Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Дендрохронологические исследования климатических изменений на верхней границе лесной растительности (состояние вопроса) 8
1. 1. Дендрохронологические исследования на верхней границе лесной растительности в различных регионах земного шара 9
1.2. Особенности сезонного роста деревьев на верхней границе леса 14
1.3. Физико-географическая характеристика Горного Алтая 17
1.4. Дендроклиматические исследования на Алтае 27
Глава 2. Материал и методика 32
2. 1. Описание мест сбора образцов для построения длительных древесно-кольцевых хронологий 32
2. 2. Методы обработки и дендроклиматического анализа древесно-кольцевых хронологий 37
2. 2. 1. Подготовка образцов для измерений 37
2. 2. 2. Измерения ширины и плотности годичных колец 39
2. 3. Построение обобщенных древесно-кольцевых хронологий 41
2. 3. 1. Стандартизация временных рядов и получение обобщенных древесно-кольцевых хронологий 41
2. 4. Методы статистического анализа древесно-кольцевых хронологий 46
2. 5. Методы реконструкции изменений климата по древесно-кольцевым хронологиям 48
Глава 3. Статистические характеристики обобщенных древесно-кольцевых хронологий 52
3.1. Хронологии по ширине годичных колец 52
3. 2. Хронологии по максимальной плотности годичных колец 63
3. 3. Сравнительный анализ изменчивости прироста и максимальной плотности в высокогорном поясе 69
3.4. Сравнительный анализ изменчивости прироста ели и лиственницы 71
Выводы по 3 главе 73
Глава 4. Влияние климата на изменчивость радиального прироста деревьев в разных высотных поясах Горного Алтая 75
4. 1. Рост деревьев на верхней границе леса 75
4. 1. 1. Влияние климата на радиальный прирост хвойных в Горном Алтае 75
4. 2. Влияние климатических факторов на максимальную плотность годичных колец 83
4. 3. Дендроклиматический анализ тысячелетней древесно-кольцевой хронологии 86
4. 4. Дендроклиматический анализ хронологий по ширине и максимальной плотности годичных колец ели сибирской (Picea obovata Ldb.) 91
Выводы по 4 главе 95
Глава 5. Реконструкция климатических условий по древесно-кольцевым хронологиям Горного Алтая 97
5. 1. Реконструкция температуры июня-июля по хронологиям ширины годичных колец 99
5. 2. Реконструкция температуры мая-августа и абляции ледника Малый Актру по хронологии максимальной плотности 101
5. 3. Реконструкция баланса массы ледника Малый Актру 104
5. 4. Особенности региональных изменений климата в Горном Алтае по сравнению с данными для других регионов земного шара 112
5. 5. Возможный прогноз изменчивости прироста лиственницы в высокогорье 113
Выводы по 5 главе 114
Заключение 116
Основные выводы 117
Литература 119
Приложение 128
- Дендрохронологические исследования на верхней границе лесной растительности в различных регионах земного шара
- Хронологии по ширине годичных колец
- Дендроклиматический анализ тысячелетней древесно-кольцевой хронологии
- Реконструкция баланса массы ледника Малый Актру
Дендрохронологические исследования на верхней границе лесной растительности в различных регионах земного шара
Первые древесно-кольцевые хронологии Южной Америки были построены Шульманом по кедру чилийскому (Austrocedrus chilensis) и сосне чилийской (Araucaria агаисапа) из Аргентины (Schulman, 1956). Исследования на западе Аргентины и Чили осуществлялись под руководством Ламарча в 1970-х гг. (LaMarch et al., 1979). В результате дальнейших исследований были осуществлены две палеоклиматические реконструкции (Holmes et al., 1979). Исследования более позднего периода (Boninsegna, Holmes, 1985; Lara, Vilalba, 1993; Vilalba, Veblen, 1996) позволили построить несколько длительных хронологий по различным видам деревьев, в частности, по фицройе {Fizroya cupressoides) длительностью 3600 лет. Выявлено, что изменчивость годичного прироста кедра чилийского, для которого построена 1423-летняя хронология, содержит информацию об изменчивости Эль-Ниньо в Южном полушарии (Morales, Boninsegna, 2000). На западе центральной Аргентины по сосне чилийской и кедру чилийскому реконструированы расходы воды в реках (Holmes et al, 1982). Дендрохронологические исследования ледников в бассейне р. Атуэль (Cobos, Boninsegna, 1983) позволили реконструировать расходы воды в реке по хронологии кедра чилийского начиная с 1576 года. Дендрохронологические исследования в горных регионах Северной Америки
Инициатором дендрохронологических исследований в Северной Америке и в мире по праву считается Дугласе, большинство его работ посвящено созданию сверхдлительных хронологий, разработке методических приемов датировки образцов (метод перекрестного датирования), датировке археологических объектов с помощью древесно-кольцевых хронологий и выявлению цикличности в приросте, которую исследователь связывал с солнечной активностью (Douglass, 1919).
Наиболее значимые исследования в горных районах североамериканского континента осуществлены под руководством Лакмана (Luckman, 1996, 2000; Colenutt, Luckman, 1995). Автором совместно с коллегами построены длительные древесно-кольцевые хронологии для Канадских Скалистых гор; реконструирована динамика ледников (Luckman, 1993). Использование хронологий горных районов, где рост древесных лимитируется увлажнением - с нижней границы леса, позволило осуществить реконструкцию осадков (Watson, Luckman, 2001). В настоящее время проводятся исследования по трансекту Аргентина - Чили - Канада (Luckman, Boninsegna, 2000). По древесно-кольцевой хронологии исследована динамика ледника Саскачеван в Канаде, где было выявлено несколько подвижек в период «малой ледниковой эпохи», когда продвижение ледника достигло максимума - ледник внедрился в лесной массив, вызвав гибель деревьев (Smith et al., 2000). В горах Сьерра-Невада по древесно-кольцевой хронологии осуществлена реконструкция температуры воздуха длительностью более 2000 лет (Scuderi, 1993; Graumlich, Lloyd, 1996).
Гриссино-Майер (Grissino-Mayer, 1996) осуществил 2129-летнюю реконструкцию сумм осадков с июля прошлого по июль текущего года по живым и заключенным в лаву деревьям для центральной части Нью-Мексико, США. Исследования Роуз, Диан и Робинсон (Rouse et al., 1981), а также Д Арриго и Якоби (D Arrigo, Jacoby, 1991) на севере Нью-Мексико позволили осуществить реконструкцию суммарного, с августа прошлого до июля текущего года, количества осадков. По живым и отмершим деревьям сосны остистой (Pinus aristata) в Белых Горах, Калифорния, построена длительная (более 7000-лет) древесно-кольцевая хронология по ширине годичных колец (Ferguson, Graybill, 1983). Дендрохронологические исследования в горных регионах Восточного полушария
Центр дендрохронологических исследований в середине XX в. находился в Европе. Естественно, наибольший интерес представляют исследования на верхней границе леса в Альпах, где с помощью дендрохронологических методов были получены интереснейшие результаты. Так с точностью до одного года определены подвижки отдельных ледников Восточных Альп в период малого климатического оптимума, во второй половине максимума малой ледниковой эпохи. Установлено, что максимальное наступание ледников приходится на 1850-е гг. (Nicolussi, Patzelt, 2000). Там же осуществлена реконструкция баланса массы ледника по древесно-кольцевой хронологии (Nicolussi, 1995).
Дендрохронологические исследования в Итальянских Альпах для трех видов хвойных - Larix deciduas Miller, (лиственница европейская), Picea abies (L.) (ель европейская) и Pinus cembra (L.) (сосна кедровая) позволили построить древесно-кольцевые хронологии для Западных и Восточных Итальянских Альп, отражающие изменчивость летних температур. Установлено, что радиальный прирост Pinus cembra изменяется синхронно на западе и на востоке, причем как от года к году, так и в многолетней динамике (Carrer, Urbinati, 1996; Urbinati et al., 1997). Показано, что на прирост Picea abies и Pinus cembra наибольшее влияние оказывают температуры июня-июля, на прирост Larix decidua оказывают влияние также и температуры августа (Anfodillo et al., 1998а, 19986). В Швейцарских Альпах в верхнем горном поясе отмечается незначительное влияние современного потепления климата на прирост (Hattenschwiler, Korner, 1995). Изучением древесных колец, динамики ледников и климата в Альпах занимались Ламарч и Фритте, выявившие согласованность в изменчивости прироста и динамики ледников (LaMarch, Fritts, 1972).
Исследованиями в Центральных Пиренеях, в Испании, выявлено, что максимального положения верхняя граница леса достигла в XX в., активное возобновление и расселение деревьев наблюдается между 1955-1975 гг. В последующий период, при устойчивом повышении прироста, продвижения границы леса вверх не наблюдается, что исследователи объясняют изменениями микроклиматических условий (Camarero, Gutierrez, 2000; Camarero et al., 2000). Другими исследованиями выявлены «реперные» годы - годы аномально низкого или большого прироста за последние 400 лет в Центральной Испании. Наибольший процент лет с минимальным приростом наблюдается в XVII в., а с максимальным - в XX в. Если первый период приходится на малую ледниковую эпоху, то второй - на современное потепление. Наибольшее соответствие выявлено между низкими температурами в апреле и минимальным приростом (Genova Fuster, 2000). Установлено, что радиальный прирост хвойных в горных районах Испании лимитируется, преимущественно, осадками июля и августа (Genova Fuster, Hernandez Gonzalez, 2000).
Исследованиями Гуннарсона (Gunnarson, 2000) в Скандинавских горах были выделены периоды активного возобновления деревьев и формирование молодого поколения сосны обыкновенной. При анализе полуископаемых и живых деревьев автор установил, что колебание уровня озера тесно коррелирует с климатическими изменениями. Повышение уровня озера, приводившее к гибели и захоронению деревьев, совпадает с влажными периодами. Другой исследователь - Линдерхольм (Linderholm, 2000) выявил тесную связь между изменением уровня болот и приростом. На основе древесно-кольцевой хронологии им была осуществлена реконструкция гидрологического режима и выявлена периодичность его изменчивости, составляющая около 20-ти лет. О значительном эффекте влияния климата на растительность Скандинавских гор, в Швеции сообщает Кульман (Kullman, 1986). Дендрохронологические исследования на Кавказе
В настоящее время для Кавказа построено несколько древесно-кольцевых хронологий по различным видам древесных (сосна, ель, пихта) длительностью до нескольких сотен лет. Наиболее активные дендрохронологические исследования в этом регионе проходили в 1970-80-е гг. (Турманина, 1971, 1979; Соломина и др., 1987; Бальчунас, Брукштус, 1978; Брукштус, Бальчунас, 1981 и др.). К сожалению, методические приемы определения индексов прироста, используемые в то время, не позволили выявить лимитирующие рост деревьев климатические факторы, хотя авторами отмечается положительная связь с летними температурами и осадками (для ели). Об отсутствии количественных дендрохронологических реконструкций климата Кавказа сообщает О.Н. Соломина (1999). Дендрохронологические исследования в горных регионах Азиатской части Евразии
Усилиями дендрохронологов построена древесно-кольцевая хронология кедра гималайского (Cedrus deodara (D. Don) G. Don) для Западных Гималаев (Yadav, Bhattacharyya, 1992). Авторы обосновывают возможность продления имеющейся хронологии на несколько столетий вглубь веков. Сообщается, что изменчивость ширины годичных колец кедра гималайского отражает изменчивость температуры и осадков (Bhattacharyya, Yadav, 1990). Более поздними исследованиями древесно-кольцевая хронология кедра гималайского была продлена и в настоящее время является самой длительной для Индии (821 год). Дендроклиматический анализ показал, что изменчивость ширины годичных колец кедра гималайского положительно коррелирует с среднемесячными осадками и отрицательно с температурами. По данной хронологии была осуществлена реконструкция весенних температур (с марта по май) за период с 1390 по 1988 гг. Показано, что наиболее теплые весенние периоды были в семнадцатом веке (Yadav et al., 1999). Древесно-кольцевая хронология для Тибета длительностью более 1500 лет построена по ширине годичных колец можжевельника тибетского (Juniperus tibetica) и содержит информацию об изменчивости летних муссонов в Индии, показывая высокую корреляцию с количеством и регулярностью осадков (Brauning, 2000). Исследованиями последних лет выявлены наиболее пригодные для дендроклиматического анализа в Восточных Гималаях виды древесных, содержащие значительный климатический сигнал, ими оказались лиственница и пихта. В частности, установлено, что радиальный прирост пихты тесно коррелирует с температурами июля-сентября, а лиственницы - с температурами мая, что позволило осуществить реконструкцию температур июля-сентября за 237 лет по древесно-кольцевой хронологии пихты (Chaudhary, Bhattacharyya, 2000). Построены хронологии по ширине и плотности древесины хвойных для субальпийского горного пояса в Кашмире (Hughes, Davies, 1987). Хронологии по ширине годичных колец можжевельника для нижней - северо-запад Каракорума, Пакистан, и верхней границ леса - Южный Тянь-Шань, Киргизия, показывают преимущественно изменчивость температуры на Западе Центральной Азии. Для центрального Тянь-Шаня построены хронологии по ширине и плотности сосны тянь-шаньской (Pinus tienschanica), являющиеся составной частью циркумполярной сети хронологий в низких широтах Северного полушария (Esper, 2000).
Основными исследуемыми видами на Тянь-Шане являлись ель Шренка (Picea schrenkiana Fish, et May.) и можжевельник туркестанский (Juniperus turkestanica Кош.). Исследования Н.М. Борщовой (1981а, б; 1983) позволили установить, что прирост ели на верхней границе леса Заилийского Алатау зависит от количества осадков летнего периода и зимних осадков. Древесно-кольцевые хронологии Прииссыккулья (Соломина, Глазовский, 1989; Мельникова, Соломина, 1991) показали хорошую согласованность прироста с Заилииским Алатау (Соломина, 1999).
Хронологии по ширине годичных колец
В работе было проанализировано 434 индивидуальные хронологии по ширине годичных колец, построенных по кернам и спилам деревьев. Общее количество годичных колец составило 130 637, в том числе: по лиственнице сибирской - 414 хронологий, 128 338 годичных колец; по ели сибирской - 20 хронологий, 2299 годичных колец. Количественные оценки обобщенных хронологий по прямым измерениям ширины годичных колец приведены в табл. 3.1.
Из таблицы видно, что длительность хронологий составляет от 164 до 1089 лет. Хронологии по лиственнице длиннее, чем по ели (164 года). Самые длительные хронологии построены для верхней границы леса на Северо-Чуйском хребте. Здесь же найдено самое старое дерево лиственницы в возрасте 813 лет. Деревья лиственницы старше 500 лет произрастают преимущественно в высокогорьях (Северо-Чуйский, Катунский хр. и др.). Это отражает общую тенденцию для Горного Алтая - абсолютный возраст деревьев увеличивается при повышении высоты над уровнем моря.
Анализ изменений средней ширины годичных колец позволяет сделать вывод об усилении влияния высотной поясности на абсолютные показатели радиального прироста. График изменчивости средней ширины годичных колец для всех участков представлен на рис. 3. 1. Из рисунка видно, что средняя ширина годичных колец уменьшается от среднегорий (0,63-1,11 мм) к высокогорьям (0,42-0,60 мм). Наиболее широкие годичные кольца формируются в молодом возрасте (30-100 лет), что характерно и для других регионов земного шара (Schweingruber, 1988; Мазепа, 1998; Luckman et al, 1998; Шиятов, 1986; Ваганов и др., 1996). Период так называемого «большого роста» на верхней границе высокогорных районов Алтая короче, чем у деревьев среднегорного пояса. Рассмотрим, как связаны основные показатели ширины годичных колец между собой (табл. 3. 2).
Анализ данных таблицы показывает, что наиболее тесная связь существует между средней шириной годичного кольца (ШГК) и его стандартным отклонением (SD), для лиственницы на Алтае коэффициент корреляции достигает 0,90. Общая тенденция такова, что с увеличением средней ширины годичных колец, увеличивается и стандартное отклонение (рис. 3. 2). Средняя и максимальная ширина годичных колец тесно коррелируют друг с другом (г=0,87). Подобная зависимость отмечалась ранее для субарктических районов Северного полушария (Мазепа, 1998; Ваганов и др., 1996 и др.). Связь между средней шириной годичных колец и автокорреляцией 1-го порядка (АС1) несколько ниже. Высокая корреляция между автокорреляцией 1-го порядка и стандартным отклонением. Наиболее низкая связь зафиксирована между коэффициентом чувствительности и остальными характеристиками.
Средние значения автокорреляции 1-го порядка (Табл. 3. 1) у индивидуальных древесно-кольцевых серий «свидетельствуют о степени выраженности возрастных кривых и крупных циклов. После стандартизации (индексирования) и «выбеливания» рядов абсолютного прироста величины автокорреляции 1-го порядка значительно уменьшаются» (Мазепа, 1998, с. 123). В дендроклиматологии автокорреляция 1-го порядка также характеризует степень влияния индексов прироста предыдущего года на индексы текущего года роста (Methods..., 1990). Рассмотрим изменчивость средних значений автокорреляции представленных на рис 3. 3. Видно, что возрастные тренды выражены практически у всех хронологий, но в значительно большей степени проявляются у хронологий среднегорного пояса (0,77-0,88), наибольшие значения автокорреляции отмечены для хронологий сухих и влажных условий местообитания. Возрастной тренд в хронологиях с верхней границы леса выражен менее отчетливо.
Важными показателями изменчивости радиального прироста деревьев являются коэффициент чувствительности и стандартное отклонение. Коэффициент чувствительности оценивает величину межгодичной изменчивости прироста, а стандартное отклонение -амплитуду этой изменчивости. Чем выше коэффициент чувствительности и стандартное отклонение, тем более сильный сигнал содержится в древесно-кольцевой хронологии. При значении этих показателей 0,2 и выше, хронологии являются пригодными для дендроклиматических реконструкций (Шиятов, 1986; Мазепа, 1998; Methods..., 1990).
Из анализа табл. 3. 1 видно, что наибольшей чувствительностью обладают хронологии по лиственнице, полученные для высокогорных районов; максимальным стандартным отклонением характеризуются древесно-кольцевые серии среднегорного пояса, объясняется это большей шириной годичных колец. В целом, коэффициенты чувствительности и стандартного отклонения индивидуальных древесно-кольцевых серий и обобщенных хронологий (абсолютные значения) достаточно высокие и свидетельствуют о наличии в них значительного климатического сигнала (Адаменко, 1985; Панюшкина, Овчинников, 1999; Шиятов, 1986).
Индексные хронологии
При переходе от прямых измерений к индексам, для каждого участка были получены стандартная и остаточная хронологии. Основные статистические характеристики обобщенных стандартизированных и остаточных хронологий приведены в табл. 3. 3. Длительность хронологий колеблется от 233 до 452 лет. Взаимная корреляция между индивидуальными хронологиями изменяется в пределах от 0,63 до 0,77 и показывает высокую синхронность в индивидуальной изменчивости прироста, а, следовательно, значимое влияние мезоклимата, которое можно оценить статистическими методами. Дисперсия стандартных хронологий значительна (0,21-0,34) и превышает дисперсию остаточных хронологий (0,17-0,27). Коэффициент чувствительности в остаточных хронологиях (0,20-0,37) выше, чем в стандартных (0,15-0,34). Абсолютные значения коэффициентов чувствительности свидетельствуют, что полученные хронологии в своем большинстве относятся к высокочувствительным (Шиятов, 1986) и, следовательно, содержат значительный климатический сигнал. Об этом же свидетельствуют высокие значения отношения «сигнал/шум» (SNR) (Wigley at al„ 1984; Methods..., 1990).
В полученных стандартных хронологиях присутствует достаточно высокая автокорреляция первого порядка (0,21-0,76), что свидетельствует о значительном влиянии прироста предшествующего года на прирост текущего года. Предполагается, что источником этой составляющей являются физиологические процессы, связанные с накоплением и дальнейшим использованием фотоассимилятов (Fritts, 1976). Изменения в приросте, обусловленные изменениями природных факторов (почвенных, климатических и т.д.), также увеличивают автокорреляцию во временных рядах годичных колец (Арбатская, Ваганов, 1997). Остаточные хронологии, полученные после фильтрации стандартных серий авторегрессионной моделью (Мазепа, 1998; Methods..., 1990) не содержат автокорреляции. Построение региональных хронологий по ширине годичных колец
Чтобы оценить сопряженность радиального прироста хронологий из разных типов условий местообитаний, на разных высотах, в разных типах леса рассмотрим данные взаимного корреляционного анализа обобщенных древесно-кольцевых хронологий по лиственнице, полученных только для живых деревьев Горного Алтая (табл. 3. 4).
Для выделения корреляционных группировок хронологий общий период 1840-1994 гг. был разбит на пятидесятилетия, для каждого из которых рассчитывалась корреляционная матрица Пирсона (Панюшкина, Ваганов, Шишов, 1996; Панюшкина, Овчинников, 1999).
Как стандартные, так и остаточные хронологии показывают уменьшение связи между изменчивостью прироста с увеличением расстояния между участками, подобная тенденция является общей и характерна для других регионов земного шара (Fritts, 1976; Schweingruber, 1985). Корреляция между стандартными хронологиями уменьшается от 0,80 (для хронологий, разделенных 5-7 км) до 0,27 (для хронологий, разделенных 200 км). Для остаточных хронологий коэффициенты корреляции выше. Пропорционально расстоянию изменяются и синхронность хронологий: с увеличением расстояния коэффициенты синхронности снижаются и наоборот. По результатам корреляционного анализа выделены три группы древесно-кольцевых хронологий, внутри которых корреляция и синхронность достаточно высоки для перекрестной датировки, общий сигнал значителен и местоположение которых соответствует определенным высотным зонам.
В первую группу вошли восемь обобщенных хронологий с высоты 1950-2300 м, во вторую - четыре хронологии с высоты 1900-1750 м, в третью - семь с высоты 1650-1400 м. Средние значения коэффициентов корреляции между хронологиями внутри групп распределяются следующим образом: первая группа - 0,68-0,74 (ШГК-1), вторая - 0,53-0,56 (ШГК-2), третья - 0,64-0,70 (ШГК-3). Для трех выделенных групп были построены генерализированные (региональные) хронологии, в которых усилена общая для всех участков составляющая прироста, вызванная внешним фактором. Основные статистические характеристики региональных хронологий приведены в табл. 3. 5.
Дендроклиматический анализ тысячелетней древесно-кольцевой хронологии
Методами перекрестной датировки с использованием живых деревьев, стволов отмерших деревьев и захороненной в моренах древесины получена 1000-летняя региональная хронология для верхней границы леса (ШГК-1). Возможные сложности при построении тысячелетней древесно-кольцевой хронологии могут быть обусловлены неоднородностью получаемой серии, поскольку на разные периоды времени приходится различное количество деревьев, естественно, оно убывает с увеличением длительности самой хронологии (рис. 4. 4). Самое малое количество образцов приходится на первые столетия, в нашей хронологии - 4 шт. В связи с этим возникает вопрос о достоверности получаемых результатов при анализе хронологии на данном периоде. В настоящее время процедура определения необходимого количества серий для обеспечения однородности древесно-кольцевой хронологии и достоверности использования индексов прироста для дендрохронологического анализа компьютеризирована и реализована в программе ARSTAN. Для условий верхней границы леса в Горном Алтае минимально допустимое количество серий, включаемых в хронологию, составляет 4 шт. Следовательно, на весь период продолжительностью 1000 лет, с точки зрения необходимого минимума модельных образцов, построенная древесно-кольцевая хронология является однородной. Другой серьезной причиной возможной неоднородности хронологии может быть использование усохших деревьев тех местообитаний, которые при классическом подходе с живыми деревьями исключаются из дендроклиматического анализа (например, деревья, произрастающие на наледях), но для продления хронологии вглубь веков и при отсутствии другого материала иного выхода просто нет. В этом случае основное внимание уделяется выбору аппроксимирующей функции для стандартизации измерений ширины годичных колец. Таковы основные подходы, которые были использованы для построения тысячелетней, однородной, абсолютно датированной древесно-кольцевой хронологии, отражающей изменчивость радиального прироста деревьев в высокогорном поясе Горного Алтая.
В генерализированной (региональной) древесно-кольцевой хронологии для верхней границы леса Горного Алтая период с 1400 года характеризуется наибольшим количеством образцов, измерения по которым были использованы для построения длительной хронологии (с 1336 года число образцов на отдельных интервалах составляет не менее 10-ти) (рис. 4. 5). Всего было использовано ПО образцов, с 1040 г. хронология насчитывает не менее 4-х образцов, что можно полагать достаточным не только для уверенной датировки, но и для количественной реконструкции (Methods..., 1990).
У всех обобщенных хронологий, вошедших в генерализированную (региональную), выделяются годы минимального прироста, которые хорошо выражены в региональной хронологии: 1054, 1060, 1062, 1080, 1082, 1187, 1191, 1245, 1307, 1402, 1450, 1515, 1524, 1526, 1570, 1581, 1589, 1601, 1603, 1610, 1615, 1627, 1642, 1650, 1652, 1654, 1685, 1702, 1710, 1733, 1840, 1850, 1852, 1854, 1927,1958 и 1961 гг. Наибольшее число лет депрессий прироста приходится на XVII и XIX века, наименьшее на XII-XIV и XX века. Сглаженная кривая показывает, что наибольший прирост лиственницы в данных условиях относится к 1310-1360, 1600-1630 и 1900-1950 гг., а наименьший-к 1680-1720 и 1790-1860 гг.
Особого внимания заслуживают периоды конца XVII - начала XVIII века и конца XVIII - середины XIX века - «малый ледниковый период» (Монин, Шишков, 1979), когда индексы прироста региональной древесно-кольцевой хронологии были наиболее низкими. В это же время отмечается активизация ледников в различных регионах - Альпах, Гренландии, Скандинавии и на Алтае (Котляков, 1994). Период с конца XVIII до середины XIX века, характеризующийся наименьшими величинами прироста, самый продолжительный за последние 1000 лет и по времени совпадает с максимумом наступання ледников (максимум стадии Фернау) на Алтае (Окишев, 1982). В частности, этим.периодом датируются конечные морены ледников Мал. Актру и Корумду, где была взята часть кернов и спилов. В то же время произошла массовая гибель леса на его верхней границе в результате снижения снеговой линии, о чем свидетельствуют мертвые деревья лиственниц, найденные на междуречье pp. Актру и Корумду, время гибели которых датируется 1690-1714 и 1820-1850 гг. Отметим также, что близкие по амплитуде минимальные значения индексов прироста были в начале XII, середине XIII и на рубеже XVII и XVIII веков, но период с конца XVIII до середины XIX века характеризуется наиболее глубокой и продолжительной депрессией прироста лиственницы в Горном Алтае.
Близкие по амплитуде периоды улучшения прироста отмечались в начале - середине XIV века и в начале - середине XX века. Последний период характеризуется максимальной продолжительностью, что совпадает с повышением температур в Северном полушарии (Jacoby, D Arrigo, 1989). На периоды с повышенным приростом приходится, в основном, время появления нового поколения деревьев. Например, активное появление деревьев на междуречье pp. Актру и Корумду и вблизи одноименных ледников началось с середины XIX, затем в начале и в середине XX века. Эта информация получена нами на основе анализа спилов и кернов более молодых экземпляров деревьев. Подтверждением тому, что климатические условия для роста деревьев в XIII веке были благоприятными, свидетельствует время появления поколения деревьев - XIII-XIV века, которые затем усохли в начале XVIII века. По нашим данным, периоды в начале - середине XIV века и в начале -середине XX века характеризуются наибольшей величиной индексов прироста и не имеют аналогов за последние 1000 лет в Горном Алтае.
Для выявления ведущего климатического фактора, оказывающего влияние на прирост, был проведен расчет климатической функции отклика (см. пункт 4. 1. 1). Значимая корреляция (р 0,05) отмечается между индексами и температурами марта (г= 0,37), июня (г= +0,75), июля (г= 0,26); с осадками сентября прошлого года (г= -0,40), а также марта (г= 0,35), мая (г= -0,38) и июня текущего года (г= -0,47). Корреляционный анализ показывает, что ведущим фактором изменчивости прироста на верхней границе леса в Горном Алтае является температура июня - месяца самого активного периода роста, когда повышение температур совпадает с максимальным приходом солнечной радиации. Влияние условий июля оказывается значимым, но заметно меньшим, чем июня. Отрицательное влияние осадков, очевидно, связано с уменьшением освещенности и температуры на рост лиственницы.
Полученные материалы хорошо согласуются с аналогичными данными для полярного предела леса, где температуры июня и июля также оказываются ведущим фактором межгодичной изменчивости прироста деревьев. Положительная связь температур июня и июля с индексами прироста в целом отмечается во всех регионах с коротким периодом вегетации (Jacoby, D Arrigo, 1989; Ваганов и др., 1996; Briffa at al, 1992; Hughes at al, 1998; Shiyatov at al., 1996). По многолетним наблюдениям в Горном Алтае снег на верхней границе леса полностью сходит в середине мая - первой декаде июня (Ревякин, 1974), следовательно, чем выше температура воздуха в данный период, тем раньше активизируются процессы вегетации. Значимость температур июля намного ниже, и они не могут компенсировать недостаток тепла в июне, который сказывается на приросте деревьев на верхней границе леса.
Ранее (глава 3.1) уже говорилось о том, что величина коэффициента чувствительности и стандартного отклонения характеризуют пригодность хронологии для реконструкции климата. Проведенный нами анализ изменчивости этих показателей для разных временных интервалов всего тысячелетнего периода по столетиям, начиная с 1000 года (табл. 4. 7), позволил сделать вывод о том, что на протяжении последнего тысячелетия индексы прироста региональной хронологии фиксируют сильное влияние климата. В частности, диапазон изменчивости коэффициента чувствительности составляет от 0,25 до 0,32, а стандартного отклонения - 0,24-0,30 на разных временных интервалах. Здесь же следует отметить, что для периода современного потепления эти показатели также высоки - 0,24 и 0,27 соответственно.
Реконструкция баланса массы ледника Малый Актру
Необходимость совместного изучения верхней границы леса, снеговой линии и баланса массы ледников с помощью дендрохронологических методов обосновал М.В. Тронов. Автор акцентировал внимание на методических сложностях таких исследований, поскольку «... климатические факторы роста древесины и баланса ледников, частью сходные, не являются все же одинаковыми» (Тронов, 1981, с. 36-37). В данном разделе предлагаются решения такой проблемы как связь балансовых показателей ледника с древесно-кольцевыми хронологиями. Современные методы многомерного статистического анализа позволяют осуществлять достаточно качественные расчеты составляющих баланса.
Баланс массы любого ледника в самом общем виде определяется разницей между аккумуляцией осадков в осенне-зимний период и таянием в летний. Более детально ледовый баланс рассчитывается по формуле:
I=Xs + D + U + E-Al+s + Fi+s,, (10)
Где Xs - твердые осадки, D - баланс метелевого снега, U - баланс лавинного снега, Е -разница конденсации испарения, АІ+Х- абляция снега и льда, Fi+S - внутреннее питание ледника за счет повторно замерзающей воды, I - изменение массы льда (Совместные..., 1973).
Приведенные данные свидетельствуют о достаточно высоком качестве рассчитанной модели. Независимыми переменными являлись: индексы прироста текущего и прошлого года роста, максимальная плотность прошлого года. Совпадают максимальные значения баланса массы ледника и минимальные значения индексов прироста ШГК-хронологии, находящихся в противофазе друг к другу. Максимальные значения баланса приходятся на начало-середину XIX века, а для Горного Алтая это период наибольшего похолодания и по амплитуде и по продолжительности. Отметим также, что попытка глобального анализа зимнего баланса массы основных ледников Северного полушария показала, что баланс Центрально-азиатских ледников, в том числе и М. Актру, не коррелирует с другими ледниками и не описывается ни одной из двух выделенных главных компонент зимнего баланса (McCabe et al., 2000).
В целом наши данные хорошо согласуются с литературными источниками о колебаниях ледников с середины XIX в. до наших дней. Минимальным значениям баланса соответствуют периоды улучшенных условий роста деревьев, что мы связываем с повышением температуры регионального характера, на фоне общеклиматических тенденций. Выделяются периоды, когда баланс был высоким - середина XVII в., начало XVIII в., конец XVIII - середина XIX вв.; низким значениям баланса соответствуют - начало XVII в., середина XVIII в. и конец XIX в. до наших дней. По имеющимся публикациям о ледниках Горного Алтая, можно сделать вывод о синхронности их колебаний не только в многолетних тенденциях изменчивости баланса массы, но и погодичных значений (Нарожный, 2001; Галахов, Мухаметов, 1999), учитывая, что современное сокращение ледников определяется, в основном, уменьшением их объема за счет уплощения, а не подвижек (Нарожный, 2001).
Использование методов нелинейного оценивания, реализованных в программе STATISTICA (1999), позволило увеличить степень согласованности в погодичной 111 изменчивости реконструируемых и расчетных значений баланса ледника, множественный коэффициент корреляции (R) составил 0,87. Для данной реконструкции баланса ледника Мал. Актру нами использовалась кусочно-линейная (разрывная) регрессия вида: Y = (ВО! + В1і Х1 + В2, Х2 + B3i X3 + B4! X4) (Y =Y ) + + (В02 + В12 Х1 + В22 Х2 + В32 ХЗ + B42 X4) (Y Y ), (11)
где Y - баланс ледника; В0П, В1п, В2П, ВЗП, В4П - неизвестные параметры, которые надо оценить; XI, Х2 - индексы МАКС-хронологии в t и t-І год, ХЗ, Х4 - индексы ШГК-хронологии в t и t-І год; Y - точка разрыва.
Точка разрыва показывает, что до определенного момента времени t зависимость описывалась одной моделью, а по достижению критического значения Y - после момента t - другой. Параметры точки разрыва определялись установками самой программы. Критическое значение баланса массы ледника (Y ) составило - 4,24 г/см2. В рамках постулируемой модели стало возможным объяснить более 75% изменчивости абсолютных показателей баланса с помощью индексов ШГК- и МАКС-хронологий. Графически результаты анализа представлены на рис. 5. 7. Наблюдаются отчетливые совпадения кривых изменчивости реконструируемых и фактических значений баланса, коэффициент синхронности составил 75%. Совпадение экстремальных реконструированных и фактических значений баланса как, например, в 1974-м году - с максимальным отрицательным балансом, свидетельствует о достоверности используемой модели реконструкции.
