Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Построение длительных древесно-кольцевых хронологий на верхней границе леса в разных регионах земного шара 9
1.1. Северная Америка 11
1.2. Африка 14
1.3 Европа 15
1.4. Азия 17
1.5. Россия и ближнее Зарубежье 19
1.5.1. Алтае-Саянский регион 22
Глава 2. Материалы и методы 29
2.1 Природные условия района исследования 29
2.2 Описание участков отбора дендрохронологического материала 35
2.3 Методика сбора и обработки образцов 41
2.4 Характеристика метеостанций и древесно-кольцевых хронологий, привлеченных в работе 47
Глава 3. Оценка потенциала участков для построения длительных температурочувствительных древесно-кольцевых хронологий в Республике Тыва 51
3.1 Описание и количественные характеристики сети древесно-кольцевых хронологий 52
3.2 Пригодность древесно-кольцевых хронологий для выполнения климатических реконструкций 55
3.3 Оценка региональной составляющей в приросте древесно-кольцевых хронологий 59
Глава 4. Построение тысячелетних древесно-кольцевых хронологий в Республике Тыва 62
4.1 Построение древесно-кольцевых хронологий по западной части Республики Тыва 62
4.1.1 2930-летняя древесно-кольцевая хронология Mongun 62
4.1.2 1452-летняя древесно-кольцевая хронология Kolchan 68
4.1.3 Анализ изменчивости прироста у тысячелетних древесно-кольцевых хронологий в западной части Республики Тыва 70
4.2 Построение древесно-кольцевых хронологий по восточной части Республики Тыва 72
4.2.1 1394-летняя древесно-кольцевая хронология Kungur 75
4.2.2 1112-летняя древесно-кольцевая хронология Taris 78
4.2.3 Анализ изменчивости прироста у тысячелетних древесно-кольцевых хронологий в восточной части Республики Тыва 79
4.2.3.1 Построение 1395-летней обобщенной древесно-кольцевой хронологии Kunguraris (KT) по восточной части Республики Тыва 82
4.3 Анализ погодичной и вековой изменчивости в Республике Тыва и сопредельных территориях .82
Глава 5. Реконструкция климата в Республике Тыва за два последних тысячелетия 91
5.1 Реконструкция июнь-июльских температур за период с 10 г. до н.э. по 2016 г. н.э. по данным древесно-кольцевой хронологии Mongun для западной части Республики Тыва 91
5.2 Реконструкция июнь-июльских температур за период с 805 по 2016 г. н.э. по данным древесно-кольцевой хронологии KT для восточной части Республики Тыва 97
5.3 Сравнительный анализ летних температур в Республике Тыва и сопредельных территориях 103
5.4 Перспективы и потенциал проведения дальнейших исследований 110
Заключение 113
Список литературы 115
Приложение 131
- Алтае-Саянский регион
- Пригодность древесно-кольцевых хронологий для выполнения климатических реконструкций
- Анализ погодичной и вековой изменчивости в Республике Тыва и сопредельных территориях
- Сравнительный анализ летних температур в Республике Тыва и сопредельных территориях
Алтае-Саянский регион
Общее состояние вопроса. В Алтае-Саянском регионе начало дендроклиматических исследованиям было положено М.А. Душкиным, он исследовал годичные кольца лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.) и сосны сибирской (Pinus sibirica Du Tour), произрастающих в долине р. Актру с целью изучения изменений климата и активности ледников Алтая [Душкин, 1965]. Позднее прирост лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.) на верхнем пределе произрастания в Республике Алтай стали изучать М.Ф. Адаменко и А.А. Сюбаев. По деревьям с Курайского, Айгулакского, Северо-Чуйского, Сумультинского и Коргонского хребтов была построена 682 (1300–1982 гг.) летняя хронология годичных колец (по ширине). На ее основе проведена реконструкция температур летних месяцев по данным метеостанций Ак-Кем и Актру [Адаменко, Сюбаев, 1977; Адаменко, 1978, 1985, 1986]. Н.И. Быков, А.Ю. Бочаров, В.Н. Воробьев, О.В. Хуторной, Ю.К. Нарожный, Е.Е. Тимошок, И.Н. Росновский, В.В. Давыдов, Е.Н. Пац, С.В. Бокша, Е.Н. Кособуцкая, С.А. Николаева, Д.А. Савчук изучали дендрохронологические характеристики лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.), ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) и сосны сибирской (Pinus sibirica Du Tour), произрастающих в районе с. Кош-Агач, на Семинском перевале и на верхней части горно-лесного пояса Северо-Чуйского хребта Центрального Алтая. Они рассматривали влияние различных факторов (биогеоценотических, эдафических, климатических) на динамику прироста по радиусу и площади поперечного сечения ствола. Ими установлено, как прямое (раннелетняя температура), так и косвенное (благодаря охлаждающему влиянию ледников) воздействие климатических факторов на прирост деревьев [Воробьев и др., 1998, 2001, 2002; Воробьев, Бочаров, 2000; Бочаров, 2009; Николаева и др., 2015].
Д.В. Овчинниковым с соавторами проведено масштабное дендрохронологическое исследование в Горном Алтае [Овчинников, Ваганов, 1999; Панюшкина, Овчинников, 1999; Панюшкина и др., 2000; Овчинников и др., 2002; Овчинников, 2002а, б, 2004]. Образцы с лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.) отбирались на Семинском, Коргонском, Каиунском, Теректинском, Северо-Чуйском, Курайском и Айгулакском хребтах на различной высоте. В результате, была построена древесно-кольцевая хронология по максимальной плотности древесных колец, что позволило реконструировать баланс массы и абляции ледника Малый Актру за период с 1800 по 1994 гг.
Исследователи из Санкт-Петербургского университета провели дендроклиматические исследования на территории Республик Алтай и Тыва. М.В. Сыромятиной и соавторами выполнена хронология максимальной плотности древесных колец деревьев на верхнем пределе произрастания в Центральном Алтае и реконструкция среднелетней приземной температуры воздуха с 1581–1994 гг. [Чистяков и др., 1994; Чистяков, 1998; Чистяков, Селиверстов, 1999]. На горных территориях Юго-Западной Тувы (горный массив Монгун-Тайга) и Северо-Западной Монголии (Монгольский Алтай) в 2012–2014 гг. были проведены дендрохронологические исследования, в результате которых были получены две региональные древесно-кольцевые хронологии для верхней и нижней границ леса. Для верхней границе леса была выполнена реконструкция температуры приземного слоя воздуха летних месяцев по данным метеостанции Тээли с 1715 г. и выявлены основные климатические тенденции, соответствующие климатическим периодам за последние 300 летний период. По нижней границе леса (дкх показала статистически значимую корреляцию с гидрологическими параметрами) выполнена реконструкция расхода воды по данным гидрологического поста Буянт-Дэлуун с 1474 г. [Муханова и др., 2016]. Таким образом, территория Горного Алтая довольно хорошо охвачена дендрохронологическими исследованиями. Для горных районов Республики Тыва дендрохронологических исследований проведено намного меньше.
Следует отметить работу О.Ч. Ойдупаа и др. [2004], в которой построены четыре хронологии по ширине годичного кольца по лиственнице сибирской (Larix sibirica Ldb.) с трех участков расположенных в Республике Тыва на Западно-Саянском хребте, нагорье Сангилен, хребте Восточный Танну-Ола и с одного в горном Алтае на Южном макросклоне Курайского хребта. Это позволило по обобщенной Алтае-Саянской древесно-кольцевой хронологии выполнить реконструкцию температур июня-июля за последние 300 лет.
Особое значение для понимания процессов, происходящих на верхней границе леса, имеет работа В.И. Харука по динамике верхней границе леса в Алтае-Саянском регионе [Kharuk et al., 2017].
В Алтае-Саянском регионе помимо построения хронологий по такому параметру, как ширина годичного кольца используют другие параметры (плотность годичных колец, клеточная структура, изотопный состав и др.).
О.В. Сидоровой и соавторами проведена работа по кернам лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.) с западной части Республики Тыва (горный массив Монгун-Тайга). По образцам были измерены ширина и плотность годичных колец, исследована клеточная структура, проведены изотопные измерения (13С/12С, 18О/16О). У хронологий по ширине годичных колец и содержания в них изотопов 13С была выявлена связь с температурой июля и реконструкциями температуры, котоые были получены по ледовым кернам с г. Белуха и осадочным отложениям Телецкого озера [Sidorova et al., 2012].
Особенностью данного региона является тот факт, что дендрохронологические данные часто привлекаются при выполнении гляциологических работ [Кравцова, 1971; Ревякин, Кравцова, 1977; Ревякин, 1981; Сурнаков, 1985; Королева, 1997]. В настоящее время изучением нивально-гляциальных систем в Республике Алтай с использованием дендрохронологических методов занимаются Н.И. Быков [1994, 1997, 1998, 2000] и Агатова [2014]. Они исследовали различные характеристики снежного покрова и режима ледников, наледные и лавинные процессы, циркуляционные условия холодного периода при применении дендроиндикационных методов.
Длительные древесно-кольцевые хронологии. Алтае-Саянский регион является перспективным для построения длительных (тысячелетних) древесно-кольцевых хронологий. Однако до недавнего времени, существующие древесно-кольцевые хронологии и реконструкции изменения летней температуры не выходили за пределы последнего тысячелетия. В настоящее время построенные непрерывные древесно-кольцевые хронологии длительностью тысяча лет и более располагаются неравномерно и разрознено по территории Алтае-Саянского региона (рисунок 1.5).
Для территории Горного Алтая по лиственнице сибирской (Larix sibirica Ldb.) построена древесно-кольцевая хронология протяженностью 1105 лет [Овчинников и др., 2002]. Образцы для этой дкх отбирались на верхней границе леса Северо-Чуйского и Курайского хребтов Юго-Восточного Алтая. Корреляционный анализ показал, что ведущим фактором изменчивости прироста на данном участке является температура июня-июля.
Для территории Республики Алтай (Северо-Чуйский хребет) по лиственнице сибирской (Larix sibirica Ldb.) построена древесно-кольцевая хронология длительностью 1896 лет. Образцы отбирались на верхней границы леса долины р. Джело на высоте 2300 м н.у.м. с живых деревьев и остатков стволов деревьев. Построенная дкх отражает основные климатические изменения происходящие в Северном полушарии за два последних тысячелетия: Late Antique Little Ice Age (LALIA, позднеантичный малый ледниковый период), Medieval climate anomaly (средневековое потепление), Little Ice Age (малый ледниковый период), Recent warming (современное потепление) и согласуется с палео-климатическими данными. На ее основе проведена реконструкция изменчивости приземной температуры воздуха летних месяцев за последние 1500 лет [Мыглан и др., 2009, 2012].
По сосне сибирской (Pinus sibirica Du Tour) построена 1241-летняя древесно-кольцевая хронология Актру-Корумду-Маашей, охватывающая территорию Северо-Чуйского хребта. Построенная хронология отражает важнейшие климатические события последнего тысячелетия: похолодания во второй половине XV в., начале XVIII в., первой половине XIX в. Это подтверждает пригодность дкх для палео-температурных реконструкций [Назаров, Мыглан, 2012].
Для центрального и восточного Алтая по лиственнице сибирской (Larix sibirica Ldb.) на верхней границе леса построено две древесно-кольцевые хронологии длительностью более тысячи лет: Tara (с 795 по 2011 гг., Южно-Чуйский хребет) и Koksu (д с 588 по 2011 гг., Катунский хребет). Проведенный расчет функции отклика показал, что воздействие на прирост дкх Koksu оказывают температуры июня–июля, а дкх Tara – только июня. Хронология Koksu имеет устойчивоую и значимую связь с рядами метеостанций, расположенных в Северной Монголии и Китае, т. о. она отражает изменчивость раннелетней температуры регионального масштаба. Дкх Tara является менее чувствительной к изменению летних температур [Мыглан и др., 2015].
Для Горного Алтая построена обобщенная древесно-кольцевая хронология и проведена климатическая реконструкция температур июня–июля–августа длительностью 1907 лет [Bntgen et al., 2016]. Было выявлено, что реконструируемые температуры сопоставимы с реконструкцией температур из Европейских Альп.
Для территории западной части Республики Тыва по лиственнице сибирской (Larix sibirica Ldb.) построена 2367-летняя древесно-кольцевая хронология Mongun. Образцы отбирались с произрастающих деревьев и остатков палеодревесины (полупогребенной на дневной поверхности) на верхней границы леса (2300 м н. у. м.) из горного массива Монгун-Тайга. Хронология древесных колец Mongun отражает основные изменения климата Евразии: LALIA (похолодание VI в.), Medieval climate anomaly (средневековое потепление), Little Ice Age (малый ледниковый период), Recent warming (современное потепление) и хорошо согласуется с палеоклиматическими данными. Расчет функции отклика между индексами прироста дкх и инструментальными данными метерологических станций позволил выполнить реконструкцию изменчивости приземной температуры воздуха июня–июля за 2000 лет. Данная хронология содержит климатический сигнал регионального масштаба и может быть использована для определения календарного времени сооружения памятников Алтае-Саянского региона [Мыглан и др., 2012].
Пригодность древесно-кольцевых хронологий для выполнения климатических реконструкций
Для оценки климатического сигнала, содержащегося в построенных хронологиях ширины годичных колец, были рассчитаны коэффициенты корреляции с инструментальными рядами измерений приземной температуры воздуха (таблица 3.2). Расчет коэффициентов корреляции между анализируемыми дкх и среднемесячным количеством осадков показал, что связь незначима или слабая, поэтому этот аспект в работе не рассматривается.
Анализ коэффициентов корреляции (Пирсона) с данными алтайских метеостанций Ак-кем и Кош-Агач выявил, что у всех древесно-кольцевых хронологий фиксируется значимая связь с температурами июня, у дкх Mongun, Derzik, Kungur – июля. Анализ коэффициентов корреляции с данными тывинских метеостанций Сосновка и Эрзин показал, что почти у всех дкх фиксируется значимая связь с температурой июня и июля (за исключением дкх Kolchan). Таким образом, оценка связи дкх с рядами среднемесячных наблюдений за приземной температурой воздуха показала, что основное влияние на изменчивость радиального прироста деревьев оказывают температуры июня – июля, при преобладающем значении температур июня. У метеостанции Ак-Кем самые высокие коэффициенты корреляции с температурами июня–июля отмечаются с хронологией Mongun (0.64), у метеостанции Сосновка с дкх Tan (0.74) и Derzik (0.72), у метеостанции Эрзин с хронологиями Derzik (0.72) и Taris (0.60). Следовательно, продукция клеток древесины и ширина годичного кольца в основном определяется термическими условиями первой половины сезона роста. На общем фоне выделяется дкх Derzik, которая имеет значимую и устойчивую связь с температурами с мая по август, при решающем вкладе июнь-июльских температур (таблица 3.2). Самые низкие коэффициенты корреляции с данными метеостанций показывает хронология Kolchan. Это связано с расположением пробной площади на склоне южной экспозиции, что с большой вероятностью приводит к ослаблению (или смене) в отдельные периоды действия лимитирующего фактора – температуры.
Оценка согласованности прироста дкх на разных участках выполнялась путем расчета коэффициентов корреляции (таблица 3.3). Результаты анализа показали, что наиболее высокие коэффициенты корреляции фиксируются как у дкх, расположенных рядом друг с другом – Mongun и Kolchan, Tan и Derzik, Kungur и Taris, так и наиболее удаленных – Mongun с Kungur и Taris. Наиболее низкие коэффициенты корреляции отмечаются у дкх Kolchan и Tan (вероятно, это связано с тем, что оба этих участка находятся в центральной части Тывы и подвержены аридному влиянию со стороны Убсунурской котловины [Pederson et al., 2014]).
Графический анализ погодичной изменчивости прироста за последние 258 лет на шести участках показал хорошую согласованность общего хода кривых (рисунок 3.3). При сопоставлении внутривековых изменений наблюдается ряд рассогласований. Падение прироста у лиственницы сибирской на периоде 740–1750 гг., прослеживающееся на хронологиях Mongun, Kolchan, Kungur и Taris, не выражено у дкх Tan и находится в противофазе у дкх Derzik (рисунок 3.3). В период с 1784 по 1895 гг. стоит отметить более выраженное по сравнению с остальными древесно-кольцевыми хронологиями, падение значений прироста у лиственницы сибирской в дкх Taris (рисунок 3.3). В рамках дискуссии о повышении средней глобальной температуры приповерхностного слоя воздуха [IPCC, 2014] особый интерес вызывает поведение прироста дкх в Республике Тыва за последнее столетие. Из представленных на рисунке 3.3 данных видно, что начиная с 1920 г. дкх Mongun, Kolchan, Kungur, Taris характеризуются ростом значений индексов прироста (у дкх Центральной части Тывы Tan и Derzik отмечается отставание в 10–15 лет), которое у всех дкх заканчивается одновременно во второй половине 50 гг. ХХ в. Далее идет общее снижение прироста с двумя выраженными падениями в 1959–1970 и 1980–1995 гг. Тренд изменения индексов прироста был рассчитан для периода с 1950 по 2012 гг. Во второй половине ХХ начале XXI вв. у дкх Mongun, Derzik, Kungur, Taris наблюдается положительный тренд, связанный с ростом значений индексов прироста, в то время как у дкх Kolchan и Tan увеличение значений прироста не просматривается (рисунок 3.3).
Таким образом, наблюдается следующая закономерность – общий климатический сигнал сохраняется в наиболее удаленных высокогорных районах (дкх Mongun, Derzik, Kungur и Taris) и ослабевает в центральной части Тывы (дкх Kolchan и Tan) под действием других факторов (в первую очередь орографических, микролокальных и др.).
Анализ коэффициентов корреляции индексов прироста построенных древесно-кольцевых хронологий с инструментальными рядами измерений приземной температуры воздуха показал, что основное влияние на изменчивость радиального прироста деревьев оказывают температуры июня–июля, при преобладающем влиянии температур июня, что согласуется с результатами других исследователей [Овчинников и др., 2002; Ойдупаа и др., 2004]. Следовательно, продукция клеток древесины и ширина годичного кольца в основном определяется термическими условиями первой половины сезона роста. Подобная связь указывает на то, что на верхней границе леса, как и на северном пределе распространения, деревья находятся под преобладающим контролем единого лимитирующего фактора [Шиятов и др., 2000]. Самые низкие коэффициенты корреляции с данными метеостанций показывает дкх Kolchan. Это связано с расположением пробной площади на склоне южной экспозиции, что с большой вероятностью приводит к ослаблению (или смене) в отдельные периоды действия лимитирующего фактора – температуры.
Оценка согласованности прироста демонстрирует, что наибольшие коэффициенты корреляции между участками, расположенными рядом друг с другом – Mongun и Kolchan, Tan и Derzik, Kungur и Taris и наиболее удаленными – Mongun с Kungur и Taris. Наиболее низкие коэффициенты корреляции отмечаются у дкх Kolchan и Tan (оба этих участка находятся в центральной части Тувы и по причине незащищенности естественными преградами (горными хребтами) подвержены аридному влиянию со стороны Монголии [Pederson et al., 2014]). Во второй половине ХХ в. фиксируется расхождение во внутривековой изменчивости: положительный тренд, отмечаемый у дкх Mongun, Derzik, Kungur, Taris, не прослеживается у дкх участков Kolchan и Tan, расположенных в центральной части Тывы. Проведенный анализ позволил установить закономерность: общий сигнал сохраняется в наиболее удаленных высокогорных районах (дкх Mongun, Derzik, Kungur, и Taris) и ослабевает в центральной части Тывы (дкх Kolchan и Tan).
Анализ погодичной и вековой изменчивости в Республике Тыва и сопредельных территориях
Итогом работы по построению длительных хронологий стали две тысячилетние древесно-кольцевые хронологии для западной (Mongun) и восточной (KT) частей Республики Тыва.
Для выявления насколько древесно-кольцевые хронологии для западной (Mongun) и восточной (KT) частей отражают общий сигнал для территории Республики Тыва и согласуются между собой, было выполнено графическое сопоставление прироста дкх (рисунок 4.10Б), рассчитаны коэффициенты корреляции (Пирсона) и скользящие коэффициенты корреляции с окном 25 и шагом 5 лет для изменчивости прироста на общем периоде с 805 по 2016 гг., где EPS0.85 (таблица 4.1; рисунок 4.10 А). Окно в 25 лет было выбрано потому что, согласно определению, климат – это многолетний режим погоды, типичный в выбранном районе исследования. Он выражается в закономерной смене характерных для этой местности типов погоды. Чтобы сделать выводы об особенностях климата, необходимы многолетние ряды наблюдений за погодой. В умеренных широтах пользуются 25–50-летними трендами [Берг, 1938; Курс климатологии…, 1952; Михеев, 2009].
Расчет коэффициентов корреляции показал, что прирост у дкх Mongun и KT имеет значимую связь (0.62), а при сглаживании 22-летним низкочастотным фильтром коэффициент корреляции возрастает до 0.85.
Несмотря на хорошую согласованность прироста, выделяется три периода падений коэффициентов корреляции: 1100–1134, 1210–1244, 1340–1369 гг., которые согласуются с расхождением в изменчивости прироста (в выделенные периоды прирост у дкх Mongun и KT не согласован) (рисунок 4.10). Вероятно, это связано с локальными отличиями в приросте, из этого следует, что в прошлом существовали достаточно длительные периоды ( 30 лет), когда внешние условия для произрастания древесной растительности в западной и восточной Тыве были различны.
Сопоставление дкх Mongun и KT показало, что увеличение индексов прироста приходится на периоды: 840–1175, 1940–2016 гг., которые соотносятся с Medieval climate anomaly (средневековым оптимумом, 800–1200 гг. н. э.) и Recent warming (современным потеплением, 1961–2016 гг. н. э.), соответственно. По обеим древесно-кольцевым хронологиям выделяются общий неблагоприятный для произрастания древесной растительности период: 1590–1890 гг., который соотносится с Little Ice Age (малым ледниковым периодом, 1300–1850 гг.) (рисунок 4.11).
Анализ минимумов прироста (значения, выходящие за два стандартных отклонения) показал наличие двух общих дат: 1813 и 1884 гг. (рисунок 4.11; приложение, таблица 1). Эти даты совпадают с датами экстремальных климатических событий, выявленных по аномалиям структуры годичных колец, как в Тыве [Баринов и др., 2015], так и на Алтае, и являются следствием крупных межрегиональных экстремальных климатических событий [Баринов и др., 2017]. Анализ максимумов прироста в дкх Mongun и KT выявил семь дат: 880, 881, 882, 1049, 1431, 1946 и 2004 гг. (рисунок 4.11; приложение, таблица 1). Таким образом, проведенный анализ позволил установить, несмотря на то, что в хронологиях наблюдаются различия в погодичных минимумах и максимумах прироста, что длительные колебания в приросте изменяются синхронно.
Проведенный анализ древесно-кольцевых хронологий Mongun и KT показал, несмотря на значительную удаленность хронологий годичных колец по широте (525 км), общая реакция у деревьев, произрастающих на верхней границе леса в западной и восточной частях Тывы, на внешний климатический сигнал сохраняется. В приросте отмечаются локальные отличия, не влияющие на общую согласованность дкх для данной территории (рисунок 4.10, 4.11).
Общая изменчивость прироста дкх в Республике Тыва и сопредельных территориях
Для оценки, насколько прирост древесно-кольцевых хронологий Mongun и KT отражает общий региональный сигнал, они были сопоставлены с тысячелетними дкх для сопредельных территорий: Республика Алтай (дкх Jelo, Tara) и Монголия (Solongotyin Davaa (SD), Ondor Zuun Nuruu (OZN)) (рисунок 4.12, таблица 4.1).
Анализ погодичных значений индексов прироста дкх Mongun и KT показал, что они хорошо коррелируют с дкх по сопредельным территориям (значения коэффициентов корреляции составляют 0.42–0.75, таблица 4.2). Высокие значения коэффициентов корреляции между дкх Mongun и Jelo (0.75), Mongun и Tara (0.66), KT и OZN (0.70) объясняются тем, что данные хронологии расположены достаточно близко друг от друга (145–235 км). Как правило, с увеличением расстояния между древесно-кольцевыми хронологиями коэффициенты корреляции снижаются. Так, например, ее высокие значения корреляции фиксируются у дкх KT и Jelo (0.56), удаленными на 685 км, KT и Tara (0.50), удаленными на 660 км, Mongun и SD (0.42), удаленными на 720 км. Логично предположить, что при увеличении расстояния между дкх усиливаются различия в локальных условиях произрастания, что приводит к уменьшению значений коэффициентов корреляции. Однако в нашем случае есть исключения: так, высокие значения коэффициентов корреляции (0.65) фиксируются между хронологиями Mongun и OZN удаленными друг от друга на 650 км и низкие значения (0.43) между дкх KT и SD, расположенными на удалении 255 км.
Результаты анализа прироста хронологии годичных колец деревьев, сглаженных 22-летним низкочастотным фильтром показали, что у дкх Mongun происходит ослабление связи с древесно-кольцевыми хронологиями Jelo, Tara, расположенными западнее нее и усиление связи с дкх KT, SD, OZN, расположенными восточнее. Иная ситуация наблюдается с древесно-кольцевой хронологией KT, у которой происходит усиление связи с хронологиями Jelo, Tara, Mongun, SD, OZN (таблица 4.2).
Графическое сравнение изменчивости прироста древесно-кольцевых хронологий Mongun и KT с дкх Jelo, Tara, SD и OZN на общем периоде с 1100 по 1999 гг. (рисунок 4.13) показало, что у всех дкх отмечаются сильные падения прироста, приходящиеся на одни и те же годы: с 1256 по 1275 гг., с 1287 по 1302 гг., с 1582 по 1606 гг., с 1688 по 1706 гг., с 1745 по 1760 гг. Однако, несмотря на общую согласованность хода кривых в отдельные периоды, отмечается ряд расхождений (рисунок 4.13). Так, падение прироста 1287–1302-х гг., наиболее выраженное у дкх SD, слабо выражено у других хронологий (рисунок 4.13). В период с 1197 по 1214 гг. снижение прироста у дкх Mongun, KT, SD и OZN (Тыва и Монголия) находится в противофазе с дкх Jelo, Tara (Алтай); с 1526 по 1540 гг. снижение индексов прироста у хронологий Jelo, Tara, Mongun, KT, OZN находится в противофазе с дкх SD. Если в первой половине XV в. у дкх Jelo, Mogun, KT, SD и OZN происходит подъем, то у дкх Tara наблюдается падение прироста; в период с конца XVIII по первую половину XIX в. у дкх Jelo, Mogun, KT и OZN наблюдается снижение прироста, а у дкх Tara и SD оно приходится на середину XIX в. Различия в поведении кривых прироста прослеживаются и в конце XX – начале XXI в., у хронологий Jelo, Mogun, KT, SD и OZN отмечается положительный тренд на увеличение прироста (рисунок 4.13), что хорошо согласуется с результатами, полученным по высокогорным районам Китая [Zhang et al., 2014]. В то же время у хронологии Tara наблюдается тренд на снижение прироста (рисунок 4.13), что наблюдается и по данным Овчинникова (2002). Учитывая, что данный участок расположен на территории, испытывающей недостаток осадков, эту тенденцию можно соотнести с трендом на снижение количества осадков, характерным для Северной Монголии [Pederson et al., 2014].
Анализ построенных и привлеченных длительных древесно-кольцевых хронологий позволил выделить периоды улучшения и ухудшения условий произрастания древесной растительности на верхней границе леса, которые приходятся на: 536–650, 840–1175, 1590– 1890, 1940–1999 гг. Они хорошо соотносятся с периодами потепления и похолодания: LALIA (позднеантичный малый ледниковый период, 536–660 гг.), Medieval climate anomaly (средневековый оптимум, 800–1200 гг. н. э.), Little Ice Age (малый ледниковый период, 1300– 1850 гг.), Recent warming (современное потепление, 1961–2016 гг.) [Buntgen et al., 2016].
Для того чтобы понять влияние периодов потепления и похолодания на согласованность прироста, были рассчитаны коэффициенты корреляции и детерминации (таблица 4.3). Проведенный анализ показал, что ослабление в согласовании прироста наблюдается в периоды потепления, а усиление в периоды похолодания (таблица 4.3). Проведенный анализ подтверждает тот факт, что у всех высокогорных древесно-кольцевых хронологий лимитирующем фактором является температура.
Сравнительный анализ летних температур в Республике Тыва и сопредельных территориях
С целью верификации полученных реконструкций были привлечены реконструкции температур воздуха летних месяцев по сопредельным территориям: Российскому Алтаю (реконструкция температур июня–июля–августа [Buntgen et al., 2016]) и Монгольскому Алтаю (реконструкция температур июня–июля [Davi et al., 2015]) (рисунок 5.11, таблица 5.3).
Сопоставление температурных реконструкций по Западной и Восточной Тыве с реконструкциями, полученными по Российскому Алтаю [Buntgen et al., 2016] и Монголии [Davi et al., 2015], показало, что, несмотря на значительную территориальную удаленность, летняя температура на всей территории изменяется достаточно синхронно (таблица 5.4). Если рассматривать изменения коэффициентов корреляции опираясь на реконструкцию Mongun, то наблюдается следующая закономерность. При увеличении расстояния между реконструкциями связь снижается. Если взять за основу реконструкцию KT, то наблюдается снижение коэффициентов корреляции с наиболее близко расположенной реконструкцией OZN (таблица 5.4). При анализе внутривековых колебаний (сглаженных 22-летним низкочастотным фильтром в программе PsiPlot Version 9) изменение силы связи у Mongun с другими реконструкциями не происходит, а у KT происходит усиление с реконструкцией RA и ослабление связи с реконструкцией OZN.
Сопоставление полученных и привлеченных реконструкций для сопредельных территорий и Республики Тыва показало их хорошую согласованность (рисунок 5.12). Падение раннелетней температуры, фиксируемое на построенных и привлеченных реконструкциях, приходится на вторую четверть VI – вторую четверть VII вв. (на данный период приходится две реконструкции температур: RA и Mongun); вторую четверть X в.; третью четверть XV в.; четвертую четверть XVI в.; XVIII–XIX вв. Последний период представляет собой максимальное проявление малого ледникового периода в исследуемом регионе. Рассмотрев длительные изменения температуры, можно увидеть, что рост раннелетней температуры наблюдался в первой и второй четверти II в.; последней четверти II – второй четверти V вв. (на данный период приходится две реконструкции температур: RA и Mongun); последней четверти IX в.; третьей четверти X в.; первой четверти XV в.; ., XX – начале XXI вв. Таким образом, результаты анализа температурных реконструкций позволили уточнить периоды потепления и похолодания для Республики Тыва: Roman warm period (римское потепление, 20–440 гг.), LALIA (позднеантичный малый ледниковый период, 536–660 гг.); Medieval climate anomaly (средневековый оптимум, 840–1175 гг.); Little Ice Age (малый ледниковый период, 1590–1890 гг.); Recent warming (современное потепление, 1940–2016 гг.).
Сравнительный анализ периодов потепления и похолодания, выделенных Buntgen et al., 2016 для Республики Алтай региона и мной для Республики Тыва показал, что в Республике Тыва Roman warm period (римское потепление) проявилось на 20 лет позже и продлилось на 140 лет дольше, LALIA (позднеантичный малый ледниковый период) проявился в одно время и закончился на 10 лет раньше, Medieval climate anomaly (средневековый оптимум) проявился на 40 лет позже и закончился на 25 лет раньше, Little Ice Age (малый ледниковый период) проявился позже на 290 лет позже (отразилась только вторая часть) и продлился на 40 лет дольше, Recent warming (современное потепление) отразилось на 21 год раньше (рисунок 5.12).
По моему мнению, различия в проявлении периодов потепления и похолодания связаны с тем, что в определенные периоды времени происходит изменение меридиального типа циркуляции на зональный. Вследствие чего увеличиваюся зональные различия [Гирс, 1971, 1974; Орлов, 2008].
Для оценки изменчивости связи построенных реконструкций для периодов потепления и похолодания (Medieval climate anomaly (средневековый оптимум), Little Ice Age (малый ледниковый период), Recent warming (современное потепление)) были рассчитаны коэффициенты корреляции и детерминации (таблица 5.5). Результаты показали, что у реконструкций Mongun и KT коэффициенты корреляции уменьшаются в теплые периоды (Medieval climate anomaly (средневековый оптимум) – 0.57; Recent warming (современное потепление) – 0.50) и возрастают в холодный период (Little Ice Age (малый ледниковый период) – 0.66). Сравнение коэффициентов корреляции реконструкций Mongun и KT с реконструкцией для Алтая – RA выявило схожую картину. Коэффициенты корреляции уменьшаются в теплые периоды (Medieval climate anomaly (средневековый оптимум) – 0.58 с KT; Recent warming (современное потепление) – 0.86 с Mongun; 0.47 с KT) и возрастают в холодный период (Little Ice Age (малый ледниковый период) – 0.89 с Mongun; 0.65 с KT). Анализ коэффициентов корреляции реконструкций Mongun и KT с реконструкцией по восточной части Алтае-Саянского региона – OZN, также показал, что коэффициенты корреляции уменьшаются в теплый период (Recent warming (современное потепление) – 0.52 с Mongun; 0.66 с KT) и возрастают в холодные период (Little Ice Age (малый ледниковый период) – 0.58 с Mongun; 0.80 с KT). Таким образом, у всех реконструкций наблюдается усиление сигнала в периоды похолодания и ослабление в периоды потепления.
Для выявления, насколько полученные реконструкции для западной (Mongun) и восточной (KT) частей согласуются между собой и привлеченными реконструкциями, были рассчитаны скользящие коэффициенты корреляции с окном 25 и шагом 5 лет для погодичной изменчивости температур на общем периоде с 931 по 1956 гг. (рисунок 5.13). Окно в 25 лет было выбрано, потому что, согласно определению, климат – это многолетний режим погоды, типичный в выбранном районе исследования. Он выражается в закономерной смене характерных для этой местности типов погоды. Чтобы сделать выводы об особенностях климата, необходимы многолетние ряды наблюдений за погодой. В умеренных широтах пользуются 25–50-летними трендами [Берг, 1938; Курс климатологии…, 1952; Михеев, 2009; Климов, 2018].
Результаты работы показали хорошую согласованность изменчивости реконструируемых температур. Однако, для западной (Mongun) и восточной (KT) частей выделяются три периода падений коэффициентов корреляции: 1100-1134, 1210-1244, 1340-1369 гг., которые согласуются со снижением коэффициентов корреляции между хронологиями по ширине годичных колец для данных участков (в выделенные периоды прирост у дкх Mongun и KT рассогласован (глава 4.3) (рисунок 5.13). Вероятно, это связано с тем, что внешние (климатические) условия для произрастания древесной растительности в эти периоды в западной и восточной Тыве существенно различались. При сравнении реконструкций в западной части Республики Тыва (Mongun, RA) выделяется три периода падения коэффициентов корреляции: 1551–1580, 1641– 1670, 1931–1965 гг. Вероятно, это связано с микроклиматическими условиями произрастания древесной растительности. В восточной части Республики Тыва (KT, OZN) выделяется один период падения коэффициентов корреляции с 936 по 1000 гг., что, вероятно, связано с небольшой наполненностью образцами.
Проведенный анализ по построенным мной и привлеченным реконструкциям температур воздуха летних месяцев (RA [Buntgen et al., 2016] и OZN [Davi et al., 2015]) показал, что, несмотря на значительную территориальную удаленность, температурное поле в летние месяцы в Алтае-Саянском регионе достаточно однородно. Выполненная работа позволила уточнить периоды потепления и похолодания для исследуемого региона: Roman warm period (римское потепление, 20–440 гг.), LALIA (позднеантичный малый ледниковый период, 536–660 гг.); Medieval climate anomaly (средневековый оптимум, 840–1175 гг.); Little Ice Age (малый ледниковый период, 1590–1890 гг.); Recent warming (современное потепление, 1940–2016 гг.). Расчет коэффициентов корреляции для периодов потепления и похолодания (Medieval climate anomaly (средневековый оптимум), Little Ice Age (малый ледниковый период), Recent warming (современное потепление)) демонстрирует, что, как и в случае с шириной годичного кольца, наблюдается усиление сигнала в периоды похолодания и ослабление в периоды потепления.