Влияние современного арктического "затемнения" на рост древесных растений бореальной зоны: решение концептуальной проблемы "Дивергенции" в глобальной лесной экологии : отчет о НИР
Библиографическое описание:Влияние современного арктического "затемнения" на рост древесных растений бореальной зоны: решение концептуальной проблемы "Дивергенции" в глобальной лесной экологии : отчет о НИР / В. В. Шишов. - , 2022. - (Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами ; 22-14-00048). - Б. ц. - Текст : непосредственный.
Аннотация:Сведения о фактическом выполнении плана работы в отчетный период.??(1) В 2022 году коллективом проекта совместно с коллегами из России, зарубежных стран был организован сбор дендрохронологических данных по ширине годичных колец древесных растений различных видов для всей территории Северного полушария. Основным источником информации был Международный банк данных древесных годичных колец (International Tree-Ring Data Bank – ITRDB; https://www.ncei.noaa.gov/products/paleoclimatology/tree-ring) и персонализированные дендрохронлогические данные иностранных коллег. Качество дендрохронологического материала (кросс-датировка измерений, пропуски данных, корректность формата и кодировки файлов) проверялась автоматически при помощи модифицированного авторами проекта кода пакета программ DPL_R (Dendrochronologial Program Library), реализованной на программной платформе R. В результате был сформирован массив данных, состоящих из 3255 файлов высококачественных первичных измерений ширины годичного кольца и интегрированный в информационную платформу VS-GENN (http://www.vs-genn.ru/), который стал вычислительной основой для глобального модельного эксперимента, планируемого в данном проекте.?(2) Проведен анализ пространственного распределения дендрохронологических участков на территории России. Выбор трех регионов (окрестности Красноярского водохранилища, междуречье р. Печора и Северной Двины; Северный Кавказ), для которых будет выполнен сбор нового дендрохронологического материала летом 2023 года, был осуществлен с учетом: отсутствия данных о радиальном приросте деревьев в периоды после 2010 гг.; пространственной связанности хронологий ширины древесных колец хвойных внутри дендроклиматических районов для территории РФ; логистической доступности районов сбора образцов; важности обновления данных с точки зрения достижения целей проекта. ?(3) В 2022 г. анализировались климатические данные суточного и ежемесячного разрешения по температуре и осадкам, опубликованные ГидроМетеоЦентром РФ (http://meteo.ru/data_temperat_precipitation/), системой Climate explorer KNMI (http://climexp.knmi.nl/) и экстраполяционная база данных CRU TS (Climatic Research Unit Time Series), а также климатические данные Китайской академии наук.?Для оптимизации работы системы VS-GENN и увеличения скорости обработки данных при моделировании, мы интегрировали климатические базы GHCN Monthly NOAA (Global Historical Climatology Network Monthly Weather Data) в локальный депозиторий VS-GENN при помощи специально разработанного ПО в среде программирования R.?Были проанализированы ежемесячные инструментальные климатические данные (температура и осадки) для сети метеостанций (всего 311) ГидроМетеоЦентра РФ (http://meteo.ru/), равномерно распределенных по территории Сибири, от Уральского хребта на западе до побережья Тихого океана на востоке (57° в. д. до 169° з. д.), за период 1960–2020 гг.?(4) В 2022 году коллективом проекта разработан алгоритм по учету низкочастотной солнечной радиации для VS-модель и ее модификации VS-Lite, который протестирован и интегрирован в VS-GENN с учетом различного временного разрешения (от суточного до ежемесячного).?(5) В результате проведенного классификационного анализа было определено четыре класса объектов (тест-полигонов), на которые разбивается исходная совокупность тест-полигонов (древесно-кольцевых хронологий) в 21-мерном пространстве параметров VS-модели. Пространственных и видовых закономерностей в распределении объектов классификации (тест-полигонов) по параметрам VS-модели не выявлено.?Значения параметров модели С2 и С3, ответственные за транспирацию древесного растения достоверно уменьшаются с Севера на Юг и с Запада на Восток. Аналогичная пространственные закономерности по широте и долготе наблюдается и для нижнего предела оптимальных температур для роста T2.?(6) Было определено шесть класса объектов (тест-полигонов или древесно-кольцевых хронологий) по параметрам VS-Lite, на которые разбивается исходная совокупность. Пространственных и видовых закономерностей в распределении объектов классификации по параметрам не выявлено.?(7) Разработаны нейросетевые аналоги (метамодели), которые частично воспроизводят функционирование VS- и VS-Lite моделей. Программная реализация и исследование алгоритмов осуществляется в среде RStudio Server c применением пакетов ускорения двух видов: Rcpp и Сpp11. Для построения метамоделей в проекте использовались нейронные сети прямого распространения, которые являются мощным математическим аппаратом для аппроксимации сложных зависимостей.?(8) Разработаны и протестированы две новые модели, описывающие камбиальную активность и растяжение клеток в годичном кольце: (1) прогнозная модель роста камбиальной зоны хвойных на основе динамики концентрации ингибитора роста под действием климатических факторов; (2) алгоритм по оценке скорости и времени растяжения клеток в годичном кольце.??Сведения о достигнутых конкретных научных результатах в отчетном периоде??(1) Анализ ежемесячных климатических данных 311 метестанций, расположенных на территории Сибири показал сложную пространственно-временную закономерность повышения температуры на территории Сибири. Тенденции потепления существенно варьируются по долготе и широте в зависимости от временного разрешения (Зима, Весна, Лето, Осень, Год). Работа подготовлена к печати для журнала, индексируемого в Scopus (SJR квартиль Q1).?(2) Разработана и протестирвана усовершенствованная версия модели роста камбиальной зоны VS-Cambium-Developer, позволяющая существенно оптимизировать по скорости и качеству процесс калибровки и верификации на основе многомерной параметризации за счет выявленных новых зависимостей для оценки сезонной концентрации ингибитора роста камбиальных клеток, что значительно увеличило применимость модели к экосистемам в различных местообитаниях. Работа подготовлена к печати для журнала, индексируемого в Scopus (SJR квартиль Q1)?(3) Разработан и протестирован новый алгоритм радиального растяжения клеток в годичном кольце для деревьев хвойных видов на базе оценки моментов деления клеток камбиальной зоны, формализации процедуры их выхода в зону растяжения, оценки скорости и времени их растяжения на основе функции Гомперца. Работа направлена в журнал Ecological Modelling (IF 3.6; SJR квартиль Q1)?(4) Модифицированная версия VS-модели (со встроенными блоками по учету низкочастотной солнечной радиации) применялась для моделирования скорости роста годичных колец, и для оценки и анализа реконструированной фенологии камбия (начало и конца вегетационного периода) лиственницы сибирской (Larix sibirica), произрастающей на трех участка, расположенных на разных широтах в Алтае-Саянской горной стране. Показано, что увеличение длительности сезона камбиальной активности не способствуют увеличению радиального роста деревьев. Напротив, внутрисезонная динамика климатических переменных значимо положительно регулировала радиальный рост деревьев. Работа опубликована в журнале Ecological Indicators (IF 6.3; SJR квартиль Q1):?(5) На основе сверхдлительных 200-летних клеточных измерений предложен алгоритмический подход, который является основой для разработки долгосрочных климатических реконструкций супервысокого (суточного) разрешения посредством реверсивного имитационного моделирования на базе VS-модели для различных видов хвойных и различных лесных экосистем. Работа опубликована в журнале Forests (IF 3.2; SJR квартиль Q1).?(6) По результатам исследования в 2022 г. опубликовано 2 статьи в журналах 1-го квартиля, индексируемых в WoS и Scopus.?
