Изменения роста сосны в северо-восточной Европе за 600 лет

Анализу прироста хвойных в Европейской части России и сопредельных территориях посвящено большое количество публикаций, но их анализ не входит в задачу этой работы. При выполнении международного проекта 4-х стран (России, Финляндии, Швеции и Эстонии) «Леса Северной Европы» автором совместно с Юко Мерилайненом (Финляндия) по материалам живых деревьев была получена наибо-

мм

Рис. 1. Дендрограмма сосны, произрастающей на северо-востоке Европы (с о. Ряжков и Северной Финляндии) 1372–1999 гг.

лее продолжительная серия годичных колец сосны обыкновенной (Pinus sylvestris), произрастающей на северо-востоке Европы, равная 629 годам. Керны модельных деревьев брались в двух районах в сосняках черничниках.

На этой продолжительной серии годичных колец, полученной в процессе измерений и статистической обработки на современнной аппаратуре в Лаборатории ниверситета Юэнсу в Саванли-е (Финляндия), представилась зможность выделить отде-ьные годы и периоды аномаль-ых изменений прироста сосны с 72 по 1999 гг. (рис. 1).

Обращает на себя внимание итмический характер прироста, личина которого колеблется 0,33 до 1 мм. Самыми суровы-и были условия произрастания ревьев в начале XVII в., к чис-периодов с минимальными риростами относятся датиро-нные 1469, 1679, 1819 годами. втором ранее была датирована бель леса на верхней границе горах Путорана во второе десятилетие начала XIX в. ([1–4] и др). Среди оптимальных периодов для роста сосны выделяются

Cреда обитания

периоды 1419, 1499, 1759, 1929 гг. Расчёты средних приростов сосны по десятилетиям и столетиям дали возможность представить изменение продуктивности сосны за 600 лет в отклонениях от среднего прироста за весь ряд измерений (рис. 2).

Диапазон колебаний продуктивности сосновых лесов в северо-восточной Европе колеблется от 76,3% в XVII в. до 114,9% в

XV в. Такая генерализация данных совпадает с установленными ранее периодами активного наступления ледников в Альпах и началом деколонизации Гренландии.

Для определения оптимальных и песси-мальных условий среды, при которых происходит формирование годичных колец, выделены две группы дат с отклонениями прироста: больше 121% и меньше 78%. Для

Terra Humana

Рис. 2. Изменение продуктивности лесов в северо-восточной Европе в XV–XX вв. (в отклонениях от среднего за 600 лет).

Рис. 3. Температура воздуха в Хельсинки накануне и в годы аномально больших (1) и малых (2) приростов сосны на северо-востоке Европы с нарастающим итогом.

Рис. 4. Температура воздуха в Санкт-Петербурге накануне и в годы аномально больших (1) и малых (2) приростов сосны на северо-востоке Европы. С нарастающим итогом.

них взяты средние месячные характеристики факторов среды накануне и в годы аномальных приростов. В группу больших приростов вошли 1897–1898, 1900–1901, 1914–1915, 1963–1964, а в группу малых величин прироста в включены – 1902–1903, 1910– 1911, 1928–1929, 1945–1946, 1968–1969 гг. Выполнение выборок факторов среды за 24 месяца позволяет проследить их изменение накануне и в годы аномалий в периоды вегетации и относительного покоя деревьев. Такие выборки выполнены для средних месячных температур воздуха по м.с. Хельсинки (рис. 3) и Санкт-Петербург (рис. 4).

Анализ распределения температуры в Хельсинки и Санкт-Петербурге показывает почти абсолютное сходство в их нутригодовом распределении, о значительно большие ампли-уды колебаний наблюдаются в Санкт-Петербурге.

По распределению осадков в Санкт-Петербурге (рис. 5) хорошо прослеживается отрицатель-ое влияние избытка осадков течение всего года и особенно августе, как накануне, так и в оды аномалий.

В распределении температу-ы воздуха и атмосферных осад-ов определённый вклад вносит иркуляция атмосферы. Анализ её характеристик выполнен по типизации Б.Л. Дзердзеевско-, рассчитанным для 4-х групп оф. А.Ю. Ретеюмом (МГУ). бработка данных по повторя-ости (дни) накануне и в годы отивоположных аномалий полнена в той же последова-льности, как других метеоро-гических элементов. В число х групп вошли: 1) Зональная уппа циркуляции (ЭЦМ 1а–2в), Группа нарушения зональнос-(ЭЦМ 3–7бл), 3) Меридиональ-я северная группа циркуляции ЦМ 8а–12г), 4) Меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л). По повторяемости этих типов циркуляции

Рис. 5. Внутригодовое распределение осадков в Санкт-Петербурге накануне и в годы аномально больших (Б) и малых (М) величин прироста сосны на северо-востоке Европы (серия 629).

за год до и в год аномальных приростов благоприятных и отрицательных условий построены графики, позволяющие опре- произрастания сосны.

делить их воздействие на формирование             На рис. 6 приведены расчёты повторяемости (дни) зональной группы циркуляции. По ходу кривых и положению трендов хорошо прослеживается отрицательное влияние на прирост сосны большей повторяемости зональной циркуляции накануне и в годы противоположных аномалий, в особенности в периоды вегетации. Под каждым рисунком в скобках приведено количество дней повторяемости группы циркуляции накануне и в годы противоположных аномалий прироста.

Нарушение зональности (рис. 7) в несколько раз превышает повторяемость зональной циркуляции и тренды накануне и в годы аномалий меняются местами. Распределение меридиональной северной циркуляции приведено на рис. 8, из которого

Дни                   vil

I II III IV V VI VII VIII IX X х^_я11_ь I II III IV V VI VI VIII IX X XI XI накануне                        ⁴               в годы аномалий

Рис. 6. Повторяемость зональной циркуляции накануне и в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (19,3–30,3 и 10–24,5 дней).

Рис. 7. Повторяемость нарушений зональной циркуляции (дни) накануне и в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (106,3–111,7 и 99–97,2 дней).

следует, что увеличение вторжений воздушных масс с севера в годы аномалий приводит к формированию условий, неблагоприятных для роста сосны.

Значение меридиональной северной группы циркуляции имеет исключительное значение, т.к. по количеству дней она составляет около 60% от общего количества дней 4-х групп.

На рис. 9 приведены данные о повторяемости меридиональной южной группы циркуляции, которые по количеству дней в 4–5 раз меньше северной группы, но вторжение тёплых воздушных масс с юга в периоды относительного покоя и вегетации создаёт благоприятные условия для прироста сосны на северо-востоке Европы.

Среди глобальных факторов среды существенное значение на формирование благоприятных или отрицательных условий оказывают изменения солнечной и геомагнитной активности, характеристики которых для лет с противоположными аномалиями приведены на рис. 10 и 11.

Изменение средних месячных характеристик солнечной активности накануне дат с аномальными приростами не имеет такой выраженности различий, какие

Cреда обитания

наблюдаются в годы аномалий. Этот эф- В распределении характеристик гео-фект наиболее отчётливо прослеживается магнитной активности отчётливо выра-по направленности линейных трендов. жено внутригодовое распределение значений как накануне, так и в годы аномальных приростов (рис. 11), но в годы аномальных приростов амплитуды различий существенно увеличиваются.

Рис. 8. Повторяемость меридиональной северной циркуляции (дни) накануне и в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (199–199,3 и 188,3–213,3 дней).

Наиболее выражены они в марте и сентябре. Можно предположить, что смещение минимальных значений геомагнитной активности с июля накануне на август в год аномалий тоже имеет определённый физический смысл.

Рис. 9. Меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л) в годы с большим (Б) и малым (М) приростом сосны (24,3–16,2 и 33,3–21,7 дней).

В приросте годичных колец сосны отчётливо выражены ритмические колебания различной продолжительности и их возможные причины вызывают особый интерес. Для определения внут-ривековых колебаний прироста годичных колец был использован метод наложенных эпох с последующим интегрированием ([2] и др.). В качестве реперов взяты даты экстремумов 11-летнего цикла солнечной активности. Анализ показал, что наиболее чётко проявляются колебания прироста, когда анализ проводится раздельно относительно четных и нечётных максимумов и минимумов активности Солнца (рис. 12 и 13).

Рис. 10. Внутригодовой ход солнечной активности (W) накануне и в год больших (Б) и малых (М) приростов сосны на северо-востоке Европы.

По ходу кривых можно судить о разной направленности воздействия солнечной активности в эпохи чётных и нечётных максимумов, их симметричность даёт основание судить о завершенности двух ритмов в изменении прироста. В эпохи чётных максимумов наблюдается короткая фаза увеличения прироста с пиком в –4-й год и продолжительная снижения – до + 8-го года, а в эпохи нечётных наблюдается зеркальное изменение. Если считать их фазы завершенными, то мы имеем продолжительность каждого ритма порядка 30 лет.

Terra Humana

В эпохи минимумов солнечной активности наблюдается несколько иное распределение прироста сосны: минимальное и максимальное значение прироста в чётные и нечётные минимумы почти симметричны и приходятся на –1-й и +2-й годы соответственно. В данном слу-

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII накануне                                              в годы аномалий

Рис. 11. Индекс геомагнитной активности аа накануне и в годы аномально больших (Б) и малых (М) величин прироста сосны на северо-востоке Европы.

Рис. 12. Изменения прироста сосны в Северной Европе (серия 629) в эпохи четных (А) и нечетных (Б) максимумов 11-летних циклов солнечной активности.

е завершенные циклы можно итать равными 20 годам. Вы-ленные особенности прироста сны пока не нашли физическо-обоснования такого сложного фекта в изменении лесорасти-льных условий и могут лишь ужить примером полиритми-ской основы для суждения о зможности различных воздейс-ий изменчивости параметров ксимальных и минимальных ачений активности Солнца на ологические системы. Этот зультат был получен автором сколько лет назад, но был на-

Рис. 13. Изменения прироста сосны в северо-восточной Европе (серия 629) в эпохи четных (А) и нечетных (Б) минимумов солнечной активности.

олько неожиданным, что оставался вне обсуждения до подготовки этой рукописи.

Анализ изменений прироста сосны за 629 лет (рис. 1) дал возможность проследить относительные изменения продуктивности сосновых лесов в северо-восточной Европе (рис. 2), определить соотношение температуры и осадков, циркуляции атмосферы (рис. 3–9), солнечной и геомагнитной активности (рис. 10–11) в годы противоположных аномалий прироста сосны. Получены новые представления о колебаниях прироста сосны в эпохи чётных и нечётных максимумов и минимумов 11-летних циклов солнечной активности.

Автор выражает благодарность доктору Юко Мерилайнену (Финляндия) и профессору Алексею Рете-юму (МГУ им. М.В. Ломоносова) за помощь и плодотворное сотрудничество .