Дендроклиматология - Dendroclimatology

Изменение ширины годичных колец, преобразованное в аномалии летней температуры за последние 7000 лет, на основе образцов из голоцен депозиты на Полуостров Ямал и сибирские ныне живущие хвойные породы.[1]

Дендроклиматология это наука определения прошлого климат из деревья (в первую очередь свойства однолетних годичные кольца ). Годовые кольца шире, когда условия благоприятствуют росту, и уже в трудные времена. Другие свойства годовых колец, такие как максимальная поздняя древесина плотность (MXD) оказалась лучшим показателем, чем простая ширина кольца. Используя годичные кольца деревьев, ученые оценили многие местные климатические условия за сотни и тысячи лет назад. Объединив несколько исследований годичных колец (иногда с другим климатом доверенное лицо записи), ученые оценили прошлый региональный и глобальный климат.

Преимущества

Годичные кольца особенно полезны в качестве климатических прокси в том, что они могут быть устаревшими через дендрохронология, т.е. согласование колец от образца к образцу. Это позволяет продвигаться назад во времени, используя образцы умерших деревьев, даже образцы из зданий или из археологических раскопок. Еще одно преимущество годичных колец заключается в том, что они четко разграничены с ежегодным приращением, в отличие от других методов прокси, таких как скважины. Более того, годичные кольца деревьев реагируют на множество климатических воздействий (температура, влажность, облачность), поэтому можно изучать различные аспекты климата (не только температуру). Однако это может быть палка о двух концах.

Ограничения

Наряду с преимуществами дендроклиматологии есть некоторые ограничения: сопутствующие факторы, географический охват, кольцевое разрешение и трудности сбора. На месторождении разработаны различные методы, позволяющие частично приспособиться к этим проблемам.

Сопутствующие факторы

Существует множество климатических и неклиматических факторов, а также нелинейный эффекты, влияющие на ширину годичного кольца. Методы выделения отдельных факторов (представляющих интерес) включают ботанические исследования для калибровки влияний роста и выборку «ограничивающих насаждений» (тех, которые, как ожидается, будут реагировать в основном на интересующую переменную).

Факторы климата

К климатическим факторам, влияющим на деревья, относятся температура, осадки, солнечный свет и ветер. Чтобы различать эти факторы, ученые собирают информацию с «ограничивающих стендов». Примером ограничивающего насаждения является линия верхних высот: ожидается, что здесь деревья будут больше подвержены влиянию колебаний температуры (которые являются «ограниченными»), чем изменения осадков (которые являются чрезмерными). И наоборот, ожидается, что на более низкие линии деревьев больше влияют изменения количества осадков, чем изменения температуры. Это не идеальный обходной путь, поскольку многие факторы все еще влияют на деревья даже на «ограничивающем участке», но это помогает. Теоретически сбор проб из близлежащих ограничивающих насаждений разного типа (например, верхних и нижних линий деревьев на одной горе) должен позволить математическое решение для нескольких климатических факторов.

Неклиматические факторы

К неклиматическим факторам относятся почва, возраст деревьев, пожары, конкуренция между деревьями, генетические различия, лесозаготовки или другие нарушения человека, воздействие травоядных животных (особенно выпас овец), вспышки вредителей, болезни и CO.2 концентрация. Для факторов, которые случайным образом меняются в пространстве (дерево к дереву или стойбище), лучшим решением является сбор достаточного количества данных (больше выборок) для компенсации мешающего шума. Возраст дерева корректируется с помощью различных статистических методов: либо подгонки сплайновых кривых к общей записи дерева, либо с использованием деревьев одного возраста для сравнения за разные периоды (региональная стандартизация кривой). Тщательное изучение и выбор места помогает ограничить некоторые мешающие эффекты, например, выбор участков, на которые современный человек не обращает внимания.

Нелинейные эффекты

В целом климатологи предполагают линейную зависимость ширины кольца от интересующей переменной (например, влажности). Однако, если переменная изменяется достаточно сильно, реакция может выровняться или даже стать противоположной. Домашний садовник знает, что комнатное растение можно под водой или над водой. Кроме того, возможно, что могут возникнуть эффекты взаимодействия (например, «температура, умноженная на осадки», может влиять на рост, а также на температуру и осадки сами по себе. Здесь также «ограничивающий стенд» помогает в некоторой степени изолировать интересующую переменную. Например, на верхней границе дерева, где дерево «ограничено холодом», маловероятно, что нелинейные эффекты высокой температуры («инвертированный квадратичный») будут иметь численное значимое влияние на ширину кольца в течение вегетационного периода.

Ботанические выводы для корректировки смешивающих факторов

Ботанические исследования могут помочь оценить влияние мешающих переменных и в некоторых случаях внести поправки в них. Эти эксперименты могут быть либо экспериментами, в которых все переменные роста контролируются (например, в теплица[нужна цитата ]), частично контролируемые (например, эксперименты FACE [Free Airborne Concentration Enhancement] - добавить ссылку) или в которых отслеживаются природные условия. В любом случае важно, чтобы несколько факторов роста были тщательно зарегистрированы, чтобы определить, что влияет на рост. (Вставьте ссылку на статью Fennoscandanavia[нужна цитата ]). С помощью этой информации можно более точно понять реакцию ширины кольца, а выводы из исторических (неконтролируемых) годичных колец станут более достоверными. По идее, это похоже на принцип ограничивающего стенда, но он более количественный - как калибровка.

Проблема расхождения

Основная статья: Проблема дивергенции

Проблема расхождения - это несоответствие температур, измеренных термометры (инструментальные температуры) с одной стороны, и температуры, реконструированные по плотности поздней древесины или ширине годичных колец с другой стороны, на многих участках деревьев в северных лесах.

Хотя визуализация и анализ данных из записей термометра в значительной степени указывают на существенную тенденцию к потеплению, годичные кольца деревьев с этих конкретных участков не демонстрируют соответствующего изменения максимальной плотности поздней древесины или, в некоторых случаях, их ширины. Это не относится ко всем подобным исследованиям.[2] Там, где это применимо, температурный тренд, извлеченный только по годичным годам, не покажет какого-либо существенного потепления. Таким образом, температурные графики, рассчитанные на основе инструментальных температур и этих косвенных значений годичных колец, «расходятся» друг с другом с 1950-х годов, что является источником этого термина. Это расхождение поднимает очевидные вопросы о том, возникали ли другие, нераспознанные расхождения в прошлом, до эры термометров. [3] Имеются данные, свидетельствующие о том, что расхождение вызвано деятельностью человека и поэтому ограничивается недавним прошлым, но использование затронутых косвенных значений может привести к переоценке прошлых температур, занижая текущую тенденцию к потеплению. Продолжаются исследования объяснений и способов устранения несоответствия между анализом данных годичных колец и данными на основе термометров.[2]

Географический охват

Деревья не покрывают Землю. Полярный а морской климат невозможно оценить по годичным годам. В пергумидных тропических регионах, Австралия и Южная Африка деревья обычно растут круглый год и не имеют четких годовых колец. В некоторых лесных районах рост деревьев слишком сильно зависит от множества факторов (отсутствие «ограничивающего насаждения»), чтобы можно было четко реконструировать климат.[пример необходим ]. Сложность покрытия решается путем ее признания и использования других прокси (например, ледяных кернов, кораллов) в сложных областях. В некоторых случаях можно показать, что интересующий параметр (температура, осадки и т. Д.) Одинаково меняется от области к области, например, глядя на закономерности в инструментальной записи. В таком случае оправдано распространение дендроклиматологических выводов на районы, где нет подходящих образцов годичных колец.

Кольцевое разрешение

Годовые кольца показывают влияние на рост в течение всего вегетационного периода. Изменения климата глубоко в период покоя (зимой) не будут зарегистрированы. Кроме того, разное время вегетационного периода может быть более важным, чем другие (например, май по сравнению с сентябрем) для ширины кольца. Однако, как правило, ширина кольца используется для вывода общего изменения климата в течение соответствующего года (приблизительно). Другая проблема - "память" или автокорреляция. Стрессовому дереву может потребоваться год или два, чтобы оправиться от тяжелого сезона. Эта проблема может быть решена с помощью более сложного моделирования (термин «запаздывание» в регрессии) или путем уменьшения оценок навыков хронологий.

Трудности сбора

Годовые кольца должны быть получены от природы, часто из отдаленных регионов. Это означает, что для правильного картирования участков требуются особые усилия. Кроме того, образцы необходимо отбирать в сложных (часто на уклонах) условиях. Обычно годичные кольца собирают с помощью ручного бурового станка, что требует навыков для получения хорошей пробы. Лучшие образцы получаются при валке дерева и его секционировании. Однако это требует большей опасности и наносит ущерб лесу. Это может быть запрещено на определенных участках, особенно с самыми старыми деревьями на нетронутых участках (которые наиболее интересны с научной точки зрения). Как и все экспериментаторы, дендроклиматологи время от времени должны принимать решение максимально использовать несовершенные данные, а не проводить повторную выборку. Этот компромисс становится более трудным, потому что сбор образцов (в полевых условиях) и анализ (в лаборатории) могут быть значительно разделены во времени и пространстве. Эти проблемы сбора данных означают, что сбор данных не такой простой и дешевый, как традиционная лабораторная наука.

Прочие измерения

Первоначальная работа была сосредоточена на измерении кольцо дерева ширина - это просто измерить и может быть связано с параметрами климата. Но годовой прирост дерева оставляет и другие следы. Особенно максимальная плотность поздней древесины (MXD) - еще один показатель, используемый для оценки переменных окружающей среды.[4] Однако его сложнее измерить. Другие свойства (например, анализ изотопов или химического следа) также наиболее заметно опробовала Л. М. Либби в ее статье 1974 г. «Температурная зависимость изотопных соотношений в кольцах деревьев».[5] Теоретически несколько измерений на одном и том же кольце позволят дифференцировать влияющие факторы (например, осадки и температуру). Тем не менее, большинство исследований по-прежнему основано на ширине колец на ограниченных древостоях.

Измерение радиоуглерод концентрации в годичных кольцах оказались полезными при воссоздании прошлого солнечное пятно активности, и теперь данные насчитывают более 11000 лет.[6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Обобщение результатов исследований группы дендрохронологии ИФАЭ РАН В архиве 2010-01-10 на Wayback Machine
  2. ^ а б Д'Арриго, Розанна; Уилсон, Роб; Липерт, Беата; Керубини, Паоло (2008). «О« проблеме расхождения »в северных лесах: обзор свидетельств годичных колец и возможных причин» (PDF). Глобальные и планетарные изменения. 60 (3–4): 289–305. Bibcode:2008GPC .... 60..289D. Дои:10.1016 / j.gloplacha.2007.03.004. Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-01-19. Получено 2009-10-02.
  3. ^ Реконструкции температуры поверхности за последние 2000 лет. Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press. 2006 г. Дои:10.17226/11676. ISBN  0-309-10225-1.
  4. ^ Лакман, Брайан Х. "Годовые кольца как температурные прокси" (PDF). Конференция Гуссова-Нуна по наукам о Земле, 2008 г.. cspg.org. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-03-27. Получено 2012-05-18.
  5. ^ Либби и Пандольфи 1974
  6. ^ Соланки, С.К .; Усоскин, И.Г .; Kromer, B .; Schüssler, M .; Бир, Дж. (2004). «Необычная активность Солнца в последние десятилетия по сравнению с предыдущими 11000 лет». Природа. 431 (7012): 1084–1087. Bibcode:2004 Натур.431.1084S. Дои:10.1038 / природа02995. PMID  15510145.

внешняя ссылка