Возможности и ограничения реконструкции климатического сигнала по ширине годичных колец хвойных деревьев на севере и в центре Европейской территории России

Мацковский, Владимир Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Возможности и ограничения реконструкции климатического сигнала по ширине годичных колец хвойных деревьев на севере и в центре Европейской территории России
ВАК РФ 25.00.25, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Возможности и ограничения реконструкции климатического сигнала по ширине годичных колец хвойных деревьев на севере и в центре Европейской территории России"

На правах рукописи

Мацковский Владимир Владимирович

Возможности и ограничения реконструкции климатического сигнала по ширине годичных колец хвойных деревьев на севере и в центре Европейской территории России

4845345

Специальность 25.00.25 - Геоморфология и эволюционная география

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 2011 г.

1 2 МАЙ 2011

4845345

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте географии РАН

Научный руководитель:

чл.-корр. РАН,

доктор географических наук

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

доктор географических наук, профессор

Ольга Николаевна Соломина

Дмитрий Михайлович Сонечкин Рудольф Карлович Клиге

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт экологии растений и животных Уральского отделения РАН

Защита состоится « 27 » мая 2011 г. в ll00 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 « 26 » апреля 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. Возможности прогноза естественной и антропогенной изменчивости климата часто бывают ограничены в связи с короткими рядами метеорологических данных. Данные дендрохронологических реконструкций, которые имеют годичное и даже сезонное разрешение, поддаются калибровке с помощью инструментальных метеорологических наблюдений и потенциально доступны во всех районах, где растут деревья, могут в какой-то степени заполнить этот пробел. Для прогнозирования климатических изменений необходимо иметь информацию не только и не столько о глобальном, но в большей степени - о региональном климате. Изучение климатической изменчивости на Европейской территории России с помощью косвенных методов индикации, в частности, дендрохронологии, является, таким образом, одной из актуальных задач для понимания тенденций изменчивости климата в этом регионе. Изучение климатического отклика в ширине годичных колец служит основанием для интерпретации дендрохронологических радов, являющимися уникальными источниками информации о климате прошлого.

Цель работы - проведение дендроклиматического анализа в северной и центральной частях ЕТР на основе всех доступных дендрохронологических и метеорологических данных, включая данные реанализа, и выявление тех климатических факторов, влияние которых на рост деревьев является наиболее общим и выраженным для всей исследуемой территории, а также создание длинных непрерывных хронологий, привязанных к современности, с целью их дальнейшего палеоклиматического анализа.

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

1. Сбор имеющейся дендрохронологической информации для данного региона по трем самым распространенным на ней породам хвойных деревьев: соснс, ели и лиственнице, и дополнение ее новыми данными для более полного покрытия территории.

2. Построение длинных непрерывных древесно-кольцевых серий на севере и в центральной части ЕТР на основе живых деревьев и древесины хвойных из исторических построек и археологических раскопок.

3. Статистический анализ климатического отклика всех древесно-кольцевых хронологий на основе общей методики и с применением максимального количества климатических параметров, включая данные из современных сетевых архивов.

4. Анализ пространственно-временной сопряженности динамики приростов деревьев и построение соответствующих карт-схем.

5. Определение информативности дендрохронологических данных на исследуемой территории с точки зрения содержащейся в них информации о климате прошлого.

Научная новизна работы. В работе впервые проведено исследование климатического отклика хвойных деревьев на всей северной части ЕТР, выделены наиболее общие закономерности влияния климатических условий на

прирост деревьев. Впервые для данного региона представлены две длинные непрерывные древесно-кольцевые хронологии, привязанные к современности, и оценен их палеоклиматический потенциал.

Защищаемые положения

• На ЕТР общим для всех хвойных пород (ель, лиственница и сосна) севернее 60° с.ш. является положительный отклик ширины годичных колец на колебания летних температур. Сигнал меняется на 54-56° с.ш., где ширина колец определяется сочетанием двух факторов - тепла и влаги; здесь отмечается положительный отклик на изменения индекса сухости Палмера (Р0Й1), влажности почвы, относительной влажности воздуха.

• В пределах районов, однородных в климатическом отношении, наблюдается генеральное сходство климатического отклика для ели, лиственницы и сосны. Это дает возможность объединять разные породы хвойных в единые региональные хронологии на основе перекрестного датирования, а это, в свою очередь, позволяет создавать длинные составные шкалы на основе археологического материала. Эти шкалы могут быть использованы для дендрохронологического датирования древесных остатков разного происхождения и для целей палеоклиматологии.

• Доминирующим для хронологий сосны севернее 60° с.ш. является положительный отклик на минимальные температуры мая-августа. Для всех рассмотренных хронологий ели обнаружено наличие отрицательных корреляций прироста с температурами конца предыдущего вегетационного сезона. Для хронологий лиственницы севернее 60е с.ш. доминирующим является положительный отклик на минимальные и средние температуры июня-июля, а для более южных районов - положительный отклик на летние осадки и отрицательный - на летние температуры.

• Впервые для региона исследования созданы две непрерывные, абсолютно датированные древесно-кольцевые хронологии, привязанные к современности. Хронологии «Соловки» (1189-2008 гг.) и «Вологда» (1085-2009 гг.) коррелируют с показателями теплообеспеченности, реконструированными по палинологическим и историческим данным для ЕТР. Вологодская хронология имеет тесную корреляцию с реконструкцией среднегодовой температуры Северного полушария, а Соловецкая - содержит региональный климатический сигнал.

• Максимальные значения индексов прироста у хронологий «Соловки» и «Вологда», по крайней мере, за 800 лет, отмечаются в первое десятилетие 21-го века. При этом тенденция увеличения индексов прироста качалась в случае Вологодской хронологии в начале 17 в., а в случае Соловецкой - в начале 18 в.

Личный вклад автора. Собственные исследования автора включали следующие виды работ: полевые работы по сбору дендрохронологического материала; лабораторную обработку, измерение ширины годичных колец; перекрёстную датировку полученных древесно-кольцевых серий и построение хронологий; статистическую обработку климатической и дендрохронологической информации; сопоставление полученных данных с

результатами других исследователей. Автором было выполнено приведение измерений, выполненных в Институте археологии РАН в единый формат, проверка качества этих измерений и их перекрестной датировки, построение единой дендрошкалы, привязанной к современности. Многие этапы работы были автоматизированы посредством разработанных автором программ. Некоторые из них могут быть загружены с веб-сайта дендрохронологической лаборатории ИГРАН (http://paIeoglaciology.org/ru/TreeRingLab/).

Практическая значимость работы. Полученные результаты могут использоваться для региональных и глобальных реконструкций изменений климата и моделирования его изменчивости в будущем. Особенно важны эти материалы для прогнозирования внутривековой изменчивости климата. Построенные нами непрерывные хронологии необходимы для датировки исторических и архитектурных памятников: они повышают точность и надежность таких датировок. 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: XI конференции «Сергеевские чтения» в Москве (2009 г.), конференции Европейского геофизического союза (EGU) в Вене (Австрия, 2009 г.), Открытой научной конференции «Глобальные изменения в прошлом» (PAGES) в Корвалисе, (США, 2009 г.), Всероссийской конференции «Современные проблемы климатологии» в Санкт-Петербурге (2009 г.), 3-й международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» в Москве (2009 г.), ежегодной конференции Ассоциации американских географов в Вашингтоне (США, 2010 г.), международной конференции дендрохронологов WorldDendro 2010 в Рованиеми (Финляндия, 2010 г.), LX1II Герценовских чтениях в Санкт-Петербурге (2010 г.), в школе-семинаре молодых ученых «Изменения климата и экосистем горных территорий» в Кисловодске (2010 г.) и на всероссийской научной конференции «Динамика современных экосистем в голоцене» в Екатеринбурге (2010 г.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 222 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Список литературы включает 168 наименований, в том числе 116 - на иностранных языках. Текст иллюстрирован 74 рисунками и содержит 11 таблиц.

Глава 1. Район исследования. Состояние проблемы

Районом исследования служит территория, расположенная между 25° в.д. и 60° в .д., 50° с.ш. и 70° с.ш. (рис. 1). В основном это север Европейской территории России; территория расширена на юг и на запад, чтобы включить несколько древесно-кольцевых хронологий из Московской и Калужской областей и Финляндии. Включение этих хронологий необходимо для более полного пространственного и сравнительного анализа хронологий и отраженного в них климатического сигнала.

В главе приводится обзор литературы по четырем группам проблем, имеющих отношение к теме диссертации: климатический сигнал, отраженный в древесно-кольцезых хронологиях севера FTP, его ослабление в последние годы (проблема дивергенции), построение длинных хронологий и дендроклиматические реконструкции наших предшественников в этом регионе.

Рассмотрены работы Т.Т. Битвинскаса (1974), А.А. Молчанова (1976), А.Б. Колчина и Н.Б. Черных. (1977). Н.В. Ловелиуса (1979), ММ. Чернавской с соавторами (Chernavskaya et al., 1996b), Н.Б. Черных (1996), А.В. Путина с соавторами (2000), Ф. Швайнгрубера и К. Бриффы (Schweingruber and Briffa, 1996а), К. Бриффы (Briffa et а!., 2001, 2002а,b), Е.В. Лопатина с соавторами (Лопатин, Алексеев, 2009; Lopatin et al., 2008), А.А. Карпухина (2009), Ю.М. Кононова с соавторами (Kononov et ai., 2009), Д.Е. Румянцева (2010а) и другие.

60 N-)--1----

! ^ ( Таллин ; '

(7 ; .Рига I

^Москва

°Минск

.Варшава

„Саратов

Рис. 1. Район исследования. Кругами обозначены точки расположения хронологий сосны, треугольниками - ели, квадратшли — лиственницы. Закрашенными значками обозначены хронологии, созданные в лаборатории дендрохронологии ИГРАН, пустыми значками -хронологии из Международного банка древесно-кольцгвых данных 1Т1ЮВ.

Обзор литературы, в частности, показав, что по сравнению с соседними регионами (Скандинавия, Полярный Урал), северная и центральная части ЕТР гораздо беднее климатическими реконструкциями высокого разрешения. Большинсгво исследований относятся к яендроархеологии или лесоведению, а задачи этих дисциплин в значительной степени отличаются от задач дендроклиматологии. Дендроклиматологами в большей степени изучена наиболее северная часть ЕТР, но здесь исследователи в большей степени концентрировались на изучении хронологий максимальной плотности годичных колец. Климатический сигнал в хронологиях по ширине годичных колец менее изучен, а обобщающие работы, охватывающие северную и центральную части ЕТР отсутствуют. Проблемы дивергенции и стабильности климатического отклика во времени, представляющие большой интерес для палеоклиматологии, ранее затрагивались и для района нашего исследования, однако обобщающее исследование стабильности климатического отклика хронологий по ширине годичных колец хвойных деревьев для данной

территории отсутствует. Непрерывные составные хронологии длиной более четырех-пяти веков, привязанные к современности и пригодные для палеоклиматического анализа пока не созданы.

Глава 2. Материалы и методы

Климатические данные. В данной работе мы использовали несколько архивов метеоданных ГУ «ВНИИГМИ-МЦД» (http://meteo.ru•/). Архив по 223 метеостанциям на территории бывшего СССР (Razuvayev et al., 1993; 66 станций для исследуемой территории) с суточными данными по минимальным, максимальным, средним температурам воздуха и осадкам был предварительно проверен на ошибки и выбросы. В архиве содержатся данные до 2008 года включительно. По исправленным суточным данным были расчитаны ежемесячные значения минимальной, максимальной, средней температуры воздуха и атмосферных осадков, а также агроклиматические характеристики: годовые суммы температур больше 0°С (Т>0), 5°С (Т>5), 10°С (Т>10) и 15°С (Т>15), суммы осадков за период с отрицательной температурой Р(Т<0), с температурами больше 0°С Р(Т>0), 5°С Р(Т>5), 10°С Р(1>10) и 15°С Р(Т>15) и гидротермический коэффициент Селянинова.

Также в нашем распоряжении имелся архив метеоданных данных с 455 метеостанций на территории бывшего СССР (117 станций для исследуемой территории) с ежемесячными данными по температурам воздуха и осадкам до 2007 года включительно (http://meteo.ru/). Дополнительно использовался архив ежемесячных температур по 476 метеостанциям на территории России (http://meteo.ru/cIimate/descrip2.htm; 149 станций для исследуемой территории), который содержит данные до 2006 года включительно.

В работе использовались сеточные метеоданные CRU TS 3.0 (,http://www.cru.uea.ac.uli/cm/data/hrg/) с ежемесячными значениями за период 1901-2005 гг. и с разрешением 0,5 градуса по широте и долготе. Сеточные данные получены интерполяцией измерений на метеостанциях (Mitchell et al., 2004; Mitchell and Jones, 2005). В них содержатся следующие параметры: минимальные, макимальные и средние температуры воздуха, осадки, облачность (в процентах), амплитуда суточных температур, частота дней с заморозками, частота дней с осадками и давление водяного пара.

В дополнение к метеоданным, мы использовали данные реанализа за 20 век 20th Century Reanafysis V2 (Compo et al., 2011), полученные с Веб-сайта Национального агентства по океану и атмосфере NOAA (http://www.esri.noaa.gov/psd/). В него, в частности, входят влажность почвы, толщина снежного покрова, влагосодержание воздуха, облачность, суммарная транспирация и другие величины, ежемесячные значения которых мы использовали в нашей работе. Пространственное разрешение данных - около 2-х градусов по широте и долготе. Хотя точность воспроизведения этими моделями многих условий пока далека от идеала, сравнение древесно-кольцевых данных с ними представляет определенный интерес, т.к. все эти параметры могут напрямую или косвенно влиять на рост деревьев.

Для дендроклиматического анализа также использовались две интегральных характеристики, одновременно учитывающие изменения температуры и

осадков: индекс суровости засухи Палмера (Palmer Drought Severity Index, PDSI) и влажность почвы. Индекс PDSI отражает не только засушливые условия, но и условия переувлажнения. Мы использовали глобальный архив данных с ежемесячными значениями индекса PDSI с 1870 по 2002 гг. в узлах сетки с разрешением 2,5 градуса по широте и долготе (Dai et al., 2004). В качестве информации о влажности почвы мы использовали архив модельных данных по глобальной влажности почв СРС Soil Moisture (Fan and van den Dool, 2004), полученный с Веб-сайта NOAA (http://www.esrl.noaa.gov/psd'/). Архив представляет собой ежемесячные модельные данные с разрешением 0,5 градусов по широте и долготе за период с 1948 г. и до текущего года.

Для сопоставления прироста деревьев с характеристиками циркуляции атмосферы мы использовали 5 индексов циркуляции для Северного полушария с Веб-сайта NOAA (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/teledoc/telecontents.shtml): North Atlantic Oscillation (NAO) - Северо-атлантическое колебание, East Atlantic (EA) - Западно-атлантическая, East Atlantic/Western Russia (EAWR) - Западно-атлантическая-Восточнороссийская, Scandinavia (SCAND) - Скандинавская и Polar/Eurasia (POLAR) - Полярная дальние связи.

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). Для целей стандартизации и удаления возрастного тренда использовалась программа ARSTAN. Для построения длинных хронологий и сохранения в них низкочастотного сигнала в данной работе программно реализованы и используются метод стандартизации региональной кривой (Regional Curve Standardization, RCS) и его «очищенный от сигнала» аналог (signal-free RCS или sf-RCS). В качестве функции для аппроксимации региональной кривой используется кубический сплайн с 50% сокращением дисперсии сигнала на 66% длины максимальной серии (Cook and Peters, 1981).

Для определения статистических связей между различными климатическими параметрами и шириной годичного кольца используется корреляционный анализ. Подсчитываются коэффициенты корреляции Пирсона дендрохронологических данных с ежемесячными или ежегодными параметрами за год прироста и за предшествующий год. Результаты анализа климатического отклика представляются в двух видах: табличном и графическом. Таблицы позволяют количественно оценить отклик на разные климатические параметры для каждой хронологии. Карты показывают пространственные изменения климатического отклика. Для вычисления пространственных корреляций с сеточными климатическими данными, древесно-кольцевые данные, заданные в точках отбора образцов, были преобразованы в поля данных, заданных в узлах сетки с шагом 0,5 градусов по широте и долготе. В каждом узле координатной сетки осредняются индексы всех хронологий, расположенный ближе 400 км к этому

узлу. Вес каждой хронологии в узле зависит от расстояния - чем больше расстояние (по сравнению с другими хронологиями), тем меньше вес. Для построения карт-схем пространственной корреляции хронологий использовалась та же методика. Поле строилось по всем хронологиям, кроме одной - той, для которой определялась пространственная корреляция с этим полем.

Для изучения изменения климатического отклика деревьев во времени автором была написана компьютерная программа, выполняющая вычисление коэффициентов корреляции между дрсвесно-кольцевыми хронологиями и климатическими параметрами в скользящем окне произвольной ширины. Программа функционально аналогична программе DendroClim2002 (Biondi and Waikul, 2004), но позволила получать результаты в более удобном виде и автоматизировать работу с большим количеством материала.

В данной работе мы использовали анализ «реперных лет» (в англоязычной литературе «pointer years») в том виде, в каком он описан в работах (Schweingruber et al., 1990; Neuwirth et al., 2004,2007). Этот анализ используется для определения синхронного аномального прироста у группы деревьев. При наличии нескольких лимитирующих факторов такой анализ может дать дополнительную информацию об их влиянии на синхронный аномальный прирост деревьев. Год считается реперным, если больше 20% деревьев испытали положительную или отрицательную аномалию. Для определения реперных лет автором была написана программа PointerYears, которая может быть загружена с сайта дендрохронологической лаборатории ИГРАН

(htlp://paleoglaciology. org/ru/TreeRingLab/).

Глава 3. Древесно-кольцевые данные

Всего в работе использовано 52 древесно-кольцевые хронологии. Из них 49 хронологий построены на основе измерений ширины годичных колец живых на момент отбора образцов деревьев. Это — 26 хронологий по сосне обыкновенной (Pirns sylvestris), 14 хронологий по ели сибирской и ели европейской (Picea obovata, Picea abies) и 9 хронологий по лиственнице сибирской (Larix sibiricä). Положение этих хронологий в пространстве показано на рисунке 1. Еще три хронологии содержат измерения колец как живых деревьев, так и древесины из деревянных построек, археологических раскопок или погребенных в озерах и торфяниках деревьев. 42 из 49 использованных древесно-кольцевых хронологий взяты из Международного древесно-кольцевого банка данных ITRDB (International Tree Ring Database,

http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/lreering.html). Использованы все хронологии по живым деревьям из этой базы данных, находящиеся в районе исследования. Семь хронологий по живым деревьям и две длинные хронологии построены в лаборатории дендрохронологии Института географии РАН. Они расположены по трансекту север-юг и дополняют данные из ITRDB (см. рис. 1).

Две длинные составные хронологии «Вологда» и «Соловки» включают в себя образцы живых деревьев и древесину из исторических строений и, в случае Вологодской хронологии, из археологических раскопок. Они публикуются

впервые в рамках этой работы и построены автором или при его непосредственном участии.

Ранняя часть хронологии по Вологодской области создавалась на основе отобранных нами образцов из трех строений на территории Архитектурно-этнографического музея «Семенково» и измерений ширины годичных колец древесины, произведенных в Институте археологии РАН. Почти все они получены по древесине, найденной при раскопках разных лет в Кирилловском районе Вологодской области. Эти измерения были любезно предоставлены нам научным сотрудником ИАРАН A.A. Карпухиным. До 1999 г. измерения производились вручную, их точность составляет примерно 0,05 мм и они сохранены в формате MS Excel. С 1999 г. измерения проводились на полуавтоматической установке LINTAB с точностью измерения до 0,001 мм и сохранялись в формате Tucson rwl. Для приведения измерений в общий формат автором была разработана программа xls2rvvl, позволяющая переводить серии измерений в формат Tucson rwl из формата MS Excel. Программа может быть загружена с Веб-сайта дендрохронологической лаборатории ИГРАН (http://paleoglaciology.org/rwTreeRingLab/). После того, как все измерения были переведены в единый формат, была произведена проверка перекрестных датировок с помощью программы COFECHA. Образцы, не прошедшие контроль качества, были исключены; некоторые образцы изменили первоначальную датировку. Параллельно были определены даты постройки домов из музея «Семенково». Дом Кочкина, перевезенный из Тарногского р-на, Среднесухонского сектора, д. Андреевской построен в 1844-1845 гг., дом Храповых из Нюксенского р-на, д. Бор построен в 1884-1887 гг., дом Копыловых из Сямженского р-на, д. Коростелева построен в 1863-1865 гг. Образцы из строений музея «Семенково» продлили хронологию до 1677 года и позволили привязать самую позднюю часть образцов археологической части хронологии - образцы из Церкви Ильи пророка в Ципинском погосте, заканчивающиеся 1752-м годом. Таким образом, шкала была привязана к современности, известен календарный год образования последнего ее кольца, а значит и всех колец, входящих е нее. Всего в Вологодскую хронологию вошло 282 образца, она покрывает период с 1085 по 2009 гг. Это - первая на ЕТР непрерывная абсолютно датированная хронология такой продолжительности, привязанная к современности. На рисунке 2 и 3 показаны распределение во времени образцов, вошедших в эту шкалу, стандартная хронология «Вологда» и ее наполненность образцами.

Соловецкая хронология построена P.C. Жуковым, В.В. Грязновой, A.B. Куликовым и О.Н. Соломиной и любезно предоставлена автору для анализа. В данный момент готовится публикация этой хронологии (Соломина О.Н., Мацковский В.В., Жуков P.C., «Доклады Академии Наук», в печати). На рисунке 4 и 5 показаны распределение во времени образцов, вошедших в эту шкалу, стандартная хронология «Соловки» и ее наполненность образцами.

Рис. 3. Стандартная Вологодская хронология и ее наполненность образцами.

'■200 1350 1 300 1350 14К 1450 1500 1550 1££Ю 1650 1*00 1750 1600 1850 1900 1950 20(Л

12М 1350 1300 1350 1400 1450 1500 1550 !«Ю 1650 1700 1750 1600 1650 19® 1350 20ТО

Рис. 4. Распределение во времени образцов, входящих в Соловецкую хронологию.

Рис. 5. Стандартная Соловецкая хронология и ее наполненность образцами.

В работе изучен вопрос о сопряженности динамики годичного прироста на расстоянии, который интересен, прежде всего, с точки зрения дендрохронологического датирования. При проведении датировок желательно знать, из каких регионов можно использовать эталонные дендрошкалы. Мы рассчитали пространственные корреляции каждой хронологии по живым деревьям с полем древесно-кольцевых данных, построенном на основе остальных хронологий для этого же рода деревьев. По результатам этих расчетов было построено 49 карт-схем пространственных корреляций - по одной на каждую хронологию (приложение 1 диссертации).

На рисунке 6 для примера приведено несколько таких карт-схем для хронологий по сосне. Видно, что чем южнее расположена хронология, тем меньше радиус ее значимых корреляций с полем остальных хронологий и ниже значения этих корреляций. Та же тенденция прослеживается для ели и лиственницы. В северном регионе корреляции становятся незначимыми для сосны и ели в среднем на расстоянии около 940 км, для лиственницы - около 740 км.

Глава 4. Климатический отклик древесно-кольцевых хронологий

Помимо климатических условий, прирост годичных колец зависит от многих других экофизиологических параметров. Он подробно рассматривается в специальной ботанической, экологической и лесоведческой литературе (см. например Лархер, 1978; Казенс, 1982; Ваганов, 1996; Schweingruber, 1996b; Fritts, 1976) и не является предметом данного исследования. Задача настоящего исследования - выявить закономерности влияния именно климатических факторов на ширину колец трех основных хвойных пород деревьев на севере и в центре ЕТР.

Для анализа климатического отклика ширины годичных колец трех наиболее распространенных в Европейской части России древесных пород хвойных -сосны, ели и лиственницы, мы выбрали опорный период 1950-1990 гг., т.к. он присутствует во всех хронологиях, кроме двух финских, и во всех климатических данных (кроме нескольких станций из «архива 476», где данные начинаются с 1959 г.). Мы проанализировали статистические связи метеопараметров со всеми тремя типами хронологий, полученных в программе ARSTAN (стандартные, остаточные и арстановские), но, в конечном итоге, убедились в том, что остаточные (RES) хронологии наиболее пригодны для целей нашего анализа. В приложении 2 диссертации представлены таблицы отклика остаточных хронологий по живым деревьям на различные климатические параметры за период 1950-1990 гг. По этим таблицам для каждого рода деревьев были определены климатические параметры, с которыми статистически значимо коррелирует большая часть хронологий этого рода.

Использование сеточных архивов дополнительно позволило рассмотреть пространственные корреляции поля древесно-кольцевых данных с полями климатических параметров. Все использованные сеточные архивы начинаются не позже 1901 г. Таким образом, общий период климатических и древесно-кольцевых данных составил уже не 40, а 90 лет: с 1901 по 1990 г. Мы провели корреляционный анализ со всеми девятью параметрами из сеточного архива

гиэ8182

Рис. 6. Карты-схемы пространственных корреляций хронологий сосны за период 19011990 гг. (сверху вниз: для хронологии гт$182, рс!Ь, коу, орр). Цветом обозначены коэффициенты корреляции. Малиновый круг - хронология, для которой рассчитаны корреляции, черные точки - хронологии, по которым построено поле древесно-кольцевых данных. Красная линия обозначает границу значимых корреляций (р=0,05).

a) Tmin, V-VIII

6) PDSI, VI-VII

liailP

в) заморозки, VII

г) заморозки, IV-IX

Д) отн. влажн. воздуха, VII р

Г" ' '

■""Х- T»

___

яШШШг

e)транспирация, VIIp

ж) толщина снежи, покрова, V р з) облачность, VI-VII

Рис. 7. Пространственные корреляции поля древесно-кольцевых данных сосны и а) - минимальных температур воздуха в мае-августе, б) - индекса сухости PDSI в июне-июле, в) - числа дней с заморозками в июле, г) - числа дней с заморозками в апреле-сентябре, д) - относительной влажности воздуха в июле предыдущего года, е) - суммарной транспирации в июле предыдущего года, ж) - толщины снежного покрова в мае предыдущего года, з) - облачности в июне-июле (по данным реанализа). Красным контуром показана граница значимых корреляций (р=0,05). Период 1901-1990 гг. Черные точки -расположение древесно-кольцевых хронологий.

CRU TS 3.0, с индексом сухости PDSI и с несколькими параметрами реанализа: атмосферным давлением, толщиной снежного покрова, облачностью, влажностью почв и суммарной транспирацией.

На рисунке 7 показаны корреляции поля древесно-кольцевых хронологий сосны с различными сеточными климатическими данными. Такие же карты-схемы были построены для всех исследованных климатических параметров и для всех пород деревьев и проанализированы для выявления пространственных закономерностей климатического отклика.

Анализ показал, что реакция хвойных деревьев на климатические параметры может быть очень разной. Поскольку эта реакция зависит от многих экофизиологических параметров, неоднозначность этой реакции, обнаруженная для индивидуальных пробных площадей, не является неожиданностью. Тем не менее, в целом в этой пестроте прослеживаются ясные закономерности, которые видны из таблицы 1. В частности, в северном секторе на 60-69° с.ш. прирост сосны, ели и лиственницы зависит от средней температуры июня и июля. Примерно на 54-56° с.ш. сигнал меняется, и ширина колец определяется сочетанием двух факторов - тепла и влаги (атмосферные осадки, индекс сухости PDSI, относительная влажность воздуха). На прирост ели и лиственницы часто оказывают влияние условия предыдущего года, тогда как для сосны они не так важны.

Интересно отметить сходство реакции разных хвойных пород на климатические параметры в пределах однородных в климатическом отношении регионов. Это является основанием для создания сводных хронологий по хвойным породам в пределах означенных территорий, что крайне важно для палеоклиматологических исследований.

Таблица 1. Основные факторы, влияющие на прирост хвойных пород. Римскими цифрами обозначены месяцы, буквой р обозначены параметры предыдущего года (относительно года прироста).____

Район Знак отклика Сосна Ель Лиственница

Север ЕТР + Темп, мин., V-VIII Темп, средн., VI-VII Темп, макс., VI-VII Темп, средн., VI-VII Отн. влажн., VIp Заморозки, VIIp Давление, II Темп, мин., VI Темп, средн., VI

Север ЕТР Облачность, VI-VII Транспирация, VIIp Т>10р Темп, мин., VIp Р(Т>15) р NAO, IX

Центр ЕТР + Осадки, VI-VII PDSI, VI-VII Осадки, Хр-Ш PDSI, VII Осадки, VI Отн. влажн., VIIp, VIIIp

Центр ЕТР - Темп среди, VI-VI1 Темп, средн., VIIp, VIIIp

Везде + Темп, мин., Хр - IX Темп, средн., Хр-1Х PDSI, I

Везде - Заморозки, IV-IX Темп, мин., VIIIp Давление, XIIp

Статистический анализ изменения климатического отклика во времени показал, что в целом, климатический отклик деревьев на территории исследования в той или иной степени нестабилен, причем изменения происходят как в сторону усиления реакции на климатические параметры, так и в сторону ослабления. Можно говорить не только об изменении климатического отклика в последние десятилетия, а вообще об отсутствии стабильности за период инструментальных наблюдений. Связи даже с теми климатическими параметрами, на которые откликается большинство хронологий, изменяются в пространстве и времени. Лишь для нескольких северных хронологий по ширине годичных колец сосны и лиственницы сохраняется значимый отклик на летние температуры для всех рассмотренных временных интервалов (1901-1930 гг., 1931-1960 гг. и 1961-1990 гг.). Более подробное рассмотрение изменения климатического отклика во времени показывает, что в одних случаях оно может быть связано с изменением длительности сезона вегетации, а в других - с переходом одного из лимитирующих факторов в разряд оптимальных. При наблюдающемся повышении температур воздуха в XX - начале XXI века в северных районах может уменьшаться влияние температур на прирост деревьев, а в южных районах - усиливаться влияние стресса, связанного с засухой.

Не всегда функция отклика, являющаяся результатом корреляционного анализа, может адекватно отразить влияние климатических факторов на прирост деревьев. Особенно это относится к деревьям, произрастающим в условиях, близких к оптимальным. В этом случае лимитирующие факторы могут меняться от года к году, что затрудняет дендроклиматический анализ (Дендрохронологическая..., 2007). Альтернативным подходом может быть рассмотрение метеорологических условий в годы с аномальными приростами деревьев. Такой анализ не предполагает непрерывности отклика деревьев на какой-либо климатический параметр, но позволяет выделить основные метеорологические условия, приводящие к аномальным приростам деревьев.

Одним из способов такого анализа является метод климаграмм (Ловелиус, 1979,2003), когда на основе графиков осредненных климатических параметров для лет с аномально большими и аномально малыми приростами делаются выводы о том, какие значения параметров наиболее существенны для прироста рассматриваемых деревьев. Мы несколько модернизировали данный метод, добавив анализ статистической значимости различий, что позволяет учесть естественную изменчивость климатических параметров. Например, на рисунке 8а видно, что разница средних температур в июле для отрицательных реперных лет и для всего периода меньше, чем та же разница в январе. Однако различие в январе не является значимым из-за большей вариабельности метеопараметров (используется двухвыборочный критерий Стьюдента, уровень значимости р=0,05). Таким образом, введенное дополнение позволяет определять только достоверные различия климатических параметров.

Мы рассмотрели разницу между средними метеопараметрами в реперные годы и средними метеопараметрами за период 1901-2005 гг., покрытый ежемесячными данными сеточного архива CRU TS 3.0. Мы выбрали

ближайшие к точкам расположения хронологий узлы сетки и осреднили климатические параметры в них за весь временной период. Затем, мы проделали то же самое, но только для тех узлов и для тех лет, для которых соседняя хронология показывала синхронный аномальный прирост в этот год. Результаты приведены на рисунке 8.

Анализ показал, что аномальным отрицательным приростам хвойных деревьев в регионе исследования способствуют повышенные температурь! воздуха в июле и августе предыдущего года, в феврале, марте и апреле текущего года, пониженные температуры в июне и июле текущего года, а также пониженные осадки в мае предыдущего и в марте и августе текущего года. Аномальным положительным приростам способствуют повышенные температуры в апреле, мае, июне и декабре предыдущего года, в январе, мае, июле, августе и сентябре текущего года, как и полностью за гидрологический год. Скорее всего, они приводят к аномальным приростам только в совокупности с повышенными осадками предыдущего и текущего лета.

ат,°с

мм

Рис. 8. Разница средних температур воздуха (а) и осадков (б) в реперные годы по сравнению со средними метеопараметрами за период 1901-2005 гг. Разницы для положительных реперных лет показаны серым, для отрицательных - черным. Значимые различия отмечены черным кругом (р-0,05).

Глава 5. Палеоклиматическая информация в длинных древесно-кольцевых хронологиях

В этой главе рассматриваются различные аспекты, связанные с возможностями и ограничениями извлечения палеоклиматической информации, в основном применительно к двум длинным хронологиям -Соловецкой и Вологодской.

Мы сравнили реперные годы в хронологиях хвойных с историческими данными о погодных аномалиях (Борисенков, Пасецкий, 2002). При этом мы ограничили период сравнительного анализа с историческими свидетельствами 1900 г., так как с 1901 года мы провели анализ связи приростов с инструментальными климатическими данными. Для анализа реперных лет мы использовали все имеющиеся у нас в наличии данные по ширине годичных

колец хвойных деревьев для исследуемой территории: всего 48 хронологий. Естественно, что по мере углубления в прошлое их становится все меньше.

Сравнение с историческими свидетельствами показало, что на 14 из 71 (20%) положительных реперных лет приходятся исторические свидетельства о климатических аномалиях. В 10 из 14 случаев - это указания на суровые зимы в текущий или предыдущий год, что противоречит нашим выводам о об условиях формирования реперных лет в 20-м веке (глава 4 диссертации). Слабое соответствие положительных реперных лет историческим свидетельствам о климате, возможно, объясняется тем, что благоприятные сезоны реже описывались в хрониках, чем крайне неблагоприятные.

На 22 из 69 (32%) отрицательных реперных лет приходятся исторические свидетельства о климатических аномалиях, причем только одно из них приходится на предыдущий год. Всего нами было выбрано 88 исторических упоминаний, следовательно, 25% из них имеют совпадения с отрицательными реперными годами. Большинство свидетельств (11) говорит о суровых или долгих зимах в год аномально низкого прироста, пять - о засухах, три - о наводнениях и половодьях, и три - о холодном и дождливом лете. В целом все это согласуется с результатами, полученными в главе 4. Низкие минимальные температуры января, соответствующие отрицательным реперным годам, соотносятся с упоминаниями о суровых зимах, низкие значения осадков в марте и августе могут соответствовать засухам. Дожди летом могут способствовать высоким значениям прироста только при высоких температурах; при низких же температурах июня-июля наблюдается аномально низкий прирост. Таким образом, анализ подтверждает вывод о разных климатических причинах, приводящим к отрицательным экстремумам приростов хвойных на рассмотренной территории.

Тем не менее, общее число экстремальных климатических событий является полезной характеристикой климата вообще. Мы проследили изменчивость этой характеристики во времени, принимая зо внимание изменение общего числа косвенных данных. Удельная частота реперных лет вычислялась как отношение суммы реперных лет во всех хронологиях к сумме лет, покрытых хронологиями (имеющих больше 10 образцов) в каждом столетии. Например, если в 1601 году одна из 4-х хронологий имеет аномальное значение, то удельная частота реперных лет в этот год равна 0,25. Удельная частота реперных лет в XVII веке равна средней частоте за 1601-1700 гг. Таким образом, мы получили характеристику частоты экстремумов для каждого столетия, независимую от числа хронологий, покрывающих их (рис. 9).

В среднем частота положительных реперных лет для исследуемой территории оказалась больше, чем отрицательных. Это само по себе является интересным фактом, так как принято считать, что деревья испытывают синхронные угнетения под влиянием набора лимитирующих факторов.

Самая большая частота положительных реперных лет приходится на XIX в., вторая по величине - на XX в. Частота отрицательных реперных лет превышает частоту положительных в XIII, XV и XVII вв., причем в XVII в. она наибольшая

за все рассмотренные столетия. В это время во многих районах Евразии отмечались в целом более холодные летние сезоны (см. например 1РСС, 2007). Частота реперных лет разного знака характеризует контрастность климатических колебаний и в целом может рассматриваться как некоторый условный показатель континентальное™ климата. Суммарная частота реперных лет обоих знаков максимальна для XIX в. Таким образом, в XIX в. климат в северной части ЕТР, судя по этому показателю, был наиболее континентальным за последние 7 веков. ХХ-й век по структуре частоты аномалий прироста больше всего похож на Х1У-Й (преобладание положительных аномалий над отрицательными, чуть выше среднего общее число аномалий). В целом эти оценки согласуются с выводами А.Н. Кренке и М.М. Чернавской (1998) об изменениях климата Русской равнины за период 970-1850 гг., основанных на анализе исторических сведений.

ХШ XIV XV -XVI XVII XVIII XIX XX

Век

Рис. 9. Удельная частота реперных пет по столетиям, белым цветом со штриховкой показана удельная частота отрицательных реперных лет, черным цветом -положительных, серым - суммарная частота реперных лет обоих знаков.

Помимо межгодовой изменчивости, наиболее ярко проявляющейся в частоте встречаемости и амплитуде годовых аномалий, упомянутых выше, в диссертации рассматриваются проблемы внутривековой и межвековой изменчивости прироста и соответствующих колебаний климата. Для сохранения долгопериодного сигнала мы построили хронологии двумя способами - с помощью стандартизации региональной кривой (RCS) и ее «очищенного от сигнала» аналога (sf-RCS, Briffa, Melvín, 2010). Сравнение хронологий, построенных двумя методами стандартизации, показано на рисунке 10. Так как sf-RCS стандартизация может частично устранять смещения, характерные для RCS стандартизации (Briffa, Melvin, 2010), для нашего анализа мы использовали только sf-RCS хронологии. В ходе этого анализа выяснилось, что sf-RCS хронологии лучше, чем RCS хронологии, коррелируют с различными реконструкциями температур.

В конце 20-го - начале 21-го века Вологодская и, особенно, Соловецкая sf-RCS хронологии имеют самые высокие индексы приростов за все время: у Вологодской хронологии (30-летнее сглаживание) это - абсолютный максимум за последние девять столетий, у Соловецкой — за семь с половиной. Эти

положительные аномалии могут быть связаны с особенностями современного потепления, в которое, по-видимому, существенный вклад вносит деятельность человека (1РСС, 2007). Следует, однако, обратить внимание на тот факт, что феномен аномально высоких приростов является частью долгосрочной тенденции увеличения индексов, которая отмечается для Вологодской хронологии с начала 17 в., а для Соловецкой - с начала 18 в. По-видимому, в данном случае имеет место наложение естественных и антропогенных причин, приводящих к увеличению ширины колец.

Годы

Рис. 10. Вологодская (а) и Соловецкая (б) хронологии, построенные методами RCS (серый) и sf-RCS (черный). Жирными линиями показаны хронологии, сглаженные 30-летним сплайном.

Анализ Фурье и вэйвлет-анализ показали, что высокочастотные ритмы выражены в Соловецкой и Вологодской sf-RCS хронологиях ширины колец довольно слабо. У этих дух хронологий, а также у хронологии из Финляндии, выделяется ритм в 17-18 и 34-37 лет. Соловецкая и финская кривые отражают также флуктуации продолжительностью 43-44 года и 114 лет (у вологодской 128 лет), а у Соловецкой и Вологодской хронологий выделяется общая цикличность в 79 лет (у Финской - 89 лет). Циклы более высокого порядка у хронологий разные (431 год у хронологии «Соловки», 205 и 512 лет - у хронологии «Вологда», 171 и 410 - у хронологии «Финляндия»). Циклы продолжительностью 15-17, 25-40 и около 100 лет, обнаруженные в представленных здесь длинных хронологиях ширины колец «Соловки», «Вологда» и «Финляндия» выражены и в более коротких, но более термически обусловленных хронологиях максимальной плотности на севере Русской равнины (Соломина и др., 2009).

Для сравнения с Соловецкой и Вологодской sf-RCS хронологиями мы использовали региональные реконструкции: летних температур по ширине колец сосны обыкновенной в Хибинах за период 1600-2004 гг. (Kononov et al., 2009), средних температур апреля-сентября по максимальной плотности годичных колец деревьев для северной Европы (NEUR) за период 1588-1992 гг. (Briffa et al, 2002а), летних температур Арктики за период 1600-1995 гг. (Overpeck et al., 1997) и более позднюю, за период 5-1995 гг. (Kaufman et al., 2009), летних и зимних температур для ЕТР за 1000-2005 гг. (Klimenko, Solomina, 2010).

Для сравнения с реконструкциями температур Северного полушария мы использовали данные, приведенные в отчете IPCC (см. IPCC, 2007, рис. 6.10, табл. 6.1). Это - три реконструкции летних температур: Ф. Джонса и соавторов за период 1000-1991 гг. (Jones et al., 1998; калибровка Jones et al., 2001), К. Бриффы и соавторов за период 1402-1960 гг. (Briffa et al., 2001), К. Бриффы и соавторов за период 1-1993 гг. (Briffa, 2000; калибровка Briffa et al., 2004); и семь реконструкций средних температур за год: М. Манна и соавторов за период 1000-1980 гг. (Mann et al., 1999), Я. Эспера и соавторов за период 8311992 гг. (Esper et al., 2002; калибровка Cook et al., 2004), M. Манна и Ф. Джонса за период 200-1980 гг. (Mann and Jones, 2003), С. Рутерфорда и соавторов за период 1400-1960 гг (Rutherford et al., 2005), А. Моберга и соавторов за период 1-1979 гг. (Moberg et al., 2005), Р. Д'Арриго и соавторов за период 713-1995 гг. (D'Arrigo et al., 2006), Г. Хегерля и соавторов за период 558-1960 гг. (Hegerl et ai., 2006). Дополнительно мы использовали реконструкцию средних годовых температур Т. Кроули и Т. Ловери за период 1000-1993 гг. (Crowley and Lowery, 2000). Ниже обсуждаются выявленные случаи наиболее тесных корреляционных связей.

Соловецкая хронология показала наилучшую корреляцию с реконструкцией температур воздуха июля-августа для Хибин (Kononov et al., 2009) (рис. 11; г=0,61 для периода 1600-2004 гг.). При этом коэффициент корреляции Соловецкой sf-RCS хронологии со средними температурами воздуха июня-июля по ближайшей метеостанции Кемь равен 0,44.

Обнаружена невысокая, но статистически значимая корреляция Вологодской и Соловецкой sf-RCS хронологий с температурами воздуха лета и зимы соответственно, реконструированными по историческим и палинологическим данным для севера и центра ЕТР (Klimenko, Solomina, 2010). Это сходство особенно интересно, если приять во внимание существенно иную природу палинологических и исторических данных.

Часть Вологодской хронологии после 1950 г., в отличие от остальной ее части, плохо согласуется с реконструкциями температур. Скорее всего, это связано с особенностями площадки отбора образцов для современной части хронологии. При выборе площадки мы, прежде всего, руководствовались желанием найти самые долгоживущие деревья, чтобы соединить плавающую часть хронологии с современностью, поэтому отбор образцов проводился на кустарничково-сфагновом болоте. Эту часть хронологии предстоит усовершенствовать, отобрав и добавив в хронологию более чувствительные к

климату образцы. По этой причине мы ограничили период сравнения Вологодской хронологии с реконструкциями температур серединой 20-го века. Из реконструкций температур воздуха для Северного полушария, с Вологодской хронологией лучше всего коррелирует реконструкция М. Манна и Ф. Джонса (Mann and Jones, 2003): коэффициент корреляции сглаженной 10-летним скользящим средним sf-RCS хронологии «Вологда» с реконструкцией средних годовых температур за общий период 1173-1950 гг. равен 0,59 (рис. 12).

Таким образом, Соловецкая хронология демонстрирует большее сходство с региональными температурами, а Вологодская - с более общим температурным сигналом - в частности, со среднегодовой температурой Северного полушария.

Годы

Рис. 11. хронология «Соловки» (черный) и реконструкция температур е Хибинах

(Копопо\ а!., 2009; серый). Жирной пинией показаны ряды, сглаженные 10-летним сплайном. Все значения нормированы.

Годы

Рис. 12. sf-RCS хронология «Вологда» (10-летнге сглаживание, черный) и реконструкция средних температур Северного полушария М. Манна и Ф. Джонса (Мат and Jones., 2003; серый). Все значения нормированы.

Связь ширины колец с различными показателями солнечной активности на территории исследования рассматривалась ранее A.A. Молчановым (1970), Т.Т. Битвинскасом (1974), Н.В. Ловелиусом (1979), М.И. Розановым и B.C. Прокудиной (2002) и другими исследователями. В этих работах отмечалась как положительная, так и отрицательная корреляционная связь прироста деревьев с

разными показателями солнечной активности. Мы обнаружили связь сглаженной 10-летним скользящим средним sf-RCS хронологии «Соловки» с

10л

данными о ходе инсоляции, реконструированном по изотопу Be в ледниковых кернах из центральной Антарктики (Delaygue, Bard, 2010) (рис. 13). Коэффициент корреляции между рядами за общий период 1393-1982 гг. равен г=0,63. Причины этой связи до конца не ясны, однако, если предположить, что именно инсоляция обуславливает изменчивость Соловецкой хронологии, то положительный долгопериодный тренд, наблюдаемый в этой хронологии, также обусловлен изменением инсоляции и не связан с антропогенной деятельностью. Следует однако иметь ввиду, что использованная реконструкция инсоляции заканчивается в 1982 г., и поэтому вопрос о причинах увеличения приростов в Соловецкой хронологии в к конце 20-го -начале 21-го века остается вне рамок этой дискуссии.

Годы

Рис. 13. sf-RCS хронология «Соловки» (10-летнее сглаживание, черный) и реконструкция хода инсоляции (Delaygue and Bard, 2010; серый). Все значения нормированы.

Заключение

Рассмотрение климатического отклика всех доступных хронологий на территории исследования позволило определить климатические параметры, одинаково влияющие на прирост деревьев в пределах двух основных регионов - севера и центра ЕТР - и отсеять локальные сигналы. В частности, мы установили, что, несмотря на сильный локальный сигнал и невысокие коэффициенты корреляции ширины колец с метеорологическими параметрами, общим для всех хвойных пород севернее 60° с.ш. является положительный отклик приростов на летние температуры воздуха (минимальная, максимальная, средняя температура воздуха за отдельные месяцы и за сезон). В южном секторе на широте 54-56° с.ш. сигнал меняется, и ширина колец определяется сочетанием двух факторов - тепла и влаги (атмосферные осадки, индекс сухости PDSI, относительная влажность воздуха). Для всей территории подтверждено наличие отрицательных корреляций прироста ели с температурами конца предыдущего вегетационного сезона. Такая же связь известна в центральной, восточной и северной Европе.

На рассмотренной территории часто наблюдается изменение во времени тесноты связи «климат-прирост». Это может быть связано с изменением

длительности сезона вегетации, с переходом одного из лимитирующих факторов в разряд оптимальных и, возможно, с рядом других причин. При наблюдающемся повышении температур в XX - начале XXI века в северных районах может уменьшаться влияние температур на прирост деревьев, а в южных районах - усиливаться влияние стресса, связанного с засухой. Слабость климатического сигнала, содержащегося в ширине колец, обнаруженная для инструментального периода, а также его неустойчивость во времени, до известной степени ограничивают возможности применения дендрохронологического метода для целей палеоклиматологии на севере и в центре ЕТР.

Значит ли это, что не стоит затрачивать дальнейшие усилия для построения новых длинных хронологий в этом районе? Безусловно, нет. Анализ показывает, что наши новые длинные хронологии «Соловки» и «Вологда» коррелируют другими дендрохронологическими, историческими и комплексными реконструкциями, как регионального, так и полушарного уровня, и эта связь устойчива для последних восьми-девяти веков. Результаты спектрального анализа также косвенно свидетельствуют о наличии термического сигнала в наших длинных хронологиях. В целом можно утверждать, что хронологии «Вологда» и «Соловки» отражают межвековую и, до некоторой степени, сверхвековую изменчивость температур воздуха на севере ЕТР.

Настоящее исследование продлевает серии косвенных данных о климате региона годичного разрешения вплоть до конца XI в., что на три столетия больше по сравнению с самыми длинными хронологиями, ранее использовавшимися на этой территории для палеоклиматического анализа.

Анализ показывает, что наибольшее количество отрицательных аномалий прироста наблюдалось в XVII в., а общее число аномалий было максимальным в XIX в. Это согласуется с современными представлениями о большей континентальное™ климата во время «малого ледникового периода» на территории ЕТР. Прирост последних десятилетий в хронологиях «Вологда» и «Соловки» является самым высоким за последние 8-9 веков, однако это увеличение ширины колец составляет часть долгопериодного тренда, начавшегося 300-400 лет назад. Подобный тренд наблюдается с конца 15-го века и в ходе инсоляции. Можно предположить, что эти процессы связаны между собой, хотя до сих пор не предложено ясного механизма для объяснения этой связи.

Благодарности

Автор выражагт благодарность научному руководителю О.Н. Соломиной, сотрудникам отдела гляциологии КГ РАН, и другим людям, помогавшим в сборе и обработке дендрохронологического материала и консультировавшим автора: Михаленко В.Н., Долговой Е.А., Лазуковой Л.И., Лаврентьеву И.И., Бушуевой И.О., Кутузову С.С., Чемурной АА., Иванову М.Н., Павловой И.О., Кудериной Т.М., Румянцеву Д.Е., Кренке H.A., Жукову P.C., Грязновой В.В., Мацковской Ю.З., Куликову A.B., Махсимовой O.E. и др.; Шмакину А.Б. за предоставление архивов метеоданных; сотруднику Института археологии РАН Карпухину A.A. за предоставленный архив измерений исторической древесины; сотрудникам музеев и заповедников, содействовавших в сборе материала: Папину И.В., Кузнецовой Л.В., Киршиной Н.О., Пантелеевой Т.А.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК

1. Румянцев Д.Е., Соломина О.Н., Липаткин В.А, Мацковский В.В., Кухта А.Е., Николаев Д.К. (2010) Возможности перекрестного датирования хронологий сосны обыкновенной и ели европейской в центральной части Восточно-Европейской равнины. // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник, 3,2010 (72) - С. 67-75.

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, 1, 2011 (119) - С. 119-123.

Другие публикации

3. Matskovskiy V.V., Dolgova Е.А., 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. О.Н. Соломина, Д.Е. Румянцев, В.В. Мацковский (2010) Отклик на климатический сигнал ширины годичных колец хвойных в центральной части Восточно-Европейской равнины (Московский регион) // География: проблемы науки и образования LXIII Герценовские чтения. Материалы ежегодной международной научно-практической конференции (22-24 апреля 2010 г., Санкт-Петербург) - С. 321-324.

8. 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

9. 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/l/012017.

Подписано в печать:

25.04.2011

Заказ № 5417 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Объем: 1 усл.п.л. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Мацковский, Владимир Владимирович

Введение.

Глава 1. Район исследования. Состояние проблемы.

1.1. Район исследования.

1.2. Состояние изученности севера ЕТР в отношении дендроклиматологии.

1.3 Выводы.

Глава 2. Материалы и методы.

2.1. Основные принципы дендрохронологии.

2.2. Климатические данные.

2.3. Сбор и обработка древесно-кольцевых данных.

2.4. Индексирование и построение хронологий.

2.5. Климатический отклик древесно-кольцевых хронологий.

2.6. Реперныегоды.

2.7. Выводы:.

Глава 3. Древесно-кольцевые данные.

3.1. Данные из Международного банка древесно-кольцевых данных ШШВ.

3.2. Данные лаборатории дендрохронологии ИГРАН.

3.3. Сопряженность динамики годичного прироста деревьев в пространстве.

3.4. Выводы.

Глава 4. Климатический отклик древесно-кольцевых хронологий.

4.1. Климатический отклик за общий период 1950-1990 гг.

4.2. Корреляции древесно-кольцевых данных с сеточными архивами.

4.3. Обобщение данных о климатическом сигнале, отраженном в хронологиях хвойных.

4.4. Изменение климатического отклика древесно-кольцевых хронологий во времени.

4.5. Реперные годы и климатические параметры.

4.6. Выводы.

Глава 5. Палеоклиматическая информация в длинных древесно-кольцевых хронологиях

5.1. Реперные годы и экстремальные природные явления в прошлом.

5.2. Частота аномалий прироста за 800 лет.

5.3. Межрегиональные корреляции длинных хронологий.

5.4. Цикличность в длинных хронологиях.

5.5. Сравнение длинных хронологий с реконструкциями высокого разрешения

5.6. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Возможности и ограничения реконструкции климатического сигнала по ширине годичных колец хвойных деревьев на севере и в центре Европейской территории России"

Возможности прогноза естественной и антропогенной изменчивости климата часто бывают ограничены в связи с короткими рядами метеорологических данных. Косвенные индикаторы климата, в частности ширина и плотность годичных колец, могут в какой-то мере заменить инструментальные наблюдения в прошлом и продолжить ряды вглубь веков. Дендрохронологический метод в этом отношении является одним из самых перспективных: эти данные имеют годовое и даже сезонное разрешение, поддаются калибровке с помощью инструментальных метеорологических наблюдений и потенциально доступны во всех районах, где растут деревья (Шиятов и др., 2000).

Для прогнозирования климатических изменений необходимо иметь информацию не только и не столько о глобальном, но в большей степени — о региональном климате. Изучение климатической изменчивости на Европейской территории России (ЕТР) с помощью косвенных методов индикации, в частности - дендрохронологии, является, таким образом, одной из актуальных задач для понимания тенденций изменчивости климата в этом регионе.

Климатический отклик деревьев в северной и центральной частях Европейской территории России рассматривался ранее в работах Т.Т. Битвинскаса (1974), A.A. Молчанова (1976), Н.В. Ловелиуса (1979), М.М. Чернавской (Chernavskaya et al., 1996b), К. Бриффы (2001, 2002а,b), Ф. Швайнгрубера (1996а), Д.Е. Румянцева (2010а) и др. Дендроклиматологами в лучшей степени изучена наиболее северная часть ЕТР, но здесь исследователи концентрировали свое внимание в основном на изучении хронологий максимальной плотности древесины, более перспективных с точки зрения палеоклиматических реконструкций. Ограниченный интерес дендроклиматологов к теме климатического сигнала в ширине колец на ЕТР объясняется относительно короткой продолжительностью жизни деревьев и их слабой чувствительностью к климатическим изменениям, особенно это относится к центральной части ЕТР. До сих пор не существует работы, где проблема климатического сигнала в ширине годичных колец хвойных рассматривалась бы для всей указанной территории и решалась в комплексе на основе общей методики с учетом достижений современной климатологии. Длинные непрерывные хронологии, пригодные для современных количественных палеоклиматических реконструкций, также отсутствуют. Северная и центральная части Европейской территории России гораздо менее обеспечены дендрохронологическими данными в пространстве и времени, чем соседние регионы: Восточная Европа, Скандинавия, Урал. Археологические дендрошкалы на ЕТР не привязаны к современности, поэтому они почти не используются для палеоклиматических реконструкций. В связи с этими обстоятельствами большинство исследований в рассматриваемом районе относится к дендроархеологии или лесоведению, а задачи этих дисциплин в значительной степени отличаются от задач дендроклиматологии. Между тем, возможности создания длинных дендрошкал и использования заключенной в них палеоклиматической информации, исследованы далеко не в полной мере. В этой работе возможности и ограничения применения дендроклиматических методов в северной и центральной частях ЕТР будут подвергнуты более подробному анализу.

Основной целью этой работы было проведение дендроклиматического анализа для северной и центральной частей ЕТР на основе всех доступных дендрохронологических и метеорологических данных, включая данные реанализа, и выявление тех климатических факторов, влияние которых на рост деревьев является наиболее общим и выраженным для всей исследуемой территории, а также создание длинных непрерывных хронологий, привязанных к современности, с целью их дальнейшего палеоклиматического анализа. Изучение климатического отклика деревьев помогает в интерпретации дендрохронологических рядов, имеющих годичное разрешение, и поэтому являющимися уникальными источниками информации о климате прошлого.

Для достижения этих целей необходимо было решить следующие взаимосвязанные задачи.

1. Сбор имеющейся дендрохронологической информации для данного региона для трех самых распространенных на ней пород хвойных деревьев: сосны, ели и лиственницы, и дополнение ее новыми данными для более полного покрытия территории.

3. Статистический анализ климатического отклика всех древесно-кольцевых хронологий на основе общей методики и с применением максимального количества климатических параметров, включая те, которые доступны в современных сетевых архивах.

4. Анализ пространственно-временной сопряженности динамики приростов деревьев и построение соответствующих карт.

Материалы, используемые в работе, и личный вклад автора

Работа основана на дендрохронологическом материале из Международного банка древесно-кольцевых данных ITRDB, а также на материале, полученном в ходе полевых работ в 2008-2010 гг., автором и другими сотрудниками Института географии РАН (ИГРАН). Для анализа были использованы данные наблюдений более чем на 200 метеорологических станциях, данные сеточного климатического архива CRU TS 3.0 (Mitchell, Jones, 2005), данные реанализа (Сошро et al., 2011), индексы атмосферной циркуляции (http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/teledoc/telecontents.shtml), данные моделирования индекса сухости PDSI (Dai et al., 2004), влажности почвы (Fan, van den

Dool, 2004) и различных климатических параметров.

Собственные исследования автора включали следующие виды работ:

• полевые работы по сбору дендрохронологического материала;

• лабораторная обработка, измерение ширины годичных колец;

• перекрёстная датировка полученных древесно-кольцевых серий и построение хронологий;

• приведение измерений, выполненных в Институте археологии РАН (ИАРАН) в единый формат, проверка качества этих измерений и их перекрестной датировки, построение единой дендрошкалы, привязанной к современности;

• статистическая обработка климатической и дендрохронологической информации;

• сопоставление полученных данных с результатами других исследований по данной территории;

• многие этапы работы были автоматизированы посредством разработанных автором программ. Некоторые из них можно загрузить с веб-сайта дендрохронологической лаборатории ИГРАН (http://paleoglaciology.org/ru/TreeRingLab/).

Научная новизна

В этой работе впервые проведено исследование климатического отклика хвойных деревьев на всей северной части ЕТР, выделены наиболее общие закономерности влияния климатических условий на прирост деревьев. Впервые представлены две длинные непрерывные древесно-кольцевые хронологии для данного региона, привязанные к современности и оценен их палеоклиматический потенциал.

Основные защищаемые положения

• На ЕТР общим для всех хвойных пород (ель, лиственница и сосна) севернее 60° с.ш. является положительный отклик ширины годичных колец на колебания летних температур. Сигнал меняется на 54-56° с.ш., где ширина колец определяется сочетанием двух факторов — тепла и влаги; здесь отмечается положительный отклик на изменения индекса сухости Палмера (PDSI), влажности почвы, относительной влажности воздуха.

• Доминирующим для хронологий сосны севернее 60° с.ш. является положительный отклик на минимальные температуры мая-августа. Для всех рассмотренных хронологий ели обнаружено наличие отрицательных корреляций прироста с температурами конца предыдущего вегетационного сезона. Для хронологий лиственницы севернее 60° с.ш. доминирующим является положительный отклик на минимальные и средние температуры июня-июля, а для более южных районов - положительный отклик на летние осадки и отрицательный — на летние температуры.

• Впервые для региона исследования созданы две непрерывные, абсолютно датированные древесно-кольцевые хронологии, привязанные к современности. Хронологии «Соловки» (1189-2008 гг.) и «Вологда» (1085-2009 гг.) коррелируют с показателями теплообеспеченности, реконструированными по палинологическим и историческим данным для ЕТР. Вологодская хронология имеет тесную корреляцию с реконструкцией среднегодовой температуры Северного полушария, а Соловецкая — содержит региональный климатический сигнал.

• Максимальные значения индексов прироста у хронологий «Соловки» и «Вологда», по крайней мере, за 800 лет, отмечаются в первое десятилетие 21-го века. При этом тенденция увеличения индексов прироста началась в случае Вологодской хронологии в начале 17 в., а в случае Соловецкой — в начале 18 в.

Практическая значимость работы

Полученные результаты могут использоваться для региональных и глобальных реконструкций изменений климата и моделирования его изменчивости в будущем.

Особенно важны эти материалы для прогнозирования внутривековой изменчивости климата. Построенные нами непрерывные хронологии необходимы для датировки исторических и архитектурных памятников: они повышают точность и надежность таких датировок. 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:

• XI ежегодная конференция «Сергеевские чтения». Моделирование при решении геоэкологических задач. Москва, 23-24 марта 2009 г.

• European Geosciences Union General Assembly 2009. Австрия, Вена, 19-24 апреля 2009 г.

• PAGES 1st Young Scientist Meeting 2009. США, Корвалис, 6-7 июля 2009 г.

• PAGES 3rd Open Science Meeting 2009. США, Корвалис, 8-12 июля 2009 г.

• Современные проблемы климатологии. Всероссийская конференция посвященная 100-летию профессора O.A. Дроздова (1909-2001). Санкт-Петербург, 20-22 октября 2009 г.

• Третья международная научная конференция молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность». Москва, 10 ноября 2009 г.

• Assosiation of American Geographists Annual Meeting 2010. США, Вашингтон, 19-24 апреля 2010 г.

• 9 международная конференция дсндрохронологов WorldDendro 2010. Финляндия, Рованиеми, 12-19 июня 2010 г.

• География: проблемы науки и образования. LXIII Герценовские чтения. Санкт-Петербург, 22-24 апреля 2010 г.

• Школа-семинар молодых ученых «Изменения климата и экосистем горных территорий», Кисловодск, 6-11 октября 2010 г.

• Всероссийская научная конференция «Динамика современных экосистем в голоцене» Екатеринбург, 12-14 октября 2010 г. теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 в журналах ВАК:

1. Matskovskiy V.V., Dolgova Е.А., 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. О.Н. Соломина, Д.Е. Румянцев, В.В. Мацковский (2010) Отклик на климатический сигнал ширины годичных колец хвойных в центральной части ВосточноЕвропейской равнины (Московский регион) // География: проблемы науки и образования LX11I Герценовские чтения. Материалы ежегодной международной научно-практической конференции (22-24 апреля 2010 г., Санкт-Петербург). С. 321-324.

6. В.В. Мацковский, 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

7. Matskovsky V.Y., 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.

8. Румянцев Д.Е., Соломина O.H., Липаткин B.A, Мацковский B.B., Кухта А.Е., Николаев Д.К. (2010) Возможности перекрестного датирования хронологий сосны обыкновенной и ели европейской в центральной части Восточно-Европейской равнины. // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник, 3, 2010 (72). - С. 67-75.

9. Matskovskiy V.V. DIRECT: a new approach to dendroclimatic reconstructions // WorldDendro 2010 Abstracts

10. Мацковский B.B., Долгова E.A., Соломина O.H. (2011) Применение дендрохронологических данных для реконструкции стока реки Теберды за 18502005 гг.//Лед и снег, 2011-1 (119), С. 119-123.

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: Михаленко В.Н., Долговой Е.А., Лазуковой Л.И., Лаврентьеву И.И., Бушуевой И.С., Кутузову С.С., Чепурной A.A., Иванову М.Н., Павловой И.О., Кудериной Т.М., Румянцеву Д.Е., Кренке H.A., Жукову P.C., Грязновой В.В., Мацковской Ю.З., Кудикову A.B., Максимовой O.E. и др.; Шмакину А.Б. за предоставление архивов метеоданных; сотруднику Института археологии РАН Карпухину A.A. за предоставленный архив измерений исторической древесины; сотрудникам музеев и заповедников, содействовавших в сборе материала: Папину И.В., Кузнецовой Л.В., Киршиной Н.О., Пантелеевой Т.А.

Заключение Диссертация по теме "Геоморфология и эволюционная география", Мацковский, Владимир Владимирович

5.6. Выводы

1. Наше исследование продлевает серии косвенных данных о климате региона годичного разрешения вплоть до конца XI в, что на три столетия больше по сравнению с самыми длинными хронологиями, использовавшимися на этой территории ранее.

2. Построение надежных непрерывных реконструкций высокого разрешения на исследуемой территории затрудняется из-за слабости и возможной неустойчивости во времени климатического сигнала в ширине колец, однако анализ независимых косвенных свидетельств об изменении климата и их сравнение с дендрохронологическими данными показывает перспективность использования дендрохронологического источника.

3. Сопоставление исторических свидетельств с отрицательными реперными годами показывает, что к аномально низкому приросту приводят отрицательные температурные экстремумы зимой, засухи, а также избыточное увлажнение и недостаток тепла в теплый период. 25% рассмотренных исторических климатических аномалий имеют совпадения с отрицательными реперными годами. Совпадения исторических свидетельств с положительными реперными годами во многом случайны. Возможно, на положительные реперные годы приходились благоприятные сезоны (с повышенными температурами и осадками), которые не нашли отражения в исторических хрониках.

4. Установлено хорошее соответствие отрицательных аномальных лет для исследуемого региона и для реконструкций летней и среднегодовой температуры Северного полушария. Вулканические извержения 1600, 1815 и 1835 гг. отмечаются синхронным аномально низким приростом деревьев в северной части ЕТР с запаздыванием на 1-2 года по отношению к историческим датам извержений.

5. Частота реперных лет характеризует контрастность климатических колебаний и в целом может рассматриваться как показатель континентальности климата. Судя по этому показателю, в XIX в. климат в северной части ЕТР был наиболее континентальным за последние 7 веков. ХХ-й век по структуре частоты аномалий прироста больше всего похож на XIV-й. Отмечается хорошее соответствие удельной частоты реперных лет и реконструкции климатических условий по историческим свидетельствам. При их совместном анализе с большей дискретизацией можно добиться уточнения информации о климате Русской равнины за последние 800 лет.

6. Ряды удельной частоты реперных лет и инсоляции хорошо согласуются в долгопериодной изменчивости, однако показывают стопроцентную асинхронность в изменениях до 1400-го и после 1750-го года.

7. Анализ межрегиональных корреляций трех длинных хронологий («Вологда», «Соловки» и «Финляндия») показывает наибольшее сходство Вологодской и Финской хронологий. При этом сила межрегиональных связей хронологий меняется во времени, что должно соответствовать изменению связей климатических условий. Такое изменение пространственной сопряженности динамики прироста важно учитывать при дендрохронологической датировке и определении источника древесины, в частности, при выборе опорной хронологии для датирования.

8. Циклы продолжительностью 15-17, 25-40 и около 100 лет, обнаруженные в представленных здесь длинных хронологиях ширины колец «Соловки», «Вологда» и «Финляндия» ранее были обнаружены и в более коротких, но и более термически обусловленных хронологиях максимальной плотности на севере Русской равнины.

142

9. Сопоставление с региональными и осредненными для северного полушария реконструкциями температур показало, что Соловецкая хронология больше сходна с региональными температурами, а Вологодская - с более общим температурным сигналом: летней температурой Арктики и среднегодовой температурой Северного полушария.

10. Часть Вологодской хронологии после 1950 г., в отличие от остальной ее части, плохо согласуется с реконструкциями температур большого масштаба. Эту часть хронологии предстоит усовершенствовать, добавив в нее более чувствительные к климату деревья.

11. Несмотря на существенно иную природу палинологических и исторических данных, отмечаются статистически значимые коэффициенты корреляции и генеральное сходство кривых Вологодской хронологии с реконструкцией летних температур и Соловецкой хронологии - с реконструкцией среднегодовых и зимних температур, построенных на их основе для региона исследования.

12. Обнаружено хорошее сходство Соловецкой хронологии с реконструкцией хода инсоляции. Причины этой связи до конца не ясны, но связь прироста деревьев с солнечной активностью наблюдалась и ранее, в том числе для соседнего региона (Кольский полуостров).

Заключение

Рассмотрение климатического отклика всех доступных хронологий на территории исследования позволило определить климатические параметры, одинаково влияющие на прирост деревьев в пределах двух основных регионов — севера и центра ЕТР - и отсеять локальные сигналы. В частности, мы установили, что, несмотря на сильный локальный сигнал и невысокие коэффициенты корреляции ширины колец с метеорологическими параметрами, общим для всех хвойных пород севернее 60° с.ш. является положительный отклик приростов на летние температуры воздуха (минимальная, максимальная, средняя температура воздуха за отдельные месяцы и за сезон). В южном секторе на широте 54-56° с.ш. сигнал меняется, и ширина колец определяется сочетанием двух факторов — тепла и влаги (атмосферные осадки, индекс сухости РВ81, относительная влажность воздуха). Для всей территории подтверждено наличие отрицательных корреляций прироста ели с температурами конца предыдущего вегетационного сезона. Такая же связь известна в центральной, восточной и северной Европе.

На рассмотренной территории часто наблюдается изменение во времени тесноты связи «климат-прирост». Это может быть связано с изменением длительности сезона вегетации, с переходом одного из лимитирующих факторов в разряд оптимальных и, возможно, с рядом других причин. При наблюдающемся повышении температур в XX - начале XXI века в северных районах может уменьшаться влияние температур на прирост деревьев, а в южных районах - усиливаться влияние стресса, связанного с засухой. Слабость климатического сигнала, содержащегося в ширине колец, обнаруженная для инструментального периода, а также его неустойчивость во времени, до известной степени ограничивают возможности применения дендрохронологического метода для целей палеоклиматологии на севере и в центре ЕТР.

Анализ показывает, что наибольшее количество отрицательных аномалий прироста наблюдалось в XVII в., а общее число аномалий было максимальным в XIX в. Это согласуется с современными представлениями о большей континентальности климата во время «малого ледникового периода» на территории ЕТР. Прирост последних десятилетий в хронологиях «Вологда» и «Соловки» является самым высоким за последние 8-9 веков, однако это увеличение ширины колец составляет часть долгопериодного тренда, начавшегося 300-400 лет назад. Подобный тренд наблюдается с конца 15-го века и в ходе инсоляции. Можно предположить, что эти процессы связаны между собой, хотя до сих пор не предложено ясного механизма для объяснения этой связи.

Перспективами расширения данного исследования являются: а) дополнение сети древесно-кольцевых хронологий для более полного покрытия территории данными по разным хвойным породам деревьев; б) использование постоянно совершенствующихся климатических архивов для более полного исследования климатического отклика деревьев; в) соединение с современностью существующих дендрошкал для данной территории, проверка качества входящего в них материала и перекрестных датировок; г) палеоклиматическая интерпретация этих длинных и качественных дендрошкал для уточнения информации о климате данного региона в прошлом.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Мацковский, Владимир Владимирович, Москва

1. Адаменко В.Н., Ловелиус Н.В. (1976) Аномалии прироста деревьев и изменение барико-циркуляционных условий последнего тысячелетия // Известия всесоюзного географического общества, 1976, 4, с. 290-296

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

3. Битвинскас Т.Т. (1972) Вычисление средних величин ширины годичных слоев и методика учета и исключения фактора возраста в днедрохронологии и дендроклиматологии // Проблемы экспертизы растительных объектов. М., 1972. - С. 68-80

4. Битвинскас Т.Т. (1974) Дендроклиматические исследования. Л.: Гидрометеоиздат, 172 с.

5. Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. (2002) Летопись необычайных явлений природы за 2,5 тысячелетия (V в. до н.э. XX в. н.э.). СПб. : Гидрометеоиздат. — 534 с.

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

7. Гортинский Г.В., Тарасов А.И. (1969) О географической сопряженности годичного прироста. В кн.: Механизмы взаимодействия растений в биогеноценозах тайги. Л., Наука, 202 с.

8. Дендрохронологическая информация в лесоводственных исследованиях. (2007) Ред. В.А. Липаткин, Д.Е. Румянцев. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 137 с.

9. Дзердзеевский Б.Л. (1975) Избранные труды. Общая циркуляция атмосферы и климат.М.: Наука, 288 с.

10. Дмитриева Е.В. (1975) Влияние климата на прирост деревьев различных местообитаний северной части южной тайги. В кн.: Биоэкологические основы дендрохронологии. Вильнюс - Л.

11. Жильцова Е.Л., Анисимов O.A. (2009) О точности воспроизведения температуры и осадков на территории России глобальными климатическими архивами. // Метеорология и гидрология, 2009 10. с.27-35

12. Изменчивость климата Европы в историческом прошлом. (1995) Под ред. Кренке А.Н. М.: Наука, 224 с.

13. Казенс Д. (1982) Введение в лесную экологию. Ред.С.А.Дыренков. М.: Лесная промышленность. 144 с.

14. Карпухин A.A. (2009) Абсолютные дендрохронологические шкалы археологических памятников европейской части России // Археология, этнография и антропология Евразии, 2009 1 (37), с. 62-70

15. Клименко В.В., Слепцов А.М. (2003) Комплексная реконструкция климата Восточной Европы за последние 2000 лет. // Изв. РГО 6:45—54

16. Кобзарь А. И. (2006) Прикладная математическая статистика. М.: Физматлит. 816 с.

17. Колчин Б. А. (1963). Дендрохронология Новгорода. М.: МИА, N 117.

18. Колчин Б.А., Битвинскас Т.Т. (1972) Современные проблемы дендрохронологии. Издательство "Наука".

19. Колчин Б.А., Черных Н.Б. (1977) Дендрохронология Восточной Европы, М.: Наука, 127 с.

20. Кренке А.Н., Чернавская М.М. (1998) Пространственные и временные изменения повторяемости экстремальных климатических явлений на Русской равнине. // Известия РАН, Серия географическая, 5, 129-141.

21. Кулакова М.И. (2006) Дендрохронологическое изучение дерева Казанских раскопов в Пскове//КСИА. 2006. Вып. 220. С. 135-141.

22. Кононова Н.К. (2009) Классификация циркуляционных механизмов Северного полушария по Б.Л. Дзердзеевскому. М.: Изд. РАН, 370 с.

23. Лархер В. (1978) Экология растений. -М.: Мир. 383 с.

24. Ловелиус H.B. (1979) Изменчивость прироста деревьев: Дендроиндикацияприродных процессов и антропогенных воздействий. JI.,1979. 232 с.

25. Ловелиус Н.В. (2000) Дендроиндикация. СПб: Петровская академия наук и искусств,313 с.

26. Лопатин Е.В., Алексеев A.C. (2009) Сравнительный анализ идентификации трендовв приростах по диаметру и высоте ели сибирской и сосны обыкновенной в Республике Коми // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, Вып. 189. С. 24-31.

27. Лопатин Е.В. (2010) Анализ динамики радиального прироста основныхлесообразующих пород Республики Коми. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к. с.-х. н. СПб., 20 с.

28. Механизмы взаимодействия растений в биогеноценозах тайги. (1969) Отв. редактор

29. B.Г. Карпов. Л.: Наука, 202 с.

30. Мещеряков Ю.А. (1965) Структурная геоморфология равнинных стран, М.: Наука,390 с.

31. Молчанов A.A. (1976) Дендроклиматические основы прогнозов погоды. М.: Наука.

32. Папин И.В., Суворов A.B., Мокрушин М.Л. (2004) Исследования НПЦ «Древности

33. Севера» в Вологодской области // АО 2003 года. М.: Наука. - С. 62-63.

34. Пушин A.B., Чернавская М.М., Черных Н.Б. (2000) Климатические экстремумы ианомалии прироста древесины в XVI-XIX вв. на севере Русской равнины. // РА, 2000-4, с. 86-99.

35. Розанов М.И., Прокудина B.C. 2002 Исследование корреляции ширины годичныхколец деревьев с климатическими изменениями и солнечной активностью // Биофизика. 47, № 1. - С. 135-138.

36. Румянцев Д.Е. (2010а) История и методология лесоводственной дендрохронологии.1. М.: Изд. МГУЛ, 110 с.

37. Румянцев Д.Е., Соломина О.Н., Липаткин В.А, Мацковский В.В., Кухта А.Е.,

38. Север европейской части СССР. (1966) М., Наука, 452 с.

39. Селянинов Г.Т. (1937) Методика сельскохозяйственной характеристики климата. // Вкн.: Мировой агроклиматический справочник. Л.- М.

40. Слепцов A.M. (2002) Разработка методов анализа и обобщения палеоклиматическихданных (история климата Восточной Европы в последние два тысячелетия). Диссертация. кандидата технических наук. М.: МЭИ.

41. Соломина, О.Н., Аптикаева О.И., Шаталин А.Ю. (2009) Ритмы природных процессовпо результатам вейвлет-анализа годичных колец деревьев на севере европейской части России за последние 300 лет. // Геофизические процессы и биосфера. Том 8 № I.e. 51-61.

42. Суворов A.B., Папин И.В., Мокрушин М.Л. (2005) Работы центра «Древности

43. Севера» в Вологодской и Архангельской областях // АО 2004 года. — М.: Наука. —1. C. 67-72.

44. Тарабардина O.A. (2007) Дендрохронология средневекового Новгорода (поматериалам археологических исследований 1991-2005 гг.): Автореф. дис. . канд. ист. наук. М., 22 с.

45. Чернавская М.М. (1985) Реконструкция термических условий малого ледниковогопериода на севере Евразии (по дендрохронологическим данным) // Известия АН СССР, Сер. Географическая 1985, 1. С. 99-103

46. Черных Н.Б. (1996) Дендрохронология и археология. М.: Издательство «NOX», 216с.

47. Черных Н.Б., Карпухин A.A. (2005) Строительство каменных оборонительныхсооружений «Старого города» Кирилло-Белозерского монастыря по данным дендроанализа // Археология и естественно-научные методы. М.: Языки славянской культуры - С. 72-81.

48. Черных Н.Б., Карпухин A.A. (2006а) Застройка «Старого города» Кирилло

49. Белозерского монастыря по данным дендроанализа (Ивановский монастырь) // РА. — №1. С. 157-163.

50. Черных Н.Б., Карпухин A.A. (2006b) Застройка «Старого города» Кирилло

51. Белозерского монастыря по данным дендроанализа (Успенский монастырь) // РА. -№ 2. С.148-156.

52. Черных Н.Б., Карпухин A.A. (2008) Основные итоги дендрохронологическогоизучения древесины из культурного слоя Кирилло-Белозерского монастыря // Сельская Русь в IX—XVI веках. — М.: Наука.

53. Шиятов С.Г. (1973) Дендрохронология, ее принципы и методы // Записки

54. Свердловского отд-ния ВБО. Свердловск. Вып.6. С.53-81.

55. Шиятов С.Г. (1986) Дендрохронология верхней границы леса на Урале. М.: Наука.136 с.

56. Шиятов С.Г., В. Е. А., Кирдянов A.B., Круглов В.Б., Мазепа B.C., Наурзбаев М.М.,

57. Хантемиров P.M. (2000). Методы дендрохронологии. Часть I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации: Учебно-методич. пособие. Учебно-методич. пособие. Красноярск: КрасГУ, 80с.

58. Alley, W.M. (1984) Palmer Drought Severity Index: Limitations and assumptions. // J.

59. Climate Appl. Meteor., 23, 1100-1109.

60. Baillie, M.G.L., and J.R. Pilcher (1973) A simple cross-dating program for tree-ringresearch. // Tree-Ring Bulletin 33:7-14.

61. Barber, V., Juday, G., Finney, B. (2000) Reduced growth of Alaska white spruce in thetwentieth century from temperature-induced drought stress. //Nature 405, pp. 668-672.

62. Barnston, A.G., and R.E. Livezey (1987) Classification, seasonality and persistence oflow-frequency atmospheric circulation patterns. // Mon. Wea. Rev., 115, 1083-1126.

63. Biondi F., К. Waikul (2004) DENDROCLIM2002: A С++ program for statisticalcalibration of climate signals in tree-ring chronologies. // Computers & Geosciences 30, pp. 303-311.

64. Boettger, Т., Hiller, A., and Kremenetski, C. (2003) Mid-Holocene warming in north-west

65. Kola Peninsula, Russia: northern pine limit movement and stable isotope evidence. // Holocene, 13: 405-412

66. Brewer S, Alleaume S, Guiot J & Nicault A (2006) Historical droughts in Mediterraneanregions during the last 500 years: a data/model approach. // Climate of the Past Discussions 2: 771-800

67. Briffa, K.R., and P.D. Jones,B (1990) Basic chronology statistics and assessment, in

68. Methods of Dendrochronology: Applications in the Environmental Sciences, edited by E.R. Cook and L.A. Kairiukstis, pp. 137-152, Kluwer Acad., Norwell, Mass.

69. Briffa, K. R., Jones, P. D., Bartholin, T. S., Eckstein, D., Schweingruber, F. H., Karlen,

70. W., Zetterberg, P., and Eronen, M. (1992) Fennoscandian summers from AD 500: temperature changes on short and long time scales. // Clim. Dynam., 7, 111-119

71. Briffa KR, Jones PD, Schweingruber FH, Shiyatov SG et al (1995) Unusual twentiethcentury summer warmth in a 1000-year temperature record from Siberia. // Nature 376:156-158

72. Briffa, K., Schweingruber, F., Jones, P., Osborn, T. (1998a). Reduced sensitivity of recenttree growth to temperature at high northern latitudes. // Nature 391, pp. 678-682

73. Briffa, K., Schweingruber, F., Jones, P., Osborn, T., Harris, I., Shiyatov, S., Vaganov, A.,

74. Grudd, H. (1998b) Trees tell of past climates: but are they speaking less clearly today? Philos. Trans. R. Soc. Lond., B 353, pp. 65-73

75. Briffa, K.R. (2000) Annual climate variability in the Holocene: interpreting the message ofancient trees. // Quat. Sci. Rev., 19 (1-5), 87-105

76. Briffa KR, Osborn TJ, Schweingruber FH, Harris IC, Jones PD, Shiyatov SG, Vaganov EA2001) Low frequency temperature variations from a northern tree-ring density network. // J Geophys Res 106: pp. 2929-2941

77. Briffa K.R. et al. (2002a) Tree-ring width and density data around the Northern

78. Hemisphere: Part 1, local and regional climate signals // The Holocene 12,6. pp. 737— 757.

79. Briffa K.R. et al. (2002b) Tree-ring width and density data around the Northern

80. Hemisphere: Part 2, spatio-temporal variability and associated climate patterns // The Holocene 12,6. pp. 759-789.

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

82. Buntgen U, Esper J, Frank DC, Nicolussi K, Schmidhalter M (2005) A 1,052-year tree-ringproxy for Alpine summer temperatures. // Clim Dynam 25:141-153.

83. Chernavskaya M.M. (1996a) Weather conditions of 1695-96 in European Russia // J Appl

84. Meteor 35 7, pp. 1059-1062

85. Chernavskaya M.M., Pushin A.V., Zemtsov D.Y. (1996b) Growth response to circulationprocesses over the north-western part of the Russian plane // Dendrochronologia 14, pp. 181-191.

86. Chen, M., P. Xie, J.E. Janowiak, and P.A. Arkin (2002) Global land precipitation: A 50-yrmonthly analysis based on gauge observations. // J. Hydrometeor., 3, 249-266.

87. Compo GP, Whitaker JS, Sardeshmukh PD, Matsui N, Allan RJ, Yin X, Gleason Jr BE,

88. Contributors of the International Tree-Ring Data Bank (2011) IGBP PAGES/World Data

89. Center for Paleoclimatology, NOAA/NCDC Paleoclimatology Program, Boulder, Colorado, USA

90. Cook, E.R., Peters, K. (1981) The smoothing spline: a new approach to standardizingforest interior tree-ring width series for dendroclimatic studies. // Tree-Ring Bulletin 41, 45-53.

91. Cook E.R. (1985). A time series analysis approach to tree-ring standartization.

92. Ph.D.Dissertation. Tucson, AZ, Arizona Univ. Press: 171 p.

93. Cook E.R. and Kairiukstis L.A. (1990) Methods of Dendrochronology: applications in theenvironmental sciences. Dordrecht: Kluwer. 394 c.

94. Cook ER, Briffa KR, Meko DM, Graybill DA, Funkhouser G (1995) The segment lengthcurse inlong tree-ring chronology development for paleoclimatic studies. // Holocene 5:229-237.

95. Cook ER, Meko DM, Stahle DW & Cleaveland MK (1999) Drought reconstructions forthe continental United States. // Journal of Climate 12: 1145-1162

96. Cook ER, Buckley BM, D'Arrigo RD, Peterson MJ (2000) Warm-season temperaturessince 1600 BC reconstructed from Tasmanian tree rings and their relationship to large-scale sea surface temperature anomalies. // Clim Dyn 16:79-91.

97. Cook ER, Woodhouse CA, Eakin CM, Meko DM & Stahle DW (2004a) Long-term ariditychanges in the western United States. // Science 306: 1015-1018

98. Cook, E.R., J. Esper, and R.D. D'Arrigo (2004b) Extra-tropical Northern Hemisphere landtemperature variability over the past 1000 years. // Quat. Sci. Rev., 23(20-22), 20632074.

99. Cook ER & Krusic PJ (2008) Experimental reconstruction of large-scale summer monsoondrought over India and the Tibetan Plateau using tree rings from 'High Asia'. // The Palaeobotanist 57(3): 515-528.

100. Cook ER, Meko DM, Stahle DW & Cleaveland MK (1999) Drought reconstructions forthe continental United States. // Journal of Climate 12: 1145-1162.

101. Cook ER, Woodhouse CA, Eakin CM, Meko DM & Stahle DW (2004) Long-term ariditychanges in the western United States. // Science 306: 1015-1018.

102. Crowley, T.J., and T.S. Lowery (2000) How warm was the medieval warm period? //1. Ambio, 29(1), 51-54

103. D'Arrigo R, Mashig E, Frank D, Wilson R, Jacoby G (2005) Temperature variability overthe past millennium inferred from northwestern Alaska tree rings. // Clim Dyn 24:227236.

104. D'Arrigo, R., R. Wilson, and G. Jacoby (2006) On the long-term context for late twentiethcentury warming. // J. Geophys. Res., 111(D3), doi: 10.1029/2005JD006352

105. D'Arrigo, R.D., Wilson, R., Liepert, B., Cherubini, P. (2008) On the 'Divergence Problem'in Northern Forests: a review of the tree-ring evidence and possible causes. // Global and Planetary Change 60, pp. 289-305.

106. Dai, A., I.Y. Fung, and A.D. Del Genio, (1997) Surface observed global land precipitationvariations during 1900-88. //J. Climate, 10, 2943-2962.

107. Dai, A., K.E. Trenberth, T. Qian (2004) A global data set of Palmer Drought Severity1.dex for 1870-2002: Relationship with soil moisture and effects of surface warming. // J. Hydrometeorology, 5, 1117-1130.

108. Delaygue G. and Bard E. (2010) An Antarctic view of Beryllium-10 and solar activity forthe past millennium // Clim Dyn, DOI 10.1007/s00382-010-0795-1

109. Eronen M., Lindholm M., Zetterberg P. (1994) Extracting paleoclimatic information frompine tree-rings in Finland // Climatic trends and anomalies in Europe 1675-1715. V. 13 / Ed. B. Frenzel. Palaoklimafoschung.

110. Esper, J., E.R. Cook, and F.H. Schweingruber (2002) Low-frequency signals in long treering chronologies for reconstructing past temperature variability. // Science, 295(5563), 2250-2253.

111. Esper J, Cook ER, Krusic PJ, Schweingruber FH (2003) Tests of the RCS method forpreserving low-frequency variability in long tree-ring chronologies. // Tree-Ring Res 59:81-98.

112. Esper, J., Frank, D. (2009) Divergence pitfalls in tree-ring research // Climatic Change 94:pp. 261-266

113. Fan Y, van den Dool H. (2004) Climate Prediction Center global monthly soil moisturedata set at 0.5 degree resolution for 1948 to present // J. of Geophysical Research, vol. 109, 2004, D10102, doi: 10.1029/2003JD004345.

114. Folland, C. K., Knight, J., Linderholm, H. W., Fereday, D., Ineson, S., and Hurrell, J. W.2009) The Summer North Atlantic Oscillation: past, present and future, J. Climate, 22, 1082-1103.

115. Frank, D., Wilson, R. & Esper, J. (2005) Synchronous variability changes in Alpinetemperature and tree-ring data over the past two centuries // Boreas, Vol. 34, pp.498.505. Oslo. ISSN 0300-9483.

116. Fritts, H.C. (1976). Tree rings and climate. London-New-York. 567 p.

117. Gervais, B.R, and G.M. MacDonald (2001) Tree-ring and summer-temperature response tovolcanic aerosol forcing at the northern tree-line, Kola Peninsula, Russia // The Holocene 11:499-505.

118. Gouirand, I., Linderholm, H. W., Moberg, A. and Wohlfarth, B. (2008) On thespatiotemporal characteristics of Fennoscandian tree-ring based summer temperature reconstructions. // Theor. Appl. Climatol., 91, pp. 1-25

119. Grinsted A, Moore J and Jevrejeva S (2004) Application of the cross wavelet transformand wavelet coherence to geophysical time series. // Nonlinear Processes in Geophysics 11 5/6 561-566

120. Grudd H, Briffa KR, Karlen W, Bartholin TS, Jones PD, Kromer B (2002) A 7,400-yeartree-ring chronology in northern Swedish Lapland: natural climatic variability expressed on annual to millennial timescales. // Holocene 12:657-665.

121. Hantemirov, R. M., and Shiyatov, S. G. (2002) A continuous multimillennial ring-widthchronology in Yamal, northwestern Siberia. // Holocene, 12: 717—726

122. Hegerl, G.C., T.J. Crowley, W.T. Hyde, and D.J. Frame (2006) Climate sensitivityconstrained by temperature reconstructions over the past seven centuries. // Nature, 440, 1029-1032

123. Helama S, Lindholm M, Timonen M, Merilainen J, Eronen M (2002) The supra-long Scotspine tree-ring record for Finnish Lapland: Part 2, interannual to centennial variability in summer temperatures for 7,500 years. // Holocene 12:681-687.

124. Helama S., Lindholm M., Merilainen J., Timonen M., Eronen M. (2005) Multicentennialring-width chronologies of scots pine along a north-south gradient across Finland // Tree-ring research, Vol. 61(1), pp. 21-32

125. Hiller, A., Boettger, T., and Kremenetski, C. (2001) Medieval climatic warming recordedby radiocarbon dated alpine treeline shift on the Kola Peninsula, Russia. Holocene, 11: 491-497

126. Holmes R.L. (1983) Computer-assisted quality control in tree-ring dating andmeasurement. // Tree-Ring Bulletin Vol. 43. pp. 69-78

127. Holmes R.L, R.K. Adams, H.C. Fritts (1986) Users Manual for Program ARSTAN, in

128. Tree-Ring Chronologies of Western North America: California,Eastern Oregon and northern Great Basin, by Laboratory of TreeRingResearch, The University of Arizona, pp. 50-65.

129. Jones P.D., Osborn T.J., Briffa K.R. (2001) The Evolution of Climate Over the Last

130. Millennium // Science, V.292(5517), pp.662

131. Jones, P.D., and A. Moberg (2003) Hemispheric and large-scale surface air temperaturevariations: An extensive revision and an update to 2001. //J. Climate, 16, 206-223.

132. Karl, T. R. (1986) Sensitivity of the Palmer Drought Severity Index and Palmer's Z-indexto their calibration coefficients including potential évapotranspiration. // J. Climate Appl. Meteor., 25, 77-86.

133. Kaufman et al. (2009) Recent Warming Reverses Long-Term Arctic Cooling // Science,

134. Vol. 325, No. 5945, pp. 1236-1239

135. Kononov Yu. M., Friedrich M., Boettger T. (2009) Regional Summer Temperature

136. Reconstruction in the Khibiny Low Mountains (Kola Peninsula, NW Russia) by Means of Tree-ring Width during the Last Four Centuries // Arctic, Antarctic, and Alpine Research, Vol. 41, No. 4, pp. 460-468

137. Kozlov A. and Kisternaya M. (2004) Architectural wooden monuments as a source of information for past environmental changes in Northern Russia. // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology Vol. 209, Issues 1-4. pp. 103-111

138. Kremenetski, K., Boettger, T., MacDonald, G., Vaschalova, T., Sulerzhitsky, L., and

139. Hiller, A. (2004) Medieval climate warming and aridity as indicated by multiproxy evidence from the Kola Peninsula, Russia. // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Vol. 209, Issues 1-4. pp. 113-125

140. Leikola, M., Raulo, J., Pukkala, T. (1982) Mannyn ja kuusen siemensadon vaihteluidenennustaminen. Summary: predictionvof the variations of the seed crop of Scots pine and Norway spruce. // Folia For. 537, 1—43.

141. Linderholm HW, Gunnarson BE (2005) Summer temperature variability in central

142. Scandinavia during the last 3,600 years. // Geogr Ann A 87A:231-241.

143. Linderholm H.W. et al. (2010) Dendroclimatology in Fennoscandia from pastaccomplishments to future potential // Clim. Past, 6, pp. 93-114

144. Lindholm, M., Eggertsson, O., Lovelius, N., Raspopov, O., Shumilov, O. and Laanelaid,

145. A. (2001) Growth indices of North European Scots pine record the seasonal North Atlantic Oscillation. // Boreal Environ. Res., 6, 1-10.

146. Lopatin E., Kolstrom, T., Spiecker, H. (2007) Impact of climate change on radial growth of

147. Siberian spruce and Scots pine in North-western Russia // Forest@ 4 (1), pp. 28-41.

148. Lopatin, E., Kolstrom, T., Spiecker, H. (2008). Long-term trends in radial growth of

149. Siberian spruce and Scots pine in Komi Republic (northwestern Russia). // Boreal Environment Research 13, pp. 539-552.

150. Luckman BH, Wilson RJS (2005) Summer temperatures in the Canadian Rockies during the last millennium: a revised record. // Clim Dynam 24:131-144.

151. MacDonald G, Kremenetski K, Smith L et al. (2007) Recent Eurasian river discharge tothe Arctic Ocean. The context of longer-term dendrohydrological records. // J Geophys Res 112, G04S50. doi:101029/2006JG000333

152. Makinen H, Nojd P, Kahle H-P, Neumann U, Tveite B, Mielikainen K, Rohle H, Spiecker

153. H (2002) Radial growth variation of Norway spruce Picea abies (L.) Karst. across latitudinal and altitudinal gradients in central and northern Europe. // For Ecol Manage 171: 243-259

154. Mann, M.E., R.S. Bradley, and M.K. Hughes (1999) Northern hemisphere temperaturesduring the past millennium: Inferences, uncertainties, and limitations. // Geophys. Res. Lett., 26(6), 759-762

155. Mann M.E. and P.D. Jones (2003) Global Surface Temperatures over the Past Two

156. Millennia // Geophysical Research Letters Vol. 30, No. 15, 1820 doi: 10.1029/2003GLO17814

157. Mielikainen, K., Nojd, P., Pesonen, E., Timonen, M. (1998) Puun muisti. Kasvun vaihtelupaivasta vuosituhanteen. // Research Papers No. 703. Finnish Forest Research Institute, 71 pp.

158. Melvin, T.M. (2004) Historical growth rates and changing climatic sensitivity of boreal conifers. Thesis, University of East Anglia (http://www.cru.uea.ac.uk/cru/pubs/thesis/ 2004-melvin/)

159. Melvin TM, Briffa KR, Nicolussi K, Grabner M (2007) Time-varying-response smoothing.

160. Dendrochronologia 25:65-69.

161. Melvin TM, Briffa KR (2008) A "signal-free" approach to dendroclimatic standardisation.

162. Dendrochronologia 26:71-86

163. Mitchell T.D. and Jones P.D. (2005) An improved method of constructing a database ofmonthlyciimate observations and associated high-resolution grids // Int. J. Climatol. 25: pp. 693-712

164. Moberg, A., et al. (2005) Highly variable Northern Hemisphere temperatures reconstructedfrom low- and high-resolution proxy data. //Nature, 433(7026), 613-617

165. Naurzbaev MM, Vaganov EA, Sidorova OV, Schweingruber FH (2002) Summer temperatures in eastern Taimyr inferred from a 2,427-year late-Holocene tree-ring chronology and earlier floating series. Holocene 12:727-736.

166. Neumann J., Lindgren S. (1979) Great histiorical events that were significantly affected bythe weather. Part IV: The great famines in Finland and Estonia, 1695-97 // Bull. Amer. Meteor. Soc. 60.

167. Neuwirth B., Schweingruber F., Winiger M. (2007) Spatial patterns of central Europeanpointer years from 1901 to 1971 //Dendrochronologia 24. pp. 79-89

168. Neuwirth, B., Esper, J., Schweingruber, F.H., Winiger, M. (2004) Site ecologicaldifferences to the climatic forcing of spruce pointer years from the Lotschental, Switzerland. // Dendrochronologia 21 (2), 69-78.

169. Overpeck et al. (1997) Arctic Environmental Change of the Last Four Centuries // Science,

170. V. 278, N. 5341 pp. 1251-1256

171. Palmer, W.C. (1965) Meteorological drought. Research Paper 45, U.S. Dept. of1. Commerce, 58 pp.

172. Rayner NA, Parker DE, Horton EB, Folland CK, Alexander LV, Rowell DP, Kent EC,

173. Kaplan A. (2003) Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature since the late nineteenth century. // J. Geophys. Res. 108(D14): 4407, DOI: 10.1029/2002JD002670

174. Razuvayev V.N., Apasova E.G., Martuganov R.A., Steurer P., Vose R. (1993) Daily

175. Temperature and Precipitation Data for 223 U.S.S.R. Stations. ORNL/CDIAC, Numerical data package 040, Oak Ridge National laboratory, Oak Ridge, Tennessee, USA

176. Rinn F. (1996) TSAP. Version 3.0. Reference manual. Computer program for time seriesanalysis and presentation. Heidelberg, Germany: Frank Rinn Distribution, 1989—1996. 264 c.

177. Rutherford, S., M.E. Mann, T.J. Osborn, R.S. Bradley, K.R. Briffa, M.K. Hughes, and P.D.

178. Jones (2005) Proxy-Based Northern Hemisphere Surface Temperature Reconstructions: Sensitivity to Method, Predictor Network, Target Season, and Target Domain. // Journal of Climate, Vol. 18, No. 13, pp. 2308-2329

179. Saha S, Nadiga S, Thiaw C, Wang J, Wang W, Zhang Q, van den Dool HM, Pan H-L,

180. Moorthi S, Behringer D, Stokes D, Pena M, Lord S, White G, Ebisuzaki W, Peng P, Xie P. (2006) The NCEP Climate Forecast System. // J. Climate 19: 3483-3517.

181. Saha S. et al. (2010) The NCEP Climate Forecast System Reanalysis. // Bull. Amer.

182. Meteor. Soc., 91:8, 1015-1057.

183. Schweingruber, F.H., Eckstein, D., Serre-Bachet, F., BraE ker, O.U. (1990) Identification,presentation and interpretation of event years and pointer years in dendrochronology. // Dendrochronologia 8, 9-38.

184. Schweingruber F.H. (1996b) Tree-Rings and Environment. Dendroecology // Berne;

185. Stuttgart; Vienna: Paul Haupt: Birmensdorf, Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research, 609 p.

186. Spiecker H. (1999) Overview of recent growth trends in European forests. // Water Air and

187. Soil Pollution 116: pp. 33-46

188. Stokes M.A., Smiley T.L. (1968) An Introduction to Tree-Ring Dating. Chicago:

189. University of Chicago Press. 73 c.

190. Tiren, L. (1935) Om granens kottsattning, dess periodicitet och samband med temperatur och nederbor. // Medd. Stat. Skogsforsoksanst. 28.

191. Vaganov, E., Hughes, M., Kirdyanov, A., Schweingruber, F., Silkin, P. (1999) Influence ofsnowfall and melt timing on tree growth in Subarctic Eurasia. // Nature 400, pp. 149151

192. Watson, E. & Luckman, B.H. (2001) The development of a moisture-stressed tree-ringchronology network for the southern Canadian Cordillera. // Tree-Ring Research 57, 149-168.

193. Webb, R.S., C.E. Rosenzweig, and E.R. Levine, (1993) Specifying land surfacecharacteristics in general circulation models: Soil profile data set and derived waterholding capacities. // Global Biogeochem. Cycles, 7, 97-108.

194. Wigley, T. M. L., Briffa, K.R., Jones, P.D. (1984). "On the average value of correlatedtime series, with applications in dendroclimatology and hydrometeorology." Journal of Climate and Applied Meteorology 23: 201-213.

195. Wilson RJS, Luckman BH, Esper J (2005) A 500-year dendroclimatic reconstruction ofspring-summer precipitation from the lower Bavarian Forest region, Germany. // Int J Climatol 25:611-630.

196. Whitaker JS, Hamill TM. (2002) Ensemble data assimilation without perturbed observations.//Mon. Weather Rev. 130: 1913-1924.

197. Yin X, Gleason BE, Compo GP, Matsui N, Vose RS. (2008) 'The International Surface

198. Pressure Databank (ISPD) land component version 2.2'. National Climatic Data Center: Asheville, NC. Available from ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/ispd/doc/ISPD2 2.pdf

199. Zhang, Z, Mann ME & Cook ER (2004) Alternative methods of proxy-based climate fieldreconstruction: application to summer drought over the conterminous United States back to AD 1700 from tree-ring data. // The Holocene 14: 502-516.1. Список иллюстраций

200. Рис. 1. Район исследования и расположение древесно-кольцевых хронологий (черные круги) на фоне карты растительности: а) хронологии сосны; б) - хронологии лиственницы; в) — хронологии ели.

201. Рис. 2. Корреляции хронологий по ширине колец со средними температурами июня-августа за период 1881-1984 гг. (круг- R < 0,22; крест R < 0,4; звезда - R < 0,5; треугольник - R < 0,6) (из Briffa et al., 2002а).

202. Рис. 10. Расположение индивидуальных хронологий, включенных Бриффой и соавторами в региональную хронологию для Северной Европы (NEUR) (из Briffa et al., 2001). Рис. 11. Карта реконструированных отклонений температур для1600 г (из Briffa et al., 2002b).

203. Рис. 13. Коэффициенты корреляции средних годовых температур на метеостанциях «архива 223» и в ближайших к ним узлах сетки архива CRU TS 3.0.

204. Рис. 141 Коэффициенты корреляции суммы осадков за год на метеостанциях «архива 223» и в ближайших к ним узлах сетки архива CRU TS 3.0.

205. Рис. 15. Коэффициенты корреляции средних годовых температур на метеостанциях «архива 476» и в ближайших к ним узлах сетки архива CRU TS 3.0.

206. Рис. 16. Коэффициенты корреляции средних годовых температур на метеостанциях «архива 455» и в ближайших к ним узлах сетки архива CRU TS 3.0.

207. Рис. 17. Коэффициенты корреляции суммы осадков за год на метеостанциях «архива 455»и в ближайших к ним узлах сетки архива CRU TS 3.0.

208. Рис. 18. Приростной бурав Пресслера (фирмы Haglôf) с экстрактором.

209. Рис. 20. Сопоставление динамики прироста сосны (черный) и ели (серый) а) — в

210. Московской области и б) — на Соловецких о-вах.

211. Рис. 21. Стандартные хронологии по живым деревьям, построенные в лаборатории дендрохронологии ИГРАН, и их наполненность образцами.

212. Рис. 22. Распределение во времени образцов, входящих в Соловецкую хронологию. Рис. 23. Стандартная Соловецкая хронология и ее наполненность образцами. Рис. 24. Дом XIX в. в музее «Семенково», Вологодская область.

213. Рис. 25. Расположение хронологии по живым деревьям (kov) и домов, перевезенных в музей «Семенково» (hra, tar, kop).

214. Рис. 35. Значимые корреляции (р=0,05) остаточных хронологий ели с числом дней с заморозками в августе предыдущего года за 1950-1990 гг. Черные круги — хронологии, корреляции которых с данным параметром незначимы.

215. Рис. 65. Остаточные (RES) хронологии FIN (черный), VOL (серый) и SOL (крапчатый), сглаженные 30-летним сплайном.

216. Рис. 66. sf-RCS хронологии FIN (черный), VOL (серый) и SOL (крапчатый), сглаженные 30-летним сплайном.

217. Рис. 67. Корреляции в скользящем 50-летнем окне с 25-летним перекрытием остаточных хронологий FIN VOL и SOL, а также их средняя межсерийная корреляция. Год на оси абсцисс соответствует последнему году в скользящем окне.

218. Рис. 68. Непрерывное вейвлет-преобразование sf-RCS хронологий а) — FIN; б) — VOL; в) -SOL. Черные границы обозначают области, значимые с вероятностью более 95 % на фоне красного шума.

219. Рис. 69. Спектральный анализ длинных хронологий, а) FIN; б) - VOL; в) — SOL. Жирной черной линией показан спектр красного шума с автокорреляцией, рассчитанной по соответствующей хронологии.

220. Рис. 70. sf-RCS хронология «Соловки» (черный) и реконструкция температур в Хибинах (Kononov et al., 2009; серый). Толстой линией показаны ряды, сглаженные 30-летним сплайном. Все значения нормированы.

221. Рис. 71. sf-RCS хронология «Вологда» (10-летнее сглаживание, черный) и реконструкции температур Арктики: Д. Оверпека и соавторов (Overpeck et al., 1997; крапчатый) и Д. Кауфмана и соавторов (Kaufman et al., 2009; серый). Все значения нормированы.

222. Рис. 74. sf-RCS хронология «Соловки» (10-летнее сглаживание, черный) и реконструкция хода инсоляции (Delaygue and Bard, 2010; серый). Все значения нормированы.

Информация о работе

Мацковский, Владимир Владимирович
кандидата географических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.25

Диссертация

Возможности и ограничения реконструкции климатического сигнала по ширине годичных колец хвойных деревьев на севере и в центре Европейской территории России - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы