1 / 46

И.Н. Курганова Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН , Пущино

Отклик основных составляющих углеродного цикла в экосистемах умеренной зоны на климатические аномалии и тренды. И.Н. Курганова Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН , Пущино. Изменения климата в России. Увеличение среднегодовой Тв на территории России :

Download Presentation

И.Н. Курганова Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН , Пущино

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Отклик основных составляющих углеродного цикла в экосистемах умеренной зоны на климатические аномалии и тренды И.Н. Курганова Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино

  2. Изменения климата в России Увеличение среднегодовой Тв на территории России: 1.29oC – за период 1907-2006 1.33oC - за период 1976-2006 Метеорологическая сеть Росгидромета (1627 станций) 2.4 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0 –0.4 –0.8 –1.2 –1.6 –2.0 Климатическая норма: 1961-1990 Аномалии T, oC Увеличение глобальной Тв: +0.75oC – за период 1907-2006 +0.57oC – за период 1977-2006 2008 2008 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

  3. Погодные аномалии в Центральной России: лето 2010 Аномалия среднелетнейТвозд:+4.9oC Лесные и торфяные пожары Потеря урожая: >50% Экстремальная почвенная засуха Дефицит осадков в июле: >80%

  4. Температурные аномалии в Московской области в зимний период Отрицательные аномалии Тв: Январь 2010:-7.5oC Февраль 2012: -5.0oC Ледяной дождь, декабрь 2010 Положительные аномалии Тв: Декабрь 2006: +7.0oC Январь 2007: +7.0oC Декабрь 2011: +5.6oC Экстремально теплый декабрь 2011

  5. Климатические прогнозы: Период повторяемости экстремальных погодных явлений в Европе (ансамбль региональных климатических моделей; Nikulin et al, 2011) Европейская часть России: “… В течение XXI века на европейской территории России возможно усиление засушливости.Особенно выраженным аридное потепление будет в лесостепной, степной и полупустынной областях.”(Оценочный доклад об изменениях климата …. в РФ, 2008).

  6. Построение исследования: • анализ временных климатических трендов и аномалий в Центральном Федеральном округе России и в регионе исследований (юг Московской обл.)на годовом, сезонном и месячном уровнях осреднения; • оценка влияния обнаруженных климатических изменений на продуктивность растительных ассоциаций и эмиссию CO2из почв различных экосистем южно-таежной зоны за 14-летний период(1998-2011 гг.);

  7. Основные вопросы:● какие аномальные погодные явления оказывают наиболее выраженное влияние на углеродный баланс?● какие экосистемы наиболее чувствительны к изменениям климата?● какие параметры отвечают за уязвимость основных показателей углеродного цикла в экосистемах умеренной зоны?

  8. Регион исследований: Климат: Умеренно-континентальный Центральный Федеральный округ Район: ЦФОМоск.обл. Средняя Tв, oC: +4.7 +4.6oC Σ осадков, мм: 625 671 Московск. обл. (54оN 37oE)

  9. Почвы и ценозы Дерново-слабоподзолистые., супесчанные: Глина : песок = 1 : 9 Серые лесные, среднесуглинистые: Глина : песок = 4 : 6 Смешанный лес, (4С3Л2О1Б ед Д, >120 лет) Луг(~50 лет, косимый, неудобр.) Вторичн. листвен. лес (5О3Л2К ед. Д и Б; ~60 лет) Луг(~30 лет, косимый, неудобр.) Агроценоз(зерно- паровой, неудобр.)

  10. Определение эмиссии СО2 из почв 1998-2011 (камерный метод) Теплый (бесснежный) период: май-октябрь • Стальные камеры 10 cм в диаметре, заглубление в почву на4 cм перед замером, срезание травянистой растительности. • Общее время экспозиции - 20-30 мин. Холодный (снежный) период: ноябрь-апрель • Стационарные стальные основания, водный затвор, заглубление в почву - 20 см, использование дополни-тельных секций; • Общее время экспозиции – 60-80 мин.

  11. Вегетационный индекс, NDVI или Normalized Difference Vegetation Index (нормализованный относительный индекс растительности - простой количественный показатель для учета фотосин-тетически активной биомассы) NIR - RED NDVI = NIR + RED , где NIR - отражение в ближней инфракрасной области спектра; RED - отражение в красной области спектра. Дискретная шкала NDVI: RED NIR

  12. NDVI и NPP J. Fang et al.(Science, 2001;Vol 293): «NDVI data are strongly correlated with terrestrial NPP and arefrequently used as NPP predictors.» CASA model (Potter et al.,1993): NPP = *Ԑ ∑(NDVI * PAR), где NPP- годовая продук-тивность растительности; Ԑ - эффективность использования радиации; NDVI – вегетационный индекс; PAR– фото-синтетически активная радиация. NPP, г C/м2/yr RED NDVI

  13. Анализ временных трендов: • Методнаименьших квадратов • Интенсивность и знакобнаруженного тренда определяются по коэффициенту линейной регрессии; • Значимость тренда характеризуется R2; • Параметры: • Температура воздуха, Tвозд; сумма осадков, P; • Гидротермический коэффициент,Селянинова: • HTC = 10*∑P / ∑Ta (>10oC); • Скорость эмиссии CO2из почв, Esoil; • Продуктивность растительности (NDVI).

  14. Анализ временных трендов: • Временные тренды: • Длинные 1907 – 2010 (Tвозд) • Средние 1977 – 2010/11 (Tвозд; P; HTC) • Короткие 1998 – 2011 (Tв; P; HTC; Esoil; NDVI) • Временное осреднение: • Год • Сезон(календарный) • Месяц

  15. Методы исследования Анализ аномалий: Аномалия – это любое отклонение от типичного или среднего значения (условия). Климатические параметры: “типичные” (или«нормальные»)условия означают среднее значение метеорологического показателя (Тв, Р) для базового периода 1961 – 1990 (климатическая норма).

  16. Анализ аномалий: Эмиссия CO2из почви NDVI: “типичные/нормальные” значения принимались равными средним значениямEsoilили NDVIдля временного периода, когда климатические аномалии не превышали 1STD. Аномалии Esoilи NDVI оценивались как %% к среднему значению Esoilили NDVIдля «типичных» по климату лет.

  17. Длинные и средние тренды среднегодовой Твозд в различных регионах a–интенсивность тренда, oC/10 лет Δ – общее изменение температуры,oC

  18. Аномалии среднегодовой Твозд (ЦФО; 30 метеостанций) по сравнению с КН Климатическая норма Мониторинг СО2

  19. Тренды и аномалии: годовой уровень осреднения

  20. Средние (1973-2011) и короткие (1998-2011) тренды годовой Та и суммы осадков. СФМ Данки, Московская обл. Средние тренды

  21. Средние и короткие временныетренды ГТК летнего периода в ЦФО и на юге МО Центральный регион Московская область Слабые и средние засухи Сильная засуха

  22. Временные тренды годовой эмиссии CO2из почв различных экосистем в 1998-2011 гг. - Засушливые годы

  23. Корреляция между годовой эмиссией СО2 R2 = 0.42-0.55 P < 0.01 Сумма осадков за период весна+лето R2 = 0.37-0.48 P < 0.02 Гидротермический коэффициент Селянинова

  24. Временные тренды NDVI-veg в 2001-2012 гг.

  25. Связь между средними значениями NDVI и суммой осадков за период весна+лето Дерново-подзолистые почвы Серые лесные почвы

  26. Средние аномалии величины годовых потоков CO2из почв в ответ на различныепогодные отклонения -16 ± 3 % -22 ± 2 % -31 ± 7 %

  27. Средние аномалии NDVI-veg, обусловленные засухами

  28. Тренды и аномалии: сезонный уровень осреднения

  29. Временные тренды средне-сезонной Та и средний дефицит осадков (P-def, %) в районе исследований в 1998-2011

  30. Временные тренды сезонных потоков CO2из почв в 1998-2011 гг.

  31. Временные тренды NDVI-sum в 2001-2012гг.

  32. Связь между летними значениями NDVI и суммой осадков за период весна+лето Дерново-подзолистые почвы Серые лесные почвы

  33. Средние аномалии величины сезонных потоков CO2из почв в ответ на различныепогодные отклонения -32 ± 10% -37 ± 6% -52 ± 11%

  34. Средние аномалии летнего NDVI, обусловленные засухами

  35. Тренды и аномалии: месячный уровень осреднения

  36. Временные тренды среднемеячной Твозд в районе исследований в 1998-2011

  37. Временные тренды месячных потоков CO2из почв в 1998-2011 гг. Дерново-подзол., лес Дерново-подзол., луг Серая лесная, лес Серая лесная, пашня

  38. Аномалии зимних потоков CO2из почв в ответ на погодные отклонения +44 ± 13% +18 ± 9% +32 %

  39. Аномалии весенних потоков CO2из почв в ответ на погодные отклонения +22 % +42 %

  40. Аномалии месячных потоков CO2из почв в ответ на летние засухи Лето -52 ± 3% -73 ± 3% -52 ± 9%

  41. Аномалии осенних потоков CO2из почв в ответ на погодные отклонения

  42. Ответы на основные вопросы: • Наблюдаемые климатические изменения в Центральном регионе России выражаются в отчетливой тенденции усиления засушливости, которая вызывает сопряженные негативные тренды основных составляющих углеродного цикла. • Т.о. именно засухи оказывают наиболее выраженное влияние на углеродный баланс в экосистемах умеренной зоны.

  43. Ответы на основные вопросы : • Учитывая значительно более слабые негативные аномалии продукционной составляющей по сравнению с эмиссионной, можно предположить, что усиление засушливости климата в Центральном регионе будет приводить к увеличению стока углерода в экосистемах умеренной зоны. • Вид землепользования и текстура почв являются ведущими факторами, которые отвечают за уязвимость основных составляющих углеродного цикла в экосистемах умеренной зоны. • Наиболее чувствительными к изменениям климата являются агроценозы и естественные ценозы, сформированные на супесчаных почвах.

  44. Благодарности: • Финансовая, техническая и моральная поддержка:В.Н. Кудеяров • (ИФХиБПП РАН, директор) • Проведение мониторинговых наблюдений: • Лопес де Гереню В.О., Мякшина Т.Н., Сапронов Д.В. (ИФХиБПП РАН) • Метеонаблюдения :Аблеева В.А. • (СФМ, Приокско-террасный биосферный заповедник) • Дистанционный мониторинг растительности: • И.Ю. Савин • (Почвенный Институт им. В.В. Докучаева)

  45. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Петров А.С., Мякшина Т.Н., Сапронов Д.В., Аблеева В.А., Кудеяров В.Н. Влияние наблюдаемых климатических изменений и экстремальных погодных явлений на эмиссионную составляющую углеродного цикла в различных экосистемах южно-таежной зоны Доклады РАН. 2011. Том 441. № 6. С. 845-849.

  46. Спасибо за внимание!

More Related