Содержание к диссертации
Введение
1. Дендроклиматические исследования роста деревьев в связи с изменениями климата в пространстве и времени 8
2. Природные условия районов исследования 23
2.1. Среднее Приангарье 23
2.2. Верхнее Приангарье (в пределах бассейна р.Куды) 27
2.3. Приольхонье 33
3. Климатическая характеристика территории Предбайкалья 37
3.1. Циркуляционные условия 37
3.2. Термический режим 40
3.3. Радиационный режим 46
3.4. Режим атмосферного увлажнения 49
4. Материалы и методика исследований 60
4.1. Характеристика природных условий участков сбора дендрохронологического материала
4.2. Методы измерений, получение обобщенных и генерализованных хронологий 66
4.2.1. Методы стандартизации дендрохронологических данных
4.2.2.Статистические оценки изменчивости древесно-кольцевых хронологий
4.2.3. Метод главных компонент 70
4.3. Методы дендроклиматического анализа, климатические функции отклика 72
4.4. Выявление циклических колебаний 74
5. Анализ древесно-кольцевых хронологий на территории Предбайкалья, их связь с ведущими климатическими факторами
5.1. Статистические характеристики древесно-кольцевых хронологий... 76
5.1.1. Чувствительность и среднеквадратическое отклонение, автокорреляция 82
5.1.2. Анализ главных компонент 83
5.2. Климатические факторы динамики прироста древесно-кольцевых хронологий g4
5.2.1. Анализ климатических функций отклика древесно-кольцевых хронологий 84
5.2.2. Связь прироста ширины годичных колец с циркуляцией атмосферы 91
5.3. Анализ циклических составляющих 94
5.4. Реконструкция климатических параметров по древесно-кольцевым хронологиям \ оз
Заключение 108
Список использованных источников 111
Приложения 123
- Дендроклиматические исследования роста деревьев в связи с изменениями климата в пространстве и времени
- Верхнее Приангарье (в пределах бассейна р.Куды)
- Термический режим
- Методы измерений, получение обобщенных и генерализованных хронологий
Введение к работе
Актуальность. Среди глобальных экологических проблем, появившихся в последнее время, одной из актуальных является проблема мониторинга климатических полей и природных объектов, в частности, биоты.
Как показывает история, значительные изменения климата Земли происходили даже в течение периода голоцена [Bradley, Jones, 1999]. На региональном и локальном уровнях эти изменения отражаются в изменчивости роста и выживаемости древесных растений, смещении ботанико-географических зон, изменении состава и структуры сообществ древесных растений, биогеохимических циклах в лесных экосистемах, направлении лесных сукцессии. Многие из таких изменений начинаются на уровне изменчивости годичного прироста и затем реализуются в более глобальных процессах (конкуренция, отмирание и др.) [Ваганов и др., 1996]. Поэтому знание количественных зависимостей прироста древесных растений от внешних (в первую очередь, климатических) факторов является одной из основ надежного прогноза изменений в лесных экосистемах при ожидаемых изменениях локального и регионального климата.
В наибольшей степени исследованы субарктические области Сибири и Урала [Ваганов и др., 1996], но большой интерес представляет и анализ изменений температуры и увлажнения в континентальных районах Сибири, где эти Процессы могут иметь иные характеристики, чем в районах, испытывающих сильное океаническое влияние.
Большинство метеорологических станций Сибири располагают короткими (до 60 лет) рядами наблюдений. Длительные ряды (до ПО лет) имеет очень ограниченное число станций, но и они не позволяют с уверенностью судить о естественных изменениях климата и его цикличности. Среди косвенных источников, регистрирующих изменение климата, наибольшим временным разрешением (до года или сезона) обладают древесно-кольцевые хронологии.
5 Основная цель настоящей работы - выявление связи динамики радиального прироста основных хвойных пород с климатическими факторами, оценка вкладов различных факторов в динамику прироста деревьев, а также обнаружение пространственно-временной изменчивости (цикличности) природных процессов, их синхронности или асинхронности.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
проанализировать пространственно-временные изменения климата в Предбайкалье;
выявить закономерности пространственно-временной динамики прироста сосны и лиственницы в различных физико-географических условиях Предбайкалья;
оценить вклад различных климатических параметров и
атмосферных процессов в динамику радиального прироста
хвойных деревьев на территории Предбайкалья.
провести реконструкцию ведущих климатических факторов
прироста хвойных пород деревьев
Объекты и методы исследования. Основой выполнения исследований
послужили дендрохронологические данные по Верхнему и Среднему
Приангарью, а также Приольхонью (данные сотрудников Сибирского
института физиологии и биохимии растений и Института географии им. В.Б.
Сочавы СО РАН). Использовались результаты многолетних наблюдений
метеорологических станций Иркутского центра по гидрометеорологии и
мониторингу окружающей среды, имеющие периоды наблюдений 40-115 лет
(в пределах периода 1881-2002 гг.) и характеризующие климат всех основных
районов территории исследования (многолетние ряды температуры воздуха и
атмосферных осадков, прямой, рассеянной и суммарной солнечной
радиации), а также данные по климатообразующим факторам, таким как
солнечная активность и циркуляция атмосферы.
Научная новизна. В результате проведенных исследований впервые для территории Предбайкалья выполнен анализ связи динамики прироста годичных колец с различными климатическими, циркуляционными, радиационными и гелиофизическими параметрами, проведена оценка цикличности прироста в различных физико-географических условиях, а также осуществлена оценка вкладов различных факторов в динамику прироста хвойных деревьев (сосны и лиственницы), проведена реконструкция отдельных климатических элементов.
Решение поставленных задач позволило сформулировать положения защиты:
Индивидуальные кольцевые хронологии одного местообитания имеют синхронную динамику прироста годичных колец, что говорит о преобладании абиотических факторов над локальными биотическими.
В таежных районах Предбайкалья доминирующим климатическим фактором, влияющим на прирост хвойных, является температурный режим воздуха начала вегетационного периода; в подтаежных - режим атмосферных осадков июня и гидрологического года.
Цикличность динамики прироста годичных колец обусловлена ритмами атмосферной циркуляции и солнечной активности.
Практическая значимость работы. Полученные в работе выводы использованы при восстановлении рядов отдельных климатических параметров за неинструментальный период наблюдений, а также могут быть полезны при оценке естественной и антропогенной составляющих динамики лесов и дают возможность составить прогноз воздействия глобальных и локальных изменений климата на лесные сообщества Предбайкалья.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Всероссийской
7 конференции «Экологический риск-2001» (Иркутск,2001); конференции молодых ученых СО РАН и высшей школы «Интеграция фундаментальной науки и высшей школы в устойчивом развитии Сибири» (Иркутск,2001); международной научной конференции в рамках БЭФ «Природно-ресурсный потенциал азиатской России и сопредельных стран: пути совершенствования и использования» (Иркутск, 2001); общественно-научной конференции «Природные и культурные ландшафты: проблемы экологии и устойчивого развития» (Псков, 2002); международном симпозиуме «Изменения климата и окружающей среды Центральной Азии» (Чита, 2003); Всероссийском совещании «Дендрохронология: достижение и перспективы» (Красноярск, 2003); Международной конференции по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды (Томск, 2004); Шестом сибирском совещании по климато-экологическому мониторингу (Томск, 2005); Научной конференции «Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов» (Иркутск, 2005).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 14 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложена на 123 страницах машинописного текста, включает 15 таблиц, иллюстрирована 31 рисунками и 8 приложениями. Список использованных источников включает 125 наименований (в том числе 35-иностранных).
Дендроклиматические исследования роста деревьев в связи с изменениями климата в пространстве и времени
Древесно-кольцевые хронологии, как источник информации об изменениях окружающей среды, имеют как преимущества, так и ограничения сферы их использования. Преимуществами являются: точное и независимое датирование; обеспеченность длительных временных интервалов повторностью точно синхронизированных древесно-кольцевых серий, что в определенной мере устраняет неклиматические воздействия, зафиксированные в росте отдельных деревьев и усиливает региональный макроклиматический сигнал; детальная изученность физиологических процессов радиального роста; потенциал калибровки и эмпирической оценки каждой полученной дендроклиматической реконструкции [Stable, 1996]. Ограничения состоят в относительно коротком временном промежутке, который может быть потенциально обеспечен древесно-кольцевыми хронологиями; трудность выделения «чистых» длительных климатических трендов из нестационарных древесно-кольцевых серий; проблема использования неравномерно распределенного массива древесно-кольцевых хронологий, чувствительных к различным климатическим переменным, для реконструкции масштабных отклонений какой либо одной переменной, что могло бы быть полезно для сравнения с климатическими моделями [Stable, 1996].
Влияние климата на древостой следует рассматривать во временном аспекте, его воздействие сказывается прямо и косвенно. Оно проявляется не только через современное влияние на условия существования леса, но и посредством климатических воздействий на природную среду в далёком прошлом, например, через влияние на почвообразовательные процессы [Гортинский, 1969; 1986; Ловелиус, 1979; Смагин, Семечкин и др. 1978]. Рост деревьев, формирование годичных слоев, биологическая продуктивность в целом особенно тесно связаны с продолжительностью вегетационного периода, соотношением тепла и влаги. Климат определяет не только количественную, но и качественную продуктивность лесов, так как с ним связан процесс формирования древесины, который определяет продуктивность лесов. Метеорологические условия определяют степень опасности возникновения и распространения лесных пожаров. Климат -понятие интегральное и его влияние на лес сказывается комплексно, в различных взаимосвязях составляющих его элементов. Свет, тепло, осадки, влажность, состав и движение воздуха - все эти взаимосвязанные элементы климата оказывают большое и разностороннее влияние на лес [Будыко, 1974]. Считается, что хотя на рост могут влиять различные факторы, но обычно один из них превалирует над остальными [Битвинскас, 1974].
Колебания температуры воздуха и почвы влияют на рост деревьев, изменяя интенсивность фотосинтеза, дыхания, деления и роста клеток, энзимной активности, синтеза хлорофилла и транспирации. Обычно рост увеличивается с повышением температуры до критической для растения, а затем быстро уменьшается. Наибольшая интенсивность роста наблюдается весной; в середине лета рост или значительно снижается, или прекращается совсем при наступлении экстремальных климатических событий.
Рост по диаметру продолжается в целом дольше, чем в высоту, а корни растут ещё дольше. Установлено, что формирование годичного кольца тесно зависит от температуры воздуха, количества выпадающих осадков весной, в начале лета и в целом за вегетационный период. Широкое кольцо свидетельствует о благоприятном вегетационном сезоне, достаточно тёплом и с обильными дождями; узкое - о засухе или похолодании [Молчанов, 1970, 1976].
На ширину годичных колец деревьев оказывают влияние множество известных, а часто и неизвестных факторов. Но два фактора, безусловно, преобладают: первый - изменение возраста, второй - изменение климатических факторов, под воздействием которых изменчивость ширины годичных колец теряет плавный вид и приобретает колебательный характер. Именно эти два свойства радиального прироста деревьев и насаждений в средних широтах земного шара, где хорошо выражена изменчивость времён года, являются основой дендрохронологических и дендроклиматических исследований [Битвинскас, 1974].
На ежегодный рост древесных пород и на формирование годичного кольца главное влияние оказывает погода, или физическое состояние тропосфери в котором происходит комплекс метеорологических условий в том или ином пункте земной поверхности. На прирост годичного кольца деревьев влияет местная погода, характеризующаяся совокупностью таких свойств и признаков, как температура, влажность воздуха, осадки, облачность, интенсивность солнечной радиации и ветер в нижнем слое атмосферы. Совокупность или комплекс погод за длительный период времени в конкретном районе, определяющийся закономерной последовательностью метеорологических процессов, вызванных физико-географическими условиями Земли, составляет климат. Известно, что ежегодное формирование годичного кольца, его толщина и соотношение ранней и поздней древесины находятся в зависимости от погоды, а общий рост и продуктивность отдельного дерева или древостоя в целом тесно связаны с климатом местности [Будыко, 1971].
В период формирования у деревьев годичного кольца, даже в пределах одной зоны, существенное влияние на его толщину и процентное распределение ранней и поздней древесины оказывает в пределах зон районное распределение погоды и ее устойчивость. В зависимости от типов погоды изменяется прирост годичного кольца каждой древесной породы. Можно сказать, что в отложенную в годичном кольце древесину и ее массу аккумулируется тот тип погоды и та солнечная энергия и влага, которые наблюдались в период роста.
Верхнее Приангарье (в пределах бассейна р.Куды)
Рассматриваемая нами часть бассейна р. Куда входит в Усть-Ордынский Бурятский автономный округ. Территория округа (22,4 тыс.кв.км.) вытянута от прибайкальских хребтов на юго-востоке почти до предгорий Восточного Саяна на северо-западе. В орографическом отношении рассматриваемая территория расположена в юго-восточной части Средне-Сибирского плоскогорья в основном в пределах Предбайкальской впадины с характерным плоско-холмистым грядовым рельефом. В направлении с северо-востока на юго-запад прослеживается общий наклон поверхности. Наибольшие отметки приурочены к Лено-Ангарскому водоразделу, поднимающемуся довольно крутым уступом высотой до 1000 м над ур. моря. Абсолютные отметки русла р.Ангары, окаймляющей исследуемый район с юга и запада, составляют порядка 400 - 450 м. Территория подразделяется на следующие элементы: 1) Онотская возвышенность; 2) Предбайкальская впадина; 3) Лено-Ангарское плато (южные отроги).
Онотская возвышенность образует юго-восточное крыло исследуемого района. Рельеф ее поверхности в целом равнинный с низкими, куполообразными, иногда расплывчатых очертаний, вершинами, разобщенными широкими седловинами. Средние высоты варьируют от 700 до 850 м над ур. моря. Онотская возвышенность имеет явно выраженную линейную протяженность с юго-запада на северо-восток.
Исследуемый район расположен на юго-восточном окончании Сибирской платформы в переходной зоне к мезокайнозойской складчатости Прибайкалья. В геологическом строении региона принимают участие исключительно осадочные образования. Они в различной степени дислоцированы, имеют различный состав и возраст.
Рассматриваемая территория располагается в пределах двух ландшафтных провинций: Ангаро-Ленской таежно-плоскогорной и Кудинско-Хандинской остепненно-таежно-подгорной, которые относятся к Байкале-Джугджурской горнотаежной области. В рамках провинции выделяются округа: Верхнеилгинский плоскогорный с фрагментами вершинных поверхностей лиственнично-таежный, местами заболоченный (Ангаро-Ленская провинция) и Кудинско-Манзурский холмисто-равнинный остепненно-подтаежный с Мурин-Кудинским (Кудинская депрессия) пологоволнистым подгорным подтаежно-степным топорайоном [Ландшафты юга Восточной Сибири, 1977]. Эти подразделения отражают значительный контраст природных условии, которые определяют формирование ландшафтов и их комплексов.
Формирование ландшафтных комплексов долины реки Куды происходило под влиянием генетически сложившихся природных факторов: расчлененного "полугорного" рельефа, текто-морфоструктурных особенностей; климата. Почвенный покров бассейна р.Куда формировался на фоне сложного геологического строения и рельефа на весьма различных и по генетике, и по составу почвообразующих породах в условиях резкоконтинентального и изменчивого по территории климата, поверхностного и надпочвенного увлажнения. Преобладающими почвами являются низинные болотно-карбонатные, болотно-солончаковые, перегнойно-торфянисто-глеевые, дерново-глеевые-солончаковые. Болотные почвы долины р.Куда относятся к типу длительно сезонно-промерзающей группы [Димо, 1972]. На высокой пойме, первой и второй надпойменных террасах долины р.Куда и ее притоков, а также древних долинах распространены черноземно-луговые, лугово-черноземные почвы, карбонатные и солончаковые их разности. На обширных пространствах террас среднего комплекса, пологих склонах и дренированных поверхностях древних долин развиты южные и выщелоченные черноземы [Надеждин, 1961].
В Кудинском районе многолетнемерзлые породы имеют островное распространение, мощность их достигает 4,0 м [Лещиков, 1978]. С мерзлотными явлениями связано образование бугров пучения, создающих своеобразный мелкобугристый рельеф. Бугры обычно имеют овальную форму, диаметром от 1,5 до 2 м, высотой от 0,5 до 0,8 м, крутизной склонов от 5 до 10. В районах бугров пучения многолетнемерзлые породы вскрыты на глубине 2,0-3,0 м. Сезонная мерзлота распространена повсеместно.
Площадь бассейна р.Куда составляет 8030 км . Бассейн имеет форму овала, вытянутого с северо-запада на юго-восток, с асимметричным строением относительно главной реки. Долина бассейна с северо-востока на юго-запад 137 км, наибольшая ширина 85 км.
Река Куда начинается в Манзурской возвышенности и впадает в р.Ангару в 20 км ниже города Иркутска. Самым крупным по водности и длине является левый пряток Куды р.Мурин. Он впадает на 8 км ниже Усть Ордынского. Общая длина долины р.Мурин достигает 80 км. Ширина ее варьирует в значительных пределах. Из притоков рек Куда и Мурин выделяются: Оек, Н.Хага, Хулыне-Гол, Куяда, Кукут, Загатуй и др. При всем своеобразии многие из них обладают значительной протяженностью (50-70 км) и водообильностью. Если Куда и Мурин образуют стержень бассейна, то все остальные оформляют наиболее типичные его черты.
Характер рельефа бассейна р. Куды определил формирование следующих ландшафтных комплексов: по наиболее высоким вершинам водоразделов, на которых происходит усиление циркуляционной деятельности (увеличение облачности, прохождение атмосферных фронтов) встречаются кедрово-пихтовые травяно-зеленомошные часто с елью ландшафты, которые в рамках рассматриваемой территории имеют весьма ограниченное распространение, обусловленное генетически сложившимся комплексом природных факторов. Наиболее широко представлены (по разнообразию групп фаций) ландшафты вершин и склонов водоразделов. Преобладают лиственничные как монодоминантные, так и с примесью сосны. На склонах крупных речных долин и их днищах распространены подтаежные варианты ландшафтов: сосново-мелколиственные сообщества [Отчет по теме..., 1990]. Эта структура, в свою очередь, дифференцируется под воздействием ряда локальных факторов.
1. Влияние долинно-котловинного комплекса. С одной стороны, влияние отепляющего эффекта крупных речных долин, в результате чего формируются условия для распространения лесостепных и пребореальных сообществ, с другой - температурные инверсии в узких речных долинах и падях, которые обусловливают формирование всевозможных лугово-болотных сообществ, ельников-зеленомошников и ерниковых зарослей.
2. Широкое распространение в пределах района исследований лиственничников травяных по различным формам рельефа обусловлено, по мнению ряда исследователей [Попов, 1982], повсеместным развитием в этом районе карбонатных пород. Развитие лиственничной формации приурочено, как правило, к красноцветным карбонатным песчаникам средней подсвиты верхоленской свиты кембрия. Сосняки распространены, как правило, на породах юрского возраста и частично на красноцветных песчаниках с прослоями аргиллитов, мергелей и алевролитов средней подсвиты верхоленской свиты, как примесь к лиственничным лесам. Распространение темнохвойных лесов достаточно "жестко" привязано к вершинам водоразделов, сложенных красноцветными песчаниками верхней подсвиты верхоленской свиты. Эта дифференциация отражается также и на почвенном покрове. Темнохвойные леса повсеместно приурочены к дерново-лесным почвам, лиственничники - к дерново-лесным оподзоленным, сосняки - к дерново-карбонатным и подзолистым почвам [Попов, 1982].
Термический режим
Информация о средних многолетних значениях температуры и некоторые статистические характеристики по используемым в работе метеостанциям приведена в таблице 2. Однородность рельефа и сравнительно малые размеры территории определяют небольшие различия в средних за месяц температурах. Это дает основание усреднить годовой ход температуры для всей территории и оценить пространственную изменчивость температуры. Из таблицы 2 видно, что наиболее низкие температуры воздуха свойственны декабрю-январю и колеблются по территории от -24,0С в Бохане до -17,7 в Сарме. Годовой ход имеет вид простой волны с максимумом в июле.
Пространственная неоднородность выражена очень слабо и характеризуется коэффициентом вариации от 2 до 9 %. Исключение составляют апрель и октябрь - месяцы перехода от отрицательных температур к положительным. При одинаковой дисперсии, по сравнению с другими месяцами коэффициент вариации в эти периоды возрастает до 46-58 %. Структура годового хода во всех пунктах очень стабильна, что подтверждается коэффициентами пространственной корреляции между пунктами равными 0,98-0,99. Временная изменчивость при анализе многолетних рядов средних температур для каждого месяца выражена сильнее, чем пространственная. Первостепенный интерес представляет изучение эмпирического закона распределения среднемесячных температур. Вывод о нормальном распределении температур воздуха не является универсальным в климатологии. Высокая степень согласия эмпирического закона с нормальным для изучаемого региона говорит о том, что температура воздуха есть следствие влияния многих не зависимых один от другого факторов. На рис. 1 представлена средняя месячная температура воздуха в декабре и июле, и средняя годовая температура воздуха на метеостанциях Братск и Вихоревка. Наибольшие изменения (в сторону их повышения) претерпевают зимние и годовые температуры воздуха, летние температуры не испытывают таких изменений.
Неотъемлемая черта температурного режима, суточный ход температуры воздуха, представляет собой простую волну с минимумом перед восходом Солнца и максимумом в период 14-15 часов местного среднемесячного времени. Амплитуда и фаза суточной волны при действительных условиях облачности меняется в течение года: в декабре январе амплитуда обычно равна 4-9 С, в июне-июле 9-14 С. В переходные сезоны года наибольшая амплитуда суточного хода наблюдается в марте (10-17 С) и сравнительно небольшая в сентябре-октябре (9-12 С). Представляет интерес межсуточная изменчивость температуры воздуха. Она варьирует для каждого дня в весьма широких пределах. Так, в Братске в январе в многолетнем массиве она может изменяться от -20 до +20 С, в июле от -10 до +6 С. В средних же выводах межсуточная изменчивость наибольшая в январе-декабре (4,6 -5,8 С) и наименьшая в июле - августе (1,5 - 1,9 С).
Кудинский район характеризуется резкой континентальностью климата с большой амплитудой колебаний воздуха, как в годовом, так и в суточном разрезе, преобладающим выпадением осадков в летний сезон, малоснежной и морозной зимой, значительным числом часов солнечного сияния.
Условия атмосферной циркуляции и рельеф местности имеют определяющее влияние на температурный режим территории. В зимний период отмечается застой холодного воздуха в понижениях рельефа, что приводит к нарушению обычного изменения температуры с высотой и развитию инверсий. Так, средние месячные температуры по Баяндаю за декабрь-март (при абс. высоте 761 м) имеют самые высокие значения по сравнению с данными ГМС Усть-Ордынского, Хомутово, Бохан, абсолютные высоты местоположения которых, не выше 526 м над ур. моря.
В январе наблюдаются наиболее низкие средние месячные температуры воздуха —23 —25С. Самым теплым месяцем является июль со средней месячной температурой 17-18С. В зимний период низкие значения температуры воздуха отмечается в период распространения над территорией отрога Сибирского антициклона. Суточная амплитуда колебаний температуры в этот риод невелика - 5-10 С. Абсолютный минимум достигает -50,4 С, абсолютный максимум - 35,4 С (ст.Бохан). Годовая амплитуда средних месячных температур варьирует в пределах 40-42 С, причем абсолютная амплитуда ее колебаний возрастает до 80-90 С. В весенний и осенний переходные периоды амплитуда средних суточных температур достигает своих наибольших значений 25-30 С. Оттепели наблюдаются, главным образом, начиная с третьей декады февраля.
Температура воздуха на территории Верхнего Приангарья испытывает такие же процессы потепления, как и термический режим Среднего Приангарья. Как можно видеть на рис. 2 средние месячные температуры декабря и средние годовые температуры воздуха неуклонно повышаются. Июльские температуры не имеют такого выраженного тренда.
Методы измерений, получение обобщенных и генерализованных хронологий
Посредством сочетания кросскорреляционного анализа [Holmes, 1998] и графической перекрестной датировки [Douglass, 1919] определялась абсолютная дата индивидуальных серий, выявились ложные и выпавшие кольца. Кросскорреляционный анализ реализован в специализированном программном пакете дендрохронологических исследований DPL-99-COFESHA. Использование кросскорреляционного анализа для датировки заключается в определении тесноты связи между временными рядами с пошаговым вычислением значений коэффициентов корреляции. Дальнейшее графическое сопоставление выявленных (по тесноте погодичной связи) расчетных значений давало возможность провести окончательную датировку временных рядов.
Как и любой биологический организм, дерево в течение жизни претерпевает определенные возрастные изменения. Как правило, в молодом возрасте наблюдается увеличение темпов в радиальном приросте, практически вне зависимости от климатических условий, затем ростовые процессы замедляются и ширина годичных колец имеет относительно стабильные величины. Чтобы адекватно вычленить климатическую составляющую из прироста дерева, нужно убрать возрастной тренд. Процесс низкочастотной фильтрации ряда от влияния возрастных изменений в росте дерева реализуется процедурой стандартизации [Douglass, 1919; Fritts, 1976]. Этот метод является одним из основных методических приемов дендроклиматологии для выявления климатически обусловленной изменчивости прироста годичных колец. В процессе стандартизации параллельно моделированию и исключению возрастного тренда, все временные ряды абсолютных измерений приводятся к безразмерным величинам (индексам) со средним 1,0 и относительно постоянной дисперсией [Matalas, 1962].
Методы стандартизации в дендроклиматических исследованиях до сих пор остаются дискуссионными [Шиятов, 1986; Briffa et al., 1998; Methods ..., 1990]. Теоретической основой стандартизации, является предложенная линейно-агрегированная модель изменчивости прироста деревьев [Graybill, 1982; Cook, 1985; Cook et al.1990; 1997]: R, = А, +C,+8Dl, + 8D2, + E,, где (1) R- абсолютное значение годичного прироста по годам (мм); А, - возрастной тренд; С, - климатическая компонента; D\- отклонения в росте, обусловленные эндогенными факторами; D2,- отклонения в росте, обусловленные экзогенными факторами неклиматической природы (пожары, насекомые и др.); Е, - изменчивость, не учтенная перечисленными выше компонентами; 8 - коэффициент, учитывающий действие эндо- и экзогенных факторов на данном временном интервале (т. е. 8=1 или 0). Ввиду сложности моделирования неклиматических компонент (А,, 8, D\,, D2,), оценка возрастного тренда представляет функцию: G,=/(4301,302,) (2) Сама процедура стандартизации заключается в нормировании (индексирование) абсолютных величин погодинного радиального прироста к некоему теоретическому значению, при котором преобразование исходных данных выполняется как: I,=R,/G,, где (3) /, - индекс годичного кольца [Cook et al., 1990; Ваганов, Шиятов, Мазепа, 1996]. Все абсолютные значения древесно-кольцевых хронологий стандартизировались индивидуально. В результате получались стационарные ряды индексов прироста, где математическое ожидание и дисперсия постоянны, а значит к таким рядам может быть применен весь арсенал статистики стационарных случайных процессов [Бокс, Дженкинс, 1972; 1974]. Индексированные данные имеют одинаковые средние значения относительных величин погодичной изменчивости прироста и примерно одинаковую вариабельность в пределах отдельных календарных интервалов [Шиятов, 1986]. Стандартизация проведена с помощью пакета программ для анализа дендрохронологических данных DPL98,99-ARSTAN [Holmes, 1998].
В ходе стандартизации абсолютных хронологий были получены стандартная (Std) и остаточная (Res) хронологии. Остаточная хронология вычислялась в результате моделирования авторегрессионым (AR) процессом [Cook, 1985] или процессом авторегрессионого скользящего среднего (ARMA) [Guiot, 1987], с помощью которого убиралась из хронологий автокорреляционная составляющая. Порядок авторегрессии определялся при помощи информационного критерия Акайка [Akaike, 1974].
После стандартизации значения индексов радиального прироста индивидуальных деревьев методом усреднения преобразовывались в обобщенные (локальные) древесно-кольцевые хронологии, характеризующие основные черты изменчивости прироста на каждом из исследуемых участков. При оценке качества хронологий применялся набор статистических характеристик: коэффициенты вариации и чувствительности, межсериальный коэффициент корреляции, отношение сигнал/шум [Methods of Dendrochronology, 1990].
В обобщенных хронологиях содержится внешний сигнал, обусловленный однородными почвенно-грунтовыми, фитоценотическими и микроклиматическими условиями обитания, поскольку они являются общими для совокупности использованных в дендроклиматическом анализе моделей. Усреднением погодичных значений индексов прироста нескольких обобщенных хронологий различных местообитаний нивелируется влияние на прирост локальных факторов (условий обитания) и выделяется климатически общий сигнал для данного природно-климатического района [Ваганов, Шиятов, 1998]. В результате усреднения обобщенных хронологий были получены, так называемые генерализированные древесно-кольцевые хронологии. В дендроклиматологии статистический анализ изменчивости прироста деревьев (временных рядов) традиционно реализуется вычислением оценочных показателей сгруппированных в блок анализа вариаций ("Analisis of Variance" (ANOVA)) [Fritts, 1976; Briffa, Cook, 1990].
