Библиографическое описание:Отклик обменных потоков углерода наземных экосистем с атмосферой и гидросферой в бассейне р. Енисей на климатическую изменчивость : отчет о НИР / А. С. Прокушкин. - , 2015. - (Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований коллективами существующих научных лабораторий (кафедр) ; 14-24-00113). - Б. ц. - Текст : непосредственный.
Аннотация:(1) Были изучены внутри- и межгодовые вариации зоны детекции (охвата) интеграционного атмосферного сигнала. Для периода наблюдений (2008-2014 гг.) на базе стохастической транспортной модели STILT (STILT, www.stilt-model.org) рассчитаны месячные, сезонные и годовые величины площади зоны влияния подстилающей поверхности для концентраций парниковых газов (ПГ) измеряемых на базе обсерватории ZOTTO. Средняя месячная зона детекции варьирует от 2.4×106 до 4.2×106 км2. Проведен анализ вероятного вклада индивидуальных категорий земель в его суммарную величину: вечнозеленые хвойные леса (39±2%), тундры – 11±3%, болота – 11±1%, смешанные леса – 10±1%, листопадные хвойные (лиственничники) – 9±1% и лиственные – 6±2% леса. Посредством комбинации данных инструментальных наблюдений микрофизических свойств аэрозолей атмосферы на базе обсерватории и лагранжевого траекторного моделирования переноса воздушных масс с помощью модели HYSPLIT (Draxler, Rolph, 2003) оценены существующие сигналы в формировании аэрозольного состава атмосферы для значительной части Евразийского континента. Установлены значения фоновых счетной (700 - 1000 cм-3) и объемной (2 - 4 мкм3 cм-3) концентрации аэрозолей атмосферы. Отмечены области с повышенными концентрациями аэрозолей: индустриальные районы Европы (до 1500 cм-3), южные территории Сибири (1300–1500 cм-3) и область на крайнем северо-востоке Сибири (1200–1500 cм-3). (2) Был проанализирован изотопный состав парниковых газов и биохимический состав аэрозолей. Установлено, что амплитуда годовых колебаний δ13C-CO2 в атмосфере в 2006-2013 гг. составила 2.63 ‰ (-6.89 - -9.51‰), а его сезонный ход продемонстрировал обратную зависимость от концентрации диоксида углерода, что отражает вклад биологических процессов в динамику состава атмосферы Сибири: поглощение СО2 атмосферы и фракционирование изотопов в процессах фотосинтеза. Динамика δ18O-CO2 в течение безморозного периода также согласуется с поведением биологических процессов поглощения/выделения СО2 в биогеоценозах. Получена величина δ13C для смешанного источника СО2 в атмосфере Средней Сибири, составившая -28.30‰, что отражает поступление в атмосферу значительно обедненного тяжелым изотопом диоксида углерода. Отдельно для зимнего периода (январь-март) значение составило –30.43±2.54‰, а вегетационного сезона (май-сентябрь) -27.34±1.36‰. Очевидно, что облегченным источником СО2 зимнего периода являются антропогенные эмиссии (δ13C нефтепродуктов -30 – -32‰, δ13C природного газа –28 - –46‰). В вегетационный период, а также и октябре, источник СО2 имеет значения δ13С характерные биомассе С3 растений (-26.6 - -28.6‰,). Биохимический состав аэрозолей (ангидросахара, фенольные соединения лигниновой природы, вегетационный индекс фенолов лигнина (LPVI) и обратный траекторный анализ переноса воздушных масс от источников горения позволил выявить вклад пожаров в светлохвойных и темнохвойных типах леса, а также преимущественные типы горения ОВ (верховые и низовые пожары). (3) Были изучены количественные и качественные характеристики эмиссий ПГ в разных типах экосистем. Выявлено, что уровни эмиссии СО2 в болотных ландшафтах относительно незначительны, но соизмеримы с со значениями полученными для сосновых лесов (1 umolС/м2/с). Более высокие скорости выделения СО2 в среднетаежной подзоне тайги оказались характерны темнохвойным лесам Енисейского кряжа (3.38±1.51 umolС/м2/с). Максимальные значения выделения СО2 зафиксированы в лиственничниках и березняках криолитозоны Среднесибирского плоскогорья (п. Тура) – 6.0±2.8 и 4.6±1.5 umolС/м2/с, соответственно, что отражает накопление в этих условиях высоколабильного ОВ потенциально уязвимого микробиологической деструкции при потеплении климата. При существующих климатических условиях величины почвенной эмиссии СО2 в лиственничниках не превышают 2.9 umolС/м2/с . (4) Была проведена оценка величин чистого экосистемного обмена (NEE) в экосистемах разных биоклиматических зон. На основе данных прямых измерений потоков СО2 методом турбулентных пульсаций было показано, что в течение вегетационного периода 2015 г. исследованные биогеоценозы среднетаежной подзоны тайги (сосняк лишайниковый и верховое болото) и лиственничник северной тайги представляли собой сток углекислого газа атмосферы: -11.0 и -10.4 и -14.0 моль/м2/сезон, соответственно. (5) Был проведен анализ концентрации, состава и экспорта углерода в стоке рек бассейна р. Енисей. Установлено, что в период весеннего половодья концентрации РОУ и CO2 в реках бассейна Енисея и его русле максимальны, варьируя в пределах 6.5-30.0 мгС/л и 620-3570 ppm, соответственно; в летнюю межень фиксируются промежуточные значения – 4.8-18.0 мгС/л (250-1630 ppm) и минимальные в зимнюю межень – 2.7-6.5 мгС/л. Наиболее низкие концентрации углерода характеры рекам Енисейского кряжа, покрытых темнохвойной тайгой, а максимальные – западным притокам со значительным распространением болот. Главные правые притоки характеризуются высокими концентрациями РОУ и значительным вкладом в его вынос в СЛО (24, 10 и 20% годового стока р. Енисей, соответственно). Анализ качественных (растворенный лигнин, ангидросахара, бензен-поликарбоксикслоты, спектральные и флуоресцентные индексы), а также изотопных характеристик Сорг позволил выделить его терригенные источники, как в основных типах подстилающей поверхности, так и внутри ландшафтов в отдельные фазы гидрологического года. Впервые для бассейна р. Енисей получены сведения о поведении концентраций растворенного СО2 и его эмиссии с поверхности рек. Для западных притоков обнаружено «сверхобогащение» вод растворенным диоксидом углерода в весенний (2750±756 ppm) и летний (971±341 ppm) периоды, а также и значительные эмиссии СО2 с поверхности воды. Выявленные изменения концентраций растворенного СО2 в русловом стоке р. Енисей в меридиональном направлении (58-67о с.ш.) в весенний и летний периоды предполагают его поступление из притоков и далее выделение («дегазацию») в атмосферу. (6) Проведены работы по созданию ГИС «Бассейн нижнего Енисея». Геостатистический анализ данных ГИС позволил оценить пространственно-временную вариабельность климатических параметров для ключевых водосборных бассейнов притоков р. Енисей. Широтное распределение водосборов определяет закономерное снижение среднегодовых температур с юга на север от -1 до -9 °С при равномерном распределении годовых осадков в интервале 500 – 600 мм. Рассчитанные за период с 1931 по 2010 гг. статистические показатели абсолютных линейных трендов среднегодовых температур воздуха и суммы годовых осадков показывают устойчивый годовой прирост для всех бассейнов по температуре (от 0.2 до 2 °С) и преобладающий прирост по осадкам (до 85 мм). Тренды среднемесячных температур воздуха и суммы месячных осадков показывают значительную сезонную и пространственную вариации по бассейнам. Разработана демонстрационная офлайн-версия информационной картографической базы данных «Бассейн нижнего Енисея». В пакет данных включены картографическая и описательная информация об основных параметрах ключевых водосборных бассейнов (карты типов земного покрова, преобладающей породы, почв, запас древесной биомассы, содержания органического углерода в почве, а также основные и производные климатические параметры водосборов и гидрохимические измерения). Доступ к информационному пакету возможен по адресу (http://forest.akadem.ru/BGCC/pr_RNF142400113_r2015.html).
