CC BY
61
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 630*561.24:630*583
Н.В. Малышева
канд. геогр. наук, старший преподаватель, кафедра экономической географии и картографии, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет»
Е.В. Рыгалов
ассистент, кафедра экономической географии и картографии, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет»
КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ИЗМЕНЕНИЯ ИНДИКАЦИОННЫХ СВОЙСТВ РАДИАЛЬНОГО ПРИРОСТА СОСНЫ ЛЕНТОЧНЫХ БОРОВ
Работа выполнена при поддержке фонда РФФИ (грант № 12-05-31202)
Аннотация. В статье представлен пространственный анализ изменения ширины годичных колец сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) ленточных боров Алтайского края c использованием картографического метода. Рассматривается возможность использования картографического метода для оценки индикационных свойств хронологий ленточных боров для проведения дендроклима-тических исследований.
Ключевые слова: дендроклиматология, ленточные боры, южный предел распространения древесной растительности, дендроиндикационные карты, геоинформационные системы.
N.V. Malysheva, Altai State University, Barnaul
E.V. Rygalov, Altai State University, Barnaul
CARTOGRAPHIC ANALYSIS FOR SPATIAL VARIATION OF THE INDICATIVE PROPERTIES
OF RADIAL GROWTH OF THE PINE BELT FOREST
Abstract. The paper presents the spatial analysis of the tree-rings width change in the pine belt forest of Altay Kray. Cartographical techniques was used for estimation the indicative propeties of chronology the pine belt forests and dendroclimatic researches.
Keywords: dendroclimatologу, pine belt forest, southern boundary of pine grow, dendroindication maps, geographic information systems.
Дендроклиматология, основываясь на зависимости древесного прироста от климатических условий, позволяет реконструировать динамику отдельных климатических факторов, оказывающих лимитирующее влияние на рост деревьев. На южной границе ареала древесных растений (лесостепная, степная зоны) таким фактором является увлажнение территории, в частности, количество осадков вегетационного периода. Восстановление режима осадков за длительный период по древесно-кольцевым сериям сопряжено с рядом трудностей. В этом случае картографический анализ (посредством геоинформационных систем - далее ГИС) помогает установить
наличие пространственных дендроклиматических зависимостей. Технологии ГИС позволяют не только систематизировать, визуализировать полученные результаты, а также выявлять пространственную взаимосвязь явлений. Синтез корреляционного и картографического анализа дает возможность провести количественно-качественную реконструкцию климатических показателей: не только во времени (ретроспективный прогноз), но и в пространстве (территориальный прогноз).
В ходе дендроклиматических исследований сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) ленточных боров Алтайского края, протягивающихся от южной лесостепи до сухой степи на юге Западной Сибири, заложена регулярная дендроклиматическая сеть [4] в четырех сосновых лентах и двух боровых массивах. Фактический материал исследования представлен 26 обобщенными хронологиями ширины годичных колец (таблица 1).
Таблица 1 - Характеристика древесно-кольцевых хронологий
Физ.-геогр. подзона [1] Южная лесостепь Умеренно- засушливая степь Засушливая степь Сухая степь
Боровая лента Названия хронологий (курсивом - сокращения)
Бурлинская (Алеусская) Подойниково(Ра[) Долганка (Dlg)
Кулундинская Шарчино (Sh) Ивановка (Iv) Завьялово (Zavl)
Касмалин-ская Павловск (Pvl) Ребриха (R) Буканское (Buk) Мамонтово (M) Гуселетово (Gsl) Малышев Лог (ML) Волчиха (W) Михайловское (Mh) Северка (S)
Барнауль-ская Барнаул (Barn) Черемное (Ch) Зимино (Zm) Боровское (Br) Андреевка (And) Токарево (T) Горькое-Перешеечное (GP) Угловские-97 (42U и 120U); Угловское (Ugl)
Боровые массивы Капустинка (Kp) Чупино (Chup)
Анализ позволил установить зональные проявления в изменении ширины прироста сосны ленточных боров при движении от зоны лесостепи к сухой степи, например, увеличение значений межсериальной корреляции (показатель РВДР [6]) (рисунок 1), что свидетельствует об усилении влияния лимитирующих климатических факторов на юго-западе. Пространственная картина связи представлена посредством изокорре-лят (линий, соединяющих точки с одинаковой корреляцией [5]).
Картографический метод позволяет также фиксировать пространственные изменения взаимосвязанных явлений. Используя коэффициент корреляции отдельных метеорологических показателей и древесно-кольцевых хронологий как основу картографирования, получаем корреляционные (дендроиндикационные) карты изучаемой территории.
Дендроклиматическая сеть представляет собой организованную совокупность дендрохронологических пунктов. Преобразование дискретных данных в непрерывное изображение на карте вводит понятие «статистическая поверхность» или «поле» [5], изображаемых чаще всего в форме карт изолиний. Допустимо считать поле дискретных объектов непрерывным в целях картографирования, что повышает образность
представления информации в пространстве. Для построения моделей пространственного распределения объектов на основе дискретно заданной информации используются методы пространственной интерполяции [3].
Рисунок 1 - Картосхема пространственного изменения межсериальной корреляции (показатель RBAR) хронологий ленточных боров
Существуют различные методы интерполяции данных, при этом стоит задача выбрать именно тот, который наиболее достоверно отражает изменение явления по территории (индикационная зависимость). Построение моделей поля связи прироста с климатическими показателями было выполнено в программах ArcView GIS 3.2 (подключаемый модуль 3D Analyst Version 1.0) и MapInfo 8.5 (подключаемый модуль 3D Viewer). Методом интерполяции был выбран IDW или ОВР (метод обратных взвешенных расстояний), суть которого в том, что чем ближе друг другу находятся точки данных, тем ближе их значения. Значение корреляции в каждой точке взвешивается в зависимости от квадрата расстояния, так что более близкие точки вносят больший вклад в определение интерполируемого значения по сравнению с более удаленными [2].
Были исследованы корреляционные связи одной хронологии со всеми метеостанциями, а также всех хронологий ленточных боров с одной метеостанцией. В первом случае оценивались индикационные свойства отдельных хронологий, их масштабность (т.е. размер территории, на которую возможно достоверное распространение результатов дендроиндикации). Во втором случае анализировалась выраженность удаленного климатического сигнала в хронологиях ленточных боров.
Для исследования индикационного потенциала отдельных участков ленточных боров были выбраны древесно-кольцевые серии сухой степи. Экстремальные условия
произрастания сосны делают хронологии более чувствительными к небольшим климатическим колебаниям. Поэтому древесно-кольцевые ряды могут содержать мезокли-матический сигнал. Так, на картосхеме (рисунок 2), в основу которой положены коэффициенты корреляции хронологии Михайловское и температуры мая метеостанций Алтайского края, расположенных в зонах степи и южной лесостепи, представлено пространственное изменение тесноты связи.
Рисунок 2 - Картосхема связи радиального прироста сосны в южной части ленточных боров со среднемесячной температурой мая по территории степи и южной лесостепи
Анализ картосхемы показывает, что индикационный потенциал хронологий в наибольшей степени сохраняется на территории, покрытой лесом. Это может косвенно свидетельствовать о влиянии ленточных боров на мезоклиматический режим. Падение связи зафиксировано на открытой территории, лишенной крупных лесных массивов. Максимум связи приходиться на сухостепную зону, характеризующуюся экстремальными климатическими условиями (Славгород-Кулунда-Ключи). Теснота связи уменьшается на восток, в этом же направлении происходит рост осадков и уменьшение кон-тинентальности климата.
Проявление в хронологиях удаленного мезоклиматического сигнала оценивалось по изокоррелятам, отражающим взаимосвязь всех хронологий с одной метеостанцией (рисунок 3).
На рисунке 3 представлена зависимость прироста сосны в разных частях ленточных боров от суммы осадков мая-июля по метеостанции Барнаул-агро. Тесные связи наблюдаются в лесостепной зоне, которые уменьшаются по мере продвижения на
Алтайского края
степную территорию. Это говорит о том, что данные по осадкам метеостанции Барнаул, единственной обладающей длительными рядами наблюдения (с 1838 года), можно достоверно интерполировать преимущественно на территорию лесостепи.
Рисунок 3 - Картосхема связи ряда осадков за период май-июль по метеостанции
Проблема верификации полученных результатов связана с недостаточным количеством точек наблюдения и неравномерностью их пространственного расположения. Сказывается и то, что изменение корреляции климатических показателей и прироста по территории ленточных боров не подчиняется строго зональному закону, отмечено влияние локальных факторов. Увеличить достоверность получаемых корреляционных карт поможет уплотнение сети как дендрохронологических, так и метеоданными.
Составление карт на основе корреляции рядов прироста и климатических данных позволяет ответить на вопрос о возможности территориального распространения результатов индикации в пространстве. Таким образом, с помощью дендроиндикаци-онных карт и картосхем можно проводить оценку пространственной репрезентативности древесно-кольцевых реконструкций.
Список литературы:
1. Алтайский край. Атлас. Т.1. - М., Барнаул: ГУГК, 1978. - 222 с.
2. ДеМерс Майкл Н. Географические Информационные Системы. Основы.: Пер. с англ. - М.: Дата+, 1999. - 507 с.
3. Лурье И.К. Основы геоинформационного картографирования: Учебное пособие. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. - 143 с.
100 К31йте1егг
Барнаул с хронологиями ленточных боров
4. Малышева Н.В., Быков Н.И. Дендрохронологические исследования ленточных боров юга Западной Сибири. Барнаул: Азбука, 2011. - 125 с.
5. Червяков В.А. Количественные методы в географии: учебное пособие. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 1998. - 259 с.
6. Cook E.R, Kairiukstis L. Methods of Dendrochronology: aplications in environmental sciences // Dordrecht, Boston, London: Kluwer Acad. Publ., 1990. - 394 p.
List of references:
1. Altai Kray. Atlas. V.I. - М., Barnaul: GUGK, 1978. - 222 p.
2. DeMers Michael N.. Fundamentals of geographic information systems. - М.: Data+, 1999. -
507 с.
3. Lur'e I.K. Fundamentals of geoinformational mapping. - М.: MSU, 2000. - 143 p.
4. Malycheva N.V., Bykov N.I. Dendrochronologic researches of pine belt forest of Southern Western Siberia. Barnaul: Azbuka, 2011. - 125 p.
5. Chervykov V.A. Quantitative methods in Geography. Barnaul: ASU, 1998. - 259p.
6. Cook E.R, Kairiukstis L. Methods of Dendrochronology: aplications in environmental sciences // Dordrecht, Boston, London: Kluwer Acad. Publ., 1990. - 394 p.
