Связь NDVI сосновых лесов с температурой и осадками в Нижнем Приамурье

e-mail: , ;

3ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, ул. Прянишникова, 31А, г. Москва, 127434, e-mail: ,

В последние десятилетия наблюдается общемировая тенденция изменения климата [3]. Леса, приспосабливаясь к новым климатическим условиям, постепенно меняют свои границы [7]. В связи с этим важно выявить количественные связи между различными типами леса и климатическими факторами. Это в свою очередь позволит спрогнозировать их реакцию на изменение условий окружающей среды. Сосновые леса в Нижнем Приамурье находятся на границе своего ареала, и предполагается, что они наиболее чувствительны к изменениям климатических характеристик. Цель настоящей работы – выявить связи между показателями вегетационного индекса NDVI сосновых лесов, температурой воздуха и количеством осадков в Нижнем Приамурье.

Нижнеамурская область является составной частью Амурско-Приморской физико-географической страны. Она ограничена с севера Охотским морем, с юга – руслом реки Амур, с востока – Сахалинским заливом и Амурским лиманом, с запада – Буреинским нагорьем [5]. В исследуемую территорию включен небольшой участок северного Сихотэ-Алиня, так как здесь находятся водосборные склоны реки Амур, где также формируется климат Нижнего Приамурья. Последний представляет собой северный вариант муссонного климата [5], на формирование которого сильное влияние оказывает холодное Охотское море. Рельеф территории низко- и среднегорно-долинный с межгорными депрессиями. Лесная растительность покрывает 50% территории. Лиственничные леса

наиболее распространены в Нижнем Приамурье. Вторыми по занимаемой площади являются елово-пихтовые леса. В регионе под лесными сообществами развиваются почвы буроземного типа.

Сосновые леса, сложенные сосной обыкновенной (Pinus silvestris L.), в Нижнем Приамурье встречаются редко и в небольшом количестве, занимая менее 0,5% лесопокрытой площади региона. Здесь они приближаются к восточной границе своего распространения, которая, по мнению

Б.П. Колесникова [4], проходит по водораздельной линии хребтов Малого Хингана – Буреинский – Джугджурский. Основной ареал сосновых лесов в регионе сосредоточен в его юго-западной части, где они занимают небольшие высоты (100–150 м) и отличаются высокими показателями NDVI (рис. 1), отражающими их продуктивность [1].

С помощью спутниковой системы Terra-MODIS и с использованием технологий, разработанных в Институте космических исследований

Рис. 1. Карта NDVI сосновых лесов Нижнего Приамурья. Масштаб 1: 3 000 000. Значения NDVI: 1 – 0,54–0,704, 2 – 0,704–0,759, 3 – 0,759–0,8, 4 – 0,8–0,874; 5 – граница Нижнего Приамурья

Fig. 1. NDVI map of pine forests at the Lower Amur River region. Scale 1: 3,000,000. NDVI values:

1 – 0.54–0.704, 2 – 0.704–0.759, 3 – 0.759–0.8, 4 – 0.8–0.874; 5 – The Lower Amur River region border

РАН (ИКИ РАН), из цифровой карты-матрицы растительного покрова России [6] получены данные о местопроизрастании сосновых лесов на территории Нижнего Приамурья. Рассматриваются лесные сообщества, в пологе которых не менее 80% площади крон занимает сосна обыкновенная. Цифровые точечные данные по NDVI для сосновых лесов сформированы из данных спутникового прибора SPOT-Vegetation, обработанных в ИКИ РАН и представленных в виде матрицы значений NDVI. С помощью базы данных о климате WorldClim [9] и цифровой модели рельефа SRTM [8] в Аналитической программе Гис-Эко [10] рассчитаны матрицы среднегодовых климатических показателей: температура воздуха и сумма осадков за год, в холодный и теплый периоды года (холодный период длится с октября по апрель, теплый – с мая по сентябрь). В этой же программе произведен расчет линейных связей между показателями NDVI сосновых лесов, климатическими характеристиками и географическими направлениями.

На первом этапе проведен поиск связей между климатическими характеристиками Нижнего Приамурья и показателями NDVI сосновых лесов. В результате выяснили, что годовые значения температуры и суммы осадков имеют значимые связи с NDVI. Так, при потеплении (rs=0,38) и увеличении аридности (rs=-0,43) NDVI сосновых лесов возрастает (рис. 2а). Кроме того, определили, что значения NDVI связаны отрицательно с суммой осадков холодного периода (rs=-0,49) – чем боль- ше осадков, тем ниже NDVI, и положительно с температурой теплого периода (rs=0,52) – чем выше температура, тем больше NDVI. При этом наиболее сильные связи с осадками выявлены в ноябре и декабре (rs=-0,52 и -0,5 соответственно), а с температурой – с апреля по июль (rs 0,52).

На втором этапе рассматривали, как NDVI сосновых лесов связан с географическими направлениями на исследуемой территории. В итоге определили, что больше всего продуктивность сосновых лесов снижается в направлениях на северо-восток (rs=-0,51) и на север (rs=-0,44) (рис. 2б). Соответственно в направлениях на юго-запад и на юг NDVI лесов возрастает. Для направления на восток характерно слабое снижение показателей NDVI (rs=-0,24), на юго-восток – незначительный рост (rs=0,14).

Увеличение значений NDVI сосновых лесов при движении с северо-востока региона на юго-запад совпадает с аридным трендом в холодный период и трендом потепления в теплый период года (rs=-0,66 и 0,37 соответственно); с севера на юг – со слабым трендом потепления (rs=0,31) [2].

Таким образом, юго-западная часть Нижнего Приамурья, где сосредоточен основной ареал сосняков региона с высокими показателями NDVI (0,7–0,87) (рис. 1), отвечает наилучшим климатическим условиям для их произрастания. Здесь выпадает наименьшее количество осадков в холодный период, а в теплый период года температура воздуха достигает максимальных значе-

Рис. 2. Связи NDVI сосновых лесов с климатическими показателями (а) и географическими направлениями (б) в Нижнем Приамурье

Fig. 2. Relationships between pine forests NDVI, climate indicators (a) and geographical directions (b) in the Lower Amur region ний – 140 мм и 14,5 °С при средних показателях для региона 220 мм и 12,4 °С. Кроме того, климат данной части региона отличается континентальностью, за счет чего наиболее приближен к климатическим условиям Сибири, где сосна обыкновенная распространена повсеместно [5]. Годовая амплитуда температур воздуха здесь составляет 46 °С, что на 5 °С больше, чем в среднем для Нижнего Приамурья [1].

Наиболее контрастны для сравнения климатические условия на северо-востоке Нижнего Приамурья, омываемого Охотским морем, где во время действия зимнего муссона количество осадков в холодный период достигает 300 мм, что в 2 раза больше, чем на юго-западе региона. Здесь сосна обыкновенная практически отсутствует.

В результате проведенного исследования выяснили, что NDVI сосновых лесов в Нижнем Приамурье имеет сильную отрицательную связь с суммой осадков холодного периода и положительную с температурой за год и в теплый период. Возрастание количества осадков зимой и снижение температуры воздуха в теплый период года – основные сдерживающие факторы «продвижения» сосняков на северо-восток региона. Среднегодовой тренд похолодания при движении с юга на север также ограничивает распространение сосновых лесов в данном направлении.