На правах рукописи

Долгова Екатерина Антоновна

Реконструкция гидрометеорологических условий на Северном Кавказе по

дендрохронологическим данным за период с 1800-2005 гг.

Специальность 25.00.25 – Геоморфология и эволюционная география

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Москва – 2011 г.

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте географии РАН

Научный руководитель:

чл.-корр. РАН, доктор географических наук Ольга Николаевна Соломина

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Борисова Ольга Кимовна кандидат географических наук, доцент Виктор Владимирович Поповнин

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Защита состоится «28 » октября 2011 г. в на заседании Диссертационного совета Д 002.046. в Учреждении Российской академии наук Институте географии РАН по адресу: 119017 Москва, Старомонетный переулок,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института географии РАН Текст объявления и автореферат размещены на сайте Института географии РАН www.igras.ru Автореферат разослан « 28 » сентября 2011 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим отправлять по адресу: 119017 Москва, Старомонетный переулок, 29.

Факс: (495) 959-00-33; E-mail: [email protected], [email protected]

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук И.С. Зайцева Актуальность темы. Годичные кольца деревьев являются важным источником косвенной информации о климате прошлого.

Дендрохронологический метод позволяет реконструировать температуру, осадки, речной сток с годовым или сезонным разрешением, и таким образом, удлинить ряд наблюдений и использовать эти данные для прогноза, оценить частоту и суровость экстремальных явлений, тренды и ритмику изменений климатических параметров и связанных с ними природных процессов.

Высокогорные районы дают уникальную возможность для определения и анализа изменчивости климата в прошлом по годичным кольцам деревьев. Это связано с тем, что деревья, растущие на пределе своего существования, обладают повышенной чувствительностью к изменению тех климатических параметров, которые ограничивают их рост (лимитирующие факторы). Именно в горах встречаются высоковозрастные деревья, которые обеспечивают построение реконструкций продолжительностью в несколько столетий, а иногда даже и тысячелетий. Несмотря на относительно высокую изученность Кавказского региона в отношении современных изменений климата, климатические реконструкции высокого разрешения, основанные на результатах дендрохронологического метода, здесь до сих пор отстутствуют.

Абсолютно сдатированных древесно-кольцевых хронологий для этой территории почти нет. Поэтому создание таких хронологий, исследование зависимостей прироста деревьев от климатических колебаний и использование этих данных для реконструкции климатической изменчивости на Кавказе в прошлом, представляют интерес, как с научной, так и с практической точки зрения. Этим проблемам посвящена настоящая работа.

Цель работы – создание абсолютно сдатированных хронологий по ширине и максимальной плотности колец сосны и пихты и выявление их возможностей для реконструкции температуры тёплого периода, баланса массы ледников и речного стока для территории Северного Кавказа.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие взаимосвязанные задачи:

1. Создание сети абсолютно сдатированных древесно-кольцевых хронологий по ширине и плотности годичных колец сосны и пихты в долинах рек Теберда и Баксан; пространственно-временной анализ этих дендрохронологических рядов.

2. Построение сводных древесно-кольцевых хронологий, отражающих региональные особенности прироста.

3. Анализ связи метеорологических параметров с древесно-кольцевыми хронологиями.

4. Создание количественной реконструкции температуры воздуха теплого периода для территории центральных районов северного макросклона Кавказа и оценка ее достоверности.

5. Анализ связей индексов древесно-кольцевых хронологий со значениями баланса массы ледников Приэльбрусья. Оценка возможности применения хронологий для реконструкции баланса массы ледников.

6. Исследование возможности создания реконструкции стока р. Теберды по дендрохронологическим данным.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые представлены абсолютно сдатированные хронологии сосны и пихты по ширине годичных колец и максимальной плотности древесины в долинах рек Баксан и Теберда продолжительностью 205-456 лет. В результате этого исследования была создана первая количественная реконструкция летних температур для Кавказа с годичным разрешением за период 1800-2005 гг. Впервые показана возможность применения дендрохронологического метода для рекнструкции баланса массы ледника Гарабаши и стока р. Теберды.

Защищаемые положения • На Кавказе на верхней границе леса на радиальный прирост сосны текущего года оказывают влияние температуры мая, июня и ноября предыдущего года.

На формирование ширины годичного кольца пихты отрицательно влияют температуры августа и сентября предыдущего года. Устойчивой статистически значимой связи (пригодной для реконструкции) между индексами ширины годичных колец сосны и пихты со среднемесячными температурами и количеством осадков текущего года не обнаружено.

• Максимальная плотность древесины сосны вблизи верхней границы леса на Кавказе более тесно связана с климатической изменчивостью, чем ширина годичных колец. Самая высокая статистически значимая связь, которая объясняет более 50% изменчивости, обнаружена между индексами хронологии по максимальной плотности колец и среднемесячной температурой апреля-сентября высокогорной метеостанции Северный Клухор (2047 м). Такая связь статистически значима и для ряда наблюдений на гмс Пятигорск продолжительностью 110 лет, что свидетельствует о её устойчивости во времени и подтверждает достоверность полученной реконструкции.

• Согласно выполненной реконструкции, за последние два столетия самое холодное лето за 200 лет отмечалось в 1817 году, возможно, в связи с крупным извержением вулкана Тамбора в 1815 году, самое теплое – 1872 г.

Частота экстремумов за 200 лет не обнаруживает статистически значимого группирования во времени. Периоды летних похолоданий на Кавказе отмечались в 1832-1838, 1895-1906, 1926-1936 гг. Линейных трендов в ходе реконструированных температур за последние 50, 100, 150, 200 лет не обнаружено. Тренды температуры апреля-сентября отсутствуют и в ряду инструментальных наблюдений г. Пятигорска за последние 110 лет.

• Ширина и максимальная плотность годичных колец сосны коррелируют с речным стоком р.Теберды и балансом массы ледника Гарабаши.

дендрохронологическом материале, полученным автором в ходе полевых работ в 2006-2007 гг., а также сотрудниками ИГРАН с 2002 по 2009 гг. Автор проводил полевые работы по сбору дендрохронологического материала, лабораторную обработку образцов, измерение ширины годичных колец, химическую обработку образцов и измерение максимальной плотности колец, перекрёстную датировку полученных древесно-кольцевых серий и построение хронологий, статистическую обработку метеорологической и дендрохронологической информации, построение реконструкций гидрометеорологических параметров и оценку их точности и надежности, сопоставление построенной реконструкции температуры с реконструкциями других авторов по Северному полушарию.

Практическая значимость работы. Полученные данные о температурном режиме тёплого периода на Кавказе позволяют уточнить характер и особенности климатической изменчивости этого района в прошлом, что обеспечивает более надежный прогноз, причем как длительных изменений, так и короткопериодных флуктуаций. Этот прогноз, в свою очередь, позволит обеспечить более обоснованное долгосрочное планирование хозяйственной и рекреационной деятельности на территории Северного Кавказа. Практический интерес представляют и полученные данные об изменчивости в прошлом стока реки Теберды, притока Кубани, питающей район с сельскохозяйственной специализацией. Построенные хронологии могут быть в дальнейшем использованы для датировки погребённой древесины и исторических памятников. Информация о климатическом отклике деревьев может использоваться в лесоводстве при прогнозе реакции радиального прироста деревьев на изменения климата.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на российских и международных конференциях: симпозиум «Гляциология в канун Международного Полярного Года», Пушкинские Горы (октябрь 2006), международная конференция «Вклад России в МПГ 2007/2008» в г. Сочи (октябрь 2009), конференция «Лёд и снег в климатической системе» в г. Казань (май 2010), на международной конференции «WorldDendro 2010» в г.Рованиеми (Финляндия, июнь 2010), тезисы представлены на конференции РусДендро, Екатеринбург (октябрь 2011).

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Список литературы включает 120 наименования, в том числе 51 - на иностранных языках. Текст иллюстрирован 70 рисунками и содержит 25 таблиц.

Глава 1. Район работ и состояние его изученности в отношении дендроклиматологии.

Работы проводились на Северном Кавказе на территории Тебердинского Государственного Биосферного заповедника и в национальном парке Приэльбрусье (рис. 1).

Рис. 1. Расположение пробных площадей отбора дендрохронологического материала (жёлтые кружки), используемых метеостанций (зелёные кружки), некоторых ледников (голубые квадраты). Площадки отбора в Тебердинском заповеднике: КYZ – долина реки Кызгыч, KHTP и KHAT – долина р. Тебрда, ALI – предполье ледника Алибек. В Приэльбрусье:

BAZ – конечная морена ледника Большой Азау, GAR – предполье ледника Гарабаши, CHE – верхняя граница леса склона г. Чегет восточной экспозиции г. Чегет, CHS - верхняя граница леса склона г. Чегет южной экспозиции, KV – морена 14 в. ледника Большой Азау, TERS – верхняя граница леса близ ледника Терскол.

Тебердинский Государственный Биосферный заповедник, представленный двумя участками Тебердинским и Архызским, располагается на северном макросклоне Главного Кавказского хребта. На юге заповедник ограничен отрезком главного хребта между вершиной Джаловчат (3870 м) и Клухор-баши (3450 м), на западе граница проходит по водораздельному гребню между реками Теберда и Малая Марка, восточная – охватывает водораздельную цепь между реками Теберда и Даут. Река Теберда образуется при слиянии рек Аманаус и Гоначхир и является левым притоком реки Кубани. Приэльбрусье вместе с Эльбрусом (5642 м) – самая западная часть Центрального Кавказа (Природные процессы..., 2004). Большой Кавказ входит в состав Альпийского (Средиземноморского) геосинклинального пояса (Гвоздецкий и др., 1987).

Современный рельеф изучаемой территории создавался под влиянием длительного воздействия разнообразных факторов, главнейшими из которых являются геологическое строение, влияние древнего оледенения, водная и лавинная эрозия (Тушинский, 1957). Существенной особенностью орографии является большая разница относительных высот, что, оказывает влияние на формирование природных особенностей района, а также обуславливает вертикальную поясность ландшафтов.

Климат района определяется его положением в умеренном широтном климатическом поясе, с чем связаны особенности радиационного режима и циркуляции атмосферы. Зимой на процессы атмосферной циркуляции на Северном Кавказе влияют Исландский минимум и Азиатский антициклон.

Средние температуры воздуха и суммы выпавших осадков за холодный период (ноябрь-март) составляют:

-2,9 0С и 733 мм, -0,4 0С и 271 мм, -4,7 0С и 294 мм для гмс Северный Клухор, Теберда и Терскол, соответсвенно. В тёплый период года на циркуляционные процессы на Северном Кавказе большое влияние оказывает Азорский максимум. На эти макроциркуляционные процессы накладывается влияние Чёрного и Каспийского морей. Средние значения температуры воздуха и суммы выпавших осадков за тёплый период (апрельоктябрь) для гмс Северный Клухор, Теберда и Терскол составляют: +8,6 0С и 900,5 мм, +11,5 0С и 504,7 мм, +7,9 0С и 648,9 соответственно.

На высоте 1300 м (гмс Теберда) переход температур через ноль наблюдается в конце февраля - в марте. На гмс Северный Клухор и Терскол, расположенных выше 2000 м, температуры становятся положительными в середине марта.

Ход средних летних температур на гмс Северный Клухор не обнаруживает статистически значимого тренда за период 1957-2005 гг. Для гмс Теберда