Исследование связи толщин годичных колец ели и климатических условий в средней полосе России

Актуальность

Деревья являются индикаторами всех процессов, происходящих в природе. В каждый вегетационный период в местах, где присутствует сезонность, происходит прирост древесины на одно годичное кольцо. Зная, как связаны климатические условия и толщина годичного кольца, можно восстановить климатические параметры прошлых лет. Можно также предсказать прирост древесины, зная климатические условия. Это имеет хозяйственное и научное значение. Достаточно легко это делается в засушливых районах, где толщина колец зависит почти исключительно от количества осадков, и в северных, где таким лимитирующим фактором является температура.

Проблема работы заключается в том, что в зоне умеренного климата средней полосы России, как правило, не удаётся выделить один лимитирующий фактор. В связи с этим сложно вывести единую формулу, связывающую климатические параметры и толщины годичных колец. Этой проблемой занимаются дендроклиматологи и специалисты по лесоустройству, и для некоторых регионов удаётся вывести общую формулу зависимости.

Цель работы: выведение математического выражения, отражающего влияние климатических факторов на толщину годичного кольца Ели европейской для Костромской области. Работа проводилась в рамках Горелецкой летней школы (с. Горелец Костромской обл.).

Задачи работы

• Изучить по литературным источникам вопросы, связанные с методами дендроклиматологии и экологии Ели европейской.
• Освоить методы обработки спилов и математической обработки результатов.
• Выбрать метод и проанализировать данные толщин не менее 20 деревьев.
• Выяснить оптимальные климатические параметры для роста ели в этом регионе.
• Найти коэффициенты, определяющие прирост древесины в зависимости от климатических параметров.

Содержание работы

Для того чтобы исключить влияние факторов, связанных с особенностями роста дерева и влияния на него неклиматических факторов, использовался стандартный метод вычисления индексов прироста. Для оценки степени сходства двух рядов данных был выбран метод «общих скачков», разработанный учеником школы № 1505 Д. Наседкиным. Для анализа выбирались деревья, растущие на разных площадках, имеющие процент сходства не менее 60. Значения индексов прироста у таких деревьев усреднялись за соответствующие годы. Была получена усреднённая кривая индексов приростов с 1925 по 1989 г.

Эти данные использовались для выяснения оптимальных условий для роста ели в Костромской области. В качестве климатических параметров были взяты значения среднемесячных температур и количества осадков за различные месяцы. Использовался метод построения точечных диаграмм отдельно для зимних, весенних и летних месяцев. В результате было выявлено, что оптимальными являются следующие климатические условия: T > 6 °С в апреле и мае, температура в июне и июле > 16 °С при количестве осадков в июне и июле <100 мм. Экстремально низкие температуры в месяцы с декабря по март соответствующего и предыдущего года негативно сказываются на толщине годичных колец.

Для сравнения ряда индексов прироста и климатических параметров был разработан метод климатических коэффициентов. Климатический коэффициент – значение, отражающее влияние на рост ели четырёх факторов (температура весной, температура и количество осадков в июне и июле, экстремально низкие температуры зимой), точнее степени отклонения этих факторов от оптимальных значений. Вес каждого из факторов получался с помощью функции поиска оптимальных решений в Excel.

Таким образом, было получено математическое выражение для вычисления климатических коэффициентов. Построенная по этим данным кривая с 1925 по 1989гг. дает 81%-ное сходство с кривой индексов прироста за соответствующий период.

Выводы

• Определены оптимальные значения климатических параметров для роста Ели европейской в Костромской области: T > 6 °С в апреле и мае при количестве осадков в июне и июле < 100мм. Температура в июне и июле > 16 °С;
• Разработан алгоритм расчёта обобщённого климатического коэффициента;

Получен ряд климатических коэффициентов, имеющий 81%-ное сходства с рядом индексов прироста. Это позволяет с высокой вероятностью предсказать тенденцию изменения годичного прироста, но не позволяет по дендроклиматическим рядам в данном регионе восстановить какой-либо из климатических параметров отдельно.