Диссертация (1097516), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Затем с помощью полуавтоматическихизмерительных комплексов измеряется ширина годичных колец с точностью до 0.01мм. По полученным данным строятся кривые изменения абсолютного прироста длякаждого образца. Обобщенная хронология получается из отдельных образцов методомперекрестной датировки [Ваганов и др., 1996; Вагнер, 2006; Holmes, 1983;Schweingruber, 1988; Cook, Kairiukstis, 1990; Friits, 1991]. Суть перекрестной датировкизаключается в сопоставлении различных участков и совмещении перекрывающихсяконфигураций годичных колец нескольких образцов (см. рис. 6.1 [Вагнер, 2006]).
Дляуменьшения влияния микроклиматических особенностей и неклиматических сигналов(влияние почвенно-грунтовых условий, конкурентные взаимоотношения и др.),зависящих от места произрастания, отдельные кривые древесных колец объединяютсяв мастер-хронологии. В результате полученная последовательность колец может бытьсопоставлена с усредненной региональной мастер-хронологией и, таким образом,дендрохронологически точно датирована [Ваганов и др., 1996; Вагнер, 2006;Schweingruber, 1988; Cook, Kairiukstis, 1990; Friits, 1991]. При этом рассчитывается рядстатистических параметров (автокорреляция, взаимная корреляция между различнымихронологиями, регрессия, синхронность, высокочастотные вариации и др.) при помощи175специального программного обеспечения, например COFECHA [Holmes, 1983].Перекрестное датирование позволяет выявлять выпадающие и ложные кольца, и ихточное местонахождение в пределах календарной шкалы [Ваганов и др., 1996; Вагнер,2006; Schweingruber, 1988; Cook, Kairiukstis, 1990; Friits, 1991].Рис.
6.1. Схема дендрохронологического наложения образцов дерева различноговозраста на основе характерных сигнатур последовательностей древесных колец[Вагнер, 2006].Для исключения возрастных трендов (биологическая «кривая роста») разработанцелый ряд специальных методик стандартизации или индексирования, которыепереводят абсолютные величины прироста в относительные. При этом исходнаяхронология аппроксимируется какой-либо усредненной кривой, на которую затемделятсявсевеличиныисходногоряда,врезультатечегополучаетсяпоследовательность индексов роста [Briffa et al., 1988; Jacoby, D’Arrigo, 1989; Cook,Kairiukstis, 1990].
Использование тех или иных методик (сплайн-функция, например,отрицательная экспонента в пакете программ ARSTAN [Jacoby, D’Arrigo, 1989; Cook,Kairiukstis, 1990], низкочастотных фильтров [Briffa et al., 1988], метод «коридора»176[Шиятов, 1986; Ваганов и др., 1996]) диктуется различиями в постановке задачи иполучениисоответствующегоконечногорезультата.Следуетсказать,чтовопределенных случаях применение стандартизации не всегда оправдано, т.к. приводитк исключению долговременных климатических вариаций и низкочастотных сигналовиз исследуемой хронологии [Esper et al., 2002].Выше отмечалось, что измерение ширины годичных колец производится припомощи полуавтоматических измерительных комплексов.
Существует два типа такихкомплексов. К первому типу относятся установки, состоящие из микроскопа,специальногоизмерительногоустройства(микрометрическийвинт)исоответствующего программного обеспечения. К недостаткам установок данного типаотносится трудность использования древесных спилов в процессе измерений. Ковторому типу относятся комплексы, состоящие из сканера с высоким оптическимразрешением, компьютера и соответствующего программного обеспечения.В настоящем разделе приведено описание полуавтоматического измерительногокомплекса, созданного нами для проведения дендрохронологического анализа[Шумилов, Касаткина и др., 2008; Канатьев, Шумилов, Касаткина, 2014 а,б; Kanatjevet al., 2006]. Комплекс для измерения ширины годичных колец деревьев состоит изпрофессионального сканера с высоким оптическим разрешением Epson Perfection 4990,компьютерной системы и соответствующего программного обеспечения.
Созданныйкомплекс позволяет проводить обработку, в частности, образцов можжевельника,имеющих, как известно, сложную структуру (большое количество пропущенных,морозобойных, светлых и ложных колец). Созданный комплекс во многих аспектах неуступаетаналогичнойсистемеWinDENDRO[www.regentinstruments.com],разработанной на западе, а по сравнению с системами, где применяется ручнаяобработка, имеет ряд преимуществ: увеличение производительности, комфорт дляоператора, возможность архивации результатов измерений на любом этапе обработки.Впервые в России разработано новое программное обеспечение, позволяющееобрабатывать образцы различного типа (керны, спилы), в том числе трудноподдающиеся обработке, имеющие сложную древесную структуру (неоднородностьроста в различных направлениях, пропущенные кольца и т.д.) образцы можжевельника(см. рис.
6.2). Программное обеспечение позволяет анализировать керны, спилы,снимки со сканеров, а также с цифровых или аналоговых камер. Программноеобеспечение комплекса создавалось на языке С++, совместимо с современнымиоперационными системами типа Windows XР. Интерфейс для удобства работы поделенна две части (см. рис. 6.3). В верхней части отображается фрагмент снимка древесного177образца. Измерение ширины колец производится вдоль выбранного направленияпостроением перпендикуляра. В правом секторе верхней части при необходимостиможно отобразить увеличенный фрагмент измеряемого образца.a)б)Рис.
6.2. Древесные образцы различного типа: а) спил можжевельника; б) керн сосны.Результаты измерений записываются в файл и отображаются в виде цифровойпоследовательности в левом секторе нижней части интерфейса (см. рис. 6.3).178Одновременно на экране (правый сектор нижней части) появляется графическоеизображение (по осям - годы и ширина колец), которое также можно записать илиодновременно сравнивать с другими сериями или с мастер-хронологией (см. рис. 6.3).Рис. 6.3. Интерфейс программного обеспечения полуавтоматического измерительногокомплекса для проведения дендрохронологического анализа.Также в левой части интерфейса представлены кнопочные формы, с помощьюкоторых предлагается выбор необходимых операций.
Программное обеспечениепозволяет конвертировать сохраняемые файлы из собственного формата в текстовый, атакже в международный формат Tucson, который используется для сохраненияхронологических записей в Международном дендрохронологическом банке данных.Созданный комплекс универсален в применении, что позволит использовать егодля решения различных задач биологии и экологии, связанных с построениемвременных хронологий.1796.2 Региональные особенности климатических изменений на Кольскомполуострове по дендрохронологическим данным.В последнее время особое внимание уделяется анализу отклика лесныхэкосистем на ожидаемые глобальные и региональные изменения климата в обозримомбудущем.
Особенно это касается экосистем Севера, поскольку климатическаяобусловленность реакций экосистем проявляется здесь наиболее четко [Ваганов и др.,1996; Мазепа, 1999; Friits, 1991]. Для этой цели анализируется воздействие различныхсценариев изменения климата в различных регионах с применением существующихмоделей [Kramer, Mohren, 1996; Shugart, Smith, 1996]. Для выделения воздействийглобального характера, к которым наряду с глобальным потеплением, относят такжесолнечную вариабельность, большое значение приобретает исследование локальныхфакторов влияния (пожары, техногенные загрязнения и т.д.).
Следует отметить, чтопроявления солнечной активности в климатических вариациях, как это было показано вГлаве 5 (п. 5.3), носят региональный характер, и наиболее ярко выражены в зонахтемпературных контрастов подстилающей поверхности, например, вблизи границыокеан-материк.Динамикадревесногоприроставсвязиссолнечнойактивностьюрассматривалась многими исследователями [Костин, 1968; Комин, 1969; Ловелиус,1979; Распопов и др., 1998; Дергачев, 1999; Касаткина и др., 2006б; Шумилов,Касаткина и др., 2006; 2008; Taylor et al., 1992; Ogurtsov et al., 2002; Raspopov et al.,2004; Rigozo et al., 2004; 2007; Kasatkina et al., 2007; Shumilov, Kasatkina et al., 2007;Wang, Zhang, 2011].
Интерес к поискам такой связи вызван желанием найти в динамикеприроста деревьев и древостоев такую же устойчивую цикличность, какая имеется всолнечной активности. Но поскольку прямая связь между солнечной активностью идинамикой прироста древесины отсутствует, а проявляется лишь через целый рядпромежуточных процессов, то совершенно ясно, что такой же надежной цикличности,какая присуща солнечной активности, в приросте деревьев ожидать нельзя. Считается,что если солнечная активность значительно влияет на динамику климата, а последняярегулирует ход древесного прироста, то отражение вариаций солнечной активностидолжно в какой-то мере иметь место и в приросте древостоев. Только такая постановкавопроса может считаться правильной и дает основание обнаружить, хотя бы вприближенном виде, в динамике прироста древесины цикличность, аналогичнуюсолнечной.180Известно, что помимо факторов природного характера экосистемы подверженытакже воздействию техногенных загрязнений.
Экосистемы, примыкающие к крупнымпромышленным предприятиям, часто подвергаются интенсивному загрязнению из-завредных выбросов этих предприятий в атмосферу. В свете указанных выше проблембольшой интерес представляют дендрохронологические исследования на Кольском пове и в Скандинавии, где лесные экосистемы наиболее подвержены техногеннымвоздействиям со стороны крупнейших медно-никелевых комбинатов в гг. Мончегорскеи Никеле. Именно эти данные очень удобны для анализа совместного влияниягелиогеофизических и антропогенных факторов на лесные экосистемы и климат, атакже для исследования его (влияния) глобальных и региональных аспектов.Существует и другой немаловажный аспект, связанный с необходимостьюизучения динамики развития лесов на Кольском п-ове.
Леса являются одним изважнейших природных ресурсов Мурманской области. Несмотря на то, чтоэкономический кризис 90-х гг. привел к резкому падению производства продукции влесопромышленном секторе, можно с уверенностью прогнозировать возрастание ролилесных ресурсов в экономике области в ближайшем будущем. В первую очередь этотрост будет связан с определением реальной стоимости лесных ресурсов, учитывающейих средообразующие и средозащитные функции (поглощение промышленныхзагрязнителей, в том числе парниковых газов, формирование регионального климата,сохранение биоразнообразия и т.д.). Качество лесных ресурсов в Мурманской областине является стабильной величиной, а непрерывно изменяется под комбинированнымвоздействием антропогенных факторов («парниковый эффект», загрязнение атмосферыкислотообразующими соединениями и тяжелыми металлами от выбросов медноникелевых комбинатов гг.
Мончегорска и Никеля и трансграничного переноса), а такжеестественных локальных и глобальных климатических изменений, действие которыхможно проследить по дендрохронологическим данным за большой период времени.Вданномразделепредставленырезультатыанализавоздействиягелиогеофизических и антропогенных факторов на лесные экосистемы высоких широтпо дендрохронологическим данным Кольского п-ова [Распопов и др., 1998; Касаткинаи др., 2004; 2006б; Kasatkina et al., 2004b,c; Shumilov, Kasatkina et al., 2002b; 2004a,b,e;2007].Кольский п-ов находится в зоне умеренного климата с преобладанием теплыхвоздушных потоков с Северной Атлантики и холодных – из Арктики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
