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

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!