Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2017
Ключевые слова: мониторинг, погодичная продуктивность, климатические изменения, древесно-кольцевые хронологии, клеточные хронологии, имитационная модель роста, камбиальная активность, долготный трансект, северная тайга, Ndvi
Аннотация: Сведения о фактическом выполнении плана работы в отчетном 2017 году.?1. Проведен дендрохронологический анализ имеющегося материала для региона исследования (кольцевого бореального трансекта) с помощью многомерных статистических моделей и методов теории классификации, имитационной модели Ваганова-Шашкина и ее модификаций, который выПоказать полностьюявил наличии нелинейных взаимодействий между радиальным приростом древесных растений и лимитирующими климатическими факторами, которые могут быть адекватно описаны соответствующими процессными моделями, например разработанным в рамках данного проекта имитационным VS-осциллографом.?2. Все метеорологические данные (суточного и месячного разрешения) для региона исследования (кольцевого бореального трансекта), используемые в данном проекте, были подвергнуты специальному анализу качества на основе специально разработанных в отчетном году генетических алгоритмов эволюции. Все алгоритмы интегрированы в информационную платформу VS-GENN (http://vs-genn.ru/).?3. Проведены экспедиционные работы по организации и сбору сезонных параллельных наблюдений за камбиальной активностью древесных растений хвойных пород с двух постоянных пробный площадей лесостепной части Южной Сибири.?4. В течении 2017 года в рамках выполняемого проекта функционировал еженедельный семинар, на котором члены временного коллектива по проекту обсудили наиболее интересные работы (более 30) по камбиальной активности древесных растений и связанному с этим моделированию, опубликованные в ISI журналах 1-го квартиля. Начато формирование реферативной базы знаний в данной предметной области, интегрированное в платформу проекта.?5. Разработана и протестирована концептуально новая архитектура разрабатываемой феноменологической модели на основе WEB-технологий, которая позволит в кратчайшие сроки вносить необходимые изменения в алгоритм работы, верифицировать работу данной модели на любых наборах данных, расположенных в любой точке планеты, используя любую компьютерную операционную платформу.?6. Разработан и протестирован на материале кольцевого бореального трансекта новый алгоритм, который позволяет соотнести клеточные размеры с конкретной датой формирования клетки в сезоне роста с точностью до дробной части суток. Такая модель представляет собой фундаментальный инструмент для двухмерного анализа структурных реакций древесины на изменения климата во времени и пространстве. ?7. Проведен мета-анализа данных, включающих измерения с 349 участков по 27 видам древесных растений Северного полушария который показал, что размеры трахеид ранней зоны древесины играют определяющую роль в ее плотности, тогда как для поздней древесины наиболее значимым параметром для плотности является толщина клеточной стенки трахеид?8. Разрабатываемая в рамках проекта имитационная модель была апробирована для определения сроков активации клеток камбиальной зоны в начале сезона роста, а также сроков их перехода в состояние покоя в конце сезона роста для хвойных древостоев, расположенных на Тибетском плато (Китай), характеризующимся резко-континентальным полузасушливым климатом. В мета-анализе было проанализировано 3000 мониторинговых деревьев с 25 дендрохронологических участков. Данные модельные оценки были верифицированы при помощи прямых сезонных наблюдений за камбиальной активностью древесных растений, проводимых китайскими коллегами в 2012-2014 гг. на исследуемой территории. Результаты верификации показали, что модельные оценки сроков камбиальной активности статистически не различаются с оценками, полученными на основе прямых наблюдений. ?9. В работе была проанализирована изменчивость радиального прироста и соотношения стабильных изотопов (Δ13C и δ18O) в годичных кольцах на двух участках произрастания Pinus sylvestris в лесостепной части Южной Сибири в условиях различных климатических трендов за период с 1940 по 2014 г. ?10. Опубликовано 6 статей в ISI журналах, входящих в Web of Science, Scopus, РИНЦ, 5 из которых опубликовано в журналах, входящих в 1-ый квартиль Q1 SJR.?11. 5 статей отправлено и находятся на рецензии в ISI журналах, входящих в Web of Science, Scopus, РИНЦ, Q1.?12. Молодые ученые (Попкова М.И., Арсак А., Тычков И.И.), работающие по проекту, представили свои результаты в виде устных и постерных докладов в 4 международных конференциях и семинарах в России, Эстонии, Испании, Австрии.?13. Результаты, достигнутые по проекту в 2017 году, были широко представлены в ведущих российских средствах массовой информации, таких, например, как: РИА.Новости, Российская газета, Коммерсант.Наука, интернет издания Gazeta.ru.??Сведения о достигнутых конкретных научных результатах в отчетном 2017 году.?1. Показано наличие нелинейных взаимодействий между радиальным приростом древесных растений и лимитирующими климатическими факторами, которые могут быть адекватно описаны соответствующими процессными моделями, например разработанным в рамках данного проекта имитационным VS-осциллографом.?2. Создана комплексная база данных климатических наблюдений, состоящая из трех независимых источников (CRU TS GRIDDED; Проект ECA & D; DAILY GLOBAL HISTORICAL CLIMATOLOGY NETWORK (GHCN-DAILY)), которая полностью интегрирована в информационную платформу проекта VS-GENN (http://vs-genn.ru/) и позволяющая получить оценки и прогноза адекватных климатических наблюдений суточного разрешения в любой точке Земного шара, включая бореальный кольцевой трансект проекта РНФ на основе разрабатываемых генетических и нейросетевых технологий.?3. Предложена концептуально новая архитектура разрабатываемой феноменологической модели на основе современных WEB-технологий, которая позволит в кратчайшие сроки вносить необходимые изменения в алгоритм работы, верифицировать работу данной модели на любых наборах данных, расположенных в любой точке планеты, используя любую компьютерную операционную платформу.?4. Было показано, что модифицированная VS-модель с новым алгоритмом (который позволяет соотнести размеры клетки, вышедшей из камбиальной зоны в зону растяжения, с конкретной датой формирования клетки в сезоне роста с точностью до дробной части суток) успешно выявляет особенности роста для деревьев Pinus sylvestris, растущих в чувствительной к засухе холодной среде лесостепной части южной Сибири. Такая модель представляет собой фундаментальный инструмент для кинетического двухмерного анализа структурных реакций древесины на изменения климата во времени и пространстве.?5. На основе мета-анализа данных, включающих измерения с 349 участков по 27 видам древесных растений Северного полушария было установлено, что размеры трахеид ранней зоны древесины играют определяющую роль в ее плотности, тогда как для поздней древесины наиболее значимым параметром для плотности является толщина клеточной стенки трахеид. При этом плотность ранней древесины отрицательно связана с шириной годичного кольца, тогда как плотность поздней древесины – положительно.?6. Мета-анализ смоделированных на основе разрабатываемой феноменологической модели сроков камбиальной активности показал, что многолетняя динамика начала камбиальной активности (начало сезона роста) (SOS) характеризуется отрицательным трендом, а, именно, сдвигом на более ранние сроки старта активации камбия (на 0,28 дня в год) на периоде с 1960 по 2014 гг для холодных полузасушливых климатических условий Тибетского плато. Конец камбиальной активности (EOS), наоборот, характеризуется сдвигом на более поздние сентябрьские сроки (на 0,33 день в год) для периода с 1982 по 2014 гг. Показано, что увеличение на 1°C апрель-июнской минимальной температуры приводит к увеличению на 6-7 дней сроков функционирования камбиальных клеток, удлиняя тем самым период образования древесного кольца. ?7. Мета-анализ данных данных по приросту и стабильным изотопам (Δ13C и δ18O) выявил, что зависимость WUEi от дефицита увлажнения была в 3 раза выше в Сибири по сравнению с теплолюбивыми, средиземноморскими популяциями. Данные результаты показывают контрастные будущие траектории P. sylvestris, которые усложняют прогнозирование радиального прироста и секвестрации углерода в холодных и засушливых районах.?8. Все алгоритмы, разработанные и апробированные на различных массивах данных Евразии в течении 2017 года, интегрированы в информационную платформу проекта VS-GENN (http://vs-genn.ru/).?9. Опубликовано 6 (вместо запланированных 4) статей в ISI журналах, входящих в Web of Science, Scopus, РИНЦ, 5 из которых опубликовано в журналах, входящих в 1-ый квартиль Q1 SJR.