CC BY
18УДК 57.045
Построение и анализ 1104-летней древесно-кольцевой хронологии Tarys для Алтае-Саянского региона (Юго-Восточная Тыва)
О.Ч. Ойдупааа*, В.В. Баринов6, В.Н. Сердобова, В.С. Мыглан6
а Тувинский государственный университет, Россия 667000, Кызыл, ул. Ленина, 36 б Сибирский федеральный университет, Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 1
Received 2.12.2011, received in revised form 9.12.2011, accepted 16.12.2011
Представлена и проанализирована новая 1104-летняя древесно-кольцевая хронология Tarys для Юго-Восточной Тывы (нагорье Сангилен). Материалом для построения хронологии послужила древесина с живых деревьев и остатки стволов лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.) на верхней границе леса (2200-2300 м над ур. м.). Анализ коэффициентов корреляции индексов прироста деревьев с данными метеостанций свидетельствует о преобладающем влиянии июнь-июльской температуры на изменчивость радиального прироста, что позволило выполнить реконструкцию изменений раннелетней температуры для Юго-Восточной Тывы за последние 800 лет.
Ключевые слова: верхняя граница леса, древесно-кольцевые хронологии, реконструкция летних температур, Юго-Восточная Тыва.
Введение
Текущие расчеты изменений климата планеты основываются на рядах инструментальных метеорологических данных и косвенных источниках климатической информации (ШГС, 2001, 2007). Для средних широт (бореальная зона Сибири) прошлые
* Corresponding author E-mail address: nalro@yandex.ru
1 © Siberian Federal University. All rights reserved
длительные изменения климата можно отследить по древесно-кольцевым хронологиям верхней границы распространения древесной растительности, где изменчивость прироста до 65 % определяется изменчивостью летней температуры (Шиятов, 1986; Овчинников и др., 2002; Ойдупаа и др., 2004;
др.). В то же время, в отличие от Субарктики, для которой выполнено значительное количество длительных палеоклиматических реконструкций (Ваганов и др., 1996; Hantemirov et al., 2002; Сидорова, Наурзбаев, 2002), для Алтае-Саянского региона их количество явно недостаточно. Созданы лишь единичные непрерывные древесно-кольцевые ряды протяженностью более тысячи лет: древеснокольцевая хронология по лиственнице сибирской (Larix sibirica Ldb) протяженностью 1093 и 1772 года для территории Горного Алтая (Овчинников и др., 2002; Мыглан и др., 2009), 1929-летняя древесно-кольцевая хронология по Западной Тыве (Мыглан и др., 2008) и хронология по сосне сибирской (Pinus sibirica Tour) длительностью 1738 лет для территории Северной Монголии (DArrigo et al., 2001). В этой связи представляло интерес получить длительную древесно-кольцевую хронологию по Юго-Восточной Тыве, исследовать климатические функции отклика прироста деревьев, оценить возможность использования древесно-кольцевой хронологии
для реконструкции региональных изменений климата.
Материалы и методы
Район сбора дендрохронологического материала расположен на юго-востоке Республики Тыва, на нагорье Сангилен (рис. 1). Резко континентальный климат, удаленность от крупных городов и промышленных центров, наличие остатков деревьев на верхней границе леса делают этот регион весьма перспективным для проведения дендрохронологических исследований. Основным материалом для исследования послужила древесина лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb), обладающая высокими индикационными свойствами (высокой чувствительностью прироста к изменению условий окружающей среды).
В ходе экспедиционных работ 2007 г. на верхней границе леса (на высоте 2000-2200 м над ур. м.) были заложены пробные участки (рис. 2). С живых деревьев брали керны, с сохранившихся выше по склону остатков стволов деревьев - спилы. По данным рас-
97 49 №•;
Рис. 1. Карта-схема района исследований. Звездочками показаны места сбора материала для хронологий Мо^ип, КИакап ^атаг (КК) и Та^
Рис. 2. Лиственница сибирская на верхней границе леса (слева) ивид на участок сбора образцов древесины (справа)
положенной рядом метеостанции Кунгуртуг (50°35' N, 97°31’ E, 1340 м над ур. м.), среднегодовая температура составляет минус 5 °С, продолжительность безморозного периода -45 дней. Количество выпадающих осадков составляет в среднем 328 мм в год, при этом на холодный период приходится минимум, а на летний - максимум осадков (около 65 %) (Справочник..., 1969; Севастьянов, 1998). На развитие растительного покрова наибольшее влияние оказывает горный рельеф, для этого района характерен высотный антици-клонический тип поясности (Поликарпов и др., 1986). Древесная растительность высокогорного пояса представлена редколесьем, образованным лиственницей сибирской, формирующей верхнюю границу леса на высоте 2200-2300 м. Сомкнутость древостоев не превышает 0,2, высота деревьев 5-8 м. В древо-стоях на верхней границе леса в качестве примеси встречается Pinus sibirica (Седельников, 1985; Маскаев и др., 1986).
Измерение ширины годичных колец было выполнено на полуавтоматической установке «LINTAB» (с точностью 0,01 мм). Датировка измеренных серий была выпол-
нена посредством сочетания графической перекрестной датировки (Douglass, 1919) и кросс-корреляционного анализа (в пакете специализированных программ для дендрох-ронологических исследований - DPL (Holms, 1983) и “TSAP V3.5” (Rinn, 1996)). С целью максимального сохранения в индексируемых рядах длительных климатических изменений возрастной тренд был удален классическим способом (Fritts, 1976) на основе использования негативной экспоненты и линейной регрессии в программе ARSTAN (Cook, Krusic, 2008). Оценка качества построенной хронологии выполнялась на основе применения традиционных дендрохронологических показателей - стандартного отклонения (характеризует амплитуду погодичной изменчивости прироста), EPS и RBAR. EPS характеризует чувствительность древесно-кольцевой хронологии к изменению внешних факторов (зависит от количества анализируемых образцов и дает оценку того, как конкретная ограниченная выборка отражает сигнал целой выборки (целой популяции или генеральной совокупности)), RBAR - среднее значение коэффициента корреляции между отдельными
древесно-кольцевыми сериями (Wigley еt al., 1984; Cook, Kairiukstis, 1990).
Для сопоставления индексов прироста с климатическими данными были привлечены ряды среднемесячных наблюдений за приземной температурой воздуха и осадками с наибо -лее близко расположенных к району исследования метеорологических станций: «Актру» (50°04' N, 87°46' E, 2150 м над ур. м., период наблюдений с 1957 по 1994 гг.), «Мугур-Аксы» (50°23'N, 90°26' E, 1850 м над ур. м., период наблюдений с 1963 по 2004 гг.), «Эрзин» (50°16'N, 95°07 E, 1100 м над ур. м., период наблюдений с 1949 по 2006 гг.), данные взяты с сайта www.meteo.ru. Произведено сравнение изменчивости прироста полученной нами хронологии с хронологиями для лиственницы сибирской Mongun (Западная Тыва, Мыглан и др., 2008) и Khalzan Khamar (Северная Монголия, Jacoby, et al., 2008; аббревиатура этой хронологии здесь и далее - KK).
Результаты и обсуждение
Общее число датированных индивидуальных серий прироста составило 68 шт.,
в том числе 14 шт. по живым деревьям, что позволило построить древесно-кольцевую хронологию по лиственнице ТагуБ длительностью 1104 года (с 904 по 2007 гг., рис. 3).
На рисунке хорошо видно, что снижение прироста приходится на следующие периоды: с начала XI до середины XII в. (по причине недостаточной обеспеченности образцами период до 1200 г. мало репрезентативен), с первого десятилетия до 20-х гг. XIV в., 80-90-е гг.
XIV в., 40-50-е гг. XV в., с 80-х гг. XVI в. до первого десятилетия XVII в., с 40-х гг. XVII в. до первого десятилетия XVIII в., 50-е гг.
XVIII в., затем следует сильное и длительное снижение прироста кедра с 90-х гг. XVIII в. до 90-х гг. XIX в. В XX в. снижение прироста наблюдается в 30-е и 70-е гг., но оно превышало среднюю многолетнюю норму. В абсолютном значении наиболее сильное снижение прироста происходило с 80-х гг. XVI в. до первого десятилетия XVII в. и с 90-х гг. XVIII в. до 90-х гг. XIX в., т.е. на начало и конец Малого ледникового периода. Данный вывод хорошо согласуется с динамикой гибели деревьев (рис. 4 С). Повышение прироста происходило
2,0
О Ці-----------1--------1--------1--------1---------1--------1--------г--------1---------1--------1----------1—
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
годи
Рис. 3. Древесно-кольцевая хронология Та^, стандартизированная негативної! экспонентой (серая кривая - погодичные колебания индексов прироста, черная - сглаженные 42-летним низкочастотным фильтром, горизонтальная линия - арифметическая средняя)
Рис. 4. Значения показателей RBAR (А) и EPS (B), сглаженные 25-летним шагом с окном в 50 лет, и наполненность (C) древесно-кольцевой хронологии Tarys
с 70-х гг. XII в. до 90-х гг. XIII в., в 60-70-е гг.
XIV в., 20-е гг. XV в., 60-70-е гг. XV в., 1020-е гг. XVI в., 60-70-е гг. XVI в., 10-30-е гг. XVII в., 20-30-е гг. XVIII в., 70-е гг. XVIII в., в начале XX в., 30-50-е гг. XX в., с 80-х гг. XX в. по настоящее время.
Сравнение построенной нами хронологии Тагу с длительными древесно-кольцевыми хронологиями Мо^ип (Западная Тыва) и КК (Северная Монголия) показало, что преобладают синхронные многолетние изменения индексов прироста, хотя в отдельные периоды наблюдались и асинхронные изменения (рис. 5, табл. 1). Одновременное снижение сглаженных индексов прироста наблюдалось в 80-90-х гг. XIV в., в первом десятилетии
XV в., 40-60-х гг. XV в., 80-90-х гг. XVI в., 50-х гг. XVII в., с 90-х гг. XVIII в. по 90-е гг.
XIX в. Общие периоды увеличения прироста наблюдались в 10-30-е гг. XV в., 50-60-е гг.
XVI в., 10-30-е гг. XVII в., 60-70-е гг. XVIII в.
Однако в отдельные периоды изменения индексов прироста лиственницы были противоположными. Например, если в хронологиях Мо^ип и Та^ снижение прироста происходило в конце XV - начале XVI и в начале
XVII в., то у хронологии КК в эти периоды наблюдался повышенный прирост. В 20-30-х гг. XVIII в. хронологии Мо^ип и Та^ показывают повышенный прирост, а в хронологии КК - пониженный. Другими словами, расхождения в основном наблюдаются с хронологией КК, что, вероятно, связано с тем, что она получена для более южного района.
Результаты анализа показали хорошую погодичную связь между древеснокольцевыми хронологиями Тагу и Мо^ип (находящейся на удалении 572 км), которая возрастает при анализе длительных кли-магической флуктуации. Между древеснокольцевыми хронологиями Тагу и КК, расположенными на удалении на 467 км, также
(||||!||| | I
чоо 1 ООО 1100 1200 13<ю 1400 1500 (Л00 17У0 1800 1900 2000
Рис. 5. Изменчивость индексов радиального прироста деревьев по древесно-кольцевым хронологиям А -Мо^ип, В - ТагуБ, С - КК. Серая кривая - погодичные колебания индексов прироста, черная кривая -сглаженные 42-летним низкочастотным фильтром, наклонная прямая - линия тренда за период с 1800 по 2000 гг.
Таблица 1. Погодичные и сглаженные 42-летним низкочастотным фильтром взаимные коэффициенты корреляции индексов прироста древесно-кольцевых хронологий Тагш, КК и Мо^ип
ТагуБ КК Мо^ип ТагуБ КК Мо^ип
Погодичные Сглаженные
ТагуБ 1,00 1,00
КК 0,30 1,00 0,34 1,00
Мо^ип 0,59 0,48 1,00 0,75 0,39 1,00
Примечание: объем выборки - 673 года.
имеется значимая связь между индексами годичного прироста, которая снижается при анализе низкочастотной составляющей. Тем не менее, полученные коэффициенты корреляции между древесно-кольцевыми хронологиями для Юго-Восточной Тывы, Западной Тывы и Северной Монголии, несмотря на значительную удаленность друг от друга, свидетельствуют о том, что хронологии содержат
общий климатического сигнал регионального масштаба.
Особо стоит отметить общий для всех рассматриваемых хронологий тренд - увеличение радиального прироста за два последних столетия. Это хорошо согласуется с тем, что большинство метеорологических станций, имеющих длительные ряды наблюдений в средних широтах Азии, также пока-
Таблица 2. Связь среднемесячных летних температур метеостанций «Актру», «Мугур-Аксы» и «Эрзин» с индексами прироста древесно-кольцевой хронологии ТагиБ
ДКХ Месяцы N
V VI VII VIII IX VI-VII
Актру Tarys std 0,34 0,59 0,06 0,00 0,00 0,54 27
Tarys res 0,37 0,42 0,05 0,05 0,04 0,38
Мугур-Аксы Tarys std 0,17 0,60 0,35 0,11 0,09 0,56 41
Tarys res 0,20 0,44 0,27 0,14 0,00 0,41
Эрзин Tarys std -0,02 0,62 0,44 0,22 0,11 0,64 57
Tarys res 0,13 0,47 0,31 0,20 0,17 0,47
Примечание: ДКХ - древесно-кольцевая хронология, N - объем выборки, Tarns std и Tarns res - стандартизированная хронология с помощью негативной экспоненты (std) и исключенной автокорреляционной составляющей (res) в программе ARSTAN.
зывают устойчивый положительный тренд средних годовых температур (Высоцкая и др., 2002). При этом если у хронологий ТагуБ и Мо^ип угол наклона линии тренда одинаков, то у хронологии КК этот тренд значительно более крутой, особенно в последние десятилетия.
Для оценки климатического отклика между приростом годичных колец деревьев и температурами летних месяцев были использованы ежемесячные данные наблюдений ближайших метеорологических станций (табл. 2). Исходя из показателей EPS и RBAR (рис. 4, А, В), древесно-кольцевая хронология ТагуБ пригодна для проведения климатических реконструкций с 1200 по 2007 гг. (величина EPS выше критерия значимости - 0,85) что в первую очередь связано с её хорошей наполненностью образцами после 1200 г. (рис. 4, С). Данные табл. 2 свидетельствуют, что наибольшее влияние на прирост годичных колец оказывает изменчивость температуры июня и июля (с преобладающим влиянием июньской). Вероятно, как и в северных широтах, продукция клеток древесины и ши-
рина годичного кольца в основном определяются климатическими условиями первой половины сезона роста, влияние температуры во второй половине июля на продукцию новых клеток годичного кольца практически не значимо (Ваганов, Шашкин, 2000). Полученные результаты хорошо согласуются с ранее полученными данными других исследователей по Алтае-Саянскому региону (D,Amgo et а1., 2001; Овчинников и др., 2002).
Путем вычисления регрессионной зависимости между хронологией ТагуБ с температурой июня и июля метеостанции «Эрзин» была выполнена реконструкция температуры этих месяцев за период с 1200 по 2007 гг. (рис. 6, А). С целью верификации полученной реконструкции хода этих температур они были сопоставлены с данными инструментальных наблюдений на метеостанции «Кош-Агач» (рис. 6, В). Коэффициент корреляции между инструментальными и реконструированными рядами температур составил 0,65 (р > 0,95, объем выборки 58 значений). Это свидетельствует о том, что полученная реконструкция изменчивости раннелетней темпе-
годы
Рис. 6. А - реконструированная температура воздуха за июнь-июль за последние 800 лет по данным метеостанции Эрзин. Серой линией показаны погодичные изменения температуры, черной кривой -сглаженный 40-летним фильтром ход температуры, пунктирными линиями - стандартное отклонение. В - изменчивость температуры воздуха (июня и июля) по данным инструментальных наблюдений на метеостанции «Кош-Агач» за 1940-2008 гг. (черная линия) и реконструированная температура по древесно-кольцевой хронологии Тагш (серая линия)
ратвры сходна с данными инструментальных наблюдений в исследуемом районе.
Заключение
Итогом проведенной работы стало построение новой тысячелетней высокогорной хронологии ТагуБ по лиственнице сибирской, пополнившей сеть дендрохронологических станций по Алтае-Саянскому региону и вносящей вклад в исследование климата циркумполярной области Северного полушария. Анализ коэффициентов корреляции индексов прироста деревьев с данными метеостанций свидетельствует о преобладающем влиянии
температуры июня и июля на изменчивость радиального прироста, что позволило выполнить реконструкцию изменений раннелетней температуры для Юго-Восточной Тывы за последние 800 лет. Сравнение построенной хронологии Taras с другими длительными древесно-кольцевыми хронологиями по Алтае-Саянскому региону свидетельствует
о том, что изменчивость прироста годичных колец отражает климатические изменения не только регионального масштаба, но и глобального (Малый ледниковый период, современное потепление), происходившие в Северном полушарии.
Работа выполнена при поддержке АВЦП№ 2.1.1/6131 и Гранта президента РФ № МК-1675.2011.6.
Список литературы
Ваганов Е.А., Шашкин А.В. (2000) Рост и структура роста годичных колец хвойных. Новосибирск: Наука, 232 с.
Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа В.С. (1996) Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике. Новосибирск: Наука, 244 с.
Высоцкая Е.С., Дмитриев А.И., Ноженкова Л.Ф., Шишов В.В. (2002) Пространственное распределение трендов климатических параметров (XX век). В: Основные закономерности глобальных и региональных изменений климата и природной среды в позднем кайнозое Сибири. Новосибирск: Наука, Вып. 1: 83-86.
Маскаев Ю.М., Намзалов Б.Б., Седельников В.П. (1985) Геоботаническое районирование. В: Растительный покров и естественные кормовые угодья Тувинской АССР. Новосибирск: Наука, 68-107.
Мыглан В.С., Овчинников Д.В., Ваганов Е.А., Быков Н.И., Герасимова О.В., Сидорова О.В., Силкин П.П. (2009) Построение 1772-летней древесно-кольцевой хронологии для территории республики Алтай. Известия РАН, Серия географическая 6: 70-77.
Мыглан В.С., Ойдупаа О.Ч., Кирдянов А.В., Ваганов Е.А. (2008) 1929-летняя древеснокольцевая хронология для Алтае-Саянского региона (Западная Тува). Археология, этнография и антропология Евразии 4: 25-32.
Овчинников Д.В., Панюшкина И.П., Адаменко М.Ф. (2002) Тысячелетняя древеснокольцевая хронология лиственницы Горного Алтая и ее использование для реконструкции летней температуры. География и природные ресурсы 1: 102-108.
Ойдупаа О.Ч., Ваганов Е.А., Наурзбаев М.М. (2004) Длительные изменения летней температуры и радиальный прирост лиственницы на верхней границе леса в Алтае-Саянской горной стране. Лесоведение 6: 14-24.
Поликарпов Н.П., Чебакова Н.М., Назимова Д.И. (1986) Климат и горные леса Южной Сибири. Новосибирск: Наука, 226 с.
Севастьянов В.В. (1998) Климат высокогорных районов Алтая и Саян. Томск: Из-во ТПУ, 202 с.
Седельников В.П. (1985) Растительность высокогорий. В: Растительный покров и естественные кормовые угодья Тувинской АССР. Новосибирск: Наука, 68-107.
Сидорова О.В., Наурзбаев М.М. (2002) Реакция на климатические изменения лиственницы Каяндера на верхней границе леса и в долине реки Индигирка. Лесоведение 2: 73-75.
Температура воздуха и почвы. (1969) Справочник по климату СССР 21. Л.: Гидрометеоиз-дат, 380 с.
Шиятов С.Г. (1986) Дендрохронология верхней границы леса на Урале. М.: Наука, 136 с.
Cook E.R., Kairiukstis L. (1990) Methods of Dendrochronology: applications in environmental sciences. Dordrecht; Boston; L.: Kluwer Acad. Publ., 394 p.
D’Arrigo R., Jacoby G., Pederson N., Cook E., Buckley B., Nachin B., Mijiddorj R., Dugarjav C. (2001) 1728 year of Mongolian temperature variability inferred from a tree ring width chronology of Siberian pine. Geoph. Res. Lett. 28: 543-546.
Douglass A.E. (1919) Climatic cycles and tree-growth. A study of the annual rings of trees in relation to climate and solar activity. Washington: Carnegie Inst. Vol. 1, 127 p.
Fritts H.C. (1976) Tree-rings and climate. London: Academic Press, 567 p.
Hantemirov R.M., Shiyatov S.G. (2002) A continuous multi millennial ring width chronology from Yamal, northwestern Siberia. Holocene 12: 717-726.
Holmes R.L. (1983) Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement. Tree-ring Bulletin 44: 69-75.
Jacoby G.C., D’Arrigo R., Pederson N. Khalzan Khamar (2008) MONG009, Mongolia. 2008: (Electronic resource). http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/treering.html.
IPCC 2001 Climate Change 2001. (2001) The Scientific Basis, Contribution of Working Group
I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 944 p.
IPCC 2007 Climate Change 2007. (2007) Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 996 p.
Rinn F. (1996) TSAP V 3.6 Reference manual: computer program for tree-ring analysis and presentation. Heidelberg, 263 p.
Wigley T.M.L., Briffa K.R., Jones P.D. (1984) On the average value of correlated time series, with applications in dendroclimatology and hydrometeorology. Journal of Climate and Applied Meteorology 23: 201-213.
Construction and Analysis of 1104-year Tree-ring Chronology Tarys the Altai-Sayan Region (South-eastern Tuva)
O.Ch. Oydupaaa, V.V. Barinovb, V.N. Serdobova and Vladimir S. Myglanb
a Tuvan State University 36 Lenin st., Kyzyl, 667000 Russia b Siberian Federal University 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041 Russia
We present a new 1104-year tree-ring chronology for south-eastern Tuva. The chronology was built based on larch samples (Larix sibirica Ldb.) of living trees and rests of the trunks from the upper timberline (2200-2300 m). Correlation coefficient analyses between tree-ring indices and weather station data revealed prevailing influence of June-July air temperature on tree growth variability. This allow to obtained summer temperature reconstruction for south-eastern Tuva during the last 800 years.
Keywords: South-eastern Tuva, tree-ring chronologies, summer temperatures reconstruction.
