CC BY
36
УДК 630*17+582.475+630*561.21 ББК 43.4+20.3
Н.В. Ловелиус, А.Н. Соболев, П.А. Феклистов
ЧЕРТЫ ЕДИНСТВА В ПРИРОСТЕ СОСНЫ И ЕЛИ НА СОЛОВЕЦКОМ АРХИПЕЛАГЕ И ФАКТОРЫ СРЕДЫ
Выявлены годы с аномально большими и малыми величинами прироста годичных колец сосны и ели, произрастающих на островах Соловецкого архипелага. Установлено, что глобальные факторы среды (солнечная и геомагнитная активность, галактические космические лучи, циркуляция атмосферы северного полушария) оказывают большее влияние на формирование прироста деревьев, чем региональные - атмосферные осадки и температура воздуха.
Ключевые слова:
аномалии, галактические космические лучи, геомагнитная активность, индексы прироста годичных колец, обобщённая серия, солнечная активность, типы циркуляции.
Леса Соловецкого архипелага являются уникальным объектом для определения влияния природных факторов на рост деревьев. Здесь леса занимают 67,7% территории и являются основным средообра-зующим компонентом природной среды. Лесные насаждения Соловецких островов, их структура, состояние, прирост и влияние на них региональных и глобальных факторов природной среды являются предметом наших исследований [1-7].
В данной статье рассмотрен прирост по обобщённым сериям годичных колец сосны и ели (табл. 1), приведённых к сопоставимому виду путём расчёта их индексов (отклонений от 10-летней календарной нормы). Обобщённая серия по сосне насчитывает 455 годичных колец (1553-2007 гг.), по ели - 232 годичных кольца, анализ проведён за период с 1776 по 2007 гг.
Расчёты показали, что совпадения отклонений прироста меньше нормы составили 68 лет, а больше нормы - 52 года, в сумме - 120 лет или 52%.
Для определения факторов среды, влияющих на формирование прироста деревьев, отобраны две группы лет с отклонениями прироста > 102% и < 98% для периода с 1891 по 2007 гг. (табл. 2). За это время есть данные метеорологических наблюдений по станции «Соловки».
В состав факторов среды были включены: средние месячные температуры воздуха и месячные суммы атмосферных осадков по м. с. «Соловки», характеристики солнечной и геомагнитной активности, галактические космические лучи, приходящие на границу атмосферы, характеристики циркуляции атмосферы северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского, представленные 4-мя группами элементарных циркуляци-
онных механизмов для северного полушария [8-11]. Перечисленные факторы проанализированы за 24 месяца, т.е. за год до аномальных приростов и в год их образования, что позволяет определить распределение элементов в период относительного покоя и двух периодов вегетации. За меру возможного влияния факторов было принято отношение элементов среды в годы аномально больших приростов годичных колец к данным в годы малых (табл. 3).
В табл. 3 приведены только расчёты годовых характеристик. Они позволяют сделать вывод о незначительном влиянии температуры воздуха накануне (100%) и в годы аномалий (99,3%) и осадков (101 и 105%) соответственно. Высокие значения солнечной и геомагнитной активности характерны для лет с малым приростом, что отразилось в показателях солнечной активности накануне (68,6%) и в годы аномалий (84%.) Показатели геомагнитной активности соответственно равны 89,1 и 87,6%. В то же время галактические космические лучи показали накануне 151%, а в год аномалий - 136%. Меридиональная северная группа не имеет существенных различий накануне и в годы аномалий (100 и 101%). Отрицательно влияет на прирост меридиональная южная циркуляция (63,5 и 67,8%). Нарушение в зональности и зональная циркуляция благоприятны для роста сосны и ели. Особое значение имеет зональная циркуляция в годы с большим приростом.
Для формирования представлений о внутригодовом распределении каждого из анализируемых факторов нами принят тот же порядок, как при рассмотрении средних годовых значений, принятый в табл. 3. На рис. 1 приведён ход чисел Вольфа накануне и в годы максимальных и минимальных
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ - 10-05-00651-а.
Таблица 1 263
Обобщённая серия индексов (К%) годичных колец сосны и ели (жирным шрифтом выделены годы совпадения аномалий прироста двух пород)
годы 1776 1777 1778 1779 1780 1781 1782 1783 1784 1785
сосна 92,2 90,3 111,4 101,3 100,4 96,8 98,1 94,0 110,0 108,3
ель 111,1 123,5 123,5 98,8 128,2 115,4 89,7 102,6 76,9 74,3
годы 1786 1787 1788 1789 1790 1791 1792 1793 1794 1795
сосна 93,4 100,0 104,7 94,3 97,8 106,4 99,2 87,2 90,4 92,3
ель 105,6 96,2 89,1 104,8 100,3 87,6 94,1 109,6 100,0 101,3
годы 1796 1797 1798 1799 1800 1801 1802 1803 1804 1805
сосна 97,2 108,8 113,8 109,9 109,8 114,6 123,2 105,4 101,8 101,4
ель 109,0 98,0 103,0 99,5 108,4 106,2 106,0 105,1 88,1 96,9
годы 1806 1807 1808 1809 1810 1811 1812 1813 1814 1815
сосна 88,5 84,3 93,9 91,4 95,6 89,0 99,8 96,5 126,5 114,6
ель 100,6 96,4 89,4 102,1 89,0 85,8 87,0 94,7 97,4 109,2
годы 1816 1817 1818 1819 1820 1821 1822 1823 1824 1825
сосна 92,0 88,4 99,6 95,5 79,8 92,5 96,7 96,7 98,9 104,8
ель 98,6 99,2 107,7 123,9 104,0 107,9 111,0 106,0 95,9 94,8
годы 1826 1827 1828 1829 1830 1831 1832 1833 1834 1835
сосна 105,1 108,2 102,8 112,6 121,1 113,5 109,6 101,5 101,3 101,8
ель 93,9 94,6 105,6 85,3 101,0 98,6 98,9 95,5 107,1 101,1
годы 1836 1837 1838 1839 1840 1841 1842 1843 1844 1845
сосна 90,4 85,5 85,3 90,1 106,9 105,2 101,8 99,1 100,0 98,0
ель 106,3 89,6 103,6 110,5 111,4 105,9 109,9 111,4 98,3 94,1
годы 1846 1847 1848 1849 1850 1851 1852 1853 1854 1855
сосна 104,2 92,5 97,1 98,4 98,5 97,0 95,9 100,5 108,3 105,9
ель 92,3 93,7 99,3 102,0 97,9 94,3 91,0 94,4 97,9 100,3
годы 1856 1857 1858 1859 1860 1861 1862 1863 1864 1865
сосна 101,0 98,2 100,3 95,2 112,5 110,9 102,2 103,8 105,2 97,2
ель 99,9 101,8 110,9 107,2 101,9 106,8 99,5 104,3 108,3 103,9
годы 1866 1867 1868 1869 1870 1871 1872 1873 1874 1875
сосна 91,1 89,3 94,2 97,6 120,1 107,6 99,3 100,9 97,3 98,4
ель 92,1 95,0 97,9 94,1 102,9 96,5 95,4 103,3 95,6 95,8
годы 1876 1877 1878 1879 1880 1881 1882 1883 1884 1885
сосна 97,0 96,6 94,1 91,2 93,0 96,2 99,5 98,4 95,3 101,3
ель 102,1 107,7 103,9 102,3 104,4 106,0 103,0 102,3 96,5 103,1
годы 1886 1887 1888 1889 1890 1891 1892 1893 1894 1895
сосна 101,3 104,9 103,1 106,5 118,2 117,6 114,1 109,2 97,9 90,2
ель 94,3 99,2 95,8 93,7 109,6 107,4 103,7 103,8 95,2 96,9
годы 1896 1897 1898 1899 1900 1901 1902 1903 1904 1905
сосна 88,7 90,7 91,4 86,4 93,4 97,4 95,1 96,0 106,3 105,2
ель 96,9 96,5 98,3 97,5 103,1 104,5 99,2 104,0 107,4 101,3
годы 1906 1907 1908 1909 1910 1911 1912 1913 1914 1915
сосна 104,5 101,6 104,2 96,1 102,6 105,3 102,3 101,9 96,7 100,5
ель 99,2 99,4 94,8 88,7 105,8 106,3 108,2 93,2 97,0 103,4
годы 1916 1917 1918 1919 1920 1921 1922 1923 1924 1925
сосна 101,4 99,6 92,4 97,8 92,7 97,6 100,9 102,2 108,2 108,9
ель 98,0 97,9 90,4 100,8 104,2 99,1 101,9 98,0 100,7 103,2
годы 1926 1927 1928 1929 1930 1931 1932 1933 1934 1935
сосна 99,3 101,6 95,4 93,2 107,0 100,8 99,3 92,8 97,5 93,2
ель 101,0 102,4 93,9 95,0 99,7 93,0 94,0 98,9 97,0 97,7
годы 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945
сосна 96,3 104,0 101,2 107,7 100,9 96,6 97,9 101,6 101,4 100,4
ель 103,9 101,2 109,1 104,7 116,6 112,4 109,7 102,7 93,3 91,6
годы 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955
сосна 94,3 93,7 102,6 107,6 104,8 104,8 97,6 104,3 109,7 97,5
ель 92,1 96,5 95,3 90,3 98,4 99,0 94,9 104,6 112,6 103,9
годы 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965
сосна 88,8 100,9 97,7 92,8 110,2 97,8 94,5 93,2 96,3 97,9
ю о СО
о.
о
264
Продолжение таблицы 1
ель 102,6 105,3 90,6 89,5 111,8 110,5 101,3 97,1 96,2 101,0
годы 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975
сосна 103,8 110,5 98,4 96,8 118,3 108,8 106,4 101,8 90,9 91,1
ель 99,6 98,3 94,9 90,8 97,8 95,0 102,9 99,7 100,7 93,5
годы 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985
сосна 92,0 101,2 94,0 94,6 94,5 105,1 100,7 109,0 107,1 95,9
ель 90,6 109,1 99,1 111,3 103,1 105,5 82,4 102,6 107,1 100,0
годы 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995
сосна 94,8 94,0 102,5 96,5 109,2 95,9 93,1 95,7 95,0 99,8
ель 106,9 109,4 102,9 80,1 72,0 88,4 95,8 96,0 98,1 115,4
годы 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
сосна 104,6 101,3 103,2 102,3 117,8 95,5 87,8 91,3 90,2 93,7
ель 103,9 106,2 111,1 113,0 95,7 93,9 99,2 79,2 77,8 85,7
годы 2006 2007
сосна 90,2 94,1
ель 103,9 126,0
Годы аномалий прироста сосны и ели с 1891 года
Таблица 2
К >102 К < 98 К > 102 К < 98
годы сосна ель годы сосна ель годы сосна ель годы сосна ель
1891 117,6 107,4 1894 97,9 95,2 1940 100,9 116,6 1959 92,8 89,5
1892 114,1 103,7 1895 90,2 96,9 1943 101,6 102,7 1963 93,2 97,1
1893 109,2 103,8 1896 88,7 96,9 1953 104,3 104,6 1964 96,3 96,2
1904 106,3 107,4 1897 90,7 96,5 1954 109,7 112,6 1969 96,8 90,8
1905 105,2 101,3 1899 86,4 97,5 1957 100,9 105,3 1975 91,1 93,5
1910 102,6 105,8 1909 96,1 88,7 1960 110,2 111,8 1976 92,0 90,6
1911 105,3 106,3 1914 96,7 97,0 1972 106,4 102,9 1989 96,5 80,1
1912 102,3 108,2 1918 92,4 90,4 1977 101,2 109,1 1991 95,9 88,4
1915 100,5 103,4 1928 95,4 93,9 1983 109,0 102,6 1992 93,1 95,8
1922 100,9 101,9 1929 93,2 95,0 1984 107,1 107,1 1993 95,7 96,0
1924 108,2 100,7 1934 97,5 97,0 1988 102,5 102,9 1994 95,0 98,1
1925 108,9 103,2 1935 93,2 97,7 1996 104,6 103,9 2001 95,5 93,9
1927 101,6 102,4 1946 94,3 92,1 1997 101,3 106,2 2003 91,3 79,2
1937 104,0 101,2 1947 93,7 96,5 1998 103,2 111,1 2004 90,2 77,8
1938 101,2 109,1 1952 97,6 94,9 1999 102,3 113,0 2005 93,7 85,7
1939 107,7 104,7 1958 97,7 90,6
Таблица 3
Отношения элементов среды в годы аномально больших приростов годичных колец к данным в годы аномально малых приростов (%)
Накануне В годы аномалий Циркуляция атмосферы Накануне В годы аномалий
W - 68,6 84,0 меридиональная северная 100,0 101,0
Аа - 89,1 87,6 меридиональная южная 63,5 67,8
ГэВ - 151 136,0 зональная 124,0 129,0
°С - 100 99,3 нарушение зональности 126,0 117,4
Р мм -101 105,0
приростов сосны и ели, позволяющий проследить диапазон их колебаний за 24 месяца. Следует отметить, что в годы накануне дат аномальных приростов диапазон различий значительно больше, чем в годы аномалий, причём для формирования больших
приростов благоприятной является низкая активность солнца. При этом в годы с минимальным приростом более отчётливо выражена особенность внутригодового распределения чисел Вольфа, а даты максимумов в обоих случаях приходятся на июль месяц.
Рис. 1. Распределение чисел Вольфа накануне и в годы минимальных (М) и максимальных (Б) приростов деревьев. Коэф. корр. - 0,2.
Рис. 2. Геомагнитная активность накануне и в годы максимумов (макс) и минимумов (мин) прироста деревьев. Коэф. корр. 0,78.
Рис. 3. Галактические космические лучи на границе атмосферы накануне и в годы больших (Б) и малых (М) приростов деревьев. Коэф. корр. - 0,2.
Изменение геомагнитной 265 активности имеет хорошо выраженный сезонный ход, который, показывает, что большие приросты формируются при малых значениях геомагнитной активности (рис. 2).
Максимальных значений геомагнитная активность достигает в обоих случаях в марте и сентябре. Линейные тренды в распределении геомагнитной активности имеют противоположную направленность в сравнении с солнечной активностью.
Внутригодовой ход галактических космических лучей, приходящих на границу атмосферы, показан на рис. 3. Большие приросты сосны и ели формируются при высоких значениях галактических космических лучей, что имеет физическое обоснование: при высокой активности Солнца проникновение галактических космических лучей существенно сокращается.
К числу глобальных факторов также относится циркуляция атмосферы северного полушария. На рис. 4 приведены результаты анализа зональной циркуляции, дающие возможность проследить внутригодовое распределение циркуляции (дни) накануне и в годы аномалий. Накануне дат аномальных приростов повторяемость зональной циркуляции не превышает 7 дней с максимумом в июле. В годы аномально больших приростов повторяемость зональной циркуляции с января по апрель не многим меньше 20 дней, после чего наступает снижение, и минимум наблюдается в июле (10 дней), а затем до конца года идёт увеличение повторяемости.
В годы минимальных приростов происходит увеличение повторяемости зональной циркуляции. В годы минимума приростов наблюдается почти зеркальная повторяе- ° мость с максимумом в июле до § 5-ти дней. £
Рис. 4. Количество дней с Зональной группой циркуляции (ЭЦМ 1а - 2в) накануне и в годы Больших (сплошная линия) и малых (пунктир) приростов деревьев.
дни
Рис. 5. Группа нарушения зональности (ЭЦМ 3-7 бл) в годы больших (Б) и малых (М) приростов деревьев.
Рис. 6. Меридиональная северная группа циркуляции (ЭЦМ 8а - 12г) в годы больших (Б) и малых (М) величин прироста деревьев.
накануне месяцы в годы аномалий
Рис. 7. Меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л) в годы больших (Б) и малых (М) приростов деревьев.
Анализ повторяемости группы ЭЦМ нарушения зональности (рис. 5) накануне и в годы аномальных приростов показал сходную картину распределения, но только в зеркальном изображении. Так, в годы аномалий больших приростов 4 месяца имеет место высокая повторяемость зональной циркуляции, после чего идёт резкое снижение до июля, сменяющееся увеличением её повторяемости до конца года. В то же время накануне дат с минимальным приростом происходит зеркальное изменение повторяемости зональной циркуляции только на половину с меньшими амплитудами. В годы с аномально большими приростами максимальная повторяемость зональной циркуляции выше и максимум приходится на июль, но амплитуда колебаний значительно меньше, чем накануне дат аномалий.
Группа ЭЦМ меридиональной северной циркуляции по количеству дней с её повторяемостью имеет весомый вклад, диапазон колебаний в разные месяцы от 8 до 23 дней (рис. 6). Максимальные значения меридиональной северной циркуляции наблюдаются в холодную часть года (январь-апрель), а минимальные - в июле. Следует отметить, что накануне и в годы дат аномалий значительных различий нет.
Меридиональная южная циркуляция атмосферы имеет значительно меньшую повторяемость, чем северная (рис. 7).
Как накануне, так и в годы аномалий преобладание южной группы ЭЦМ не способствует аномально большому приросту сосны и ели, что подчёркивает ход линейных трендов.
Анализ распределения температуры воздуха накануне и в годы аномалий прироста сосны и ели показал, что различия имеют минимальные значения (рис.8).
Это даёт основание утверждать, что температура воздуха не имеет существенного значения при формировании условий прироста годичных колец деревьев.
Однако в годы с большим приростом наблюдается более высокая температура в июле-сентябре.
Анализ распределения атмосферных осадков накануне и в годы
с противоположными аномалиями прироста показал, что наибольшие различия наблюдаются в периоды относительного покоя с февраля по апрель (рис. 9).
Так, накануне меньшее количество осадков способствует большему промерзанию почвенного покрова, а в годы с аномально большим приростом наблюдается обратная картина.
В результате исследований прироста сосны и ели выявлены годы с аномально
большими и малыми величинами ширины годичных колец сосны и ели, произрастающих на островах Соловецкого архипелага. Установлено, что глобальные факторы среды (солнечная и геомагнитная активность, галактические космические лучи, циркуляция атмосферы северного полушария - кроме меридиональной северной) оказывают большее влияние на формирование прироста сосны и ели, чем региональные - атмосферные осадки и температура воздуха.
Рис. 8. Температура воздуха накануне и в годы максимума (сплошная линия) и минимума (пунктир) прироста деревьев. С нарастающим итогом.
Список литературы:
Рис. 9. Распределение осадков накануне и в годы больших (макс) и малых (мин) величин прироста деревьев.
[1] Соболев А.Н. Лесные насаждения Соловецкого архипелага, их состояние и закономерности изменения под влиянием рекреации / Автореф. ... канд. сельскохоз. наук. - Архангельск, 2009. - 21 с.
[2] Ловелиус Н.В., Соболев А.Н., Феклистов П.А Прирост деревьев и климатические данные как элементы мониторинга природной среды Соловецких островов // Проблемы мониторинга природной среды Соловецкого архипелага: Материалы IV Всероссийской научной конференции. - Архангельск, 2009. - С. 45-46.
[3] Соболев А.Н. Основные итоги реализации программы мониторинга природной среды Соловецкого архипелага в 2003-2007 гг. // Соловецкий сборник. Вып. 6. - Архангельск, 2010. - С. 65-82.
[4] Феклистов П.А., Соболев А.Н.. Лесные насаждения Соловецкого архипелага (структура, состояние, рост). - Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2010. - 201 с.
[5] Ловелиус Н.В., Соболев А.Н. Прирост деревьев и климат на Соловецком архипелаге // География: проблемы науки и образования. Материалы ежегодной Международной научно-практической конференции. LXIII Герценовские чтения. - Санкт-Петербург, 2010. - С. 151-155.
[6] Ловелиус Н.В., Соболев А.Н Изменения прироста деревьев и элементов климата на Соловецком архипелаге // Общество. Среда. Развитие. - 2010, №3. - С. 257-262.
[7] Соболев А.Н., Феклистов П.А Структура, состояние и характер роста древостоев основных лесооб-разующих пород Соловецкого архипелага // Соловецкий сборник. Вып. 7. - Архангельск, 2011. - С. 76-88.
[8] Кононва Н.К. Классификация циркуляционных механизмов северного полушария по типизации Б.Л. Дзердзеевского. - М. 2009. - 372 с.
[9] Стажков Ю.И., .Свиржевский Н.С, Базилевская Г.А., Свиржевская А.К., Квашнин А.Н., Крайнев М.Б., Махмутов В.С., Крючкова Т.И. Потоки космических лучей в максимуме кривой поглощения в атмосфере и на границе атмосферы (1957 - 2007). - М., 2007. - 77 с.
[10] Daily solar indices. - Интернет-ресурс. Режим доступа: ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SUN-SPOT_NUMBERS/
[11] UK Solar System Data Centre. - Интернет-ресурс. Режим доступа: http://www.ukssdc.ac.uk/wdcc1/wdc_ menu.html
со
ч
tu
Ci
О
