in northern Yakutia in a 600-year context. The Holocene 9, 629-634.

39. Jansson, P., Linderholm, H.W. (2006) Assessment of combined glacier and tree-ring studies to constrain latitudinal climate forcing of Scandinavian glacier mass balances. Annals of Glaciology 42, 303-310. .

40. Jensen, W. B. (2007) The Origin of the Soxhlet Extractor. J. Chem. Educ., 84, 1913.

41. Jones, P. D., Briffa, K.R., Schweingruber, F.H. (1995) Tree-ring evidence of the widespread effects of explosive volcanic eruptions. Geophysical Research Letters 22, 1333-1336.

42. Kirdyanov, A. V., Treydte, K.S., Nikolaev, A., Helle, G., Schleser, G.H. (2008) Climate signals in tree-ring width, density and 513C from larches in Eastern Siberia (Russia). Chem. Geol., 252,31-41

43. Korner C. (1998) A re-assessment of high elevation treeline positions and their explanation. Oecologia, 115,445-449.

44. Lamarche JR., V. C., Hirschboeck, K.K. (1984) Frost rings in trees as records of major volcanic eruptions. Nature 307, 121-128.

45. Leonelli, G., Pelfini M., D'arrigo R. , Haeberli W.,Cherubini P. (2011) Non-stationary Responses of Tree-Ring Chronologies and Glacier Mass Balance to Climate in the European Alps. Arctic, Antarctic, and Alpine Research 43, 56-65

46. Linderholm, H. W., Jansson, P. (2007) Reconstructing the Storglaciaren mass balance record back to AD 1500 on inter annual to decadal timescales using winter NAO and tree-ring data. Annals of Glaciology 46,261-267.

47. Luckman, B. H. (1993) Glacier fluctuations and tree-ring records for the last millenniumin the Canadian Rockies Quaternary ScienceReviews 12, 441-450.

48. Macdonald, G. M., Kremenetski, K. V., Smith,L. C., Hidalgo H. G. (2007) Recent Eurasian river discharge to the Arctic Ocean in the context of longer-term dendrohydrological records. Journal of Geophysical Research 112, G04S50.

49. Malyshev, L. (1993 ) Levels of the upper forest boundary in nothern Asia. Vegetatio 109 175-186.

50. Meko, D. M., Graybill, D.A. (1995) Tree-ring reconstruction of Upper Gila River discharge. Water Resources Bulletin, 31, 605-616.

51. Melvin, T. M., Briffa, K.R., Nicolussi, K., Grabner, M. (2007) Time-varying-response smoothing. Dendrochronologia 25, 65-69.

52. Moberg, A., D. M. Sonechkin, K. Holmgren, N. M. Datsenko, and W. Karlen (2005) Highly variable Northern Hemisphere temperatures reconstructed from low- and high-resolution proxy data. Nature, 433, 613-617.

53. Nicolussi, K., Patzelt, G. (2000) Discovery of Early Holocene wood and peat on the forefield of the Pasterze Glacier, Eastern Alps, Austria. The Holocene, 10, 191-199.

54. Oerlemans, J. ( 2005) Extracting a climate signal from 169 glacier records. Science, 308, 675-677.

55. Orvis, K. H., Grissino-MAYER, H.D. (2002) Standardizing the reporting of abrasive papers used to surface tree-ring samples. Tree-Ring Research, 58,47-50.

56. Parker, D. E., H. Wilson, P. D. Jones, J. R. Christy, and C. K. Folland (1996) The impact of Pinatubo on world-wide temperatures. Int. J. Climatol., 16,487- 497.

57. Polge, H. (1966 ) New investigations on wood by densitometric analysis of radiographs Joyce Loebl Review 2, 9-14.

58. Popa, I. (2008) Long-term summer temperature reconstruction inferred from tree-ring records from the Eastern Carpathians. Climate Dynamics.

59. Popovnin, V. V. (1999) Annual mass balance series of a temperate glacier in the Caucasus, reconstructed from an ice core. Geogr. Ann.,, 81A 713-724.

60. Robock, A. (2000) Volcanic eruptions and climate. Rev. Geophys., 38, 191-219.

61. Schweingruber, F. H. (1988) Tree rings: basics and applications of dendrochronology, Dordrecht, Holland, RPC.

62. Scuderi, L. A. (1990) Tree-ring evidence for climatically effective volcanic eruptions. Quaternary Research 34, 67-85.

63. Shahgedanova, M., C.R. Stokes, S.D. Gurney and V.V. Popovnin. (2005) Interactions between mass balance, atmospheric circulation and recent climate change on the Djankuat glacier, Caucasus Mountains. J. Geophys. Res, 110, D04108.

64. Sheppard, P. R., Graumlich, L.J., Conkey, L.E. (1996) Reflected-light image analysis of conifer tree rings for reconstructing climate. The Holocene, 6, 62-68.

65. Solomina, O., N. Davi, R. D'arrigo, and G. Jacoby (2005) Tree-ring reconstruction of Crimean drought and lake chronology correction Geophys. Res. Lett., 32.

66. Stokes, M. A., Smiley T.L. (1968) An introduction to tree-ring dating, Tucson, The University of Arizona Press.

67. Torrence, C., Compo G.P. (1998) A practical guide to wavelet analysis. Bull: Amer. Met. Soc. ; 79, 61-78.

68. Vaganov, E. A., Hughes, M.K., Shashkin, A.V. (2006) Growth Dynamics of Conifer Tree Rings. Images of Past and Future Environments, Berlin, Springer.

69. Warren, W. G. (1980) On removing the growth trend from dendrochronological data. Tree-Ring Bulletin, 40, 35-44.

70. Watson, E., Luckman, B.H. (2003) Tree-ring based estimates of Peyto Glacier mass balancefor the last three centuries. Quat. Res., 62, 9-18.

71. Weber, S. L. (2005) A timescale analysis of the Northern Hemisphere temperature response to volcanic and solar forcing. Climate of the Past, 1, 9-17.

72. Whitaker, J. S., Hamill T.M. (2002) Ensemble Data Assimilation without Perturbed Observations. Mon. Wea. Rev., 130, 1913-1924.

73. Wigley, Т. M. L., Briffa, K.R., Jones, P.D. (1984) On the average value of correlated time series, with applications in dendroclimatology and hydrometeorology. Journal of Climate and Applied Meteorology, 23, 201-213.

74. WMO (1989) Calculation of Monthly and Annual 30-year Standard Normals. WCDP-NslO. Geneva World Meteorological Organization.

75. Wood, L. J., Smith, D. J., Demuth, M. N. (2011) Extending the place glacier mass-balance record to AD 1585, using tree rings and wood density. Quaternary Research, in press.

76. Woodhouse, C. A. (2004) A paleo perspective on hydroclimatic variability in the western United States. Aquatic Sciences 66, 346-356.81. www.geo.uzh.ch/microsite/wgms/.82. www.knmi.nl.

77. Xoplaki, E., J. Luterbacher, H. Paeth, D. Dietrich, N. Steiner, M. Grosjean, and H. Wanner (2005) European spring and autumn temperature variability and change of extremes over the last half millennium. Geophysical Research Letters, 32.

78. Yuan, Y., Shao, X., Wei, W., Yu, S., Gong, Y., Trouet, V. (2007) The potential to reconstruct Manasi River streamflow in the northern Tien Shan Mountains (NW China). Tree-Ring Research, 63, 81-93.

79. Айвазян, С. А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. (1985) Прикладная статистика. Исследование зависимостей., М.: Финансы и статистика.

80. Алисов, Б. П. ( 1956.) Климат СССР, М. Изд. МГУ, 128 с.

81. Белоновская Е.А., Гребенщеков О.С., Давыдова М.В. (1990) Биота экосистем Большого Кавказа, М., Наука.

82. Битвинскас, Т. Т. (1965) К вопросу об изучении связи колебаний климата и прироста насаждений. ДТСХА, 103.

83. Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. (2002) Летопись необычайных явлений природы за 2,5 тысячелетия, Гидрометеоиздат.

84. Бочкарев, Ю. Н., Дьяконов К.Н. (2009) Дендрохронологическая индикация функционирования ландшафтов на северной и верхней границах леса. Вестник МГУ, сер.5 География.

85. Ваганов Е.А. (1996) Механизмы и имитационная модель формирования структуры годичных колец у хвойных // Лесоведение. № 1. С. 3-15.

86. Ваганов, Е. А., Шашкин А.В. (2000) Рост и структура годичных колец хвойных, Новосибирск, Наука.

87. Вапник, В. Н., Червоненкис А. Я. (1974) Теория распознавания образов., М.: Наука.

88. Гвоздецкий, Н. А., Голубчиков Ю.Н. (1987) Горы, М.: Мысль.

89. Дюргеров, М. Б., Поповнин В.В. (1981) Реконструкция баланса массы, пространственного положения и жидкого стока ледника Джанкуат во второй половине XIX века. Материалы гляциологических исследований, 1981, С. 73-81.

90. Золотарёв, Е. А. (1999) О конечной "морене 30-х годов" и размерах ледника Джанкуат. МГИ, вып.87с. 177-183.

91. Ковалёв, П. В., Ковалёв А.П., Иванов В.В. (1984) Расчёт среднегодовых температур прошлого для метеостанции Теберда-курорт по годичным кольцам дерева и числам Вольфа. Временные и пространственные изменения климата и годичные кольца деревьев, 64-68.

92. Комин, Г. Е. (1970) К методике дендроклиматологических исследований Труды Инта экол., вып. 67., 74-83.

93. Ледник Джанкуат (Центральный Кавказ) (1978) Ленинград, Гидрометеоиздат.

94. Ледник Марух (Западный Кавказ) (1988), Л.: Гидрометеоиздат.

95. Лукьянова, Л. М., Полюшкин Ю.В., Бальчунас В.П. (1987) Дендрохронологическая шкала сосны Приэльбрусья. Дендрошкалы Советского Союза. Каунас: Изд-во АН Лит. ССР, часть IV, с.78-80.

96. Лурье, П. М., Панов В.Д. (2003) Речной сток Кавказа в условиях современного изменения климата. Тезисы докладов Всемирной конференции по изменению климата, М, ИГКЭ, 256.

97. Лурье, П. М., Панов В.Д., Ткаченко Ю.Ю. (2005) Река Кубань: гидрография и реэюим стока, СПб, Гидрометеоиздат.

98. Милановский , Е. Е. (1968) Новейшая тектоника Кавказа, М.: Недра.

99. Панов, В. Д. (1993) Эволюция современного оледенения Кавказа, С.Пб., Гидрометеоиздат.

100. Панов, В. Д., Ильичёв Ю.Г., Салпагаров А.Д. (2008) Колебание ледников Кавказа за XIX-XX столетия, Труды Тебердинского заповедника, Северокавказское издательство МИЛ.

101. Поповнин, В. В., Петраков Д.А. (2005) Ледник Джанкуат за минувшие 34 года (1967/68-2000/01). МГИ, 98, 167-182.

102. Рототаева, О. В., Носенко Г.А., Хмелевской И.Ф. (2009) Изменчивость факторов, определяющих динамику ледников Эльбруса. МГИ, 107,85-89.

103. Рототаева, О. В., Носенко Г.А., Хмелевской И.Ф., Тарасова Л.Н. (2003) Балансовое состояние ледника Гарабаши (Эльбрус) в 80-х и 90-х годах XX столетия:МГИ, вып.95, с.111-121.

104. Салпагаров, Д. С. (2002) Эколого-географические особенности и функционирование природно-территориальных комплексов горных областей Северо-Западного Кавказа на примере Тебердинского заповедника, М.: Илекса; Ставрополь: Ставропольсервисшкола

105. Соломина, О. Н. (1999) Горное оледенение северной Евразии в голоцене, М., Научный мир.

106. Турманина, В. И. (1971) Перспективы применения фитоиндикационных методов в гляциологии. Фитоиндикационные методы в гляциологии. М., Изд-во МГУ.

107. Турманина, В. И. (1972) Особенности прироста деревьев Приэльбрусья. Дендроклиматохронология и радиоуглерод (Материалы Второго Всесоюзного совещания по дендрохронологии и дендроклиматологии). Каунас, 25-27 сентября 1972 года.

108. Турмалина, В. И. (1976) Фитоиндикация колебаний климата. Ландшафтная индикация природных процессов, 64-70.

109. Турманина, В. И. (1979) Дендрохронология лавин в верховьях Баксанской долины. Г.К., Тушинский Ритмы гляциальных процессов. Изд-во Моск. ун-та.

110. Тушинский, Г. К. (1957) Геоморфологический очерк Тебердинского государственного заповедника, Ставрополь.

111. Тушинский, Г. К., Кузьмин К.К. (1952) Тебердинский район Побеждённые вершины Ежегодник Советского альпинизма, год 1951. М.

Информация о работе

Долгова, Екатерина Антоновна
кандидата географических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.25

Диссертация

Реконструкция гидрометеорологических условий на Северном Кавказе по дендрохронологическим данным за период с 1800-2005 гг. - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Реконструкция гидрометеорологических условий на Северном Кавказе по дендрохронологическим данным за период с 1800-2005 гг. - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы