Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2015
Ключевые слова: мониторинг, погодичная продуктивность, климатические изменения, древесно-кольцевые хронологии, клеточные хронологии, имитационная модель роста, камбиальная активность, долготный трансект, северная тайга, Ndvi
Аннотация: В ходе выполнения работ по проекту РНФ № 14-14-00219 в 2015 году: 1. Проведены 2 экспедиции по сбору нового дендрохронологического материала (два радиуса по 20-50 отдельным деревьям ) по 4 лесообразующим породам: лиственница сибирская(Larix sibirica), лиственница Гмелина (Larix gmelini), лиственница Каяндара (Lárix cajánderi) и сосПоказать полностьюна обыкновенная (Pinus sylvestris) по 31 точке (дендрохронологическим тест-полигонам) трансекта : восточная часть Центральной Якутии, западная часть восточной Якутии, Среднее течение р. Енисей. Длина Енисейско-Ленского трансекта с Востока на Запад составила 3330 км. Всего собрано 1050 древесных образцов (кернов) для отдельных деревьев по двум радиусам. Ведется камеральная обработка материала по получению измерений по ширине годичного кольца и клеточной структуре на основе технологии, описанной в отчете по проекту в 2014 г.2. Разработана автоматическая параметризация модели роста древесных растений Ваганова-Шашкина (VS-модели)на основе комбинированного подхода, состоящего из трех параллельных процессов: •?Прямая параметризация VS-модели;•?Параметризация при помощи VS-метамодели (параметризация на основе нейронной сети);•?До-обучение VS-метамодели с целью снижения нормы невязки между моделируемыми кривыми роста, полученными для двух подходов параметризации.3. Разработан новый блок VS-модели для оценки влажности почвы на основе модели «Leaky bucket», которая оценивает водную транспирацию, дренаж и объем грунтовых вод. Однако, при этом используются эмпирические функции, полученные для обширных регионов США (Tolwinski-Ward et al., 2011). Эффективность применения этой модели расчета влажности почвы была показана в алгоритме VS-Lite для ежемесячных значений осадков [Tolwinski-Ward et al., 2011]. Данный алгоритм реализован как модуль в среде программирования Lazuris, который может быть легко интегрирован в VS-осциллограф. В настоящее время ведется тестирования нового модуля на данных прямых экспериментальных наблюдений по влажности почвы, полученных для научного стационара «Тура» (с. Тура, Красноярский край, Россия).4. Для оценки влияния климатических факторов на ширину колец, были исследованы особенности климатики и роста древесных растений для тех лет, когда были образованы широкие (высокая продуктивность) и узкие (низкая продуктивность) кольца (максимальные и минимальные значения индексов прироста, соответственно) относительно среднего значения на основе исходных древесно-кольцевых хронологий и смоделированных кривых роста при помощи VS-осциллографа.5. Предложена модификация камбиального блока модели, которая позволяет на основании расчетных интегральных скоростей роста по VS-модели оценить продукцию клеток в годичном кольце с привязкой последних к временной школе. Данный алгоритм был апробирован на примере клеточных измерений, полученных для типичных деревьев сосны на периоде с 1970 по 2013 гг 4 участков Енисейско-Ленского трансекта (зона вечной мерзлоты), и на участке «Малая Минуса» (респ. Хакасия, Южная Сибирь).6. Развитие web-ориентированной интерактивной вычислительной платформы — это одна из основных целей проекта (http://vs-genn.ru). Все разработанные в 2015 г. алгоритмические приложения размещены в интернет при помощи сервиса ipython -nootbook на собственном сервере в дата-центре СФУ с доступом через авторизацию по паролю. Вся новостная информация по проекту публикуется по адресу @vs_genn_news в Twitter проекта. В рамках проекта разработана интерактивная карта с указанием всех дендрохронологических участков (меток), по которым собран материал и получены соответствующие измерения по ширине годичного кольца (ШГК) и клеточной структуре. Карта размещена по адресу http://vs-genn.ru/sites_yakutia/.7. Результаты работы представлены на 4 международных конференциях и совещаниях.8. 2 молодых ученых, работающих в проекте, прошли повышение квалификации в Испании, Турции и Болгарии.Достигнуты следующие научные результаты:1. Получено 18 новых древесно-кольцевых хронологий (ДКХ) для четырех видов древесных растений: сосны обыкновенной, лиственнице Гмелина, лиственнице сибирской и лиственнице Каяндара для региона исследований.2. Получены новые клеточные измерения для периода с 1960 по 2014 гг. и построены 5 стандартизированных клеточных хронологии для сосны обыкновенной , ели сибирской и лиственницы Гмелина для 5 новых местообитаний древесных растений в центральной Якутии и среднего течения р. Енисей. Дополнительно, по трем новым местообитаниям восточной части Центральной Якутии клеточные измерения практически завершены. Данные измерения и соответствующие хронологии построены по диаметру трахеиды, толщине клеточной стенки и радиальному размеру люмена.3. Разработан автоматический способ параметризация модели роста древесных растений Ваганова-Шашкина (VS-модели) на основе комбинированного подхода, состоящего из трех параллельных процессов: прямой параметризация VS-модели; параметризации при помощи VS-метамодели (нейронной сети); до-обучение VS-метамодели с целью снижения нормы невязки между моделируемыми кривыми роста, полученными для двух подходов параметризации. Такая параметризация позволяет получить наиболее адекватные, биологически обоснованных результатов моделирования.4. Выявлено, что формирование широких колец (годы с высокой продуктивностью годичных колец), лучше описывается VS-моделью, чем формирование узких колец (годы с низкой продуктивностью). При формировании узких колец исключительную важность играют минимальные значения влажности почвы, которые выступают в роли лимитирующего рост фактора в начале сезона роста. Широкие кольца, как правило, формировались в те сезоны, когда рост в своем начале лимитировался температурой. Показано, что даже в континентальной части Сибири с ярко-выраженными температурными эффектами, режим увлажненности играет существенную роль при формировании годичных колец.5. Предложена модификация камбиального блока модели, которая позволяет на основании расчетных интегральных скоростей роста по VS-модели оценить продукцию клеток в годичном кольце с привязкой последних к временной школе. Данный алгоритм был апробирован на примере клеточных измерений, полученных для типичных деревьях сосны обыкновенной (Pinus sylvestrуs) на периоде с 1970 по 2013 гг 4 участков Енисейско-Ленского трансекта (зона вечной мерзлоты), и на участке «Малая Минуса» (респ. Хакасия, Южная Сибирь), выступающего в качестве контраста. Такой подход с более детальным расчетом времени образования каждой клетки с учетом дробных суток существенно улучшает точность определения образования новой клетки в сезоне роста дерева. 6. По теме проекта опубликовано 7 работ, среди которых 3 статьи в изданиях, индексируемых в Web of Science и Scopus, 3 статьи в изданиях РИНЦ и 1 монография.