CC BY
40
АНОМАЛЬНО ХОЛОДНЫЕ ЛЕТНИЕ СЕЗОНЫ НА АЛТАЕ В Х1Х-ХХ вв.'
Ширина годичных колец, климат, древесно-кольцевая хронология.
Исследование современных изменений климата невозможно без достоверной информации о его состоянии в прошлом. Не возникает большой сложности при анализе климатических трендов для отдельных регионов планеты, обеспеченных плотной сетью метеорологических станций. И существуют вполне объяснимые проблемы для тех территорий, где метеостанции отсутствуют. Использование древесно-кольцевых хронологий в качестве косвенных источников информации о климате позволяет вполне успешно решить данную задачу на фоне отсутствия первичной метеорологической информации [Ваганов и др., 1996]. Первоначально подобные исследования охватили Субарктику Северного полушария. В настоящее время большое внимание уделяется дендроклиматическим исследованиям в горных регионах на разных континентах.
Древесно-кольцевые хронологии, отражающие колебания температуры летних месяцев, получены для различных районов Земли, как правило, для районов полярного предела растительности Северного полушария и горных районов Европы и Северной Америки. В последнее время построены древесно-кольцевые хронологии по ширине годичных колец для горной системы Алтая, преимущественно на территории Республики Алтай. В то же время детальный анализ с акцентом на отдельные аномальные сезоны и их распределение по территории Алтая до сих пор не был реализован. Чередование холодных летних сезонов с теплыми, их продолжительность могут дать ценную информацию о климатических условиях на территории Алтая за пределами метеорологических измерений.
Таким образом, задачи исследования включают: анализ изменений ширины годичных колец лиственницы, выявление частоты проявления аномально холодных летних сезонов на Алтае за 200-летний период и их распределение по территории.
Климат Горного Алтая резко континентальный, характеризующийся значительными колебаниями температур и малоснежными зимами. Основное количество осадков приходится на летние месяцы. Верхняя граница лесной растительности проходит на высоте 2100—2200 м, достигая 2400 м в Юго-Восточном Алтае. Границу леса образуют лиственничные и лиственнично-кедровые редколесья. Как показывает многолетний ход температуры воздуха, регистрируемый высокогорной метеостанцией Аккем, благоприятный для древесных растений период (со среднесуточной температурой выше 5 °С) длится с первой декады июня до конца августа.
1 Исследование выполнено при финансовой поддержке Интеграционного проекта № 92 СО РАН «Прогноз изменений климата Центральной Азии на основе анализа ежегодных записей в озерных осадках, древесных кольцах и ледниках региона».
Сбор дендр охр оно логического материала (керны живых деревьев) проводился на верхней границе леса Северо-Чуйского, Катунского, Курайского, Коргонского хребтов на склонах крутизной от 5 до 35°, имеющих различную экспозицию.
По лесорастительному районированию данная территория относится к Центральноалтайской котловинно-горной провинции лиственничных и темнохвойных лесов. Характерные черты провинции — отсутствие пояса черневой тайги и большой высотный диапазон лиственничных лесов [Крылов, Речан, 1965]. Верхний лесной пояс составляют субальпийско-таежные кедровые и лиственничные леса, ниже располагается пояс горной лиственничной тайги. Исследуемые участки расположены в пределах субальпийского и горнотаежного поясов на абсолютных высотах от 1400 до 2250 м. По условиям местообитания они относятся к свежим и проточно-увлажненным. Большая часть участков сосредоточена в разновозрастных древостоях разнотравных парковых лиственничных и лиственнично-кедровых лесах, лиственничных кустарниковых рединах, которые являются наиболее распространенными группами лесных формаций высокогорных и среднегорных районов Центрального и Юго-Восточного Алтая. Средний возраст модельных деревьев 180—240 лет, возраст отдельных экземпляров достигает 390— 455 лет. Верхнюю границу леса образуют лиственница сибирская (Ъапх sibi.ri.ca) и кедр (Ртив вйнпса). В исследуемом регионе чаще встречается эдафическая верхняя граница леса, высота которой на 200—300 м ниже климатической границы леса. Местоположение верхней границы леса в Центральном Алтае находится на абсолютной высоте 1900 м, в Юго-Восточном - 2000-2250 м [Крылов, Речан, 1965].
Поверхность кернов и спилов древесины перед измерениями зачищалась острым лезвием до проявления клеточной структуры годичных колец. Ширина годичных колец измерялась с точностью до 0,01 мм по двум радиусам у каждого модельного дерева числом не менее 10 для одного участка. Методом перекрестной датировки определяли календарные даты годичных колец для каждой индивидуальной серии. Точность дат оценивали межсерийной корреляцией всех серий участка. Обобщенные древесно-кольцевые хронологии по ширине годичных колец получены путем осреднения стандартизованных индивидуальных серий. Доля выпадающих колец на разных участках незначительна и составляет от 0,13 до 0,49 %.
Индивидуальные серии ширины годичных колец стандартизированы в зависимости от формы возрастной кривой с помощью отрицательной экспоненциальной функции, линейной функции или 128-летней сплайн-функции. Обобщенные (локальные) хронологии получены путем усреднения индексов прироста индивидуальных серий. Для оценки распределения индексов прироста и их чувствительности к изменчивости внешнего фактора использовали следующие статистические характеристики: стандартное отклонение, коэффициенты асимметрии, чувствительности, автокорреляции первого и второго порядков [Методы..., 2000].
Общее количество деревьев, использованных для анализа, составило 180 шт. Длительность индивидуальных серий прироста — от 150 до 446 лет. Все серии прироста показывают очень высокий межсериальный коэффициент корреляции (от 0,70 до 0,77), значения среднеквадратичного отклонения и чувствительности свидетельствуют о наличии в них сильного климатического сигнала. Высокую синхронность погодичных изменений ширины годичных колец характеризуют
Биология. Экология
отношение сигнала к шуму и показатель общей дисперсии, обусловленный первой главной компонентой (от 47,8 до 60,8 %). Значения автокорреляции изменяются в значительных пределах — от 0,15 до 0,58, т. е. в некоторых обобщенных хронологиях автокорреляция составляет до 34 % общей дисперсии. Корреляция между отдельными обобщенными хронологиями значительна и по величине приближается к межсериальной корреляции (от 0,67 до 0,77).
Для целей нашего исследования использовался погодичный анализ индивидуальных значений радиального прироста за период с 1800 по 2000 гг. Высокая связь между летней температурой и изменчивостью радиального прироста деревьев установлена по сети дендроклиматических полигонов Алтая [Овчинников и др., 2002]. Для выявления ведущего климатического фактора, оказывающего влияние на прирост, рассчитывалась климатическая функция отклика. Значимая корреляция (р < 0,05) отмечена между индексами и температурами апреля (г= -0,38), июня (г= +0,72), июля (г = +0,41), а также между осадками октября прошлого года (г= -0,39), февраля (г= -0,38), мая (г= -0,41) и июня текущего года (г= —0,31). Основным фактором изменчивости прироста на верхней границе леса в Горном Алтае является температура июня — месяца самого активного роста, когда повышение температур совпадает с максимальным приходом солнечной радиации. Влияние условий июля также значимо, но заметно меньше, чем июня. Отрицательное влияние осадков на рост лиственницы может быть связано с уменьшением освещенности и температуры.
Таким образом, общая реакция радиального прироста лиственницы на Алтае хорошо согласуется с аналогичными данными для полярного предела леса, где температуры июня и июля являются ведущими факторами межгодичной изменчивости прироста деревьев. Положительная связь температур июня и июля с индексами прироста в целом отмечается во всех регионах с коротким периодом вегетации [Ваганов и др., 1996]. Период с конца XVIII до середины XIX вв. характеризуется наиболее сильным понижением температуры и самой глубокой и продолжительной депрессией прироста в Горном Алтае. На это время приходится максимум наступания ледников (максимум стадии Фернау) на Алтае [Окишев, 1982].
Действительно, у всех исследованных нами образцов выделяются общие годы минимального прироста: 1812-14, 1819, 1840, 1842, 1850, 1852, 1854, 1884, 1911, 1927, 1958, 1961, 1967, 1993. Наибольшее число лет депрессий прироста приходится на XIX в., наименьшее — на XX в. Начиная с 1840 г. можно сопоставить полученные данные с метеорологическими наблюдениями метеостанции г. Барнаула, учитывая, что расположена она все-таки на равнине. Обращает на себя внимание факт высокой корреляции наиболее холодных летних сезонов по данным метеостанции и минимальных значений ширины годичных колец лиственницы. Здесь можно говорить о силе регионального климатического сигнала и степени его проявления.
Были выявлены определенные особенности в распределении минимальных значений прироста 1812—1814 гг. (холодных летних сезонов) по высотным поясам и по территории Алтая. Заключаются они в следующем: минимумы прироста в 1814 г. отчетливо наблюдаются на Катунском, Коргонском, Курайском, Те-ректинском хребтах во всех высотных поясах. На верхней границе леса Северо-Чуйского хребта отчетливый минимум прироста зафиксирован в 1813 г. В этот же год у деревьев данного участка наблюдаются так называемые «выпадающие» кольца (очень узкие годичные кольца, которые неразличимы даже под микрос-
копом). Из 40 шт. обследованных деревьев у 25 шт. годичное кольцо 1813 г. неразличимо, то есть является «выпавшим». Такие сложные участки исследуемых образцов выявлялись с помощью перекрестной датировки. Анализ возможных причин несовпадения минимумов прироста в летние сезоны 1813 и 1814 гг. вызван тем обстоятельством, что деревья Северо-Чуйского хребта произрастают в непосредственной близости от ледников долин Актру и Корумду, в отличие от деревьев других участков. Холодные условия летом в 1812 г. благоприятно повлияли на состояние ледников, ив 1813 г. уже они определяли термический режим прилегающей территории. Таким образом, лето 1813 г. в высокогорье Севе-ро-Чуйского хребта оказалось еще более холодным, чем в 1812 г.
Характер распределения минимумов прироста по высотным поясам характеризуется следующими особенностями: в диапазоне абсолютных высот от 1400— 1750 м (над уровнем моря) практически все выявленные годы минимальных значений ширины годичных колец проявляются отчетливо, за исключением 1813 г. Наиболее узкие годичные кольца наблюдаются в 1812 и 1814 гг. Похожая ситуация с диапазоном абсолютных высот 1750—1950 и 1950—2250 м. Однако абсолютные значения ширины годичных колец в низкогорном поясе в 1,5—2 раза превышают таковые в высокогорье. Годичные кольца в годы минимума роста на высотах 1400—1750 м значительно шире, чем на высотах 1950—2250 м.
Еще одной важной деталью является факт наличия двух последовательных узких годичных колец. Например, такое явление наблюдается в 1874—1875 гг. Наличие таких пар узких годичных колец дает нам весьма ценную информацию о летних сезонах и свидетельствует о их неблагоприятном фоне.
Проведенный анализ изменений ширины годичных колец лиственницы позволил выявить частоту и повторяемость лет с аномально низким приростом, следовательно, с холодными летними сезонами в период с 1800 по 2000 гг. Наиболее часто холодные годы повторялись в начале XIX в. За первые 30 лет XIX в. 14 лет были холодными или очень холодными, такая повторяемость никогда больше не встречалась за весь период инструментальных наблюдений. Выявлено, что деревья приледниковых районов в значительно большей мере подвержены воздействию низких температур, абсолютные значения ширины годичных колец в аномально холодные годы могут быть в два раза меньше, чем на других участках. Около ледников холодное лето предшествующего года в отдельные годы отрицательно сказывается на формировании ширины годичных колец и в последующий год.
Библиографический список
1. Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа B.C. Дендроклиматические исследования в Ура-ло-Сибирской субарктике. Новосибирск: Наука, 1996. 246 с.
2. Крылов А.Г., Речан С.П. Лесорастительное районирование и типы леса // Леса Горного Алтая. М.: Наука,. 1965. 224 с.
3. Методы дендрохронологии. Ч. I. Основы дендрохронологии: учеб.-метод, пособие / отв. ред. Е.А. Ваганов, С.Г. Шиятов. Красноярск: Изд-во КГУ, 2000. С. 82.
4. Овчинников Д.В., Панюшкина И.П., Адаменко М.Ф. Тысячелетняя древесно-кольце-вая хронология лиственницы Горного Алтая и ее использование для реконструкции летних температур // География и природные ресурсы. 2002. № 1. С. 102-108.
5. Окитттев П.А. Динамика оледенения Алтая в позднем плейстоцене и голоцене. Томск: Изд-во ТГУ, 1982. 209 с.
