Дендроклиматология

редактировать
Изменение ширины годичных колец, преобразованное в аномалии летних температур за последние 7000 лет, на основе образцов из голоценовых отложений на полуострове Ямал и ныне живущих хвойных деревьях Сибири.

Дендроклиматология - это наука об определении климата прошлого по деревьям (прежде всего свойствам однолетних годичные кольца ). Годовые кольца шире, когда условия благоприятствуют росту, и более узкие в трудные времена. Другие свойства годичных колец, такие как максимальная плотность поздней древесины (MXD), оказались лучшими показателями, чем ширина простого кольца. Используя годичные кольца деревьев, ученые оценили местный климат за сотни или тысячи лет назад. Объединив несколько исследований годичных колец (иногда с другими записями о климате прокси ), ученые оценили прошлый региональный и глобальный климат.

Содержание

  • 1 Преимущества
  • 2 Ограничения
    • 2.1 Смешивающие факторы
      • 2.1.1 Климатические факторы
      • 2.1.2 Неклиматические факторы
      • 2.1.3 Нелинейные эффекты
      • 2.1.4 Ботанические выводы для корректировки смешивающих факторов
      • 2.1.5 Проблемы расхождения
    • 2.2 Географический охват
    • 2.3 Разрешение по кольцу
    • 2.4 Проблемы сбора
  • 3 Другие измерения
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Преимущества

Годовые кольца особенно полезны в качестве климатических прокси, поскольку они могут быть хорошо датированы с помощью дендрохронологии, т.е. согласование колец от образца к образцу. Это позволяет расширяться назад во времени, используя образцы умерших деревьев, даже используя образцы из зданий или из археологических раскопок. Еще одно преимущество годичных колец состоит в том, что они четко разграничены с ежегодным приращением, в отличие от других косвенных методов, таких как скважин. Кроме того, годичные кольца реагируют на множество климатических воздействий (температура, влажность, облачность), поэтому можно изучать различные аспекты климата (не только температуру). Однако это может быть палка о двух концах.

Ограничения

Наряду с преимуществами дендроклиматологии есть некоторые ограничения: смешивающие факторы, географический охват, кольцевое разрешение и трудности сбора. На месторождении разработаны различные методы, позволяющие частично приспособиться к этим проблемам.

Смешивающие факторы

Существует множество климатических и неклиматических факторов, а также нелинейные эффекты, которые влияют на ширину годичных колец. Методы выделения отдельных факторов (представляющих интерес) включают ботанические исследования для калибровки влияний роста и выборку «ограничивающих насаждений» (которые, как ожидается, будут реагировать в основном на интересующую переменную).

Климатические факторы

К климатическим факторам, влияющим на деревья, относятся температура, осадки, солнечный свет и ветер. Чтобы различать эти факторы, ученые собирают информацию с «ограничивающих стендов». Примером ограничивающего насаждения является линия верхних высот: здесь ожидается, что деревья будут больше подвержены влиянию колебаний температуры (которые являются «ограниченными»), чем колебаниями осадков (которые являются чрезмерными). И наоборот, ожидается, что на более низкие линии деревьев больше влияют изменения количества осадков, чем изменения температуры. Это не идеальный обходной путь, поскольку многие факторы все еще влияют на деревья даже на «ограничивающем участке», но это помогает. Теоретически сбор проб из близлежащих ограничивающих насаждений разных типов (например, верхних и нижних линий деревьев на одной горе) должен позволить математическое решение для нескольких климатических факторов.

Неклиматические факторы

К неклиматическим факторам относятся почва, возраст деревьев, пожары, конкуренция между деревьями, генетические различия, лесозаготовки или другие нарушения со стороны человека, воздействие травоядных животных (особенно выпас овец), очаги вредителей, болезни и концентрация CO 2. Для факторов, которые случайным образом меняются в пространстве (дерево к дереву или стойбище), лучшим решением является сбор достаточного количества данных (больше выборок) для компенсации мешающего шума. Возраст дерева корректируется с помощью различных статистических методов: либо подгонки сплайновых кривых к общей записи дерева, либо с использованием деревьев одного возраста для сравнения за разные периоды (региональная стандартизация кривой). Тщательное изучение и выбор места помогает ограничить некоторые мешающие эффекты, например, выбор участков, на которые современный человек не обращает внимания.

Нелинейные эффекты

В целом климатологи предполагают линейную зависимость ширины кольца от интересующей переменной (например, влажности). Однако, если переменная изменяется достаточно сильно, реакция может выровняться или даже стать противоположной. Домашний садовник знает, что комнатное растение можно под водой или над водой. Кроме того, возможно возникновение эффектов взаимодействия (например, «температура, умноженная на осадки», может влиять на рост, а также на температуру и осадки сами по себе. Здесь также «ограничивающая подставка» помогает в некоторой степени изолировать интересующую переменную. Например, на верхней границе дерева, где дерево «ограничено холодами», маловероятно, что нелинейные эффекты высокой температуры («инвертированная квадратичная») будут иметь численное значимое влияние на ширину кольца в течение вегетационного периода.

Ботанические выводы для корректировки мешающих факторов

Ботанические исследования могут помочь оценить влияние мешающих переменных и в некоторых случаях направить их исправления. Эти эксперименты могут быть теми, в которых все переменные роста контролируются (например, в теплице ), частично контролируемой (например, эксперименты FACE [Free Airborne Concentration Enhancement] - добавить ссылку) или в тех случаях, когда наблюдаются природные условия. В любом случае важно то, что mu Чтобы определить, что влияет на рост, тщательно регистрируют несколько факторов роста. (Вставьте ссылку на статью о Фенноскандинавии). С помощью этой информации можно более точно понять реакцию ширины кольца, а выводы из исторических (неконтролируемых) годичных колец станут более достоверными. По идее, это похоже на принцип ограничивающего стенда, но он более количественный - как калибровка.

Проблема расхождения

Проблема расхождения - это несоответствие между температурами, измеренными с помощью термометров (инструментальные температуры) с одной стороны, и температурами, восстановленными на основе плотности поздней древесины или ширина годичных колец с другой стороны, на многих участках деревьев в северных лесах.

Хотя визуализация и анализ данных из записей термометра в значительной степени указывают на существенную тенденцию к потеплению, годичные кольца деревьев с этих конкретных участков не показывают соответствующего изменения их максимальной плотности поздней древесины или, в некоторых случаях, их ширины. Это не относится ко всем подобным исследованиям. Там, где это применимо, температурный тренд, извлеченный только по годичным годам, не покажет существенного потепления. Таким образом, температурные графики, рассчитанные на основе инструментальных температур и этих косвенных значений годичных колец, «расходятся» друг с другом с 1950-х годов, что является источником термина. Это расхождение поднимает очевидные вопросы о том, происходили ли другие, нераспознанные расхождения в прошлом, до эры термометров. Имеются данные, свидетельствующие о том, что расхождение вызвано деятельностью человека и поэтому ограничивается недавним прошлым, но использование затронутых косвенных значений может привести к переоценке прошлых температур, занижая текущую тенденцию к потеплению. Продолжаются исследования объяснений и способов примирить это несоответствие между анализом данных годичных колец и данными на основе термометров.

Географический охват

Деревья не покрывают Землю. Полярный и морской климат нельзя оценить по годичным годам. В пергумидных тропических регионах, Австралия и юг Африки, деревья обычно растут круглый год и не имеют четких годовых колец. В некоторых лесных районах рост деревьев слишком сильно зависит от множества факторов (отсутствие «ограничивающего насаждения»), чтобы можно было провести четкую реконструкцию климата. Сложность покрытия решается путем ее признания и использования других прокси (например, ледяных кернов, кораллов) в сложных областях. В некоторых случаях можно показать, что интересующий параметр (температура, осадки и т. Д.) Одинаково меняется от области к области, например, глядя на закономерности в инструментальной записи. В таком случае оправдано распространение дендроклиматологических выводов на районы, где нет подходящих образцов годичных колец.

Кольцевое разрешение

Годовые кольца показывают влияние на рост в течение всего вегетационного периода. Изменения климата глубоко в период покоя (зимой) не регистрируются. Кроме того, разное время вегетационного периода может быть более важным, чем другие (например, май по сравнению с сентябрем) для ширины кольца. Однако в целом ширина кольца используется для вывода общего изменения климата в течение соответствующего года (приблизительно). Другая проблема - «память» или автокорреляция. Стрессовому дереву может потребоваться год или два, чтобы оправиться от тяжелого сезона. Эта проблема может быть решена с помощью более сложного моделирования (термин «запаздывание» в регрессии) или путем уменьшения оценок навыков хронологий.

Трудности сбора

Годовые кольца должны быть получены от природы, часто из отдаленных регионов. Это означает, что для правильного картирования участков требуются особые усилия. Кроме того, образцы необходимо отбирать в сложных (часто на уклонах) условиях. Обычно годичные кольца собирают с помощью ручного бурового станка, что требует навыков для получения хорошей пробы. Лучшие образцы получаются при валке дерева и его секционировании. Однако это требует большей опасности и наносит ущерб лесу. Это может быть запрещено в определенных областях, особенно с самыми старыми деревьями на нетронутых участках (которые наиболее интересны с научной точки зрения). Как и все экспериментаторы, дендроклиматологи время от времени должны принимать решение максимально использовать несовершенные данные, а не проводить повторную выборку. Этот компромисс становится более трудным, потому что сбор образцов (в полевых условиях) и анализ (в лаборатории) могут быть существенно разделены во времени и пространстве. Эти проблемы сбора данных означают, что сбор данных не такой простой и дешевый, как традиционная лабораторная наука.

Другие измерения

Первоначальная работа была сосредоточена на измерении ширины годичного кольца - это легко измерить и может быть связано с климатическими параметрами. Но годовой прирост дерева оставляет и другие следы. В частности, максимальная плотность поздней древесины (MXD) - еще один показатель, используемый для оценки переменных окружающей среды. Однако его сложнее измерить. Другие свойства (например, анализ изотопов или химического следа) также наиболее заметно опробовала Л. М. Либби в ее статье 1974 г. «Температурная зависимость изотопных соотношений в древовидных кольцах». Теоретически, несколько измерений на одном и том же кольце позволят дифференцировать влияющие факторы (например, осадки и температуру). Однако большинство исследований по-прежнему основано на ширине колец на ограниченных древостоях.

Измерение концентраций радиоуглерода в кольцах деревьев оказалось полезным для воссоздания прошлой активности солнечных пятен, и теперь данные охватывают более 11000 лет.

См. Также

Литература

Внешние ссылки

В Wikibook Историческая геология есть страница по теме: Дендроклиматология
Последняя правка сделана 2021-05-17 13:05:14
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте