Топоклиматическая прогнозная модель лесов Кавказа

Шарая Л.С.

Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти, Комзина, 10, e-mail: l_sharaya@mail.ru

Изучению растительности Кавказа посвящено немало работ, однако недостаточно внимания уделено использованию больших массивов спутниковых данных о вегетационном индексе NDVI горной растительности, рельефе. В работе использовались данные об NDVI (Барталев и др., 2004б), электронная Карта лесов России (Барталев и др., 2004а), данные о рельефе SRTM30 (Rodriquez et al., 2005). Данные о климате по 67 метеостанциям и 38 гидропостам Кавказа, интерполированы по рельефу для получения матрицы. С помощью методов регрессионного анализа построены пространственно явные (выражаемые картами) модели 3 типов лесов для современного периода на основе выявленной зависимости NDVI от климата и рельефа. С использованием этих моделей и климатической модели E GISS для 2050 года, были рассчитаны прогнозные среднемасштабные карты на 2050 год и изучены их особенности.

Для широколиственных лесов бассейна р. Кубани связь NDVI с климатом и рельефом для современного периода выражается уравнением регрессии

NDVI_ШИРОК = − 0.364·(Tиюл-Tиюл_CP)² − 0.173·Высота − 0.142·Tиюл + 0.957;

r_S = 0.72, P < 10^–6.

Уравнение показывает, что связь NDVI широколиственных лесов со средней многолетней температурой июля Тиюл не линейна (квадратична). Квадратичная связь NDVI с Тиюл для широколиственных лесов видна также из непосредственного сравнения, причем в ней наблюдается максимум NDVI при средней температуре июля около 14,6°С (рис.1).

Рис.1. Связь NDVI со средней многолетней температурой июля для широколиственных лесов бассейна р. Кубани.

Поскольку NDVI_ШИРОК зависит от Тиюл, это дает возможность оценить прогнозируемую NDVI по уравнению (1) с использованием пред-сказываемых моделью E GISS значений Tиюл на 2050 год (рис.2). Из этих карт видно, что в современ-ной области распростране-ния широколиственных ле-сов ожидается уменьшение NDVI. Расчет показывает, что среднее значение NDVI широколиственных лесов для базового периода сос-тавляет 0,716, а для прог-нозного периода 0,683; фо-тосинтетическая активность этих лесов в бассейне р. Ку-бань снизится на 4,7% к 2050 г.

Рис.2. Карты NDVI широколиственных лесов современного состояния (вверху) и для 2050 г. по модели E GISS (внизу). Темная линия – граница современного ареала широколиственных лесов.

Среднее значение NDVI мелколиственных лесов снизится на 5,8% к 2050 году, сосновых лесов – на 3,2%.

Предположение о линейности связи характеристик горных лесов с температурой долгое время доминировало в зарубежных моделях (Theurillat et al., 1998), учет нелинейности стал проводиться в недавнее время (Hwang et al., 2011), но принятая ранее общая схема линейного отклика растительности на изменения климата пока не претерпела существенных изменений. Возрастание температуры по климатическому сценарию E GISS в целом может вызвать увеличение NDVI горных лесов в прогнозные сроки на территории бассейна р. Кубань, если не учитывать связь с рельефом.

Определенные аспекты различия свойств лесных экосистем в современный и прогнозный сроки лучше видны из графиков NDVI как функции высоты (рис.3).

Рис.3. Связь NDVI различ-ных типов леса с высотой в бассейне р. Ку-бани для современного со-стояния и прогнозируемо-го к 2050 г. Нелинейность показана параболическими зависимостями трендов NDVI от высоты (сплошные ли-нии – современное состоя-ние, пунктирные – прог-нозное).

Топоклиматическая модель – модель, учитывающая при расчете прогнозных матриц (карт) одновременное действие климата и рельефа. Обнаруженная нелинейную зависимость NDVI горных лесов от температуры июля приводит к существенным отличиям в прогнозных оценках: присутствует «привязывание» значений фотосинтетической активности к температурным оптимумам, которые к 2050 г. для разных типов леса переместятся вверх по склону на 440-600м. Однако новые положения оптимумов будут находиться в условиях рельефа с большими значениями крутизны склонов, глубоковрезанными долинами, преобладанием сильно выраженных выпуклых форм. С такими характеристиками рельефа NDVI горных лесов имеет отрицательную связь и потому к прогнозному сроку происходит снижение их NDVI.