Материалы 19-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 15–19 ноября 2021 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XIX.F.218

Гравиметрическая съемка в анализе прироста деревьев лиственницы

Голюков А.С. (1,2), Петров И.А. (1), Шушпанов А.С. (1,3), Им С.Т. (1,2,3), Харук В.И. (1,2)
(1) Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, Красноярск, Россия
(2) Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия
(3) Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф.Решетнева, Красноярск, Россия
Введение: Лиственница произрастает преимущественно (до 70%) в зоне вечной мерзлоты. Наблюдаемое возрастание температуры воздуха влекут к изменению гидрологического режима северных территорий, включая усиление таяния вечной мерзлоты и увеличению глубины сезонного талого слоя. Наряду с этим, наблюдается возрастание продуктивности северных фитоценозов, включая лиственничные редколесья. Происходит возрастание радиального прироста лиственницы на северном пределе её произрастания [1; 2; 3; 4; 5]. В данной работе проверяется гипотеза о влиянии на динамику прироста лиственницы, наряду с температурой воздуха, изменений гидрологического режима на территории произрастания древостоев. С этой целью рассмотрена связь индекса прироста лиственницы с аномалиями водного эквивалента массы (АВЭМ), измеряемыми гравиметрической съемкой со спутников GRACE/GRACE-FO.

Цель работы: анализ связи динамики индекса радиального прироста лиственницы с аномалиями водного эквивалента массы в зоне северного предела произрастания лиственничников.
Объект исследования: деревья лиственницы (Larix gmelinii (Rupr.) Kuzen.), произрастающие в урочище Ары-Мас (самый северный в мире древостой: 72°26´ с.ш., 102°02´ в.д.) [6].

Методы: В работе использованы временные ряды данных (2003-2019 гг.) среднемесячных аномалий водного эквивалента массы (АВЭМ). Данные рассчитаны на основе гравиметрической съемки со спутников GRACE/GRACE-FO [7]. Индекс прироста рассчитан методами дендрохронологии по кернам 60 деревьев лиственницы, произрастающих в урочище Ары-Мас. Климатические переменные получены с метеостанция «Хатанга» (индекс ВМО 20891, расстояние до объекта исследования ~55 км). По материалам съемки Terra/MODIS выполнены оценки валовой (GPP) и чистой (NPP) первичной продуктивности, а также значений вегетационного индекса EVI [8, 9, 10].
Динамика количества деревьев оценена на основе дешифрирования снимков аэрофотосъемки (1984 г.) и WorldView-2 (2019 г). Геометрическая коррекция осуществлялась с использованием полиномиальной трансформации и интерполяции нерегулярной триангуляционной сети (ошибка привязки ~0.2–2.1 м).

Результаты: Выявлен значимый тренд снижения АВЭМ за период наблюдений (2003-2019 гг.). Установлена тесная отрицательная корреляционная связь индекса прироста (ИП) лиственницы с величиной АВЭМ в конце вегетационного периода (август) (r = -0.79; p <0.05). Динамика АВЭМ объясняет ~62% вариации прироста лиственницы. Наблюдаются значимые (p < 0.05) отрицательные корреляции между АВЭМ и EVI (r2 = 0.49), NPP (r2 = 0.40) и GPP (r2 = 0.44) растительного покрова. Таким образом, уменьшение величины увлажнения почвогрунтов в конце периода вегетации влечет возрастание прироста лиственницы. Указанный эффект, вероятно, связан с возрастанием глубины сезонного оттаивания вечной мерзлоты, влекущей увеличение мощности корнеобитаемого слоя. Наряду с этим, снижение избыточного увлажнения почвогрунтов, наблюдаемого в урочище Ары-Мас, благоприятно сказывается на ИП лиственницы и продуктивности растительного покрова в целом.
Построена стистическая модель (уравнение множественной регрессии) прироста, объясняющая 98% вариабельности радиального прироста лиственницы (r2 = 0.98; p < 0.05): GI = 0.538*T1 + 0.399*T2 – 0.481*M – 0.017, где GI – индекс прироста лиственницы; T1, T2 – средние температуры воздуха с 10 июня по 4 июля и с 6 по 12 сентября, соответственно; M – аномалии водной массы в августе. Объясненная дисперсия индекса прироста составляет 60% (для T1) + 20% (T2) + 18% (M). Таким образом, ИП лиственницы определяется преимущественно возрастанием температуры воздуха в начале и конце вегетационного периода (т.е. связан с удлинением периода вегетации). Наряду с этим, значимым фактором, влияющим на ИП, является величина АВЭМ в конце периода вегетации. Наряду с возрастанием прироста, наблюдается миграция деревьев в зону лесотундры и возрастание сомкнутости древостоев в редколесьях (+10% за 35 лет).

Заключение: Установлена значимая связь между аномалиями водной массы, измеряемой методом спутниковой гравиметрии, и ИП лиственницы (r2 = 0.62; p < 0.05), произрастающей в самом северном древостое Ары-Мас. Получена функция отклика прироста лиственницы на динамику эколого-климатических переменных (r2 = 0.98). Показано, что снижение величины АВЭМ в конце периода вегетации оказывает значимое положительное влияние на прирост лиственницы, а также продуктивность растительного покрова. Выявлено связанное с потеплением климата возрастание сомкнутости лиственничных редколесий и миграция лиственницы в зону тундры.


Авторы выражают благодарность Кривобокову Л.В. с.н.с. лаборатории фитоценологии и лесного ресурсоведения Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН – обособленного подразделения ФИЦ КНЦ СО РАН, в г. Красноярске, за предоставление полевых данных с территории ГПБЗ «Таймырский» (участок Ары-Мас).
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, Правительства Красноярского края и Красноярского краевого фонда науки в рамках научного проекта № 20-44-240007

Ключевые слова: спутниковая гравиметрия, GRACE, лиственница, индекс прироста
Литература:
  1. Lloyd A.H., Bunn A.G. Responses of the circumpolar boreal forest to 20th century climate variability // Environ Res Lett., 2007. URL: https://doi.org/10.1088/1748-9326/2/4/045013
  2. Richardson A.D., Friedland A.J. A review of the theories to explain Arctic and alpine treelines around the world // J Sustainable, 2009. URL: https://doi.org/10.1080/10549810802626456
  3. Kharuk V.I., Ranson K.J., Im S.T., Dvinskaya M.L. Forest-tundra larch forests and climatic trends // Rus J Ecol , 2006. URL: https://doi.org/10.1134/S1067413606050018
  4. Kirdyanov A.V., Prokushkin A.S., Tabakova M.A. Tree-ring growth of Gmelin larch under contrasting local conditions in the north of Central Siberia // Dendrochronologia, 2013. URL: https://doi.org/10.1016/j.dendro.2012.10.003
  5. Romanovsky V.E., et.al. Terrestrial permafrost [in Bstate of the climate in 2016^]. // Bull Am Meteorol Soc, 2017. URL: https://doi.org/10.1175/2017BAMSStateoftheClimate.1
  6. Ары-Мас // под ред Б.Н. Норина Л.: Наука, 1978. 190 с.
  7. Long D., Longuevergne L., Scanlon B.R. Uncertainty in evapotranspiration from land surface modeling, remote sensing, and GRACE satellites // Water Resour Res, 2014. URL: https://doi.org/10.1002/2013WR014581
  8. Running S., M. Zhao. MOD17A3HGF MODIS/Terra Net Primary Production Gap-Filled Yearly L4 Global 500 m SIN Grid V006. distributed by NASA EOSDIS Land Processes DAAC, 2019. https://doi.org/10.5067/MODIS/MOD17A3HGF.006. Accessed 2020-11-27.
  9. Running S., Mu Q., Zhao M. MOD17A2H MODIS/Terra Gross Primary Productivity 8-Day L4 Global 500m SIN Grid V006 [Data set]. NASA EOSDIS Land Processes DAAC, 2015. https://doi.org/10.5067/MODIS/MOD17A2H.006
  10. Didan K., Munoz A. B., Solano R, & Huete, A. MODIS vegetation index user's guide (MOD13 series) version 3.00, (Collection 6), 2015.


Ссылка для цитирования: Голюков А.С., Петров И.А., Шушпанов А.С., Им С.Т., Харук В.И. Гравиметрическая съемка в анализе прироста деревьев лиственницы // Материалы 19-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2021. C. 339. DOI 10.21046/19DZZconf-2021a

Дистанционное зондирование растительных и почвенных покровов

339