Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Закономерности пространственно-временной изменчивости прироста лиственницы на севере Средней Сибири

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности пространственно-временной изменчивости прироста лиственницы на севере Средней Сибири"

Р Г 5 ОД

на правах рукописи

- 6 МАЙ |937

Панюшкина Ирина Петровна

Закономерности пространственно-временной

изменчивости прироста лиственницы

на севере Средней Сибири

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

03.00.16 - экология

Красноярск-1997

Работа выполнена в лаборатории дендрохронологии

Института леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской Академии Наук.

Научный руководитель: доктор биологических наук,

член-корреспондент РАН Е.А. Ваганов

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

С.Г. Прокушкин, кандидат биологических наук A.B. Глызин

Ведущая организация: Институт экологии природных комплексов СО РАН, г. Томе

Защита состоится " 22 " апреля 1997 г. в 10 часов на заседании диссертационного Совета К 002. 70. 01. по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН по адресу: 660036, Красноярск, Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. Автореферат разослан" 16 " марта 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат биологических наук

O.A. Зырянова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В последнее десятилетие систематизированы и обобщены экологические последствия глобального изменения климата (Будыко и др., 1986; Антропогенные изменения климата, 1987). Существенные экологические изменения ожидаются в высокогорных и полярных районах, ландшафтные системы которых весьма чувствительны к изменениям в окружающей среде, особенно, к изменению температуры. В связи с глобальным изменением климата одной из важных проблем экологии является оценка и прогноз реакции природных экосистем на колебания температуры в субарктических районах {Антропогенные изменения климата, 1987; Величко, 1993).

Годичные кольца деревьев являются косвенными индикаторами изменения климата. Изменчивость радиального прироста деревьев в районах Субарктики лимитируется летними температурами воздуха (Дылис, 1961; Ловелиус, 1967; Поздняков, 1986; Шиятов, 1986). На базе древесно-копьцевых . хронологий возможны реконструкции температур с высоким временным разрешением, которые позволяют исследовать естественную изменчивость климата в доиндустриальные времена и проводить оценки естественной и антропогенной составляющей в изменчивости температуры (Рпйэ, 1976; Битвинскас, 1974; Ловелиус, 1979; Ваганов и др., 1996).

Организация дендроклиматического мониторинга на территории Сибири, отсутствие детальных дендроклиматических исследований на основе массового дендрохронологического материала в Средней Сибири, необходимость восстановления колебаний летней температуры в данном регионе обусловили выбор темы работы. Исследование пространственно-временных закономерностей радиального прироста лиственницы, произрастающей в высоких широтах Средней Сибири при меняющихся климатических условиях, позволяет оценить влияние общего климатического фактора на прирост деревьев в ходе нескольких последних веков и произвести дендроклиматическое районирование территории. Оценка взаимосвязи прирост деревьев - климат позволяет построить статистические модели климатической изменчивости прироста и является базой для количественной погодичной реконструкции летней температуры. Анализ пространственно-

временной неоднородности прироста деревьев на исследуемой территории определяет соотношение между общерегиональными составляющими данной изменчивости.

Цели исследования: 1) осуществить дендроклиматическое районирование территории; 2) исследовать климатический сигнал древесно-кольцевых хронологий; 3) выявить пространственно-временные закономерности климатически обусловленной изменчивости прироста лиственницы на севере Средней Сибири.

Задачи исследования: 1) Получение сети длительных древесно-кольцевых серий по ширине годичных колец лиственницы для севера Средней Сибири.

2) Построение локальных (обобщенных) хронологий.

3) Оценка сходства и различия в изменчивости прироста лиственницы на исследуемой территории на протяжении нескольких столетий.

4) Дендроклиматическое районирование исследуемого региона и построение региональных хронологий.

5) Оценка климатического сигнала, проявляющегося в изменчивости индексов прироста древесно-кольцевых хронологий.

6) Реконструкция летней температуры воздуха.

7) Картирование климатически обусловленного радиального прироста лиственницы и классификация карт пространственного распределения в связи с колебанием летнего термического режима.

8) Долгосрочный прогноз роста лиственницы на севере Средней Сибири. Научная новизна. По единой методике получены локальные древесно-кольцевые хронологии длительностью 250-450 лет для обширной территории севера Средней Сибири. Количественно оценены климатические функции ответа прироста лиственницы. Проанализированы особенности нелинейных связей изменчивости прироста с температурами июня и июля. Исследованы изменения в пространстве и во времени реакции прироста лиственницы в ответ на изменение летнего термического режима в крупном регионе Северной Евразии. Проведено дендроклиматическое районирование исследуемой территории. Установлено соотношение между дендроклиматическими районами и географическими подзонами, ландшафтными областями Средней Сибири. Разработана методика построения карт отклонений прироста и их

классификация. Выявлены и охарактеризованы циклы древесно-кольцевых хронологий в исследуемом регионе. Осуществлен долгосрочный прогноз прироста лиственницы и температурных условий летнего периода. Практическое значение. Проведение детальных дендроклиматических исследований в крупном регионе Сибири и дендроклиматическое районирование дают возможность резко сократить объем работ по организации и построению сети дендроклиматических станций в рамках комплексного экологического мониторинга Сибири; облегчает датирование дендроматериалов, собранных с данной территории. Оцененные взаимосвязи между естественной изменчивостью прироста лиственницы и колебанием летней температуры воздуха позволяют оценить влияние антропогенных факторов на лесные экосистемы на региональном уровне при организации природоохранных мер для северных территорий Красноярского края и Якутии. Опыт использования дендроклиматичесих материалов для реконструкции и прогноза экстремальных пожароопасных сезонов в Эвенкии расширяет возможности применения дендрохронологического метода в лесной пирологии, а также позволяет повысить эффективность планируемых лесоохранных мероприятий. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: конференции молодых ученых Института леса СО РАН (Красноярск, 1995; 1997), V Международном рабочем совещании по азиатско-тихоокеанской дендрохронологии (Цукуба, Япония, 1995), семинарах IX, X, XI Международной дендроэкологической летней школы (Вологда, 1994; Тренто, Италия, 1995; Сельма, Швейцария, 1996), Международной конференции "Эколого-физиологические аспекты ксилогенеза хвойных" (Красноярск, 1996). Публикации. По материалам диссертации опубликовано и находится в печати семь статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, приложения (статистика региональных древесно-кольцевых хронологий, карты отклонений прироста с 1745 по 1990 гг.). Объем составляет 130 страниц (без приложения). Список литературы включает 129 наименований, в том числе 35 на иностранных языках.

Содержание диссертации.

Глава 1. Дендрокшматические исследования роста деревьев в высоких

широтах в связи с колебаниями климата в пространстве и во времени

Представлен литературный обзор современных представлений: 1) о главных факторах, лимитирующих рост древесных растений в высоких широтах, в частности, на севере Средней Сибири, 2) об использовании древесно-кольцевых хронологий для анализа изменений климата. Рассмотрены современные статистические методы, применяемые в дендроклиматических исследованиях. Проведен обзор дендроклиматических исследований на севере Средней Сибири. Показано, что дендроклиматические исследования ранее проведенные на данной территории (Тюлина, 1937; Тихомиров, 1941; Ловелиус, 1567, 1970, 1979; Кнорре и др., 1971; Шиятов, 1979; Поздняков, 1986; Шиятов, Мазепа, 1987; Ившин, 1991, 1994; Симачев и др., 1992), не решают задач, поставленных в данной работе.

Глава 2. Материалы и методы исследования

Приведен краткий физико-георафический очерк севера Средней Сибири, который демонстрирует яркие пространственные различия природных условий (рельефа, климата, почв, растительного покрова) между западными и восточными частями региона наряду с их широтной дифференциацией. Отмечаются специфические особенности выбранного региона в дендро-климатическом отношении, обусловленные выраженной сменой климатических условий в пространстве, центральным положением региона на севере Евразии, разнообразием экологических условий роста лиственницы, сочленением ареалов двух видов лиственницы, выдвижением далеко на север полярного предела древесной растительности.

Помимо собственных данных в исследовании использованы материалы, собранные в рамках Российско-швейцарской экспедиции (1994, 1995 г.) по организации дендроклиматической сети Сибири. Керны лиственницы собраны по единой методике (Шиятов, 1986) в разных типах лиственничников на терри-

тории 63°-72° с.ш. и 84°-120° в.д. (рис. 1). Ширины годичных колец измерялись по кернам на полуавтоматизированной установке с точностью до 0,001 мм.

Рис. 1. Схема дендроклиматических участков на севере Средней Сибири и границы дендроклиматических районов. Одинаковыми значками показаны участки одной корреляционной группировки.

Объектами исследования послужили древесно-кольцевые серии по ширине годичных колец лиственницы даурской (Larix gmelinii) и частично лиственницы сибирской (Larix sibirica) от 331 модельного дерева. Серии каждой пробной площади были тщательно датированы между собой. Датировка проверялась плавающей межсерийной корреляцией по программе COFECHA (Holmes, 1992). Стандартизация серий негативной зкспонентальной кривой и сглаживающей кривой в 2\3 от длины временного ряда, построение 19

локальных хронологий проводились программой CHRONOL (Holmes, 1992), входящей в библиотеку стандартных программ обработки данных по годичным кольцам (DPL, 1994).

Для исследования сходства и различий в динамике прироста лиственницы на исследуемой территории проведен корреляционный анализ локальных хронологий по матрицам Пирсона индексов прироста 19 хронологий в пятидесятилетние интервалы с 1745 по 1989 гг. Рассчитаны скользящие коэффициенты конкордации (Fritts, 1976; Кенндап, Стюарт, 1976). Дендро-климатическое районирование территории проведено на основе согласованности и коррелированное™ прироста в ходе последних 245 лет (Комин и др., 1973; Феклистов и др., 1987; Schweingruber, 1985, 1989). Пороговое значение коэффициента корреляции определялось 0,5, коэффициента конкор-дации-0,4. Для каждого района построена региональная хронология путем усреднения серий локальных хронологий, объединенных одной корреляционной группировкой.

Оценка климатического сигнала, заключенного в изменчивости прироста, и моделирование взаимосвязи климат-прирост проводились с помощью функций ответа индексов прироста региональных хронологий на среднемесячные температуры воздуха и количество осадков по метеостанциям: Тура, Дудинка, Саскылах, Оленек (Fritts, 1976; Methods of Dendrochronology, 1990; программа RESPO, Lough, 1983). Нелинейные связи прироста с летней температурой анализировались по поверхностям ответа, построенных методом наименьших квадратов (Graumlich et. al., 1986; пакет программ SURFER, 1994). Реконструкция летней температуры осуществлялась расчетом регрессионных уравнений. При подборе коэффициентов уравнений использовались процедуры калибровки и верификации с разбиением общего калибровочного периода на дополнительные, пересекающиеся во времени (Graybill, Shiyatov, 1989). Достоверность модели реконструкции определялась коэффициентом детерминации, критерием Фишера и Дарбин-Ватсон статистикой, оценивающих коррели-рованность регрессионных остатков (Дрейпер, Смит, 1973).

Исследование изменения пространственных закономерностей прироста под воздействием общего лимитирующего фактора - летней температуры проводилось по картам отклонений погодичного прироста с 1745 по 1990 гг., построенных методом линейной интерполяции индексов прироста 19

локальных хронологий (пакет программ SURFER, 1994). Градация отклонений прироста на картах определяет области среднего (значения индексов 1,2-0,8), повышенного (1,2-1,6) или пониженного (0,8-0,4), крайне высокого (1,6 и выше) или крайне низкого (0,4-0) прироста. Карты классифицированы по особенностям пространственной неоднородности прироста на 7 классов.

Циклы в колебаниях климатически обусловленного прироста выделены методикой совместного применения спектрального разложения и полосовых фильтров с помощью программы SPECTR (Мазепа, 1985). Индексы прироста прогнозировались полигармонической моделью (Мазепа, 1986), суммарно аппроксимирующей синусоиды, выделенных циклов, с частотой, дающей наименьшую среднеквадратичную ошибку аппроксимации (SINUS, Мазепа, 1989). Адекватность прогнозных величин оценивалась коэффициентами корреляции и синхронности.

Глава 3. Пространственно-временная изменчивость радиального прироста

лиственницы и дендроклиматическое районирование территории севера Средней Сибири

Статистический анализ 19 локальных хронологий показал, что ряды обладают высокой изменчивостью погодичного прироста и чувствительностью, незначительной автокорреляцией (табл. 1). У более юж;!ых хронологий стандартное отклонение и коэффициент чувствительности ниже, чем у северных. Различия в значениях этих характеристик между хронологиями, полученными для разных видов лиственницы, не наблюдаются. Коррелированность и согласованность изменчивости прироста лиственницы на севере Средней Сибири изменяются в пространстве и во времени. Четко выделяются 4 корреляционные группировки хронологий, прирост которых на протяжении всего исследуемого временного интервала (1745-1989 гг.) коррелирован (рис. 2). Прирост хронологий внутри группировок за последние 245 лет хорошо согласован (коэффициенты конкордации от 0,5 до 0,9).

На основании коррелированности и согласованности прироста лиственницы на территории севера Средней Сибири в ходе последних 245 лет выделены 4 дендроклиматических района: западный, северо-восточный, юго-восточный, южный (рис. 1). Внутри района реакция лиственницы на влияние и

изменчивость общего лимитирующего фактора-климата характеризуется высоким сходством. Для каждого выделенного района построена региональная хронология с одноименным названием. Динамика прироста Юго-западной хронологии более всего отлична от других. Для хронологий выделены многолетние периоды высокого и низкого прироста, связанные с ослаблением или возрастанием влияния на прирост общего климатического фактора (рис. 3).

Таблица 1. Основные статистические характеристики 19 локальных древесно-кольцевых хронологий с севера Средней Сибири.

№ Общий Кол-во Период, Кол-во Чувстви- Стандарт- Автокор-

хроно- период лет обеспеченный модельных тельность к ное откло- реляция

логии более 10 деревьями деревьев климату нение первого порядка

9 1606-1990 385 1749-1985 28 0.39 0.37 0.25

10 1553-1990 438 1687-1990 23 0.42 0.37 0.21

11 1615-1990 376 1809-1990 18 0.41 0.38 0.21

12 1579-1991 413 1776-1991 15 0.37 0.35 0.23

13 1631-1991 355 1751-1991 16 0.41 0.38 0.20

14 1517-1991 475 1749-1990 17 0.43 0.38 0.16

15 1498-1990 493 1787-1990 15 0.54 0.49 0.17

16 1500-1991 492 1763-1990 22 0.30 0.28 0.12

17 1570-1990 421 1771-1990 25 0.42 0.39 0.22

18 1400-1991 592 1645-1991 21 0.34 0.30 0.10

19 1618-1991 374 1763-1991 21 0.39 0.35 0.15

20 1410-1991 582 1700-1991 16 0.31 О.ЗС 0.20

21 1506-1992 487 1743-1992 10 0.29 0.28 0.19

22 1670-1992 323 1825-1990 11 0.24 0.25 0.37

23 1612-1992 381 1712-1992 15 0.25 0.27 0.36

24 1617-1992 376 1775-1992 12 0.26 0.29 0.39

25 1679-1992 314 1763-1978 12 0.27 0.27 0.22

26 1611-1992 382 1728-1991 13 0.23 0.23 0.22

27 1745-1989 245 1796-1965 11 0.24 0.24 0.27

Сравнение единиц физико-географического районирования севера Средней Сибири с группировками локальных хронологий определило соотношение дендроклиматических районов с географическими подзонами и ландшафтными областями. Это позволило, с одной стороны, провести

Рис. 2. Корреляционные связи между локальными хронологиями за период 1745— 1989 гг.

1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 20

0 о ,1_J_I__1_I_I__I_I_1__1_I_ I I_I_ I I_

'1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 20

Годы

Рис. 3. Кривые региональных хронологий: 1) Западной, 2) Северовосточной, 3) Южной, 4) Юго-восточной. Толстая линия- кривая 25 летнего скользящего осреднения. Ось У-индексы прироста.

современные границы дендроклиматаческих районов, с другой, определить территории, лиственничные древостой которых одинаково реагируют на изменчивость климатических условий во времени. Южная региональная хронология отражает динамику прироста лиственницы в северо-таежных ландшафтах Нижнетунгусского плато и прилегающих к нему подветренных склонов плато Путорана; Западная хронология- в лесотундровых редколесьях Хетских равнин и Приенисейской возвышенности, а также в прилегающих к ним наветренных склонах Путорана; Северо-восточная хронология- в редколесьях Котуйского плато; Юго-западная- в редколесьях Котуйской котловины и Оленекского плато.

Глава 4. Дендроклиматический анализ изменчивости прироста лиственницы на севере Средней Сибири и реконструкция летней температуры за последние 340 лет

Функции ответа прироста, полученные для региональных хронологий, оценили изменчивость климатического сигнала в пространстве. Температура и осадки до 75% объясняют изменчивость прироста. В более южных и континентальных районах климатический сигнал слабее в среднем на 15%. В пределах севера Средней Сибири наибольший климатический сигнал зафиксирован в изменчивости прироста лиственницы, произрастающей на северной границе ареала, а на западе - на 150-200 км южнее от него. В северных районах рост лиственницы лимитируется, главным образом, температурой июня и июля, в двух более южных - температурой июня (рис. 4). Июльская температура ослабляет свое лимитирующее значение на юге из-за более ранних сроков начала вегетации (начало июня).

Влияние летних температур на прирост лиственницы может носить нелинейный характер вследствие различных сочетаний величин температуры июня и июля в конкретный год. Анализ поверхностей ответа индексов прироста на температуру июня и июля указывает на близость реакции прироста двух северных хронологий на сочетание температур июня и июля (рис. 5). Наибольший прирост формируется при возрастании как температуры июня, так и температуры июля. Прирост лиственницы подавляется максимально, если температуры июня и июля имеют минимальные значения. Для запада территории

А IX X XI XII I И III IV V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII

о.а 06 0.4 0.2 о -0.2 -0 4 -06

IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII

IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII

В IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII

IX X XI XII 1 II 111 IV V VI VII VIII

IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII

IX X XI XII I II 111 IV V VI VII VIII

Месяцы предыдущего и текущего года

Рис. 4. Функции ответа индексов прироста на температуру (I) и осадки (II). А- Южная хронология и данные метеостанции Тура, Б- Западная хронология и Дудинка, В- Северо-восточная хронология и Саскылах, Г- Юго-восточная хронология и Оленек. Ось У -регрессионные коэффициенты, вертикальные линии- 95 % уровень достоверности.

б)

Рис. 5. Поверхности ответа индексов прироста региональных хронологий на среднемесячную температуру июня и июля: а) Западная хронология и данные Дудинки (1933—1989 гг.), б) Северо-восточная хронология и данные Саскылаха (1953—1991 гг.), в) Южная хронология и данные Туры (1933—1989 гг.), г) Юго-восточная хронология и данные Оленек (1948-1991 гг.).

влияние высоких температур июня более существенно, чем для северо-востока. Максимальных величин прирост достигает при среднемесячных значениях температуры июня 10°-12°С. Данная тенденция характерна и для южной части региона, но при величине температуры июня 12°-17°С. В южном районе прирост лиственницы сильно подавляется низкой температурой июня на фоне высокой температуры июля. Прирост лиственницы на юго-востоке увеличивается лишь при высокой температуре июля.

Проведенный дендроклиматический анализ обосновал возможность надежной реконструкции температуры июня и июля по древесно-кольцевым хронологиям двух северных районов. Получены два реконструированных ряда отклонений (от периода 1951-1970 гг.) средней июнь-июльской температуры с 1640 года, основанных на регрессионном уравнении и дополнительно на построении поверхности ответа. Статистическая оценка постулируемой модели показывает хорошую адекватность реконструкции (таб. 2). Корреляция между расчетными и реальными значениями температур на общий калибровочный период (57 лет) равна 0,7.

Таблица 2. Некоторые критерии адекватности постулируемой модели реконструкции по Западной и Северо-восточной хронологиям.

Период калибровки К Критерий Фишера Период верификации Я Дарб'ин-Ватсон статистика

Западная хр данные по Дуд и инке

.1933-1971 1972-1989 0.70 0.72 0.49 0.52 17.4 8.2 1972-1989 1933-1971 0.72 0.70 0.52 0.54 1.54 1.87

1933-1950 1951-1989 0.74 0.69 0.55 0.48 9.2 16.7 1951-1989 1933-1950 0.69 0.74 0.48 0.55 1.74 1.54

1933-1989 (общий период 57 лет) 0.70 0.49 25.7

Северо-восточная хр. и данные по Саскылаху

1953-1974 0,63 0,39 6,17 1975-1991 0,60 0,36 2,14

_1975-1991 0,59 0,35 3,81 1953-1974 0,63 0,39 1,06

1953-1991 (общий период 38 лет) 0,56 0,31 8,15

Ежегодная амплитуда колебаний реконстоуированных отклонений составила 8°С, многолетняя- 4°С. Диапазон колебаний меняется во времени пространстве. Отмечается снижение диапазона колебаний с запада на восток, с одной стороны, и в течении последнего столетия, с другой. Последний факт, вероятно, объясняется повышением летней температуры и снижением континентальное™ климата по сравнению с предыдущими веками. Существуют общерегиональные периоды понижения и повышения летней температуры. Наиболее теплыми были летние периоды 1660-1S70, 1855-1865, 1875-1885, 1940-1950 годов; холодными-1640-1650, 1695-1710, 1810-1850, 1900-1915, 1970-1980 гг.

При сравнении реконструированных рядов с реконструкциями летней температуры для Субарктики и северного полушария (Graybill, Shiyatov, 1989; Briffa et.al., 1995; Bradley, Jones, 1993) в полученных рядах выделены многолетние колебания летней температуры глобального масштаба (рис. 6). Многолетние периоды повышения и понижения летних температур на севере Средней Сибири по времени и амплитуде колебаний подобны таковым для Полярного Урала и Северной Америки.

1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0

1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000

- 2)--------- 3) ................... 4) -

Рис. 6. Кривые усредненных по десятилетиям отклонений летних температур, реконструированных для: 1) северного полушария (по Bradley, Jones, 1993), 2) Таймыру, Полярному Уралу (Graybill, Shiyatov, 1989; Ваганов и др., 1996), 3) для западного района Средней Сибири и 4) для северовосточного.

Общий характер носит глубокое понижение летней температуры в первой половине 19 века, последние десятилетия 17 века; а также резкое повышение температуры в первой половине 20 века, середине 19 века. Дендроклима-тические реконструкции показывают, что климат на севере Средней Сибири за последние три с половиной столетия мало изменился. Восстановленная амплитуда температурных колебаний характерна для холодного континентального климата. По летнему температурному режиму самым холодным оказался 19 век. В 20 веке отмечается тенденция повышения летних температур в середине столетия с последующим их понижением. Повышение летней температуры в двадцатом веке, которое обычно ассоциируют с глобальным потеплением климата в связи с концентрацией антропогенных газов б нижних слоях атмосферы, не было зафиксировано в реконструированных рядах. Во второй половине 20 столетия колебания летней температуры в исследуемом регионе имеют естественный характер. Эти разнонаправленные колебания схожи с колебаниями температуры в ходе последних трех веков (т.е. в доиндустриальный период). Многолетняя амплитуда повышения температуры в 1939-1948 гг. примерно равна теплому периоду 1849-1863 гг. Экстремальные значения температур первого названого периода ниже последнего.

Глава 5. Закономерности пространственного распределения прироста лиственницы на севере Средней Сибири за последние 245 лет

Изменчивость летнего температурного режима во времени и пространстве определяет общие закономерности изменчивости прироста на севере Средней Сибири за последние века. Классификация карт отклонений прироста показала, что за последние 250 лет 50% случаев значения индексов прироста были одинаковы в пределах региона. В 23% лет наблюдается их широтная дифференциация, в 25% летдолготная. По картам проанализированы периоды и годы, когда летние температурные условия были одинаковы на всем севере Средней Сибири, и когда они имели существенные внутрирегиональные различия. По частоте формирования классов прироста в 20 и 50 летние периоды повышения или понижения летних температур были получены пространственные модели распределения прироста по территории в относительно холодные и теплые летние периоды. Оказалось, что в теплые

летние периоды чаще встречаются 1, 7 классы, в холодные- 2, 3, 5, 6 (рис. 7). За последние 245 лет на севере Средней Сибири наиболее неблагоприятные условия для формирования радиального прироста лиственницы складывались на северо-западе и западе. В первой половине 19 столетия по всей территории прирост снизился. Благоприятные условия для роста лиственницы на всей территории наблюдались во второй половине 18 и 19 вв., в 30-40-ых годах 20 века.

85 90 95 100 105 110 115

В 5 90 95 100 105 110 115

восточная долгота

Рис. 7. Примеры классов карт отклонений прироста для севера Средней Сибири. Справа-шкала индексов прироста.

Сравнение пространственных реконструкций аномалий летних температур для Сибири (Ваганов и др., 1996) и карт отклонений прироста позволило выявить следующие закономерности: 1) отклонение летней температуры от многолетней нормы на 1°С мало воздействует на радиальный прирост, поэтому отклонения прироста имеют преимущественно средние значения индексов (0,8-1,2) и распределяются по территории равномерно; 2) в холодные летние периоды в большей степени снижается прирост на западе исследуемого региона; 3) на севере значимое уменьшение прироста происходит только в очень холодные периоды (с многолетней амплитудой более 1°С); 4) в переходные температурные периоды прирост равномерен в пространстве и имеет средние значения; 5) при возрастающем температурном тренде на севере прирост увеличивается быстрее, чем в других районах. В целом, условия роста лиственницы в ходе трех веков были благоприятными, несмотря на мощный стресс, который лиственничные популяции испытали в первой половине 19 века.

В работе рассмотрены возможные изменения возрастной структуры древостоев на северном пределе древесной растительности с 1745 года, которые дополнены литературными данными (Миддендорф, 1867; Тюлина, 1936; Норин, 1958; Тихомиров, 1962; Кнорре и др., 1971; Мироненко и др., 1975). В восстановленные периоды благоприятных условий роста лиственницы ча севере происходило формирование новых поколений деревьев, обуславливающих современную разновозрастность древостоев в северных редколесьях. Проведенный анализ изменчивости прироста во времени на севере Средней Сибири подтверждает мнение о движении на север полярной границы древесной растительности в современную эпоху (Савина, 1986; Величко, 1990).

Глава 6. Цикличность в изменчивости прироста лиственницы на севере Средней Сибири

В многолетних колебаниях индексов прироста региональных хронологий присутствует полицикличность. В западных хронологиях выявлен 60-70 летний вековой цикл, в восточных- 90-100 летний. Вековые циклы выделяется в дендрохронологических рядах Таймыра (Кнорре, Ловелиус, 1971), Тазовской

лесотундры (Берри и др., 1979), Полярного Урала (Шиятов, 1986), высокогорий Прибайкалья (Глызин, 1994), европейского Севера (Гортинский и др., 1986).

Во всех хронологиях обнаружены внутривековые циклы (8-11 циклов), природа которых обусловлена, вероятно, колебаниями летней температуры, поскольку периоды их характерны для циклов температурных метеорологических рядов и солнечной активности. Внутривековые циклы, характерные для колебаний метеорологических рядов по атмосферным осадкам или характеристик увлажненности, не обнаружены в дендрохронологических рядах. Наибольшем количеством внутривековых циклов обладают ряды северных районов. Периоды циклов колеблются от 21 до 2 лет. Средние периоды составляют: 19-21,1; 9,2-12,7; 6,3-7; 5,1-5,5; 4,2-4,7; 3,6-3,9 гг. Амплитуда циклов колеблется от 15% до 3% от общей изменчивости ряда. Отмечается некоторое уменьшение количества и амплитуды циклов у самой южной хронологии. Это, видимо, обусловлено ослаблением влияния главного лимитирующего фактора-летней температуры на колебание прироста лиственницы.

Устойчивость во времени и достоверные оценки мощности выделенных циклов позволили экстраполировать климатически обусловленные колебания индексов прироста региональных хронологий до 2015 г. Корреляция (0,36-0,47) и синхронность (58-62%) между прогнозными рядами и реальными хронологиями за период более 300 лет свидетельствуют об адекватности построенных полигармонических моделей прироста. Прогноз прироста и пространственные модели отклонений прироста в прошлом позволяют предсказать условия роста лиственницы и летние температурные условия в разных районах севера Средней Сибири. По результатам прогноза ожидается до 2000 года продолжение современной тенденции благоприятных условий роста лиственницы. По модельным рядам в первое десятилетие 21 века прогнозируется ухудшение условий роста. Наибольшая депрессия в приросте ожидается в восточных районах территории. Наиболее вероятно, что в ближайшее двадцатилетие естественные колебания летней температуры по амплитуде будут невелики. Их многолетняя амплитуда составит от -1°С до+1°С. На востоке, возможно, она увеличится до 3°С в период 1992-2000 гг. Указанные тенденции прироста лиственницы имеют региональный характер. Данный прогноз немного отличается от дендрохронологических прогнозов роста лиственницы на Полярном Урале, в Обско-Тазовской лесотундре (Берри и др., 1979; Шиятов, 1986).

Рассмотрен пример использования древесно-кольцевых хронологий и классификации карт пространственной неоднородности прироста в решении задач лесной пирологии. Выполнен прогноз экстремальных пожароопасных сезонов с 1640 по 2015 год для территории северной и центральной Эвенкии, основанием для которого послужило совпадение климатического фактора (температуры июня-июля), который, с одной стороны, лимитирует рост лиственницы, а с другой, определяет метеорологические условия формирования экстремальных пожароопасных сезонов в Эвенкии. Данный прогноз подтвержден наблюдениями за числом пожаров на охраняемых территориях Эвенкии (Иванова, 1996). Сопоставление изменчивости индексов прироста лиственницы в южной хронологии и данных по числу пожаров на охраняемых территориях Эвенкии за последние 20 лет показало, что климатически обусловленная изменчивость прироста прямо пропорциональна и значимо связана (коэффициент корреляции 0,5) с числом пожаров. Ретроспективный анализ Южной региональной хронологии позволил выделить периоды с высокой горимостью лесов и частотой формирования экстремальных пожароопасных сезонов в северной и центральной Эвенкии за последние 350 лет, которые сопровождались крупными и массовыми пожарами (1770-1790, 1870-1889,1930-1950 гг.).

Основные выводы

1. Анализ взаимной корреляции и конкордации (согласованности) изменчивости прироста локальных (обобщенных) древесно-кольцевых хронологий на севере Средней Сибири за последние 245 лет позволил объединить их в четыре группировки и получить четыре региональные хронологии, характеризующих изменчивость радиального прироста лиственницы в климатически однородных районах на территории от 63°-72°с.ш. и 84°-120° в.д. Показано, что расположение группировок хронологий четко совпадает с определенными ландшафтными областями, географическими подзонами. На севере Средней Сибири выделено четыре дендроклиматических района.

2. Показано, что летние температуры (июня и июля) являются общим лимитирующим фактором радиального роста лиственницы на данной территории. Установлены широтные и долготные различия в климатических функциях

ответа прироста на летние температуры. Относительное влияние температуры июля уменьшается при движении на юг и восток в пределах севера Средней Сибири. С помощью "поверхностей ответа" оценены нелинейные особенности влияния температур июня и июля на изменчивость прироста лиственницы.

3. На базе региональных хронологий проведена реконструкция динамики летних температур за последние 340 лет для севера Средней Сибири. Погодичная амплитуда колебаний летней температуры наибольшая на западе региона, к востоку и югу она снижается. В реконструированных рядах летней температуры выделены и оценены многолетние колебания регионального и глобального характера.

4. Реконструированные ряды летней температуры не показывают устойчивого тренда повышения температуры на севере Средней Сибири в двадцатом столетии, который мог бы быть связан с современным глобальным потеплением климата в северном полушарии. Вместе с тем, повышение температуры в середине 20 века четко фиксируется увеличением прироста во всех четырех региональных хронологиях.

5. По данным ежегодных значений индексов прироста локальных хронологий лиственницы построены карты отклонений прироста за последние 245 лет. При классификации карт выделено 7 классов пространственной изменчивости прироста внутри исследуемой территории.

6. Выявлены пространственно-временные закономерности изменчивости прироста лиственницы в пределах севера Средней Сибири. В 50% случаев направленность изменений прироста одинакова для всей территории, что указывает на общую тенденцию в изменчивости летнего температурного режима в регионе. В 25% случаев наблюдаются широтная или долготная дифференциация прироста. Реакция прироста лиственницы на изменение летних температур неодинакова в пределах региона. Прирост на севере региона быстрее реагирует на повышение летних температур, а на западе он более чувствителен к понижению температур.

7. Сделан анализ циклических составляющих в изменчивости прироста региональных хронологий. Выявлены вековые (60-70 летний на западе и 90100 летний на востоке территории) и внутривековые циклы. Отмечено, что выявленные циклы совпадают с циклами температурных рядов и солнечной

'активности. Внутривековые циклы, характерные для метеорологических рядов по осадкам и увлажненности, не обнаружены в изменчивости исследуемых древесно-кольцевых хронологий.

8. Изменчивость летних температур воздуха в южном дендроклиматическом районе Средней Сибири тесно коррелирует как с изменчивостью прироста лиственницы, так и с частотой возникновения экстремальных пожароопасных сезонов. Полученная региональная хронология и результаты пространственно-временного анализа изменчивости прироста по территории на основе карт отклонений прироста, использованы для реконструкции и прогноза числа экстремальных пожароопасных сезонов в северной и центральной Эвенкии.

список публикаций по материалам диссертации

1. Vaganov Е.А., Panjushkina I.P., Shishov V.V. Dendroclimatic study of boreal forest in the northern part of the Middle Siberia. International Symp. Asian and Pacific Dendrochronology, Tsukuba, Japan, 1995, P. 52-57.

2. Панюшкина И.П., Ваганов Е.А., Шишов B.B. Статистический анализ древесно-кольцевых хронологий севера Средней Сибири. География и природные ресурсы, 1996, №4, с. 93-103.

3. Панюшкина И.П. Пространственные закономерности изменчивости прироста лиственницы на севере Средней Сибири. В сб. эколого-физиологические аспекты ксилогенеза хвойных. Красноярск, 1996, с. 93-96.

4. Ваганов Е.А., Панюшкина И.П., Наурзбаев М.М. Реконструкция летней температуры за последние 840 лет для восточного Таймыра. Экология, 1997, №1.

5. Панюшкина И.П., Ваганов Е.А., Шишов В.В. Дендроклиматический анализ прироста лиственницы на севере Средней Сибири и реконструкция летней температуры с 1640 г. География и природные ресурсы, 1997, №1.

6. Vaganov Е.А., Panjushkina I.P., Shishov V.V. Spatial-temporal variation of radii tree in the north of the Middle Siberia in relation to climate. Dendrochronologi; 1997, №1.

7. Панюшкина И.П. Пространственно-временные закономерности в изменчивост прироста лиственницы на севере Средней Сибири. Тезисы конференци молодых ученых ИЛ СО РАН, 1997, с. 34-35.