Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Район исследования. Состояние проблемы 11
1.1. Район исследования 11
1.2. Состояние изученности севера ЕТР в отношении дендроклиматологии 18
1.3 Выводы 32
Глава 2. Материалы и методы 34
2.1. Основные принципы дендрохронологии 34
2.2. Климатические данные 36
2.3. Сбор и обработка древесно-кольцевых данных 42
2.4. Индексирование и построение хронологий 45
2.5. Климатический отклик древесно-кольцевых хронологий 48
2.6. Реперныегоды 50
2.7. Выводы: 51
Глава 3. Древесно-кольцевые данные 52
3.1. Данные из Международного банка древесно-кольцевых данных ITRDB 52
3.2. Данные лаборатории дендрохронологии ИГРАН 53
3.3. Сопряженность динамики годичного прироста деревьев в пространстве 68
3.4. Выводы 70
Глава 4. Климатический отклик древесно-кольцевых хронологий 72
4.1. Климатический отклик за общий период 1950-1990 гг 72
4.2. Корреляции древесно-кольцевых данных с сеточными архивами 88
4.3. Обобщение данных о климатическом сигнале, отраженном в хронологиях хвойных 98
4.4. Изменение климатического отклика древесно-кольцевых хронологий во времени 99
4.5. Реперные годы и климатические параметры 114
4.6. Выводы 115
Глава 5. Палеоклиматическая информация в длинных древесно-кольцевых хронологиях 117
5.1. Реперные годы и экстремальные природные явления в прошлом 117
5.2. Частота аномалий прироста за 800 лет 125
5.3. Межрегиональные корреляции длинных хронологий 129
5.4. Цикличность в длинных хронологиях 133
5.5. Сравнение длинных хронологий с реконструкциями высокого разрешения 135
5.6. Выводы 141
Заключение 144
Список литературы 146
Список иллюстраций 155
Список таблиц 160
Приложение 1. Корреляции древесно-кольцевых хронологий за период 1901-1990 гг 161
Приложение 2. Климатический отклик хронологий живых деревьев за период 1950-1990 гг 179
- Состояние изученности севера ЕТР в отношении дендроклиматологии
- Данные лаборатории дендрохронологии ИГРАН
- Изменение климатического отклика древесно-кольцевых хронологий во времени
- Сравнение длинных хронологий с реконструкциями высокого разрешения
Введение к работе
Актуальность темы. Возможности прогноза естественной и антропогенной изменчивости климата часто бывают ограничены в связи с короткими рядами метеорологических данных. Данные дендрохронологических реконструкций, которые имеют годичное и даже сезонное разрешение, поддаются калибровке с помощью инструментальных метеорологических наблюдений и потенциально доступны во всех районах, где растут деревья, могут в какой-то степени заполнить этот пробел. Для прогнозирования климатических изменений необходимо иметь информацию не только и не столько о глобальном, но в большей степени - о региональном климате. Изучение климатической изменчивости на Европейской территории России с помощью косвенных методов индикации, в частности, дендрохронологии, является, таким образом, одной из актуальных задач для понимания тенденций изменчивости климата в этом регионе. Изучение климатического отклика в ширине годичных колец служит основанием для интерпретации дендрохронологических рядов, являющимися уникальными источниками информации о климате прошлого.
Цель работы - проведение дендроклиматического анализа в северной и центральной частях ЕТР на основе всех доступных дендрохронологических и метеорологических данных, включая данные реанализа, и выявление тех климатических факторов, влияние которых на рост деревьев является наиболее общим и выраженным для всей исследуемой территории, а также создание длинных непрерывных хронологий, привязанных к современности, с целью их дальнейшего палеоклиматического анализа.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие взаимосвязанные задачи:
Сбор имеющейся дендрохронологической информации для данного региона по трем самым распространенным на ней породам хвойных деревьев: сосне, ели и лиственнице, и дополнение ее новыми данными для более полного покрытия территории.
Построение длинных непрерывных древесно-кольцевых серий на севере и в центральной части ЕТР на основе живых деревьев и древесины хвойных из исторических построек и археологических раскопок.
Статистический анализ климатического отклика всех древесно-кольцевых хронологий на основе общей методики и с применением максимального количества климатических параметров, включая данные из современных сетевых архивов.
Анализ пространственно-временной сопряженности динамики приростов деревьев и построение соответствующих карт-схем.
Определение информативности дендрохронологических данных на исследуемой территории с точки зрения содержащейся в них информации о климате прошлого.
Научная новизна работы. В работе впервые проведено исследование климатического отклика хвойных деревьев на всей северной части ЕТР, выделены наиболее общие закономерности влияния климатических условий на
прирост деревьев. Впервые для данного региона представлены две длинные непрерывные древесно-кольцевые хронологии, привязанные к современности, и оценен их палеоклиматический потенциал.
Защищаемые положения
На ЕТР общим для всех хвойных пород (ель, лиственница и сосна) севернее 60 с.ш. является положительный отклик ширины годичных колец на колебания летних температур. Сигнал меняется на 54-56 с.ш., где ширина колец определяется сочетанием двух факторов - тепла и влаги; здесь отмечается положительный отклик на изменения индекса сухости Палмера (PDSI), влажности почвы, относительной влажности воздуха.
В пределах районов, однородных в климатическом отношении, наблюдается генеральное сходство климатического отклика для ели, лиственницы и сосны. Это дает возможность объединять разные породы хвойных в единые региональные хронологии на основе перекрестного датирования, а это, в свою очередь, позволяет создавать длинные составные шкалы на основе археологического материала. Эти шкалы могут быть использованы для дендрохронологического датирования древесных остатков разного происхождения и для целей палеоклиматологии.
Доминирующим для хронологий сосны севернее 60 с.ш. является положительный отклик на минимальные температуры мая-августа. Для всех рассмотренных хронологий ели обнаружено наличие отрицательных корреляций прироста с температурами конца предыдущего вегетационного сезона. Для хронологий лиственницы севернее 60 с.ш. доминирующим является положительный отклик на минимальные и средние температуры июня-июля, а для более южных районов - положительный отклик на летние осадки и отрицательный - на летние температуры.
Впервые для региона исследования созданы две непрерывные, абсолютно датированные древесно-кольцевые хронологии, привязанные к современности. Хронологии «Соловки» (1189-2008 гг.) и «Вологда» (1085-2009 гг.) коррелируют с показателями теплообеспеченности, реконструированными по палинологическим и историческим данным для ЕТР. Вологодская хронология имеет тесную корреляцию с реконструкцией среднегодовой температуры Северного полушария, а Соловецкая - содержит региональный климатический сигнал.
Максимальные значения индексов прироста у хронологий «Соловки» и «Вологда», по крайней мере, за 800 лет, отмечаются в первое десятилетие 21-го века. При этом тенденция увеличения индексов прироста началась в случае Вологодской хронологии в начале 17 в., а в случае Соловецкой - в начале 18 в.
Личный вклад автора. Собственные исследования автора включали
следующие виды работ: полевые работы по сбору дендрохронологического
материала; лабораторную обработку, измерение ширины годичных колец;
перекрёстную датировку полученных древесно-кольцевых серий и построение
хронологий; статистическую обработку климатической и
дендрохронологической информации; сопоставление полученных данных с
результатами других исследователей. Автором было выполнено приведение измерений, выполненных в Институте археологии РАН в единый формат, проверка качества этих измерений и их перекрестной датировки, построение единой дендрошкалы, привязанной к современности. Многие этапы работы были автоматизированы посредством разработанных автором программ. Некоторые из них могут быть загружены с веб-сайта дендрохронологической лаборатории ИГРАН ().
Практическая значимость работы. Полученные результаты могут использоваться для региональных и глобальных реконструкций изменений климата и моделирования его изменчивости в будущем. Особенно важны эти материалы для прогнозирования внутривековой изменчивости климата. Построенные нами непрерывные хронологии необходимы для датировки исторических и архитектурных памятников: они повышают точность и надежность таких датировок. Информация о климатическом отклике деревьев может использоваться в лесоводстве при прогнозе реакции радиального прироста деревьев на изменения климата.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на российских и международных конференциях: XI конференции «Сергеевские чтения» в Москве (2009 г.), конференции Европейского геофизического союза (EGU) в Вене (Австрия, 2009 г.), Открытой научной конференции «Глобальные изменения в прошлом» (PAGES) в Корвалисе, (США, 2009 г.), Всероссийской конференции «Современные проблемы климатологии» в Санкт-Петербурге (2009 г.), 3-й международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» в Москве (2009 г.), ежегодной конференции Ассоциации американских географов в Вашингтоне (США, 2010 г.), международной конференции дендрохронологов WorldDendro 2010 в Рованиеми (Финляндия, 2010 г.), LXIII Герценовских чтениях в Санкт-Петербурге (2010 г.), в школе-семинаре молодых ученых «Изменения климата и экосистем горных территорий» в Кисловодске (2010 г.) и на всероссийской научной конференции «Динамика современных экосистем в голоцене» в Екатеринбурге (2010 г.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 222 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Список литературы включает 168 наименований, в том числе 116 - на иностранных языках. Текст иллюстрирован 74 рисунками и содержит 11 таблиц.
Состояние изученности севера ЕТР в отношении дендроклиматологии
Подробный обзор литературы о влиянии климатических факторов на прирост ели европейской в разных частях ареала дается В.А. Липаткиным и Д.Е. Румянцевым в разделе 3.2 монографии (Дендрохронологическая информация..., 2007, стр. 101-113) Там, в частности, упоминается исследование А.А. Молчанова (1976), анализировавшего влияние климатических факторов на рост хвойных пород в Мурманской, Архангельской, Ленинградской областях, Карелии, Вологодской, Ярославской, Ивановской, Новгородской, Смоленской, Московской, Рязанской, Тульской областях и др. Результаты исследования позволили сделать вывод, что изменения прироста тесно связаны с термическими условиями и количеством осадков, а также постепенно ослабевающее влияние температуры и усиливающееся влияние осадков от севера к югу. Исследования в Ярославской области (Механизмы... 1969) показали, что ширина годичного кольца у ели ограничивается главным образом влажностью почвы. В итоге В.А. Липаткин и Д.Е. Румянцев замечают, что характер связи прироста древесины с климатическими факторами может быть крайне разнообразен и должен отдельно устанавливаться применительно к каждому конкретному географическому региону. В разделе 3.3 той же монографии приводятся коэффициенты корреляции хронологий сосны и ели из Московской области с ежемесячными осадками и температурами (1944-1997 гг.). Хронологии имеют значимую положительную связь с осадками марта и отрицательную - с температурами июня. Для ели также значимы корреляции с осадками июля и температурами августа (отрицательная) прошлого года.
В книге Т.Т. Битвинскаса (1974) в основном рассматривается климатический отклик сосны на территории современной Литвы, но также присутствуют данные о Новгородской области и Карелии. Установлена связь радиального прироста с гидротермическим показателем, коэффициентом запаса влаги, а также с солнечной активностью.
А.Б. Колчин и Н.Б. Черных (1977) упоминают несколько исследований о географической сопряженности годичного прироста сосновых и еловых лесов подзоны южной тайги. Г.Б. Гортинский и А.И. Тарасов (1969) исследовали динамику прироста еловых древостоев в Ленинградской, Ярославской и Калининской (Тверской) областях. Они пришли к выводу, что однотипная динамика годичного прироста еловых лесов прослеживается на значительных расстояниях и поэтому ее можно считать общегеографическим признаком, типичным для всей подзоны южной тайги. Авторы считают, что черты сопряженности годичного прироста были связаны с неустойчивостью водного режима древостоев в период максимального прироста в июне и июле.
Е.В. Дмитриева (1975) исследовала динамику прироста сосны и ели из районов северо-запада Карельского перешейка и Южной Карелии. Сопряжение колебаний годичного прироста и данных по температуре и осадкам прослежены на протяжении 120 лет. Исследования показали, что основное значение для прироста дерева имеет тот фактор, который в данный момент оказывается в относительном минимуме. Такими факторами для зимнего периода является тепло, а в период вегетации - влага. Сопряженность в динамике годичного прироста проявляется тогда, когда климатический фактор достигает крайнего напряжения. Такими годами на всех местообитаниях в Южной Карелии и на Карельском перешейке (расстояние до 300-400 км) были 1853, 1858, 1868, 1889, 1896, 1933, 1951, 1964 и 1972 гг., когда исключительно низкое количество осадков в период вегетации вызвало везде единую реакцию минимального прироста. Такие же угнетения отмечены в 1856, 1917, 1940, 1942, 1956 гг., когда было крайне длительное понижение температуры в зимний период.
Для Новгородской области М.М. Чернавской и соавторами (Chernavskaya et al., 1996b) были получены положительные корреляции радиального прироста с элементарными циркуляционными механизмами (ЭЦМ, Дзердзеевский, 1975; Кононова, 2009) теплой (ЭЦМ 26, 2в, 7ал) и холодной (ЭЦМ 5г, 5в, 7бз, Иг, Ив) половины года, коэффициенты корреляции до 0,56.
М.М. Чернавская и А.В. Пушин (Изменчивость..., 1995, стр. 87-92) заметили одинаково отрицательную реакцию сосны на температуру июня в северной и центральной части ЕТР (Новгородская и Ленинградская области), однако этот вывод основан на анализе коротких (1943-1978 гг., 36 лет) рядов метеоданных, использованных для построения функции отклика древесно-кольцевых хронологий. В монографии Д.Е. Румянцева (2010а) описывается климатический отклик интродуцентов (лиственницы сибирской и сосны кедровой сибирской) в Московской области.
Одним из самых значительных исследований климатического отклика хронологий по ширине и плотности годичных колец хвойных деревьев в Северном полушарии является работа К. Бриффы и соавторов (Briffa et al., 2002а). На рисунке 2 показаны хронологии по ширине колец севера ЕТР и прилегающих территорий, вошедшие в указанное исследование. Также графически обозначена корреляция данных хронологий со средними температурами июня-августа за период 1881-1984 гг.
На рисунке 3 показаны корреляции обобщенной хронологий ширины колец NEUR для региона северной Европы с температурами и осадками. Видно, что корреляции обобщенной хронологии по северной Европе (кружки) с температурами гораздо выше, чем средняя корреляция индивидуальных хронологий (столбики).
Все использованные К. Бриффой хронологии доступны через ITRDB (http://www.ncdc.noaa.gov/paIeo/treering.html). Те из них, что находятся в северной части ЕТР, более полно исследуются в данной работе.
В работах Е.В. Лопатина (Лопатин, 2010; Lopatin et al., 2007) исследуется отклик хронологий сосны и ели в республике Коми на среднемесячные температуры и осадки (рис. 4). Доля дисперсии радиального прироста сосны и ели в Республики Коми, объясненная среднемесячной температурой, варьируется от 22% до 41%, осадками - от 19% до 38%. Доля дисперсии радиального прироста, объясненная одновременным сочетанием температуры и осадков варьируется от 43% до 70%. Наиболее чувствительны к изменениям климата древостой в подзоне средней тайги, менее чувствительны в подзоне южной тайги. Выявленные статистические связи климатических параметров по среднемесячным температурам и суммам осадков, влияющие на радиальный прирост сосны и ели в Республике Коми нестабильны во времени.
Н.В. Ловелиус и А.Н. Соболев (2010) исследуют прирост сосны и ели на Соловецком архипелаге в связи с климатом. В работе используется не анализ климатической функции отклика, а метод климаграмм (Ловелиус, 2000), когда сравниваются климатические параметры в годы с аномальными положительными и отрицательными приростами деревьев. Он позволяет сделать качественные, но не количественные выводы о связи прироста деревьев с климатическими параметрами. В целом же, можно сказать, что климатический отклик хвойных деревьев недостаточно изучен для территории исследования, особенно в аспекте дендроклиматологии. Большинство исследований относятся к дендроархеологии или лесоведению, а задачи этих дисциплин в значительной степени отличаются от задач дендроклиматологии, хотя иногда и пересекаются. С одной стороны это объясняется спецификой района: большой антропогенной нагрузкой и произрастанием деревьев в условиях, близких к оптимальным. Оба этих фактора усложняют построение длинных хронологий и извлечение из них климатического сигнала (см. пункт 2.1). С другой стороны, поиск общего климатического отклика на всей территории исследования с применением одной методики поможет отсеять случайные факторы, влияющие на прирост деревьев в отдельных районах. Это будет полезно как дендроклиматологам, так и лесоведам, экологам и ботаникам. Использование общей методики также поможет проследить изменение климатического отклика в пространстве и времени.
Данные лаборатории дендрохронологии ИГРАН
Характеристики хронологий по живым деревьям приведены в таблицах 1 и 3. Это две хронологии с Соловецких островов (сосна pdb и ель pdel), одна из Вологодской области (сосна, kov), три из Московской области (сосна zve, ель vyaz и лиственница goll) и одна из Калужской области (сосна, орр). В основном, длина хронологий сокращается с севера на юг, что естественно. Исключение составляет хронология орр, построенная на основе образцов, отобранных из деревьев, произрастающих на заповедных землях рядом с монастырем Оптина Пустынь, Калужская область. Соседство с монастырем позволило оградить деревья от порубок на протяжении почти 300 лет.
Хронология goll составлена из образцов, отобранных из лиственниц, высаженных в музее-заповеднике А.С. Пушкина (Усадьба Вяземы) в начале 19 в. С помощью дендрохронологического исследования удалось установить возраст деревьев - до 194 лет. Лиственница в данных условиях является интродуцентом, т.е. произрастает вне границ своего ареала.
Хронологии сосны и ели в Московской области (zve и vyaz) показывают сходную динамику прироста (рис. 20А). Коэффициент корреляции между ними за период 1858-2007 гт. равен 0,52. В нашей работе (Д.Е. Румянцев и соавторы; 2010b) раньше также отмечалось сходство динамики прироста сосны и ели в московском регионе, обнаруженной при анализе другого массива хронологий. Корреляции хронологий сосны и ели с хронологией лиственницы goll незначимы.
Соловецкие хронологии сосны и ели pdb и pdel показывают меньше сходства: коэффициент корреляции за тот же период только 0,18 (рис. 20Б). Тем не менее, эти хронологии датируются друг относительно друга в программе COFECHA. На рисунке 21 приведены стандартные (STD) хронологии по живым деревьям, построенные в лаборатории дендрохронологии ИГРАН, и их наполненность образцами.
Изменение климатического отклика древесно-кольцевых хронологий во времени
На рисунке 51 показана пространственная корреляция полей древесно-кольцевых данных со средними температурами июня-июля для трех 30-летних периодов: 1901-1930 гг., 1931-1960 гг. и 1961-1990 гг. Отклик сосны чуть слабее во втором периоде, в первом периоде он сильнее в западной части, а в третьем - в восточной. Отклик ели самый сильный во второй период, а в третий период значимый отклик присутствует только в районе Соловецкой хронологии. Отклик лиственницы сильнее всего в первый период, в третий слабее, а во второй для северных хронологий вообще незначим.
На рисунке 52 для каждого рода деревьев приведены пространственные корреляции на трех 30-летних периодах с теми параметрами, с которыми они имеют наилучшие корреляции на периоде 1901-1990 гг. Отклик сосны на среднюю температуру июля ослабевает от первого к третьему периоду, но остается значимым на обширной территории. Отрицательный отклик ели на среднюю температуру июля предыдущего года немного ослабевает во втором периоде, а в третьем он максимальный. Отклик лиственницы на среднюю температуру июня ослабевает от первого к третьему периоду, в третьем он значим на небольшой территории.
В целом, климатический отклик деревьев в той или иной степени изменяется, причем как в сторону усиления реакции на климатические параметры, так и в сторону ослабления. Можно говорить не только об изменении климатического отклика в последние десятилетия, а вообще об отсутствии стабильности за период инструментальных наблюдений. Связи даже с теми климатическими параметрами, на которые откликается большинство хронологий, изменяются в пространстве и времени. Лишь для нескольких северных хронологий по ширине годичных колец сосны и лиственницы сохраняется значимый отклик на летние температуры для всех рассмотренных временных интервалов.
Мы отдельно рассмотрели отклик хронологий, полученных в лаборатории дендрохронологии ИГРАН в последние годы, т.к. все они заканчиваются после 2007 г., и это позволяет проследить изменение отклика в недавнее время.
Ближайшей метеостанцией к площадке отбора образцов для хронологии сосны PDB является метеостанция Кемь (код ВМО 22520). Данные среднемесячных температур и осадков на ней доступны с 1891 по 2006 гг. Ежедневные данные, по которым были получены минимальные и максимальные месячные температуры и агроклиматические характеристики доступны с 1916 по 2006 гг.
Самые сильные корреляции остаточной хронологии PDB за весь период с метеоданными наблюдаются для минимальных температур апреля-сентября, максимальных температур за гидрологический год, средних температур мая-августа и суммы температур больше 0 С (рис. 53). Период стабильного положительного отклика на летние температуры для этой хронологии приходится на 1910 — 1975 гг. Примерно до 1940 г. длится период отрицательного отклика на осадки июня-июля. После него идет период стабильного положительного отклика на индекс сухости PDSI с апреля предыдущего года по апрель текущего года - он приходится на 1955-2004 гг. Скорее всего это изменение связано с резким уменьшением осадков в летние месяцы после 1937 г., наблюдаемое на метеостанции Кемь. В самые последние тридцатилетия снова появляется значимый отклик на суммы температур больше 0, 5, 10 и 15 С.
Площадка этой хронологии находится рядом с площадкой PDB, так что для нее тоже использовались ряды метеостанции Кемь. Самые сильные корреляции остаточной хронологии PDEL за весь период с метеоданными наблюдаются для максимальных и средних температур июня (рис. 54). Сильные отрицательные корреляции наблюдаются со средними температурами июня предыдущего года и с максимальными, минимальными и средними температурами февраля. Также хронология отрицательно коррелирует с суммой температур больше 10 С в предыдущем году. В целом, эти связи довольно стабильны во времени, но усиление корреляций с прошлым годом в основном соответствует ослаблению корреляций с текущим. Особенно хорошо это видно по агроклиматическим характеристикам.
В статье Н.В. Ловелиуса и А.Н. Соболева (2010) приведены результаты анализа связи прироста сосны и ели на Соловецких островах с температурами и осадками. Анализ проведен с помощью климаграмм, когда анализируются средние климатические параметры в годы повышенного и пониженного прироста. Этот метод позволяет получить качественные, а не количественные выводы о связи приростов с климатическими параметрами. Наши выводы сходны с выводами Н.В. Ловелиуса и А.Н. Соболева только по поводу положительного влияния летних температур на прирост ели. Их выводы об отрицательном влиянии на прирост сосны повышенных температур летом и пониженных температур зимой не подтверждаются нашим исследованием. Также нашим исследованием не подтверждаются выводы о заметном влиянии осадков на прирост сосны и ели в этом регионе. Различие выводов может быть связано с использованием разных методов анализа.
Площадка отбора образцов находится примерно на равном расстоянии от метеостанций Вологда (код ВМО 27037) и Вытегра (код ВМО 22837), но корреляции с метеостанцией Вытегра в среднем выше. Данные среднемесячных температур и осадков на ней доступны с 1886 и 1902 по 2007 гг. соответственно. Ежедневные данные, по которым были получены минимальные и максимальные месячные температуры и агроклиматические характеристики доступны с 1881 по 2008 гг.
Самый сильный отклик остаточной хронологии KOV за весь период на метеоданные наблюдаются для минимальных и средних температур июля, а также на индекс сухости PDSI апреля предыдущего года (отрицательный) (рис. 55). Самые стабильные корреляции - с минимальными температурами апреля-сентября (с 1905 по 1990 гг. с небольшим перерывом) и индексом сухости PDSI с апреля по июль предыдущего года (1910 по 1980 гг. с перерывами). В целом отклик довольно нестабилен, отклик на суммы температур больше 0 и 5 С вообще меняется на противоположный.
Ближайшей метеостанцией к площадкам отбора образцов для подмосковных хронологий сосны ZVE, ели VYAZ и лиственницы GOLL является метеостанция Москва (код ВМО 27612). Данные среднемесячных температур и осадков на ней доступны с 1891 и 1939 по 2007 гг. соответственно. Ежедневные данные, по которым были получены минимальные и максимальные месячные температуры и агроклиматические характеристики доступны с 1948 по 2008 гг.
Длина рядов по максимальной, минимальной температуре и агроклиматическим характеристикам, таким образом, составляет всего 60 лет. Самые сильные корреляции остаточной хронологии ZVE с этими рядами присутствуют для минимальных температур декабря предыдущего года, максимальных температур октября-марта (рис. 56). Более интересны значимые корреляции с длинными рядами: положительная — со средней температурой декабря прошлого года и осадками февраля и марта, отрицательная — со средней температурой июня. Самая сильная корреляция с индексом сухости PDSI приходится на июль. Она же и самая стабильная - эта связь оставалась значимой с 1890 по 1970 г.
В 1940-е - 1970-е гг. происходят резкие изменения: на смену отрицательному отклику на температуру июня и июля приходит положительный отклик на температуры мая. В это же время большее значение приобретает индекс сухости января-апреля текущего года. С 1940 года стабильно присутствует значимый положительный отклик на осадки конца зимы — начала весны, с переходом от марта к февралю. Скорее всего, эти изменения связаны с положительными трендами температур и осадков в этом регионе и, в связи с этим, более ранним началом вегетационного сезона.
Сравнение длинных хронологий с реконструкциями высокого разрешения
Мы сравнили Соловецкую и Вологодскую sf-RCS хронологии с региональными и полушарными реконструкциями температур. Из региональных реконструкций мы использовали реконструкцию летних температур по ширине колец сосны обыкновенной в Хибинах за период 1600-2004 гг. Ю.М. Кононова и соавторов (Kononov et al., 2009) и реконструкцию средних температур апреля-сентября по максимальной плотности годичных колец деревьев для северной Европы (NEUR) за период 1588-1992 гг. К. Бриффы и соавторов (Briffa et al, 2002а), реконструкцию летних температур Арктики за период 1600-1995 гг. (Overpeck et al., 1997) и более позднюю, за период 5-1995 гг. (Kaufman et al, 2009).
Для сравнения с реконструкциями температур Северного полушария мы взяли данные, использованные в отчете IPCC (ГРСС 2007, Figure 6.10, Table 6.1). Это три реконструкции летних температур: Ф. Джонса и соавторов за период 1000-1991 гт. (Jones et al., 1998; калибровка Jones et al., 2001), К. Бриффы и соавторов за период 1402-1960 гг. (Briffa et al., 2001), К. Бриффы и соавторов за период 1-1993 гг. (Briffa, 2000; калибровка Briffa et al., 2004); и семь реконструкций средних температур за год: М. Манна и соавторов за период 1000-1980 гг. (Mann et al., 1999), Я. Эспера и соавторов за период 831-1992 гг. (Esper et al., 2002; калибровка Cook et al., 2004b), M. Манна и Ф. Джонса за период 200-1980 гг. (Mann and Jones, 2003), С. Рутерфорда и соавторов за период 1400-1960 гг (Rutherford et al., 2005), А. Моберга и соавторов за период 1-1979 гг. (Moberg et al., 2005), Р. Д Арриго и соавторов за период 713-1995 гг. (D Arrigo et al., 2006), Г. Хегерля и соавторов за период 558-1960 гг. (Hegerl et al., 2006). Дополнительно мы использовали реконструкцию средних годовых температур Т. Кроули и Т. Ловери за период 1000-1993 гг. (Crowley and Lowery, 2000).
Соловецкая хронология показала наилучшую корреляцию с реконструкцией Ю.М. Кононова и соавторов для Хибин (Kononov et al., 2009), коэффициент корреляции за общий период 1600-2004 гг. равен 0,61 (рис. 70). При этом коэффициент корреляции Соловецкой sf-RCS хронологии со средними температурами июня-июля по ближайшей метеостанции Кемь равен 0,44. Корреляции с реконструкциями летних температур Арктики ниже: R=0,33 с реконструкцией Д. Оверпека и соавторов (Overpeck et al., 1997) за общий период 1600-1995 гт. и R=0,14 с реконструкцией Д. Кауфмана и соавторов (Kaufman et al., 2009) за период 1395-1995 гг (здесь и далее мы используем только ту часть хронологий, где EPS 0,85; в обоих случаях древесно-кольцевая хронология сглаживалась 10-летним скользящим средним, т.к. разрешение реконструкций равно 10 годам).
Из реконструкций температур для Северного полушария с Соловецкой хронологией лучше всего коррелирует реконструкция Р. Д Арриго и соавторов (D Arrigo et al., 2006): R=0,35 за общий период 1393-1995 гг.
Из всех региональных реконструкций Вологодская хронология (сглаженная 10-летним скользящим средним) лучше всего коррелирует с реконструкцией летних температур Арктики Д. Оверпека и соавторов (Overpeck et al., 1997) за общий период 1600-1995 гг. (R=0,50). Если же взять период 1600-1950 гг., то коэффициент корреляции возрастает до значения R=0,59 (рис. 71). Вообще, часть Вологодской хронологии после 1950 г., в отличие от остальной ее части, плохо согласуется со всеми реконструкциями температур. Скорее всего, это связано с особенностями площадки отбора образцов для современной части хронологии. При выборе площадки мы, прежде всего, руководствовались желанием найти самые долгоживущие деревья, чтобы соединить плавающую часть хронологии с современностью, поэтому отбор образцов проводился на кустарничково-сфагновом болоте. Эту часть хронологии предстоит доделать, отобрав и добавив в хронологию более чувствительные к климату деревья. Пока же мы будем сравнивать ее с реконструкциями температур до 1950 г. Коэффициент корреляции Вологодской sf-RCS хронологии с реконструкцией летних температур Арктики Д. Кауфмана и соавторов (Kaufman et al., 2009) за период 1395-1950 гг. гораздо ниже: R=0,29.
По рисунку 9 из главы 1 видно, что реконструкция К. Бриффы для северной Европы (NEUR, Briffa et al., 2001) достаточно хорошо коррелирует с инструментальными температурами на территории западной части Вологодской области. Коэффициент корреляции же этой реконструкции с Вологодской хронологией за период 1588-1950 гг. значим, но невысок: R=0,21.
Из полушарных реконструкций с Вологодской хронологией лучше всего коррелирует реконструкция М. Манна и Ф. Джонса и соавторов (Mann and Jones, 2003): коэффициент корреляции сглаженной 10-летним скользящим средним sf-RCS хронологии «Вологда» с реконструкцией средних годовых температур за общий период 1173-1950 гг. равен 0,59 (рис. 72; реконструкция М. Манна и Ф. Джонса имеет разрешение 10 лет). Корреляция с реконструкцией Р. Д Арриго и соавторов (D Arrigo et al., 2006), имеющей годичное разрешение, за тот же период равен R=0,33, а после сглаживания 10-летним скользящим средним R=0,35 (рис. 72). Отличие этих двух реконструкций в использованном наборе данных: М. Манн и Ф. Джонс использовали наземные и морские данные по всему полушарию, а Р. Д Арриго и соавторы - только наземные данные для внетропических районов.
Мы сопоставили построенные нами две длинные северные древесно-кольцевые хронологии с климатическими реконструкциями высокого разрешения, выполненными на основе палинологических и исторических данных (Klimenko, Solomina, 2010) (рис 73). Несмотря на существенно иную природу этих косвенных палеоклиматических источников информации, отмечаются статистически значимые коэффициенты корреляции и генеральное сходство кривых Вологодской хронологии с летними температурами и Соловецкой хронологии- со среднегодовыми и зимними температурами.
Мы обнаружили связь сглаженной 10-летним скользящим средним sf-RCS хронологии «Соловки» с реконструкцией хода инсоляции, полученной по изотопу 10Ве в ледовых кернах из центральной Антарктики (Delaygue and Bard, 2010) (рис. 74). Мы сгладили sf-RCS хронологию, т.к. реконструкция инсоляции представлена с разрешением около 10 лет. Наблюдается как совпадение основного тренда, так и отдельных пиков (1455, 1605, 1805, 1975 гт. и др.). Корреляция между рядами, за общий период 1393-1982 гг. составляет 0,63. Причины этой связи до конца не ясны, однако, если предположить, что именно инсоляция обуславливает изменчивость Соловецкой хронологии, то положительный тренд, наблюдаемый в этой хронологии тоже обусловлен изменением инсоляции и не связан с антропогенной деятельностью. Однако, возможно и другое объяснение: Д. Кауфман и соавторы (Kaufman et al., 2009) показывают, что летняя температура Арктики имеет сильную связь с инсоляцией (для средних по столетиям коэффициент корреляции равен 0,87 за 2000 лет). Таким образом, связь инсоляции с приростом деревьев может объясняться связью инсоляции с температурами и влиянием температур на прирост древесины. Тем не менее, как было показано раньше, связь Соловецкой хронологии с реконструкциями температур Арктики гораздо ниже, чем с реконструкцией инсоляции. Связь частоты реперных лет с солнечной активностью была отмечена ранее (см. рис. 63). Следует однако иметь ввиду, что использованная реконструкция хода инсоляции заканчивается в 1982 г., и поэтому вопрос о причинах увеличения приростов в Соловецкой хронологии в к конце 20-го -начале 21-го века остается вне рамок этой дискуссии.
Связь дендрохронологичсских показателей с различными показателями солнечной активности на территории исследования исследовалась ранее А.А. Молчановым (1970), Т.Т. Битвинскасом (1974), Н.В. Ловелиусом (1979), М.И. Розановым и B.C. Прокудиной (2002) и другими исследователями. У Т.Т. Битвинскаса (1974) также дан обзор по этой теме по состоянию на 1974 г. В разных исследованиях отмечается как положительная, так и отрицательная связь прироста деревьев с различными показателями солнечной активности.
Положительная связь индексов прироста деревьев с долговременными изменениями солнечной активности отмечена в соседнем с Соловецкими островами регионе: на Кольском полуострове. Ю.М. Кононов и соавторы (Kononov et al., 2009) показывают такую связь для сосны обыкновенной начиная с 1600 г., а О.И. Шумилов и соавторы (Shumilov et al., 2006) - для можжевельника сибирского с 1328 г. Хронология О.И. Шумилова и соавторов, однако, содержит только 2 образца ранее 1550 г., поэтому интерпретация ранней ее части дискуссионна. Интересно, что в реконструкции Ю.М. Кононова связь приростов с инсоляцией нарушается в середине 20го века. Из этого факта авторы делают вывод о доминировании регионального климатического воздействия над глобальным в последние десятилетия. В нашем случае эта связь прослеживается на протяжении всего 590-летнего ряда.
