Введение 7
1 Обзор предметной области исследования 9
1.1 Объект исследования 9
1.2 Анализ изменения воздействий климата на леса бореальной зоны 10
1.3 Обзор литературы по вопросам взаимосвязи лесного покрова и климата 11
2. Исходные данные и методы их обработки 22
2.1 Прибор дистанционного зондирования GRACE 22
2.2 Модельные данные CRU TS и SPEI 24
2.3 Методика работы и анализ 27
3 Программное обеспечение 29
3.1 ArcGIS 29
3.2 ERDAS Imagine 30
3.3 Статистика 31
4 Практическая часть 31
4.1 Подготовка данных 31
4.2 Результат оценки связи динамики АВЭМ с климатическими
изменениями и прогнозами на территории лесов бореальной зоны 35
Заключение 58
Список использованных источников 60
Изменении климата, включающем увеличение средней годовой температуры, вызывающей таяние ледников, и повышение уровня Мирового океана. Помимо потепления, происходит также разбалансировка всех природных систем, которая приводит к изменению режима выпадения осадков, температурным аномалиям и изменениям растительного покрова.
Может показаться, что умеренное потепление оказывает позитивное воздействие на рост деревьев и лесов, в особенности в условиях короткого сезона вегетации и там, где температура является ограничивающим фактором для развития растений. Кроме того, рост концентрации CO2 в атмосфере способствует более активному росту растений, поскольку углекислый газ и вода являются необходимыми веществами для фотосинтеза - процесса, с помощью которого растения «усваивают» солнечную энергию.
Тем не менее, фактическая реакция бореальных лесов на глобальное потепление не является однозначной. Более теплая погода на протяжении последних десятилетий отразилась на росте деревьев либо позитивно, либо негативно, в зависимости от региона, типа места произрастания и породы. Во многих частях бореальной зоны наблюдается массовое угнетающее воздействие теплой погоды на леса. В некоторых случаях это связано с засухами, связанными с ростом температуры.
Данные гравиметрической спутниковой миссии GRACE используется для изучения гравитационного поля Земли и его временных вариаций, связанных, в частности, с процессами изменения климата, в основном исследования касаются водоемов Земли, ледников, океана, землетрясений, изучений деформаций земной коры. На данный момент гравиметрические данные также активно применяются для изучения водных бассейнов, засух и лесных территорий [1].
Цель: анализ динамики водной массы на территории лесов бореальной зоны на основе данных гравиметрической съемки GRACE.
Задачи:
- оценка динамики аномалий эквивалентов водной массы зоны бореальных лесов;
- оценка согласования наблюдаемой динамики с климатическими изменениями и прогнозами климатических изменений.
В ходе работы были построены карты корреляции АВЭМ и осадков для Северной Америки и Северной части Евразии, на картах корреляций видно пространственное распределение прямых и обратных корреляционных зависимостей между параметрами АВЭМ и осадками. Если имеется значимая прямая зависимость, это означает что, чем больше дождя было на данной территории, тем больше водной массы накопилось. Есть места, где имеется обратная значимая зависимость, что означает, если увеличивается количество дождей, водная массы уменьшается, что может быть связано с местными климатическими и ландшафтными условиями. Построены карты корреляции АВЭМ и индекса сухости для большой части территории наблюдается положительные корреляции, для некоторых мест это означает, что чем больше водной массы в почве, тем больше будет доступной водной массы для испарения. Построены карты корреляции АВЭМ и температур для большой части территории наблюдается убывающая корреляция, для некоторых мест это означает, что чем больше температура, тем меньше АВЭМ. Из этого следует, что АВЭМ стекает через водную сеть или испаряется.
Построены карты трендов АВЭМ для Северной Америки, выделились три зоны интереса, для этих зон был построен график динамик, на западе и центральной части Северной Америки наблюдается убывающие тренды, в восточной части наблюдается значимый тренд на возрастание увлажнения, для всех трех зон p<0.05.
Построена карта трендов АВЭМ для северной части Евразии, используя карту прогноза изменения влажности почвы, рисунок 4.2.11, провели сравнительный анализ, где выделили три зоны совпадения значений, на западной и северо-восточной части наблюдается убывающий тренд, а в центральной части наблюдается значимый тренд на возрастание увлажнения, из этого следует, что в дальнейшем в зонах для убывающих трендов ситуация ухудшиться, в зоне, где тренд возрастающий, ситуация останется стабильной.
Построена карта трендов по летним месяцам (июнь-август) для Северной Америки и Северной части Евразии с 2002 по 2015 год, так как интересует связь АВЭМ и бореальных лесов для которых вегетационный период на северных территориях достаточно короткий и попадает преимущественно на летние месяца. По сравнению с зонами, отмеченными на картах трендов за весь год, зоны, отмеченные на картах летних трендов пространственно остались там же, и стали более ярко выражены, что свидетельствует о том, что вклад в трендах за весь год преимущественно из за летних месяцев.
Построен график среднелетний динамики водной массы, индекса сухости, температур и осадков с 2002 по 2015 год для Северной Америки и Северной части Евразии, по графику определили самые засушливые года и построены года минимумов АВЭМ и индекса сухости для этих территорий, анализируя самые засушливые года в западной части Северной Америке получил следующие результаты начиная с 2008 года по 2015 площадь засухи с низким показателем АВЭМ каждый год увеличивалась.
Построены графики минимумов годов с 2002 по 2015г для Северной Америки, сопоставляя карту прогноза изменения влажности почвы рисунок (4.2.28) можно увидеть, что зоны засухи совпадут с зонами засухи карты суммарного вклада годов минимумов АВЭМ.
