Реконструкция летней температуры воздуха и абляции ледников на Центральном Тянь-Шане за последние 400 лет по плотности годичных колец ели
О.Н. Соломина1, Ф. Швейнгрубер2, О.В. Нагорнов3, В.А. Кузьмиченок4, Ю.О. Юрина1, В.Н. Михаленко1, М.Г. Кунахович1, С.С. Кутузов1
Институт географии РАН, Москва; 2Институт леса, снега и ландшафтных исследований, Швейцария; 3МИФИ, Москва; 4Институт водных проблем, Бишкек, Кыргызстан
Статья поступила в редакцию 21 ноября 2005 г. Представлена членом редколлегии А.Ф. Глазовским
По данным о максимальной плотности годичных колец ели реконструированы средние температуры воздуха мая-августа за 1626—1995 гг. и установлены периоды низкой абляции и положительного баланса массы ледников на Тянь-Шане.
Дендрохронологические работы на Тянь-Шане ведутся не одно десятилетие, однако создание надежной количественной пространственной реконструкции изменений климата требует еще многих усилий. Прежде всего необходимо более детальное изучение экологических приоритетов тянь-шанской ели в разных местообитаниях в условиях меняющегося климата, поиск и отбор новых чувствительных к колебаниям температуры и осадков образцов, выявление параметров колец, наиболее адекватно отражающих определенные климатические изменения, включение в анализ новых районов Тянь-Шаня, прежде не охваченных исследованиями. В отличие от наших более ранних работ, в настоящей статье мы исследуем не только ширину годичных колец, но и их плотность. Кроме того, если наши предыдущие работы были посвящены в основном северно-
му Тянь-Шаню и Прииссыккулью [5—7 и др.], то здесь представлены и площадки из Центрального Тянь-Шаня. Рассмотрены также возможности реконструкции при помощи годичных колец баланса массы ледников и приведены результаты вэйвлет-анализа хронологий.
Распространение ели на Тянь-Шане и ее экологическая приуроченность
Ель Шренка рапространена на Тянь-Шане достаточно широко. Основные узлы ее обитания находятся на Киргизском, Заилийском хребтах, а также Кунгей и Терскей Алатоо, Коелю, Сарыджаз и Ат-баши; встречается она и на западном Тянь-Шане (рис. 1). В настоящей работе анализируются образцы, отобранные на северном склоне Терскей Ала-тоо, а также в районе р. Нарын и оз. Сонгкель.
Рис. 1. Районы работ и распространение ели Шренка на Тянь-Шане (рисунок В. Кузьмиченка): 1 — площадки, включенные в хронологию YUSCH, 2 — площадки, обработанные Ф. Швейнгрубером Fig. 1. Study area showing sites and Picea Schrenkiana distribution (drawing of V. Kuzmichenok)
1512963-
о-
15-
о
^ 12-
3 9-о <.
5 6-
30129 6 30
1—F=l—I———————————I—I—П—I—I—I
10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 T =c
1-Я
1тгн
oo o-v о д
пТгГ
I I I I I I I I I I I
I 1 H,M
Рис. 2. Доля площади, занятой елью в зависимости от средней годовой температуры воздуха Т (а), годовой суммы атмосферных осадков Р (б) и абсолютной высоты Н (в) Fig. 2. Percentage of area occupied by spruce in relation to mean annual temperature T (а), annual sum of precipitation P (б) and altitude above sea level H (в)
Как видно на рис. 2, оптимум произрастания ели приходится на области, где среднегодовая температура воздуха составляет от -2 до 2°С, а количество осадков — от 500 до 700 мм. Ель распространена в интервале высот 1400—3600 м; в нижней трети этого пояса она приурочена к склонам северной экспозиции, в средней — к западным и восточным склонам и только на верхнем пределе распространена на южных склонах [2]. Такая приуроченность свидетельствует о том, что вблизи верхней границы леса лимитирующим фактором прироста служит температура воздуха, на нижней — влагообеспеченность.
Важную роль в жизни лесных фитоценозов в целом и в приросте годичных колец ели, в частности, играет влажность почв. Оптимальные условия отмечаются для ельников средней части лесного пояса; в нижней происходит иссушение почв в теплый период, а в верхней (на северных склонах) — напротив, переувлажнение из-за большого количества осадков, малой мощности почв и наличия сезонных грунтовых вод [2].
Материалы и методы
В табл. 1 (см. также рис. 1) приведены характеристики использованных нами хронологий. Все хронологии построены для местообитаний ели вблизи верхней границы ее распространения. Кроме указанных в таблице, была использована сводная региональная хронология ширины колец ели ^^СН) для верхней границы леса, которая включает наши образцы с Терскей Алатоо [7], а также построенные Ф. Швейнгрубером хронологии для долин Карабат-как, Сарыкунгей и Сарыймек (Schweingruber, Меж-
Таблица 1
Характеристики хронологий, использованных в работе
Название Хребет Местоположение H м Даты Источник Параметры кольца
площадки
YUR Терскей Джууку, 2060-3190 1639-2000 Юрина и др, ширина
Алатоо Чон-Кызылсу, Джукучак, Барскаун, Кашкасу в печати годичного кольца
KAR Терскей Алатоо Карабаткак 2850 1650-1995 Schweingruber ITRDB ширина и плотность ранней и поздней древесины, общая кольца, максимальная и минимальная плотность
SK Нуура Сарекунгей 2800 1753-1995 Schweingruber ITRDB ширина и плотность ранней и поздней древесины, общая кольца, максимальная и минимальная плотность
SJ Молдотоо Сареймек 2800 1626-1995 Schweingruber ITRDB ширина и плотность ранней и поздней древесины, общая кольца, максимальная и минимальная плотность
Список метеостанций, данные которых использованы в работе
Таблица 2
Название метеостанции
в.д.
H, m
Температура
Осадки
Чон-Кызыл-су
Тянь-Шань
Пржевальск
Нарын
Долон
42 11
41 55
42 30 41 26 41 50
78 12 78 14 78 24 76 00 75 45
2550 3614 1774 2049 2840
1948-1987 1930-2003 1879-1987 1926-2000 1961-1988
1948-1987 1930-2003 1881-1987 1926-2000 1961-1988
дународный банк данных годичных колец — ITRDB). Образцы из серии Ю.О.Юриной и др. и Ф. Швейн-грубера прекрасно датируются между собой, за исключением двух (076112 и 076042), которые были идентифицированы программой корреляции COFECHA [11] и отбракованы. Сводная хронология ширины колец, включающая образцы серий SK, SJ, KAR и YUR, была построена при помощи программы ARSTAN [11] с использованием наиболее консервативного способа расчета индексов, чтобы по возможности избежать потерь низкочастотного сигнала.
Для площадок SK, SJ, KAR, помимо данных по общей ширине кольца, имеются сведения отдельно для ширины ранней и поздней древесины, а также плотности — ранней и поздней древесины, максимальной и минимальной (Schweingruber, ITRDB). Все эти параметры также были использованы в настоящей работе.
При выявлении корреляционных связей мы анализировали среднемесячные температуры и осадки длиннорядных высокогорных метеостанций, расположенных в районе отбора образцов (табл. 2), а также результаты измерений и реконструкции баланса массы ледников Карабаткак, Туюксу, Сарытор, Григорьева, Голубина и ледника № 1 (Китай).
Оценка ковариации имеющихся хронологий
и плотности древесины
В табл. 3 приведены коэффициенты корреляции между всеми указанными выше параметрами годичных колец для трех хронологий Швейнгрубера и сводной хронологии ширины колец (YUSCH). Из таблицы видно следующее:
• ширина кольца, ширина поздней и ранней древесины положительно коррелируют между собой как внутри одной площадки, так и между всеми тремя площадками и сводной хронологией YUSCH. Ширина колец ранней древесины коррелирует с общей шириной кольца, поскольку ранняя древесина — основной компонент всей ширины годичного кольца для Тянь-Шаня. Корреляция ширины кольца поздней древесины с общей шириной годичного кольца и с шириной кольца ранней древесины более слабая;
• минимальная плотность коррелирует с плотностью ранней древесины, а максимальная — с плотностью поздней так как соответственно наименее плотная
древесина образуется в начале вегетационного периода, наиболее плотная — в его конце. Плотность поздней древесины не коррелирует с шириной кольца, но имеет высокую положительную корреляцию с максимальной плотностью, что и понятно, поскольку максимальная плотность как раз и наблюдается в слое поздней древесины;
• ширина кольца, ширина поздней и ранней древесины отрицательно коррелируют с минимальной плотностью;
• максимальная плотность не коррелирует с шириной колец, хотя известно, что в условиях ограниченной теплообепеченности обе эти характеристики обычно отражают летние температуры [9];
• минимальная плотность и плотность ранней древесины в большинстве случаев отрицательно коррелируют с шириной кольца.
Таким образом, ширина кольца, минимальная и максимальная плотность отражают разные климатические показатели и должны рассматриваться в отдельности.
Климатический сигнал и ширина годичных колец
Чтобы оценить реакцию приростов древесины на условия погоды каждого месяца, мы использовали коэффициенты корреляции среднемесячных температур и сумм осадков за 12 месяцев для ближайших к месту отбора образцов длиннорядных высокогорных станций (см. табл. 2) с шириной кольца за соответствующий год. На рис. 3 показаны результаты корреляционного анализа хронологий с метеоданными станции Тянь-Шань. Они принципиально не отличаются от результатов, полученных для станций Чон-Кызыл-су и Нарын.
Корреляционный анализ показал следующее:
• корреляции с осадками незначимы для всех хронологий;
• ширина колец и ширина ранней древесины значимо положительно коррелирует с температурой мая-июня и отрицательно — с температурой марта, та же тенденция ясно заметна и для ширины поздней древесины, но коэффициенты корреляции ниже;
• минимальная плотность положительно коррелирует с температурой марта и апреля;
• максимальная плотность имеет высокую положительную корреляцию с температурой вегетационного периода — июня-июля (для хронологий SK и
Таблица 3
Коэффициенты корреляции между разными параметрами годичных колец
1753-1995 SJ SJ SJ SJ D SJ D SJ SJ SK SK SK SK D SK D SK SK KAR KAR KAR KAR D KAR D KAR KAR RW LW EW max min Dew Dlw RW EW LW max min std Dew Dlw RW EW LW max min Dew Dlw
о
SJ RW 1,00
SJ LW 0,69 1,00
SJ EW 0,99 0,58 1,00
SJ D max -0,12 -0,05 -0,12 1,00
SJ D min -0,58 -0,30 -0,61 0,24 1,00
SJ Dew -0,47 -0,2
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.