|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Роль локальной пространственной структуры, астрофизических, геофизических и климатических факторов в устойчивости и изменчивости функционирования криогенных ландшафтов, с использованием методов дендрохроноиндикации (на примере северной тайги Западной Сибири) (РФФИ)НИР
Contributions of local spatial pattern, astrophysical, geophysical, and climatic factors to the stability and variability of functioning of cryogenic landscapes using methods of dendrochronoindication (on the example of the northern taiga in West Siberia)
- Руководитель НИР: Дьяконов К.Н.
- Участники НИР: Бочкарев Ю.Н., Воловинский И.В., Куприянов Д.А., Нагорная Е.Г., Подгорный О.М., Ретеюм А.Ю., Хорошев А.В.
- Подразделение: Кафедра физической географии и ландшафтоведения
- Срок исполнения: 15 января 2019 г. - 31 декабря 2021 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 19-05-00786/19
- Номер ЦИТИС: АААА-А19-119031290085-9
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Изменения природной среды, общества и проблемы природопользования
- ПН России: Рациональное природопользование
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 39.19.31 Ландшафтоведение
- Классификатор OECD: Физическая география
-
Ключевые слова:
бугор, астрофизические, статистическое моделирование, пространственная структура, мерзлота, изменчивость, биопродукционный процесс, климатические, дендрохроноиндикация, ландшафт, геофизические факторы
bioproduction process, geophysical, variability, dendrochronoindication, spatial pattern, astrophysical, statistical modeling, climatic factors, mound, permafrost, landscape -
Описание:
Проект ориентирован на решение фундаментальных проблем ландшафтоведения: а) единства ландшафтного пространства-времени: в какой степени устойчивость функционирования определяется латеральными взаимодействиями пространственных элементов ландшафта; б) локальной и региональной специфики отклика геосистем на астрофизические, геофизические и климатические сигналы; в) механизмов реализации эмерджентных эффектов в мозаичной геосистеме как результата взаимодействия пространственных элементов. Объект исследования – мерзлотно-северотаежные ландшафты Западной Сибири с динамичной пространственной структурой, высокочувствительные к изменениям климата. Цель – выявить связи между пространственными и временными закономерностями функционирования геосистем с учетом вкладов климатических, астрофизических и геофизических факторов. Предмет исследования – многолетняя динамика (за временной период до 400 лет) залесенных бугров пучения и термокарстовых котловин на месте протаявших бугров как результат локальных межфациальных и межурочищных латеральных взаимодействий и влияния глобальных внешних факторов. На основе формализованного количественного описания пространственной структуры ландшафта, методов дендрохроноиндикации и статистического моделирования планируется: выявить специфику внутри- и межвековой хроноорганизации, иерархические уровни биопродукционного процесса; оценить роль астрофизических и геофизических факторов; выявить статистические связи между внутриурочищной мозаичностью бугров пучения и термокарстовых котловин, морфологическими свойствами урочищ как целостной геосистемы и изменчивостью характеристик биопродукционного процесса; оценить вклад латеральных межурочищных взаимодействий в изменчивость биопродукционного процесса. Устойчивость функционирования локальных геосистем впервые исследуется как функция разномасштабных воздействий и пространственной структуры равнинного ландшафта.
-
Abstract:
The project focuses on the basic issues in landscape science: a) spatio-temporal unity – to which extent stability of functioning is determined by lateral interactions between landscape spatial units; b) local and regional specifics of geosystems response to astrophysical, geophysical, and climatic signals; c) mechanisms of emergent effects in a mosaic geosystem as a result of interactions between spatial units. Study area is located in the northern taiga on permafrost in West Siberia with dynamic spatial pattern being extremely sensitive to climate changes. The purpose is to reveal linkages between spatial and temporal regularities of geosystems functioning with regards to contributions of astrophysical, geophysical and climatic influences. Long-term (about 400 years) variability of tree increments and spatial pattern will be studied in the frost mounds and thermokarst depressions. We will apply formalized descriptions of spatial pattern, dendrochronoindication and statistical modeling to determine specific features of intra-century and inter-century chronoorganization and hierarchical levels of bioproduction, to evaluate contributions of global scale external impacts; to examine relationships between internal diversity of units, morphological properties of units, lateral inter-unit influences and variability of bioproduction process. Stability of local geosystems functioning will be studied as a function of multiscale influences and spatial pattern of plain landscape.
-
Планируемые результаты:
1. Составлены полевые описания не менее 20 урочищ с отбором кернов в модельных деревьях (не менее 10 в каждом урочище) и последующая обработка дендрохронологических материалов 2. Будет создана база данных, включающая сведения о климатических рядах и рядах динамике астрофизических и геофизических показателей за время 3. Создание предварительной ландшафтной карты на весь полигон исследований на базе классифицированного космического снимка. 4. Выявлены закономерности климатических флуктуаций за 400 лет (максимальный возможный возраст опробуемых деревьев) (в текстовой форме) 5. Вычленены разночастотные колебания приростов деревьев на базе Фурье-анализа. 6. Рассчитаны коэффициенты синхронности приростов деревьев по обобщенными хронологиями между фациями, что позволяет предварительно судить о степени влияния анализируемых факторов. 7. Определены статистические показатели связи между количественными характеристиками пространственной структуры ландшафта и показателями изменчивости приростов.
-
Научный задел:
Коллектив кафедры около 20 лет разрабатывает дендрохронологическое направление в ландшафтоведении, преимущественно в подзонах северной тайги Западно-Сибирской низменности, средней и южной тайги Европейской территории России. Для исследования временной структуры геосистем бугров пучения и соседствующих с ними термокарстовых озер предполагается использовать методы дендрохронологии, которые были адаптированы для решения этих задач ходе предыдущих работ за 2000 – 2017 гг. В районе стационара «Надым» Ю.Н. Бочкаревым собран некоторый полевой материал по данному направлению – были исследованы около 20 бугров пучения. Выявлено, что изученные бугры пучения реагируют по-разному на современные климатические изменения, которые привели к полному разрушению отдельных бугров пучения или их частей и образованию на их месте термокарстовых озер, начиная с конца 1990-х гг. и начала 2000-х гг. Часть бугров находятся лишь в процессе разрушения, а часть бугров вообще не среагировали и даже стабилизировались в последние десятилетия. При этом пока не удалось найти закономерности, связанные с двумя основными типами бугров – минеральными и торфяно-минеральные. Необходимо учитывать внутреннюю ландшафтную структуру бугра, его окружение и положение во вмещающих его геосистемах более высокого иерархического ранга, а также возраст. Необходимо отметить наличие большого количества материалов, наработанных за 46 лет работы Надымского стационара, в частности ежегодные наблюдения за сезонным протаиванием и температурой в скважинах на разных глубинах, которые также предполагается использовать. А.В. Хорошевым (2013, 2016, 2017) разработаны количественные методы изучения пространственной структуры геосистем, основанные на выявлении размера вмещающей геосистемы, свойства и процессы которой задают рамочные условия для свойств природно-териториальных комплексов низшего ранга. Основной прибор для первичого анализа древесно-кольцевой структуры – прибор Lintab-6. Расчетная техника достаточна.
-
Основные результаты:
Запланировано установить (выявить): 1. Соответствие (несоответствие) иерархической организации пространства и времени на разных масштабных уровнях для северотаежных ландшафтов Западной Сибири. 2. Роль астрофизических, климатических и геофизических факторов в биопродукционном процессе как важнейшем индикаторе функционирования ландшафтов. 3. Приоритетность либо направленных, либо циклических изменений функционирования в зависимости от способа трансформации астрофизических, климатических и геофизических сигналов пространственной структурой ландшафта. 4. Планируется проведение сравнительной оценки вкладов факторов возраста, климатических флуктуаций и местоположения в варьирование радиальных приростов на протяжении жизни деревьев. 5. Будет дана количественная оценка степени взаимозависимости внутренней структуры и собственных параметров мерзлотного урочища и ландшафтной структуры в его окрестностях как предполагаемых результатов криогенных процессов в условиях современных климатических трендов. 6. Перечень процессов, формирующих внутреннюю структуру мерзлотной геосистемы; будет дана количественная оценка вклада внутренних процессов в межгодовую изменчивость годичного радиального прироста древесного яруса фитоценоза; Обоснованы стадии развития древостоя, на которых повышается чувствительность приростов к мозаичности интенсивности криогенных процессов. 7. Планируется выявление зависимости изменчивости приростов от стадии развития бугра пучения. 8. Критические значения количественных показателей пространственной структуры ландшафта, при которых достигается высокая или низкая устойчивость функционирования древесного яруса в пределах бугров пучения и термокарстовых котловин. 9. Типичные размеры мозаичной геосистемы, оказывающей влияние на функционирования бугра пучения. Будет определен диапазон ландшафтных условий и собственных параметров бугра и котловины, при которых реализуется статистически достоверная зависимость изменчивости приростов от ландшафтной структуры. Будет установлен диапазон ландшафтных условий, при которых функционирование геосистемы (оцененное по изменчивости биопродуктивности) становится независимым от ландшафтной структуры окрестностей (геосистемы более высокого ранга) определяется только внутренними процессами саморазвития. Каждый из перечисленных результатов будет получен отдельно для периода до и во время современного потепления и увеличения количества осадков.
- Добавил в систему: Дьяконов Кирилл Николаевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 15 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Роль локальной пространственной структуры, астрофизических, геофизических и климатических факторов в устойчивости и изменчивости функционирования криогенных ландшафтов, с использованием методов дендрохроноиндикации (на примере северной тайги Западной Сибири) (РФФИ) |
| Результаты этапа: 1. С 6 по 20 августа 2019 г. Проведены экспедиционные исследования на севере Западно-Сибирской равнины, в Северо-таежной и лесотундровой зонах (в окрестностях городов Салехарда, Нового Уренгоя и Надыма). Составлены полевые описания 25 урочищ с одбором кернов модельных деревьев: сосны, кедра, лиственницы. Всего взято около 600 образцов. Обработка дендрохронологического материала выполнена на 40%. 2. В основном создана база первичных данных по радиальному приросту деревьев, собранных за период с 2017-2019 гг., а также использованы данные обощенных дендрохронологий Р.М. Хантемирова и С.Г. Шиятова. Сформирована база данных по астрофизическим, геофизическим и климатическим показателям. 3. Создан предварительный вариант крупномасштабной ландшафтной карты на весь полигон исследований с использованием классифицированного космического снимка. 4. Благодаря точной датировке многолетних и многовековых циклов и дендроиндикации летних обстановок установлена долговременная периодичность климата в рассматриваемом регионе Западной Сибири за истекшие 2000 лет. Обработка ряда восстановленных величин температуры воздуха методом наложенных эпох приводит к выводу, что реально существуют 179-летние циклы, так как годы их смен отмечены значительными положительными и отрицательными аномалиями различных показателей, в особенности стандартного отклонения, максимумов и минимумов. Как и 22-летние циклы солнечной активности, циклы длительностью около 179 лет состоят из двух половин с неодинаковой интенсивностью гелиофизических процессов, что отражается на климате, судя по материалам дендроиндикации. Дифференцированы и сами 179-летние циклы в зависимости от их положения в образованных ими 358-летних циклах. Атмосфера в первую половину 179-летнего цикла, отличающуюся пониженными температурами, подвержена волнообразным возмущениям с периодом порядка 90 лет. 5. Для решения проблемы хроноорганиации биопродукционного процесса индивидуальные и обощенные дендрохронологии по отдельным фациям ранжировали с помощью периодограмм Фурье-анализа. Последовательно вычленены: монотонные тренды (кривые большого роста), низкочастотные колебания (с периодом около 50 лет и более), среднечастотные (с периодом около 20–30 лет), высокочастотные (с периодом 10–15 лет) ежгодовые (период 1 – 5 лет), что подтверждает ранее выявленные закономерности для района г. Надым. 6. На основании обработки части собранного материала для севера Западной Сибири выявлены черты соответствия пространственной и временной иерархической организации. На крупном пространственном ранге (местности) прослежена низкочастотная хроноорганизация (период колебаний более 50 лет). Средне- и высокочастотные колебания прироста группируются в соответствии с урочищами и фациями. | ||
| 2 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Роль локальной пространственной структуры, астрофизических, геофизических и климатических факторов в устойчивости и изменчивости функционирования криогенных ландшафтов, с использованием методов дендрохроноиндикации (на примере северной тайги Западной Сибири) (РФФИ) |
| Результаты этапа: Выявлена роль астрофизических и геофизических факторов в межвековой и внутривековой динамике прироста - солнечной активности (числа Вольфа), барического центра Солнечной системы, геомагнитного индекса АА и от расположения ряда планет по отношению к Земле. Низкочастотные колебания прироста характеризуются высокими значениями коэффициентов множественной корреляции, от 0,49 0,72. Коэффициенты корреляции на уровне среднечастотных и высокочастотных колебаний снижаются до 0.37-0,61. Небольшая связь межгодовых колебаний прироста проявилась с геомагнитным индексом АА и равнялась 0,20 - 040. Рассмотрена синхронность и асинхронность природных процессов на региональном и глобальном уровнях в северных широтах. Для физического обоснования указанных эффектов последовательно рассмотрено изменение атмосферного давления Сибирского антициклона с 1950 по 2018 гг и размеры площади сферы его влияния и факт ее диссимметрии. Показана противофазность атмосферного давления в Сибирском максимуме и Алеутском минимуме и отсутствие связи Исландского минимума с Сибирским максимумом. Рассмотрена важная роль скорости вращения Земли в расположении основных центров действия атмосферы Северного полушария, в частности установлен факт усиления Сибирского антициклона при увеличении скорости вращения планеты. Пространственные различия в современных изменения климата во многом определяются деформациями литосферы, с которым связаны аномалии озона. Впервые обнаружен феномен асинхронности максимального и минимального месячного стока рек Печоры и Маккензи на противоположных берегах Северного Ледовитого океана. | ||
| 3 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Роль локальной пространственной структуры, астрофизических, геофизических и климатических факторов в устойчивости и изменчивости функционирования криогенных ландшафтов, с использованием методов дендрохроноиндикации (на примере северной тайги Западной Сибири) (РФФИ) |
| Результаты этапа: 1.Выявлены связи между характеристиками пространственной структуры на уровне ландшафта и урочищ (морфологического строения бугров пучения и термокарстовых котловин) и на микроуровне (внутрифациальной структуры бугра пучения и термокарстовой котловины) и изменчивостью годичного радиального прироста деревьев (Pinus Sibirica) и местоположением урочища в пространстве ландшафта. 2. Установлены связи изменчивости радиального прироста деревьев с собственными параметрами бугров пучения и термокарстовой котловины как парагенетической системы. Выявлены черты синхронности биопродукционного процесса на локальном и региональном уровнях в северной части Западно-Сибирской равнины. 3. Проанализирована синхронность и асинхронность на мегарегиональном уровне - в Западной и Восточной Сибири, на континентальном уровне в северной части Евразии и на глобальном уровне в северных частях Евразии и Северной Америке с использованием данных по климату, речному стоку и билогической продуктивности Северной Америке. Установлены сходство и различия природных процессов в Субарктике. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".